Тема: Изменчивость в человека как свойство жизни и генетическое явление Лектор: канд.биол.наук, ассистент Гоч И.В.

Цель лекции: изучить основные виды изменчивости, мутагенные и тератогенные факторы для человека Qui scribit, bis legit

Актуальность темы Установлено, что 50% всех зачатий у человека заканчивается спонтанными абортами и 50% абортированных эмбрионов имеют хромосомные аномалии. Среди новорожденных в 8% наблюдаются генные мутации. Медицинские работники должны знать мутагенные и тератогенные факторы для профилактики возникновения генетических пороков.

Основные вопросы лекции: 1. Изменчивость и ее формы: 1.1. Модификационная изменчивость 1.2. Комбинативная изменчивость 1.3. Мутации 2. Мутагенные и тератогенные факторы 3. Виды мутаций 4. Естественный и искусственный антимутагенез

Источники информации:

Изменчивость - это свойство всех живых организмов приобретать новые признаки в процессе индивидуального развития (онтогенеза).

По механизмам возникновения изменчивость разделяют на: ненаследственную (модификационную, фенотипическую) и наследственную (комбинативную и мутационную).

Модификационная изменчивость - это ненаследственные изменения фенотипа, происходящие под влиянием факторов окружающей среды. Признаки модификационной изменчивости: Большинство модификаций имеют массовый адаптивный характер. Модификации могут исчезать в течение жизни особи, если прекращается действие фактора, который их вызывает. Определенные модификационные изменения, возникающие преимущественно на ранних этапах онтогененезу могут сохраняться в течение всей жизни особи, но не наследуются.

Классификация модификационной изменчивости По характеру изменений в организме -Морфологические изменения -Физиологические и биохимические адаптации По спектру нормы реакции -Узкие -Широкие По значению - приспособительные модификации - Морфозы - изменения в фенотипе под действием экстремальных факторов окружающей среды (шрамы, травмы, ожоги) -Фенокопии - изменения фенотипа под действием неблагоприятных факторов окружающей среды, за проявлением подобные мутаций. По времени действия:Наблюдаются лишь у особей, подвергшихся воздействию определенных факторов окружающей среды; наблюдаются у потомков этих особей (длительные модификации ) в течение определенного количества поколений

Модификации не наследуются, но наследуется норма реакции (границы, в которых меняется фенотип при данном генотипе). У человека есть: 1) широкая норма реакции (масса тела, пигментация кожи, степень развития скелетных мышц); 2) узкая норма реакции (pH, концентрация K +, Na +, Ca2 + в крови); 3) однозначная норма реакции (группы крови по системе АВО, цвет радужной оболочки глаза, волос).

Монозиготные близнецы Для изучения нормы реакции используют генетически однородный материал, который помещают в различные условия внешней среды Однородным материалом у человека являются монозиготные близнецы

Монозиготные близнецы Такие близнецы всегда одного пола, имеют 100% одинаковых генов У дизиготных близнецов 50% генов общих

Близнецовый метод используется для оценки влияния наследственности и среды на развитие признаков. Сопоставляют признак в парах монозиготных и дизиготных близнецов. Пара близнецов является конкордантной, если данный признак является у обоих близнецов и дискордантной, если только у одного. Совпадение значения конкордантности в парах монозиготных и дизиготных близнецов свидетельствует о преобладании факторов внешней среды в развитии данного признака.

Близнецовый метод Признаки Конкордантность в % MZDZ Группа крови (АВО)10046 Цвет глаз 99,528 Олигофрения 94,542,6 Папиллярные узоры 9240 Корь 9894 Епидемический паротит 8274

Комбинативная изменчивость обусловлена комбинацией и рекомбинацией наследственных факторов в генотипе. Основные механизмы комбинативной изменчивости: 1) кроссинговер (рекомбинация генов между гомологичными хромосомами в профазе I мейоза); 2) независимое расхождение гомологичных хромосом в анафазе I мейоза; 3) случайное сочетание родительских гамет при оплодотворении.

СИСТЕМЫ БРАКОВ 1. Рандомизированный брак (панмиксия) - не выборочный брак. 2. Аутбридинг (неродственных брак) - брак между особями, не находящихся в родственных связях. 3. Инбридинг - между особями, которые являющиеся родственниками: - Инцестный брак - между людьми I степени родства; - Родственные (кровнородственные) браки - между людьми II, III степеней родства. 4. Асортативни браки - выборочные браки: · -Положительные - браки между особями с одинаковыми фенотипами по определенному признаку; -Отрицательные - браки между особями с различными фенотипами по определенной признаку.

"Человек, который удачно женился получает крылья, неудачно - кандалы" ( Б.Франклин) Медицинское значение различных систем браков: 1. В родственных браках среди потомков увеличивается количество гомозигот, в том числе рецессивных. Увеличивается количество наследственных заболеваний, которые наследуются по аутосомно- рецессивному типу. 2. При аутбридингу (неродственных браках) - растет уровень гетерозиготности, что часто приводит к повышению жизнеспособности.

Мутационная изменчивость - это наследственная изменчивость, обусловленная изменением генетического материала на разных генетических уровнях Термин "мутация" предложенный Г. Де-Фризом. В зависимости от причины, мутации подразделяют на: · Спонтанные - возникают в естественных условиях без специального воздействия необычных агентов (например, гемофилия); · Индуцированные - возникают под воздействием на организм известных факторов окружающей среды (мутагенов)

По локализации мутации разделяют на: 1. Генеративные - изменения в наследственном материале гамет или клеток, из которых образуются гаметы. Если эти гаметы участвуют в оплодотворении, то такие мутации передаются из поколения в поколение. 2. Соматические - мутации, возникающие в соматических клетках, они передаются только потомкам этих клеток, то есть не выходят за пределы данного организма при половом размножении. Соматические мутации, возникающие в эмбриональном развитии вызывают генетическую мозаичность организма.

Классификация мутагенов: 1) физические: ионизирующее излучение (радиационный мутагенез), УФ-облучение, действие экстремальных температур; 2) химические: колхицин, формалин, гербициды, пестициды, алкоголь, лекарства, консерванты; 3) биологические: вирусы, бактерии, гельминты. Носители мутаций называются мутантами (организмы, подвергшиеся фенотипического проявления мутации).

Тератогены (греч. teratos - урод, чудовище) - факторы среды, вызывающие врожденные пороки развития. Пороки развития - стойкие отклонения в строении органа или целого организма, возникающие внутриутробно вследствие нарушений развития эмбриона или плода. Тератогенез - процесс возникновения врожденных пороков развития

Тератогени, що спричиняють вади розвитку у людини Тератогены Врожденные пороки Вирус краснухи Катаракта, глаукома, сердечные пороки, глухота Вирус простого герпеса микрофтальмия, микроцефалия, пороки сетчатки Токсоплазмоз Гидроцефалия, микрофтальмия Алкоголь Алкогольный синдром плода Витамин АА - витаминная эмбриопатия : маленькие уши, гипоплазия нижней челюсти, щели неба, сердечные пороки Тетрациклины Коричневое окрашивание зубов, гипоплазия зубной эмали, нарушение роста костей, катаракта Аминогликозиды Врожденная глухота, снижение функции почек Никотин Задержка внутриутробного развития, преждевременные роды, нарушения поведения

Алкогольный синдром плода

Алкогольный синдром плода (фенотип)

Чувствительность к тератогенам зависит от генотипа зародыша и матери (метаболизм лекарств, устойчивость к инфекциям). · Чувствительность к тератогенам изменяется в зависимости от стадии развития в момент их действия. Наиболее чувствительный для индукции врожденных пороков является период с 3 по 8 неделю беременности (период органогенеза). · Выраженность проявлений аномального развития зависит от дозы и продолжительности действия тератогенного фактора. Для тератогенов характерна определенная специфичность повреждающего действия на клетки и ткани, которые развиваются.

Spina bifida - употребление противосудорожных медикаментов; - высокая степень ожирения; -пользование горячей ванной или повышение температуры тела до фебрильных цифр на ранних сроках беременности; -сахарный диабет Развитие пороков невральной трубки зависит еще от некоторых факторов с материнской стороны и включает:

Дети с односторонней амелией и фокомелией вследствие приема талидомида

"Если это не диктуется чрезвычайной необходимостью, следует избегать назначения каких-либо медикаментов в первом триместре, а в течение всей беременности использовать минимум лекарственных средств". (Терапевтический справочник Вашингтонского университета) Primum non nocere, seu noli nocere, seu cave ne laedas Прежде всего- не навреди (больному) или остерегайся, чтобы не навредить

Классификация мутационной изменчивости 1. Геномные мутации - изменение числа хромосом в кариотипе 1.1. Полиплоидия - увеличение числа хромосом, кратно гаплоидного набора ( n ). Например, 2n + n = 3n ; 2n +2 n = 4n 1.2. Гетероплоидия ( анеуплоидия ) - изменение числа хромосом на величину, не кратное к гаплоидного набора Полисомии - увеличение числа хромосом, например, трисомия ( 2n +1). Моносомии - это отсутствие одной хромосомы в кариотипе ( 2n -1)

Кариотип больного с синдромом Дауна 47ХУ,21+

Хромосомные аберрации -изменение структуры хромосом, количество хромосом в кариотипе при этом не меняется Виды: 1)Делеция 2)Дупликация 3) Инверсия 4) Транслокация

Делеция (недостаток) - потеря участка хромосомы

Действие вируса кори на хромосомы соматической клетки человека (делеции)

Делеция хромосом в лейкоцитах больного асептическим менингитом

Дупликация - удвоение фрагмента хромосомы

Инверсия - изменение порядка расположения генов в хромосоме (фрагмент хромосомы поворачивается на 180 º)

Транслокации - перемещение участка хромосомы другую хромосому (межхромосомные транслокации)

Робертсоновские транслокации - центрическое соединения между собой длинных плеч акроцентрических хромосом. Так возникает транслокационный синдром болезни Дауна (транслокация лишней хромосомы 21 на одну из хромосом группы D или G).

Кариотип человека с транслокационный формой синдрома Дауна 46, XY, t (15q21q)

Генные мутации (трансгенации) - изменение структуры ДНК в пределах гена. Если изменяется только отдельный нуклеотид ДНК, то мутации называются точечными. Генные мутации не заметны под микроскопом и оказываются за появлением в потомстве измененного признака, которую контролирует мутантный ген.

Генные мутации (трансгенации) – Миссенс-мутация - замена нуклеотида в кодирующей системе гена, которая может вызвать замену аминокислоты в молекуле белка. Нонсенс-мутация - замена нуклеотида в кодирующей части гена, ведет к образованию стоп-кодона. Генные мутации у человека вызывают молекулярные болезни.

Антимутагенез 1. Естественный антимутагенез: 1) четное количество хромосом в диплоидному наборе (в гетерозиготы рецессивные гены не проявляются) 2) повторы некоторых генов, кодирующих рРНК тРНК, гистоновые белки хроматина; 3) триплетность генетического кода 4) вырожденность генетического кода, замена второго нуклеотида в кодоне вызывает 100% мутаций, замена третьего нуклеотида в кодоне вызывает 36% мутаций)? 5) репарация первичной структуры ДНК

Антимутагенез 2. Искусственный антимутагенез - применение веществ и физических факторов, которые снижают частоту мутаций: 1) витаминов (С, Е, А, Р, В9) 2) аминокислот (метионина, глутаминовой кислоты) 3) серотонина, резерпина; 4 ) растительных препаратов (китайского лимонника, жень-шеня, родиолы) 5) физических факторов (дневной свет)

"Человек с помощью науки в состоянии исправить несовершенство своей природы« (И.И. Мечников)