Понятие о хромосомных и генетических болезнях

Генные болезни — это большая группа заболеваний, возникающих в результате повреждения ДНК на уровне гена. Причины заболев — мутациями в структурных генах, осуществляющих свою функцию через синтез полипептидов—белков. Любая мутация гена ведет к изменению структуры или количества белка. Начало любой генной болезни связано с первичным эффектом мутантного аллеля. Основная схема генных болезней включает ряд звеньев: мутантный аллель → измененный первичный продукт → цепь биохимических процессов в клетке → органы → организм. В результате мутации гена на молекулярном уровне возможны следующие варианты: синтез аномального белка; выработка избыточного количества генного продукта; отсутствие выработки первичного продукта; выработка уменьшенного количества нормального первичного продукта.. Особенностью генных болезней является их гетерогенность. одно и то же фенотипическое проявление болезни может быть обусловлено мутациями в разных генах или разными внутри. одного гена. К генным болезням у человека относятся болезни обмена веществ.

Хромосомные болезни– это комплексы множественных врожденных пороков развития, вызываемых числовыми или структурными изменениями хромосом, видимыми в световой микроскоп. Нарушения в строении хромосом, изменения их количества, генные мутации могут возникать на разных этапах развития организма. Если они возникают в гаметах родителей, то аномалия будет во всех клетках организма. Если они возникают в процессе эмбрионального развития, хромосомный набор в разных клетках тела будет разным. При незначительном количестве аномальных клеток болезни в последующем может и не быть. Причины болезней — отклонения в строении и функциях, изменения числа хромосом. Решающим фактором в проявлении хромосомного заболевания является возникновение в гаметах или зиготе на первых этапах её дробления хромосомного нарушения.

Закон гомологических рядов Вавилова.

Академик Н. И. Вавилов исследовал закономерности наследственной изменчивости у дикорастущих и культурных растений различных систематических групп, и сформулировал закон гомологических рядов или закон Вавилова. Формулировка — генетически близкие роды и виды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости. Зная, какие мутационные изменения возникают у особей какого-либо вида, можно предвидеть, что такие же мутации в сходных условиях будут возникать у родственных видов и родов

Н. И. Вавилов проследил изменчивость множества признаков у злаков. Из 38 различных признаков, характерных для всех растений этого семейства, у ржи было обнаружено 37 признаков, у пшеницы – 37, у овса и ячменя — по 35, у кукурузы – 32. Знание этого закона позволяет селекционерам заранее предвидеть, какие признаки изменяются у того или иного вида в результате воздействия на него мутагенных факторов. Сейчас закон гомологичных рядов подтвержден также на примере грибов, микроорганизмов и животных. Причины сходных мутаций у близкородственных видов заключаются в том, что у них одинаковое или очень близкое число хромосом и одинаковое расположение аллельных генов в хромосомах.

42.Мутогенные факторы. Мутагенез и канцерогенез. Генетическая опасность загрязнения окружающей среды. Меры защиты.

Вещества и воздействия, приводящие к возникновению мутаций —это мутагенные факторы. Физические воздействия: ионизирующее излучение электромагнитные волны с маленькой длиной волны, но с очень высокой энергией квантов. кванты проникают в ткани организма, повреждая различные молекулы, а так же молекулы ДНК. Ультрафиолетовое излучение относится к коротковолновым, его кванты не проникают глубоко и разрушают только поверхностные слои тканей. Поэтому светлокожим людям нельзя долго находиться летом на солнце—это приводит к увеличению риска возникновения рака и др. заболеваний. повышенная температура -при выращивании мушек-дрозофил при температуре на 10 °С выше обычной число мутаций увеличивается втрое. Химические: мутации вызывают соли свинца и ртути, формалин, хлороформ, препараты для борьбы с сельскохозяйственными вредителями. Некоторые красители из класса акридинов приводят к делециям и транслокациям в процессе репликации ДНК. Вирусы — Размножаясь в клетках хозяина, вирусные частицы встраивают «хозяйские» гены в свою ДНК, а при заражении следующей клетки вносят в нее чужеродные гены. Канцерогенез — сложный патофизиологический процесс зарождения и развития опухоли. Мутационная теория канцерогенеза — учение, согласно которому причиной возникновения злокачественных опухолей являются мутационные изменения генома клетки. Согласно этой теории, опухоли являются генетическими заболеваниями, патогенетическим субстратом которых является повреждение генетического материала.

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 4 марта 2020;
проверки требует 1 правка.

Нередко мы слышим по телевизору о детях или взрослых с хромосомными или генетическими болезнями, аномалиями. И всегда возникает закономерный вопрос – откуда берутся такие болезни и почему для их лечения нужны такие большие средства? В чем особенности данных болезней и можем ли мы предотвратить их, провести профилактику поломок в генах или хромосомах?

Гены и хромосомы: что мы о них знаем?

Еще с курса школьной биологии мы помним, что у человека в каждой клетке есть хромосомы и гены, основные носители всей информации обо всех процессах, происходящих в теле.

Хромосомы – это внутриклеточные структуры, расположенные в ядре, которые являются комбинацией из генов человека. А ген представляет собой комбинацию из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и содержит код для конкретного белка, который необходим для определенных клеток. Другими словами, в генах записана программа для сборки тех или иных белков, которые руководят процессами метаболизма.

Каждая живая человеческая клетка, за исключением сперматозоидов у мужчины или яйцеклеток у женщины, имеет всего 23 пары хромосом, что в общей сложности дает 46 хромосом. Сперматозоиды и яйцеклетки имеют только единственную от каждой из пар хромосом, на общую сумму 23 штуки. Каждая хромосома содержит от нескольких сотен до десяти и более тысяч генов.

Половые хромосомы это одна из 23 пар хромосом. У каждого из нас в клетке имеется 2 половые хромосомы, называемые X и Y. Женщины имеют две одинаковые Х-хромосомы (ХХ), а мужчины обычно имеют одну Х- и одну Y-хромосому (XY).

Структура ДНК: чем она так важна?

Основу генов и хромосом составляет ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), другими словами — это наш основной генетический материал в каждой клетке. Он содержится в хромосомах внутри клеточного ядра и митохондрий. Молекула ДНК представляет собой длинную двойную спираль с перемычками, напоминающую веревочную лестницу. В ДНК всего две нити, состоящие из молекул сахара (дезоксирибоза) и фосфата, они связаны с парами из четырех молекул, называемых основаниями, которые образуют ступеньки лестницы. Эти основания, собираются в строго определенном порядке: аденин соединяется с тимином, а гуанин — с цитозином. Каждая пара оснований удерживается водородной связью. Ген состоит из последовательности оснований. Последовательности из трех оснований кодируют одну аминокислоту (аминокислоты являются строительными блоками белков) или другую информацию. Если структура цепочки ДНК изменяется, пусть даже в одном маленьком участке, это грозит серьезными проблемами для тела. Могут пострадать один или несколько генов – это будет генетическая аномалия или болезнь. Кроме того, может поломаться целая хромосома – это будет хромосомная аномалия. Теперь обсудим подробнее, что это такое.

Хромосомные аномалии

Поломки хромосом могут повлиять на любую хромосому, включая половые. Нарушения в хромосомах могут быть в двух вариантах:

• Количество хромосом (больше или меньше нормы)

• Структура хромосом (нарушается их строение).

Серьезные аномалии могут быть видны под микроскопом, если проводится анализ хромосом или кариотипирование. Если это дефекты генов, проводится более сложное исследование и анализы.

Проблемы в хромосомах

Аномалии хромосом у ребенка могут быть унаследованы от родителей во время зачатия или могут возникать спонтанно, когда клетки зародыша начинают делиться. Наиболее распространенные:

Анеуплоидия. Это означает, что в ядре клеток обнаруживается больше или меньше хромосом, чем нужно – 45 или 47, реже еще больше ил меньше. Примеры включают в себя:

Синдром Дауна (трисомия 21). Клетки содержат 3 копии 21-й хромосомы.

Синдром Тернера. Одна из 2 половых хромосом не переносится. Это оставляет в клетках только одну Х-хромосому, и определяется 45 полных хромосом вместо 46.

Делеция. Это когда часть хромосомы или часть кода ДНК отсутствует. Кусок генетического материала вырван, потерян или вырезан при мутации.

Инверсия. Это происходит, когда хромосома ломается и часть ее поворачивается на 180 градусов и снова присоединяется. Инверсии могут передаваться в семьях из поколения в поколение, но они могут вызывать или не вызывать врожденные дефекты.

Кольцевые хромосомы – это ситуация, когда концы хромосомы присоединены к друг к другу, образуя кольцо. Этот дефект может быть семейным. Они могут или не могут вызвать проблемы со здоровьем.

Транслокация. Это когда хромосомный сегмент перестраивается из одного места в другое. Это может произойти либо внутри одной хромосомы, либо кусочек может перейти в другую хромосому. Есть 2 типа:

Сбалансированное перемещение. Это когда ДНК в равной степени обмениваются между хромосомами. Никакая ДНК не потеряна или не добавлена.

Робертсоновская транслокация. Это сбалансированная транслокация, в которой одна хромосома соединяется с концом другой. И получается, что у одной хромосомы больше генов, а у другой их не хватает.

Мозаицизм. Это когда человек имеет несколько разных наборов хромосом в некоторых клетках. Одни могут быть совершенно здоровыми, у части других могут быть аномалии.

Генные аномалии

Небольшие изменения (мутации) могут происходить в конкретном гене. Эти изменения не влияют на структуру хромосом и, следовательно, не могут быть видны при анализе кариотипа или других хромосомных тестов. Требуется более конкретное генетическое тестирование. Некоторые мутации в гене не вызывают проблем, а некоторые вызывают неопасные измнения (например, цвета волос или кожи) или только легкие проблемы. Другие мутации вызывают серьезные расстройства, такие как серповидноклеточная анемия, муковисцидоз или мышечная дистрофия. Все чаще ученые-медики находят конкретные генетические причины детских болезней.

Основа болезней: мутации

Считается, что ведущая причина подобных болезней – это мутации (изменения ниток ДНК под влиянием различных факторов). Остается неясным, как происходит большинство мутаций. Считается, что большинство из них появляются спонтанно, когда клетки делятся и ДНК также делится, но с ошибками в дублировании информации. Некоторые вещества или соединения в окружающей среде способны повредить ядро клетки и вызвать мутации в генах. Эти вещества называются мутагенами. К ведущим из мутагенов относят радиацию, ультрафиолетовое излучение и некоторые лекарства, химические вещества. Они могут вызывать некоторые виды рака (он связан с дефектами в ДНК) и врожденные дефекты.

Мутация, которая влияет на гены в сперматозоидах или яйцеклетке, может передаваться от родителя к ребенку. Мутация, которая влияет на гены в других клетках, может вызвать заболевание, которое не передается детям (потому что сперматозоиды или яйцеклетка не поражены). Наличие двух копий ненормального гена может привести к серьезным заболеваниям или состояниям, таким как муковисцидоз или болезнь Тея-Сакса.

Тестирование на хромосомные и генные аномалии

Хромосомы и гены человека можно исследовать и определить, где конкретно имеется дефект – в хромосоме или в определенном гене. Обычно берется анализ крови и в нем проводится оценка аномалий. Кроме того, врачи могут использовать клетки из околоплодной жидкости (при амниоцентезе) или проводится биопсия ворсин хориона (забор небольшого кусочка тканей зародыша), чтобы обнаружить определенные хромосомные или генные аномалии у плода.

Если у плода есть аномалия, могут быть проведены дополнительные тесты для выявления специфических врожденных дефектов. В последнее время был разработан скрининг-тест, при котором анализируется кровь беременной женщины. Это позволяет определить, есть ли у ее плода определенные генетические нарушения. Этот тест основан на том факте, что в крови матери содержится очень небольшое количество ДНК плода. Этот тест называется неинвазивным пренатальным скринингом (NIPS). NIPS можно использовать для выявления повышенного риска развития трисомии 21 (синдрома Дауна), трисомии 13 или трисомии 18 и некоторых других нарушений хромосом, но пока он не является диагностическим. Врачи обычно рекомендуют дальнейшее исследование и уточнение проблемы, когда обнаружен повышенный риск генной аномалии.

Возможно ли лечение или профилактика?

На сегодняшний день хромосомные и генные аномалии невозможно исправить, хотя бы при современном уровне технологий. Возможно, в будущем ученые научатся исправлять дефекты в генах и хромосомах. Тогда мы научится лечить рак и многие тяжелые патологии. Пока это кажется фантастикой, но некоторые врожденные дефекты иногда можно предотвратить. Например, прием фолиевой кислоты и других витаминов необходим для предотвращения дефектов в зачатке нервной системы, сердца или других органов. Если в семье есть проблемы генетического характера, необходимо предварительное обследование будущих родителей на наличие определенных генетических отклонений. Эмбрион, зачатый в результате экстракорпорального оплодотворения (ЭКО), также может быть проверен на генетическую аномалию до того, как он попадет в матку женщины. Это проводится не у всех зародышей, а только у тех, у кого высок риск передачи по наследству серьезных болезней.

Читайте также: Ученые стали на шаг ближе к выявлению редких генных болезней