Главная страница
qrcode

Микроэволюция. Генетический полиморфизм его биологическое и медицинское значение


НазваниеМикроэволюция. Генетический полиморфизм его биологическое и медицинское значение
Дата20.07.2020
Размер54.4 Kb.
Формат файлаdocx
Имя файлаЛекция 16.docx
ТипЛекция
#70286
Каталог

Военно-медицинская академия имени С.М.Кирова
Кафедра биологии имени академика Е.Н.Павловского
Экз.№_____
УТВЕРЖДАЮ

Начальник (заведующий) кафедры

профессор В. Кравцов

«____» ____________ 20__г.


ст. преподаватель кандидат биологических наук А.Перминов

ЛЕКЦИЯ № 16

учебная дисциплина «Биология»


на тему «Микроэволюция. Генетический полиморфизм его биологическое и медицинское значение».

для обучающихся по специальностям

31.05.01 «Лечебное дело», 31.05.03 «Стоматология»


Обсуждена и одобрена на заседании кафедры Протокол №__

«_____»_____________ 20__ г.

Уточнено (дополнено):

«_____»_____________ 20__ г.

(воинское звание, подпись, инициал имени, фамилия.)

СОДЕРЖАНИЕ ПЛАНА ЛЕКЦИИ



п/п
Учебные вопросы

(согласно тематическому плану изучения дисциплины)
Время

(мин.)
1.
Введение
10
2.
Наименование первого и последующих учебных вопросов
75


Выводы и заключение
5

ЛИТЕРАТУРА

а). Использованная при подготовке текста лекции

1. Генетика. Учебник для вузов. ред. Иванов В.И. – М. «Академкнига», 2006. – 683 с.

2. Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции. Спб., «Научная литература» 2010.-720с.

3. Основы генетики. Ред. Клагг У., Каммингс М. М., « Техносфера», 2009.- 896с .

4. Мутовкин В.П.Клиническая генетика. М., «Геотар-Медиа», 2010 -832с.

5. Медицинская генетика. НюссбаумР.Л.Л Мак-Тненес Р.Р., Виллард Х.Н. ( ред акад. РАМН Н.П.Бочков.М., ««Гэотар-Медиа», 2010.-620с.

6. Биология. В 2 кн./ Под ред. В.Н.Ярыгина. – М.: «Гэотар- Медиа», 2011.- 1531с. Кн. 2, с. 13 – 80.

7. Гинтер В.К. Медицинская генетика. М., «Наука» 2003.- 448с.

8. Ф.Айала, Дж.Кайгер. Современная генетика.-М.:"Мир".-

Т.3.-1988.-367 С.

9. Фогель Ф., Матульски А. Генетика человека. - М.:Мир. -1990. - Т.1-3- 904с.

б). Рекомендуемая обучаемым для самостоятельной работы по теме лекции

основная

1. Биология: учебник: В 2 т. / Под ред. В.Н.Ярыгина // М.: ГЭОТАР-Медиа, 2011. – Т.2. - С.8-10.

дополнительная

1. Лекция: «Микроэволюция. Генетический полиморфизм его биологическое и медицинское значение».

2. В.П.Щипков, Г.Н.Кривошеина Общая и медицинская генетика // М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 256 с.

3. П. Харпер. Практическое медико-генетическое консультирование. М., 1984. - 302 с.

4. Руководство к лабораторным занятиям по биологии / Под ред. Н.В.Чебышева // 2-е изд., - М.: Медицина, 1996. -352 с.

5. Генетика. Учебник для вузов/ Под ред. Академика РАМН В.И.Иванова. // М.: ИКЦ «Академкнига», 2006. – 683 с.

6. Н.В.Хелевин, А.В.Лобанов, О.Ф.Колесова Задачник по общей и медицинской генетике: Учебное пособие для студентов биологических и медицинских специальностей вузов // М.: Высшая школа, 1984. – 159 с.

7. В.Н.Горбунова Молекулярные основы медицинской генетики // СПб.: Интермедика, 1999. – 212 с.

8. Бочков И.П. Клиническая генетика // М.: ГЭОТАР-Медиа, 2004. - 446 с.

9. Генетика и наследственность. - Сборник статей. // М.: Мир. - 1987. – 307 с.

10. Э.Рис, М.Стернберг Введение в молекулярную биологию. От клеток к атомам // М.: Мир, 2002.

11. Гришанкина Т.В., Колесов А.А. Задачи и вопросы по генетике человека. // Л.: ВМА им.С.М.Кирова. - 1989. – 16 с.

12. Гришанкина Т.В., Колесов А.А. // Введение в цитогенетическую диагностику хромосомных болезней.-Л: ВМедА.- 1987.- 15с.

13. Фогель Ф., Мотульски А. Генетика человека // М.:Мир. - Т.2.- 1990. - С.142-277.

14. Айала Ф., Кайгер Дж. Современная генетика // М.: Мир. - Т.3. - 1987. С.8-71.

15. Фогель Ф., Мотульски А. Генетика человека // М.:Мир.-Т.2.-1990. С.142-277.
НАГЛЯДНЫЕ ПОСОБИЯ
    Презентации № 13: «Микроэволюция. Генетический полиморфизм его биологическое и медицинское значение»

    ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБУЧЕНИЯ
    Мультимедийный проектор
    Интерактивная доска
  1. Ноутбук
  2. Программное и мультимедийное обеспечение

    Текст лекции

    ВВЕДЕНИЕ
    Трудно назвать какое-либо другое обобщение в биологии, которое бы сыграло столь большую роль для прогресса этой области знаний. Основные положения эволюционной теории, не только не утратили своего значения в современный период, но продолжают наполняться новым содержанием, благодаря достижениям генетики, экологии, молекулярной биологии и т.д. Сформулированная на этой основе теория микроэволюции позволила не только объяснить исключительное генетическое разнообразие природных популяций и популяций человека, но и осмыслить биологическое и медицинское значение генетически полиморфизма.

    1. Микроэволюция и ее механизмы
    1. Согласно синтетической теории эволюции, элементарное эволюционное явление, с которого начинается видообразование, заключается в изменении генетического состава (генетической конституции, или генофонда) популяции. События и процессы, способствующие преодолению генетической инертности популяций и приводящие к изменению их генофондов, называют элементарными эволюцонными факторами. Важнейшими из них являются мутационный процесс, популяционные волны, изоляция, естественный отбор. Рассмотрим каждый из них более подробно.

    Мутацонный процесс.

    Изменения наследственного материала половых клеток в виде генных, хромосомных и геномных мутаций происходят постоянно. Особое место принадлежит генным мутациям. Они приводят к возникновению серий аллелей и, таким образом, к разнообразию содержания биологической информации. Вклад мутационного процесса в видообразование носит двоякий характер. Изменяя частоту одного аллеля по отношению к другому, он оказывает на генофонд популяции прямое действие. Еще большее значение имеет формирование за счет мутантных аллелей резерва наследственной изменчивости. Это создает условия для варьирования аллельного состава генотипов организмов в последовательных поколениях путем комбинативной изменчивости. Благодаря мутационному процессу поддерживается высокий уровень наследственного разнообразия природных популяций. Совокупность аллелей, возникающих в результате мутаций, составляет исходный элементарный эволюционный материал. В процессе видообразования он используется как основа действия других элементарных эволюционных факторов. Хотя отдельная мутация -событие редкое, общее число мутаций значительно.Допустим, что некая мутация возникает с частотой 1 на 100 000 гамет, количество локусов в геноме составляет 10 000, численность особей в одном поколении равна 10 000, а каждая особь производит 1000 гамет. При таких условиях по всем локусам за поколение в генофонде вида произойдет 1010 мутаций. За среднее время существования вида, равное нескольким десяткам тысяч поколений, количество мутаций составит 1014.

    Большинство мутаций первоначально оказывает на фенотип особей неблагоприятное действие. В силу рецессивности мутантные аллели обычно присутствуют в генофондах популяций в гетерозиготных по соответствующему локусу генотипах. Благодаря этому достигается тройственный положительный результат. Во-первых исключается непосредственное отрицательное влияние мутантного аллеля на фенотипическое выражение признака, контролируемого данным геном. Во- вторых сохраняются нейтральные мутации, не имеющие приспособительной ценности в настоящих условиях существования, но которые смогут приобрести такую ценность в будущем. В теретьих накапливаются некоторые неблагоприятные мутации, которые в гетерозиготном состоянии нередко повышают относительную жизнеспособность организмов (эффект гетерозиса). Таким образом, создается резерв наследственной изменчивости популяции. Доля полезных мутаций мала, однако их абсолютное количество в пересчете на поколение или период существования вида может быть большим. Допустим, что одна полезная мутация приходится на 1 млрд. вредных. Тогда в рассматриваемом выше примере среди 1010 мутаций за одно поколение 104 будут полезными. За время существования вида его генофонд обогатится 107 полезными мутациями. Мутационный процесс, выполняя роль элементарного эволюционного фактора, происходит постоянно на протяжении всего периода существования жизни, а отдельные мутации возникают многократно у разных организмов. Генофонды популяций испытывают непрерывное давление мутационного процесса. Это обеспечивает накопление мутаций, несмотря на высокую вероятность потери в ряду поколений единичной мутации.

    Популяционные волны

    Популяционными волнами или волнами жизни (С.С. Четвериков) называют периодические или апериодические колебания численности организмов в природных популяциях. Это явление распространяется на все виды животных и растений, а также на микроорганизмы. Причины колебаний часто имеют экологическую природу. Так, размеры популяций "жертвы" (зайца)растут при снижении давления на них со стороны популяций "хищника" (рыси, лисицы, волка). Отмечаемое в этом случае увеличение кормовых ресурсов способствует росту численности хищников, что, в свою очередь, интенсифицирует истребление жертвы. Вспышки численности организмов некоторых видов, наблюдавшиеся в ряде регионов мира, были обусловлены деятельностью человека. В XIX-XX вв. это относится к популяциям кроликов в Австралии, домовых воробьев в Северной Америке, канадской элодеи в Евразии. В настоящее время существенно возросли размеры популяций домовой мухи, находящей прекрасную кормовую базу в виде разлагающихся пищевых отбросов вблизи поселений человека. Напротив, численность популяций домовых воробьев в городах падает вследствие прекращения широкого использования лошадей. Масштабы колебаний численности организмов разных видов варьируют. Для одной из зауральских популяций майских жуков отмечены изменения количества особей в 106 раз. Изменение генофондов популяций происходит как на подъеме, так и на спаде популяционной волны. При росте численности организмов наблюдается слияние ранее разобщенных популяций и объединение их генофондов. Так как популяции по своему генетическому составу уникальны, в результате такого слияния возникают новые генофонды с измененными по сравнению с исходными частотами аллелей. В условиях возросшей численности интенсифицируются межпопуляционные миграции особей, что также способствует перераспределению аллелей. Рост количества организмов обычно сопровождается расширением занимаемой территории. На гребне популяционной волны некоторые группы особей выселяются за пределы ареала вида и оказываются в необычных условиях существования. В таком случае они испытывают действие новых факторов естественного отбора. Повышение концентрации особей в связи с ростом их численности усиливает внутривидовую борьбу за существование. При спаде численности наблюдается распад крупных популяций. Возникающие малочисленные популяции характеризуются измененными генофондами. В условиях массовой гибели организмов редкие мутационные аллели могут быть генофондом потеряны. При сохранении редкого аллеля его концентрация в генофонде малочисленной популяции автоматически возрастает. На спаде волны жизни часть популяций, как правило, небольших по размерам, остается за пределами обычного ареала вида. Чаще они, испы-тьшая действие необычных условий жизни, вымирают. Реже, при благоприятном генетическом составе, такие популяции переживают период спада численности. Будучи изолированными от основной массы вида, существуя в необычной среде, они нередко являются родоначальниками новых видов. Популяционные волны - это эффективный фактор преодоления генетической инертности природных популяций. Вместе с тем их действие на генофонды не является направленным. В силу этого они, так же как и мутационный процесс, подготавливают эволюционный материал к действию других элементарных эволюционных факторов.

    Изоляция.

    Ограничение свободы скрещиваний (панмиксии) организмов называют изоляцией. Снижая уровень панмиксии, изоляция приводит к увеличению доли близкородственных скрещиваний. Сопутствующая этому гомозиготизация усиливает особенности генофондов популяций, которые создаются вследствие мутаций, комбина-тивной изменчивости, популяционных волн. Препятствуя снижению межпопуляционных генотипических различий, изоляция является необходимым условием сохранения, закрепления и распространения в популяциях генотипов повышенной жизнеспособности. В зависимости от природы факторов ограничения панмиксии различают географическую, биологическую и генетическую изоляцию.

    Естественный отбор.

    В природных популяциях организмов, размножающихся половым способом, существует большое разнообразие генотипов и, следовательно, фенотипов. Благодаря индивидуальной изменчивости в условиях конкретной среды обитания приспособленность разных генотипов (фенотипов) различна. Различия между организмами по приспособленности, оцениваемой передачей аллелей следующему поколению, выявляются в природе с помощью естественного отбора. Главный результат отбора заключается не просто в выживании более жизнеспособных, а в относительном вкладе таких особей в генофонд дочерней популяции. Необходимой предпосылкой отбора является борьба за существование - конкуренция за пищу, жизненное пространство, партнера для спаривания. Естественный отбор происходит на всех стадиях онтогенеза организмов.

    Стабилизирующая форма соответствует консервативной роли естественного отбора. При относительном постоянстве условий среды благодаря этой форме сохраняются результаты предшествующих этапов эволюции. Движущий (направленный) отбор обусловливает последовательное изменение фенотипа в определенном направлении, что проявляется в сдвиге средних значений отбираемых признаков в сторону их усиления или ослабления. При смене условий обитания благо даря этой форме отбора в популяции закрепляется фенотип, более соответствующий среде. После того как новое значение признака придет в оптимальное соответствие условиям среды, движущая форма отбора сменяется стабилизирующей.

    Направленный отбор составляет основу искусственного отбора. Так,в одном эксперименте на протяжении ряда поколений из популяции шестинедельных мышей отбирали для скрещивания наиболее тяжелых и наиболее легких животных. Избирательное воспроизведение по признаку массы тела привело к образованию двух самостоятельных популяций, соответственно с возрастающей и убывающей массой тела. По окончании опыта, занявшего 11 поколений, ни одна из этих популяций не вернулась к первоначальной массе.

    Дизруптивный (разрывающий) отбор сохраняет несколько разных фенотипов с равной приспособленностью. Он действует против особей со средним или промежуточным значением признаков. Дизруптивная форма отбора "разрывает" популяцию по определенному признаку на несколько групп. Она поддерживает в популяции состояние генетического полиморфизма.

    В зависимости от формы отбор сокращает масштабы изменчивости,создает новую или сохраняет прежнюю картину разнообразия. Как и другие элементарные эволюционные факторы, естественный отбор вызывает изменения в соотношении аллелей в генофондах популяций. Особенность его действия состоит в том, что эти изменения направленны. Отбор приводит генофонды в соответствие с критерием приспособленности. Он осуществляет обратную связь между изменениями генофонда и условиями обитания, накладывает на эти изменения печать биологической целесообразности (полезности). Естественный отбор действует совместно с другими эволюционными факторами. Поддерживая генотипическое разнообразие особей в ряду поколений, мутационный процесс, а также популяционные волны, комбинативная изменчивость создают для него необходимый материал. Естественный отбор нельзя рассматривать как <сито>, сортирующее генотипы по приспособленности. В эволюции ему принадлежит творческая роль. Результатом творческой роли отбора является процесс органической эволюции, идущей в целом по линии прогрессивного усложнения морфофизиологической организации (арогенез), а в отдельных ветвях - пути специализации (аллогенез).

    Генетико-автоматические процессы.

    Мутации и комбинативная изменчивость, периодические колебания численности организмов, изоляция изменяют генофонды популяций случайным образом. Их совместное действие с естественным отбором в процессе видообразования придает биологической изменчивости в целом приспособительный характер. Выполнению отбором упорядочивающей роли препятствуют изменения частот аллелей, зависящие от случайных причин. Таковыми в данном случае являются причины, обусловливающие преимущественное размножение генотипов вне связи с их приспособительной ценностью. Так как динамика частот аллелей в генофондах последовательных поколений носит статистический характер, размах случайных колебаний этого показателя возрастает по мере снижения численности особей в популяции. Расчеты показывают, что при воспроизведении 5000 потомков родительской популяции с частотой некоего аллеля р = 0,50, колебания концентрации этого аллеля в 99,994% вариантов дочерних популяций в силу случайных причин (в отсутствие отбора по этому аллелю) не выйдут за пределы 0,48-0,52. При значительном размахе колебаний в последовательных поколениях создаются условия для потери популяцией некоторых аллелей и закрепления других. В результате происходят гомозиготизация особей и затухание изменчивости.

    Клеточные и физико-химические механизмы наследственности и изменчивости универсальны для всех живых существ, включая человека. Установлена определенная зависимость жизнеспособности индивидуума от особенностей его генотипа. Большую часть своей истории человечество было совокупностью более или менее изолированных в репродуктивном отношении относительно малочисленных групп. Вплоть до настоящего времени сохраняются изоляты. В отдельные исторические периоды происходили миграции значительных масс людей. Они сопровождались объединением ранее разобщенных групп, освоением новых территорий со своими климато-географическими условиями. В настоящее время миграции населения усилились в связи с ростом численности людей, совершенствованием средств транспорта, неравномерным развитием экономики. Благодаря отмеченному генофонды популяций людей испытывали ранее и продолжают испытывать действие элементарных эволюционных факторов. Социальность человека вносит в это действие определенную специфику.

    Мутационный процесс

    Мутационный процесс у человека сходен с таковым у других организмов по всем основным показателям - средней частоте мутирования на локус или геном за поколение, генетикофизиологическим характеристикам мутаций, наличию антимутационных барьеров. Это совпадение неслучайно. Основные характеристики спонтанного мутагенеза формировались на начальных этапах эволюции жизни под действием таких постоянных факторов, как ультрафиолетовое и иные виды излучения, температура, определенная химическая среда. Хотя оценка частоты возникновения мутаций у людей встречает серьезные трудности, некоторые подходы к получению таких данных имеются. Согласно одному из них, максимальная определяемая вероятность новой мутации составляла 2,24 _ 10 5 на один локус в поколении. В настоящее время давление мутационного процесса на генофонд человечества, по-видимому, усиливается благодаря росту индуцированныхмутаций. Их причиной нередко служат факторы, возникающие в связи с производственной деятельностью человека в условиях научно-технической революции, например ионизирующее излучение. Например, за в 1 Гр (грей), получаемая при низком уровне радиации мужчинами, индуцирует от 1000 до 2000 мутаций с серьезными фенотипическими последствиями на каждый миллион живых новорожденных. У женщин эта цифра ниже - 900.

    Мутагенные факторы индуцируют мутации как в половых, так и в соматических клетках. В последнем случае результат может состоять в повышении частоты определенных заболеваний, особенно лейкозов.

    Популяционные волны.

    Численность населения планеты за обозримый исторический период в целом возросла с 5 млн в эпоху неолита до 7 млрд в настоящее время.. Ускорение роста численности при ограниченности заселяемой территории способствует усилению миграций. На фоне общей тенденции к повышению численности людей имели место отдельные снижения этого показателя. Предполагают, что периодические колебания численности людей на обширных или ограниченных территориях, изменяя плотность населения и вызывая миграции, влияли на состояние генофондов человеческих популяций.

    Изоляция.

    Человеческое общество длительно развивалось как совокупность изолированных производственных коллективов, внутри которых в основном и совершались браки. Природа изоляционных барьеров между популяциями людей разнообразна. В ранней исто рии человечества важное место принадлежало, по-видимому, географической изоляции. Специфическими для чело веческого общества являются формы изоляции, зависящие от разнообразия культур, экономических укладов, религиозных и морально-этических установок. Фактор изоляции оказывал влияние на генофонды популяций людей. Длительным проживанием в состоянии относительной культурной и географической изоляции объясняют, например, некоторые антропологические

    особенности представителей малых народностей: своеобразный рельеф ушной раковины бушменов, большая ширина нижнечелюстного диаметра коряков и ительменов, исключительное развитие бороды айнов. Среди горных таджиков, проживающих в одном районе, выделены группы с разным соотношением индивидуумов по антигенам эритроцитов системы АВО. Причиной различий является изолированность от главных перевальных путей сообщения.Сохранению высокого уровня генетической изоляции двух популяций, существующих на одной территории, способствуют отличия по физическим признакам или образу жизни. Однако такие барьеры со временем ослабевают. Об этом свидетельствует судьба популяций белых и негров в США и Бразилии. К настоящему времени доля генов от белых составляет у американских негров 25%, а у бразильских - 40%. Между двумя генетически различающимися популяциями, разделенными географически, иногда вклиниваются другие популяции, через которые и происходит обмен генами. В таких случаях наблюдается градиент признака. Так, частота аллеля группы крови в Европе постепенно повышается с запада на восток.

    У коренного населения Пиренейского п- этот ген практически отсутствует, тогда, как в районе Астрахани его частота достигает 30%. В настоящее время круг возможных браков неуклонно расширяется. Разрушение многовековых эзоляционных барьеров - процесс, по-видимому, необратимый.

    Генетико-автоматические процессы

    Человеческие популяции в палеолите состояли из нескольких сотен индивидуумов. Всего одно-два столетия тому назад люди жили преимущественно поселениями в 25-35 домов. Вплоть до самого последнего времени количество индивидуумов в отдельных популяциях, непосредственно участвующих в размножении, редко превышало 400-3500 человек. Причины географического, экономического, расового, религиозного, культурного порядка ограничивали брачные связи масштабами определенного района, племени, поселения, секты. Высокая степень репродуктивной изоляции малочисленных человеческих популяций на протяжении многих поколений создавала благоприятные условия для дрейфа генов. Генетико-автоматические процессы, или дрейф генов, приводят к сглаживанию изменчивости внутри группы и появлению случайных, не связанных с отбором различий между изолятами. Именно это выявили наблюдения за особенностями фенотипов малочисленных групп населения в условиях, например, географической изоляции. Так, среди жителей Памира резус-отрицательные индивидуумы встречаются в 2-3 раза реже, чем в Европе. В большинстве кишлаков такие люди составляют 3-5% популяции. В некоторых изолированных селениях, однако, их насчитывается до 15%, т.е. примерно как в европейской популяции.

    Примером действия дрейфа генов в человеческих популяциях служит эффект родоначальника. Он возникает, когда несколько семей порывают с родительской популяцией и создают новую на другой территории. Такая популяция обычно поддерживает высокий уровень брачной изоляции. Это способствует случайному закреплению в ее генофонде одних аллелей и утрате других. В результате частота очень редкого аллеля может стать значительной. Так, члены секты амишей в округе Ланкастер штата Пенсильвания, насчитывающей к середине текущего столетия примерно 8000 человек, почти все произошли от трех супружеских пар, иммигрировавших в Америку в 1770 г. В этом изоляте обнаружено 55 случаев особой формы карликовости с многопал остью, которая наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Эта аномалия не зарегистирирована среди амишей штатов Огайо и Индиана. Очевидно, среди членов первых трех семей, основавших популяцию, находился носитель соответствующего рецессивного мутантного аллеля - "родоначальник" соответствующего фенотипа. В XVIII в. из Германии в США иммигрировало 27 семей, основавших в штате Пенсильвания секту дункеровЗа 200-летний период существования в условиях сильной брачной изоляции генофонд популяции дункеров изменился в сравнении с генофондом населения Рейнской области Германии, из которой они произошли. При этом степень различий во времени увеличивалась. У лиц в возрасте 55 лет и выше частоты аллелей системы групп крови MN ближе к цифрам, типичным для населения Рейнской области, чем у лиц в возрасте 28-55 лет. В возрастной группе 3-27 лет сдвиг достигает еще больших значений

    На протяжении большей части истории человечества дрейф генов оказьшал влияние на генофонды популяций людей. Так, многие особенности узкоместных типов в пределах арктической, байкальской, центральноазиатской, уральской групп населения Сибири являются, по-видимому, результатом генетико-автомати-ческих процессов в условиях изоляции малочисленных коллективов. Эти процессы, однако, не имели решающего значения в эволюции человека. Последствия дрейфа генов, представляющие интерес для медицины, заключаются в неравномерном распределении по группам населения Земного шара некоторых наследственных заболеваний. Так, изоляцией и дрейфом генов объясняется, по-видимому, относительно высокая частота церебромакулярной дегенерации в Квебеке и Ньюфаундленде, детского цестиноза во Франции, алкаптонурии в Чехии, одного их типоворфирии среди европеоидного населения в Южной Америке, адреногенитального синдрома у эскимосов. Эти же факторы могли быть причиной низкой частоты фенилкетонурии у финнов и евреев-ашкенази. Изменение генетического состава популяции вследствие гене-тико-автоматических процессов приводит к гомозиготизации индивидуумов. При этом чаще фе-нотипические последствия оказываются неблагоприятными. Вместе с тем следует помнить, что возможно образование и благоприятных комбинаций аллелей. Примером могут служить родословные Тутанхамона и Клеопатры VII.

    Естественный отбор.

    В процессе видообразования естественный отбор переводит случайную индивидуальную изменчивость в биологически полезную групповую -популяционную, видовую. Стабилизирующая его форма сохраняет "удачные"комбинации аллелей от предшествующих этапов эволюции. Отбор поддерживает также состояние генетического полиморфизма. Смена биологических факторов исторического развития социальными привела к тому, что в человеческих популяциях отбор утратил функцию видообразования. За ним сохранились функции стабилизации генофонда и поддержания наследственного разнообразия. В пользу действия стабилизирующей формы естественного отбора говорит, например, большая смертность среди недоношенных и переношенных новорожденных по сравнению с доношенными. Направление отбора среди таких детей зависит, по-видимому, от снижения общей жизнеспособности.

    Под действием отбора находятся аллели, контролирующие синтез антигенов системы групп крови АВО. Об этом свидетельствует снижение против ожидаемого количества детей в АВО-несовместимых браках женщин 0-группы с мужчинами А, В или АВ-групп. Особенность отбора по локусам группоспецифичных антигенов эритроцитов, таких, как "резус" или АВО, заключается в том, что он действует на уровне зиготы или ранних стадий эмбриогенеза. Замечено, что в браках, где мать и отец несовместимы по фактору "резус", число детей с гемолитической болезнью меньше ожидаемого. Так, среди белого населения США Rh отрицательные люди составляют примерно 16%. В такой популяции частота аллеля d равна 40%, а вероятность развития гемолитической болезни при случайном подборе брачных пар - 9%. На самом деле частота этой болезни составляет 1 : 150 - 1 : 200. Одним из факторов снижения является одновременная несовместимость родителей по локусу АВО. В этом случае Rh положительные эритроциты плода, попавшие в организм матери, разрушаются и иммунизации не происходит. Отрицательный отбор действует в большинстве популяций людей по аллелям аномальных гемоглобинов. Его особая жесткость обусловливается тем, что он направлен против гомозигот. Ребенок, умирающий, например, от серповидно-клеточной анемии, является гомозиготным по аллелю S. Каждая такая смерть устраняет из генофонда популяции аллели одного вида. Это приводит к сравнительно быстрому снижению изменчивости по соответствующему локусу. Во многих популяциях людей частота аллелей аномальных гемоглобинов, в том числе и S, не превышает 1%. Высокая частота аллелей таких аномальных гемоглобинов, как S, С, D, E, в некоторых районах планеты иллюстрирует действие естественного отбора по поддержанию в человеческих популяциях состояния балансированного генетического полиморфизма. Отрицательный отбор в отношении аллеля S перекрывается мощным положительным отбором гетерозигот HbAHbS благодаря высокой жизнеспособности последних в очагах тропической малярии. Исследования в Уганде показали, что количество возбудителей в 1 мл крови зависит от генотипа ребенка и составляет до 10 000 у HbSHbS, до 160 000 у HbAHbS и до 800 000 у НЬАНЬА. Устранение фактора контротбора приводит к снижению частоты аллеля серповидноклеточности. Этой причиной, действующей на протяжении уже нескольких столетий наряду с метисацией, объясняют относительно низкую частоту гетерозигот HbAHbS среди североамериканских негров (8-9%) в сравнении с африканскими (около 20%). В приведенных примерах действию отрицательного отбора, снижающего в генофондах некоторых популяций людей концентрацию определенных аллелей, противостоят контротборы, которые поддерживают частоту этих аллелей на достаточно высоком уровне. Результатом наложения многочисленных и разнонаправленных векторов отбора является формирование и поддерживание генофондов популяций в состоянии, обеспечивающем возникновение в каждом поколении генотипов достаточной приспособленности с учетом местных условий. Благодаря социально-экономическим преобразованиям, успехам лечебной и особенно профилактической медицины влияние отбора на генетический состав популяций людей прогрессивно снижается.

    Таким образом, на основе эволюционных преобразований достигается большое генетическое разнообразите природных популяций, в том числе популяций человека, отражением чего служит генетический полиморфизм.

    3. Генетический полиморфизм позволяет лучше уяснить причины возникновения тех или иных заболеваний, особенности реагирования организма на факторы среды и на этой основе выделить группы риска в отношении тех или иных заболеваний. Генетический полиморфизм одна из причин иммунологической уникальности.

    Медицинское значение генетического полиморфизма определяется тем, что это явление лежит в основе наследственно обусловленных патологических реакции организма на действие факторов внешней среды, лекарственные препараты и т.п. Это и понятно, так как многочисленные вариации в ферментных системах, рецепторах и других молекулярных структурах клетки, контролируемые полиморфными системами генов, обусловливают индивидуальные особенности не только обмена веществ, но и ответных реакций организма на воздействие разных по своей природе факторов.

    Примером таких полиморфных систем может служить локус, контролирующий синтез антитрипсина - одного из белков сыворотки крови С помощью электрофоретических методик удалось идентифицировать по крайней мере 23 разных фенотипа этого белка. Генетической основойакой гетерогенности служит серия множественных аллелей по локусуРI. Во всех обследованных популяциях наиболее часто встречается аллель РIМ, определяющий нормальную активность антитрипсина. Пониженную же активность белка контролируют варианты z ,s и с. Индивидуумы с наследственной недостаточностью антитрипсина, если они гомозиготны по данному признаку, склонны к развитию заболеваний легких. Доказано, что эмфизема легких среди гомозигот типа ZZ встречается в 15 раз чаще, чем в общей популяции. Гетерозиготы в обычных условиях оказываются здоровы. Однако, при дополнительном вредном воздействии (курении, запыленности воздуха) у них также возникают поражения легких. Частота гетерозигот в некоторых популяциях и составляет 2-4%. Поэтому для этой группы лиц в целях профилактики заболеваний легких необходимо исключить курение и воздействие промышленной пыли

    В клинической практике хорошо известна неодинаковая чувствительность людей к лекарственным препаратам и многообразие ответных реакций, возникающих на их введение. При введении стандартной дозы лекарства концентрация его в крови некоторых лиц через определенный промежуток времени оказывается ниже оптимального эффективного уровня, а у других напротив чрезмерно высокой. Это явление в значительной мере связано с различной активностью ферментных систем на пути биохимических превращений препарата в организме. При высокой активности ферментов, метаболизирующих лекарственный препарат, концентрация его в крови быстро снижается,тогда как при низкой активности - напротив препарат или продукты его метаболизма накапливаются в организме, что может резко усилить реакцию и даже вызвать токсический эффект. Поскольку синтез ферментов, так же как образование рецепторов, взаимодействующих с лекарствами, детерминированы генами,постольку и реакции организма на препарат и во многом имеют наследственную природу.

    К настоящему времени обнаружено многочисленные мутации, обуславливающие патологические реакции при приеме лекарства. Например, патологическая чувствительность к дитилину - препарату, применяемому в хирургии для расслабления мышц, связана с мутацией локуса, контролирующего синтез расщепляющего дитилин фермента - сывороточной холинэстеразы. Нормальных индивидуумы реагируют на введение дитилина лишь кратковременным расслаблением дыхательных мышц и непродолжительной остановкой дыхания, которое после инактивации препарата холинэстеразой быстро восстанавливается. У лиц с аномальной холинэстеразой дитилин подвергается весьма медленной инактивации, и поэтому у таких индивидуумов при введении им препарата наблюдается длительная, в течение 1 часа, остановка дыхания.

    Аномальная холинэстераза контролируется двумя аллелями s и f. Синтез фермента с нормальной активностью определяется аллелем u. Гетерозиготы по аллелям s и f проявляют патологический эффект. в то время как гетерозиготы типа su b fu обладают нормальной активностью холинэстеразы. Аллель в гомозиготном состоянии обуславливает полное отсутствие холинэстеразной активности и такие индивидуумы особенно чувствительны к дитилину . Частота клинически значимых гомозигот в европейских популяциях составляет 1:3500.

    С генетическим полиморфизмом связана антигенная индивидуальность людей. Антигены - все вещества, которые несут признаки генетической чужеродности и при введении в организм вызывают развитие специфических иммунологических реакций. К таким веществам относятся белки и другие биологические макромолекулы так как в их строении отражается специфическая организация генетического материала. Генетическая детерминированность антигенов характеризуется формулой: один ген - один антиген. Поскольку один антиген может быть представлен многими аллелями, становится понятным, что для популяций человека характерно значительное разнообразие антигенов, контролируемых одним и тем же геном. Каждый человек имеет уникальный набор белков а следовательно и уникальный антигенный состав. Примерами таких систем, для которых характерен выраженный генетический полиморфизм могут служить антигены МНС - главного комплекса гистосовместимости, антигены эритроцитов крови человека и др.

    Антигены НЛА системы локализованы на поверхности В клеток и относятся к так называемым "сильным" антигенам. Они высокополиморфны, для них характерно неравновесие по сцеплению. Подобные системы выявлены у всех млекопитающих.

    Гены главного комплекса гистосовместимости у человека находятся в 6 хромосоме и представлены 4 локусами, расположенными в следующем порядке: А,С,В,Д. Для каждого из этих локусов известно много аллелей, которые можно идентифицировать специальными сыворотками. Обнаружено тесное сцепление этих генов с другими локусами, имеющими отношение к иммунному ответу. Гены главной системы гисосовместимости имеют решающее значение для иммунологическогораспознавания и взаимодействия клеток в иммунном ответе.

    Они участвуют в регуляции контакта клеток с окружающей средой, а также и в осуществлении функций межклеточных взаимодействий. Доказано, что для кооперации различных клеток на разных стадиях иммунного ответа требуется идентичность антигенов по НЛА системам. Рассматриваемые антигены имеют существенное значение в процессе дифференциации иммунокомпетентных клеток в эмбриональном развитии. Возможная функция антигенов гистосовместимости защита от вирусной и бактериальной инфекции. Антигенный материал человека может быть включен в оболочку вируса, в результате чего вирус становится трудно распознаваемым. Однако, если вирус содержит материал МНС от генетически отличного индивида, то такие вирусы легко распознаются и инактивируются иммунной системой. Это объясняет, почему высокий полиморфизм НЛА систем имеет селективное преимущество. Другая возможная функция антигенов МНС - защита от заражения опухолевыми клетками других особей того же вида.

    Антигены главного комплекса гистосовместимости играют решающую роль в реакциях трансплантационного иммунитета. Сочетания генов, контролирующих эти антигены, у разных людей варьируют в очень широких пределах. Наиболее частые гаплотипы (под гаплотипами понимают комбинации генов в локусе) в популяции людей - А-1 - В-8; А-3 - В-7. Количество возможных гаплотипов равно 187, генотипов - 17578, фенотипов - 7672. Возможность нахождения доноров, соответствующих по генам гистосовместимости в случае редких гаплотипов равна 1:7000. Для трансплантологии существенное значение имеет вывод о том, что чем больше соответствие в характере генов гистосовместимости между донором и реципиентом, тем в меньшей степени выражена иммунная реакция донора и тем следовательно больше вероятность в приживании трансплатированной ткани.

    Особый интерес для практики среди среди других изоантигенов эритроцитов человека представляет такой полиморфный признак как резус-фактор: антиген встречающийся в эритроцитах человека, который впервые был обнаружен у обезьяны макаки-резус (Macaca rhesus), в 1940 году Ландштейнером и Винером. Выяснилось, что люди по признаку наличия или отсутствия этого белка делятся на две группы: обладающих резус-фактором, или резус-положительных, и не

    имеющих в эритроцитах этого антигена, то есть резус-отрицательных. Резус-положительные люди составляют большинство населения. Например, в европейских странах их в среднем 84%, тогда как резус-отрицательных - 16%. Наследование резус-фактора определяется тремя парами аллелей: C, D, E, c, d, e. Образуя довольно сложную систему, эти аллели в конечном итоге определяют механизм наследования, близкий по типу к обычному доминированию. Резус-положительных людей с некоторыми допущениями можно представить как лиц, обладающих доминантной аллелью Rh, а их генотип обозначить RhRh или Rhrh. Резус-отрицательные люди имеют генотип rhrh. Если, к примеру, резус-положительная гомозиготная по этой доминантной аллели женщина выйдет замуж за резус-отрицательного мужчину, то их дети будут резус-положительными гетерозиготами:

    P RhRh x rhrh

    F1 Rhrh

    Эту систему также учитывают при переливании крови, так как повторное переливание, например, резус-положительной крови одному и тому же резус-отрицательному больному может привести к осложнениям в связи с развитием у реципиента иммунитета к резус-положительным эритроцитам. Поэтому переливают всегда только резус-совместимую кровь, то есть резус-положительному больному - кровьRh+, а резус-отрицательному - Rh-.

    Знание закономерности наследования резус-фактора позволило объяснить механизм возникновения гемолитической болезни новорожденных. Условия и причины развития резус конфликта в самом общем виде можно представить следующим образом. Если резус-отрицательная женщина выйдет замуж за резус-положительного мужчину, ребенок их будет также резус-положительным:

    P rhrh x Rhrh

    F1 Rhrh

    Пока у эмбриона не сформировалась кровеносная система и еще не появились эритроциты с фактором Rh, наличие плода с этим чужеродным для матери белком не оказывает никакого дополнительного влияния на организм беременной женщины. Однако в конце беременности, когда кровеносные сосуды матери и плода в планценте находятся очень близко друг к другу, а в сосудах плода имеются уже эритроциты с резус-фактором, при некоторых инфекционных заболеваниях, небольших травмах или по иным причинам часть эритроцитов плода может попасть в сосудистое русло матери. Организм беременной женщины начинает тогда вырабатывать иммунные тела против эритроцитов с чужеродным для нее белком. Во время первой беременности организм матери обычно только вырабатывает иммунитет к резус-фактору, но не успевает оказать губительное влияние на плод. Однако во время второй беременности эти защитные силы материнского организма начинают действовать в полной мере. Антитела матери начинают проникать через плацентарный барьер в сосудистое русло плода, вызывая гемолиз (растворение) его эритроцитов. В результате этого может произойти гибель плода. Если же напряженность иммунитета матери не была столь велика, чтобы вызывать его смерть, то у новорожденного отмечаются признаки гемолитической болезни: желтушное окрашивание кожных покровов и слизистых оболочек, врожденная анемия (малокровие), нередко отеки подкожной клетчатки и выпот жидкости в плевральную и брюшную полости, увеличение печени и селезенки. При отсутствии лечения в тяжелых случаях новорожденные умирают в первые же дни после рождения. Установление причин развития этой болезни позволило организовать ее профилактику и лечение.

    Изложенные выше материалы, а также присущий человеческим популяциям генетический полиморфизм, генетическая индивидуальность людей служат веским обоснованием существования связи между генотипом организма и предрасположенностью к возникновению патологических состояний или заболеваний. Поиск такой связи может оказаться весьма плодотворным и для идентификации главных генов, определяющих мультифакториальную патологию. Полученные к настоящему времени данные, например, показали весьма высокую связь некоторых заболеваний с такими генетическими маркерами как НЛА антигены. Так, например, относительный риск заболевания анкилозирующим сподилоартритом (болезнь Бехтерева) у лиц носителей антигена hghghDD возрастает в 90 раз. нание особенностей распространения в популяции разных генетических маркеров дает возможность прогнозировать ожидаемые частоты возникновения заболеваний, патологических состояний,чувствительность к которым сцеплена с тем или иным геном. Наличие у индивидуума того или иного генетического маркера имеет также важное значение для установления диагноза заболевания.

    Биологическое значение генетическогго полиморфизма определяется дополнительными адаптивными возможностями и эволюционными перпективами, которые полиморфизм обеспечивает популяциям эукариотных организмов. Это можно рассмотреть на примере распределение частоты аллелей А,В, О в популяциях коренного насления Земли. Известно, что в разных регионах планеты распределение групп крови по системе А,В,О имеет существенные особенности. Например, аллель 0 с высокой частотой встречается в популяциях, которые в течение длительного времени находились в относительной изоляции (коренное население Австралии, Полинезии, Арктики, и др). Особенно высокая частота этого аллеля (более 95%) отмечается у индейцев Центральной и Южной Америки. В других же регионах, в том числе и на обширных пространствах Евроазии, его частота обычно колеблется от 55 до 65 %. Столь неравномерное распределение рассматриваемого алллеля в разных популяциях, как предполагают, связано с имевшими место в прошлом эпидемиями холеры, которая играла роль фактора отбора. Основанием для такого суждения послужило во-первых то, что индивидуумы носители алллеля 0 в большей степени, чем другие лица, подвержены заболеванию холерой, которая протекает у них в более тяжелой форме и чаще сопровождается смертностью. Во-вторых, высокая частота аллеля О наблюдается среди коренного населения именно тех территорий, которые были исходно свободными от холеры. Там же, где холера имела широкое распространение группа крови 0 встречается сравнительно редко. В этой связи можно сделать вывод, что алелли А и В обеспечивали их носителям селективные преимущества в регионах, где холера имела эпидемическое распространение.

    ЗАКЛЮЧЕНИЕ
    Эволюционное развитие человека способствовало исключительно высокому генетическому полиморфизма его популяций. Результатом этого явилось также формирование у человека генетического груза. Генетический полиморфизм во многом определяет наследственно обусловленные индивидуальные реакций людей на действие факторов внешней среды абиотической и биотической природы, лекарственных препаратов и т.п., иммунологическую индивидуальности людей, различную их различную предрасположенность к тем или иным заболеваниям. Таким образом, благодаря достижениям биологической науки в настоящее время заложены основы для быстрого развития нового направления профилактической медицины , основанного на учете индивидуальных генетических особенностей людей.
    Преподаватель кандидат биологических наук ____________________ А.Перминов

    (воинское/ученое звание, подпись, инициал имени, фамилия автора)
    «____» _______________ 2019 г

перейти в каталог файлов


связь с админом