Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах и улицах «Добрая дорога детства» 2
Скачать 1.08 Mb.
|
| Тема 17. Полиплоидия Кратные изменения числа наборов хромосом выражаются в гаплоидии и полиплоидии. При гаплоидии все хромосомы в кариотипе представлены в единственном числе. Напомним, что у диплоидных организмов каждая хромосома имеет гомологичную пару с теми же генами, но, возможно, с другими аллелями этих генов. Следует указать, что изменение числа наборов хромосом далеко не всегда говорит о мутации. Многие исследователи вообще не считают мутациями хромосомные изменения. Например, у высших растений в обязательном порядке происходит закономерное чередование гаплоидного поколения (гаметофит) и диплоидного (спорофит, подробнее об этом говорится в разделе, посвященном высшим растениям). Известны гаплоидные формы у грибов и водорослей. У многих простейших (жгутиконосцы, споровики) первое деление зиготы представляет собой мейоз, в результате которого образуются гаплоидные клетки. Даже среди высокоорганизованных многоклеточных организмов могут иметься особи с гаплоидным набором хромосом (самцы перепончатокрылых - пчел, муравьев и др.). Наконец гаплоидные клетки (гаметы) образуются у всех организмов, размножающихся половым путем. Индуцированное получение гаплоидных организмов имеет прикладное значение, поскольку в гаплоидных клетках легче дифференцировать полезные и вредные мутации. А дальнейший перевод гаплоидов в диплоиды позволяет получать растения с нужными качествами. Для получения индуцированных гаплоидных организмов используют различные методы: искусственное опыление пыльцой с ядрами, предварительно убитыми проникающей радиацией или пыльцой другого вида; задержкой Опыления (для стимуляции деления неоплодотворенной яйцеклетки). Изредка в семенах растений развивается два зародыша (по аналогии с животными их называют близнецами), один из которых является нормальным диплоидным, а второй - гаплоидным. Полиплоидия приводит к кратному увеличению числа наборов хромосом. Полиплоидными считаются организмы, имеющие более двух наборов хромосом. При этом различают сбалансированные полиплоиды, содержащие четное количество наборов - 4n, 6n, 8п,10п и т.д., и несбалансированные с нечетным количеством наборов - Зп, 5п, 7п, 9п и т. д. При этом у несбалансированных полиплоидных организмов часто имеют место дефекты в процессе мейоза из-за невозможности правильной конъюгации нечетного количества хромосом и нарушений при их расхождении. Как и гаплоидия, полиплоидия значительно более распространена у растений, особенно цветковых, где их доля составляет почти половину (большинство культурных растений полиплоидны). Для голосеменных растений полиплоидия нехарактерна. Макронуклеусы гетероядерных простейших (инфузорий) высокополиплоидны. У многоклеточных животных полиплоидия всего организма встречается лишь у некоторых гермафродитов (например, у земляных червей) и у форм, размножающихся партеногенетически (некоторые чешуекрылые, жесткокрылые, полужесткокрылые, ракообразные, рыбы и земноводные). Кроме того, у многих животных имеет место полиплоидия клеток отдельных органов (например, печени млекопитающих, слюнных желез и мальпигиевых сосудов некоторых насекомых), что получило название эндополиплоидии. Установлено, что климат влияет на степень распространенности полиплоидных организмов — их становится больше по мере приближения к арктическим и антарктическим широтам, а также в условиях высокогорья. Увеличение числа одинаковых геномов называется автополиплоидией. Примером тому является многократное увеличение наборов хромосом в макронуклеусе инфузорий (более тысячи раз). Автополиплоидия может возникать спонтанно и искусственно. Спонтанная может происходить в случаях нарушений расхождения хромосом в процессе мейоза при спорогенезе. Образовавшиеся в результате этого не гаплоидные, а диплоидные споры впоследствии продуцируют также диплоидные гаметы. Если плоидность увеличивается в соматических клетках, то это приводит к появлению мозаицизма, когда в организме одновременно присутствуют и диплоидные и полиплоидные клетки. Причиной этому может быть репликация хромосом, которая не сопровождается последующим разделением клеток. Индуцированное увеличение плоидности вызывает живой интерес селекционеров, поскольку позволяет получить высокопродуктивные растения. В отличие от гаплоидных (которые имеют меньшие размеры, нежели диплоиды), полиплоидные формы высших растений имеют большие размеры. Однако увеличение плоидности приводит к росту продуктивности лишь до определенных пределов, превышение которых может привести к обратному результату -появлению более слабых растений. Обычно для этого используют вещества, препятствующие расхождению d-хромосом, например, колхицин, который способен связываться с тубулином и блокировать тем самым полимеризацию необходимых для образования веретена деления микротрубочек. Экспериментально можно добиться появления триплоидности у тритонов, если воздействовать на яйца аномально высокой или, наоборот, низкой температурой. Наличие нескольких наборов хромосом вносит определенные изменения в процессе мейоза. Напомним, что обязательным этапом этого процесса является конъюгация гомологичных хромосом с образованием бивалентов (см. раздел, посвященный мейозу). Однако у полиплоидных организмов гомологичных хромосом не две, а больше (пропорционально кратности генома). В результате этого возникают не биваленты, а, например, квадриленты (если геном тетраплоиден). У несбалансированных полиплоидных форм t гораздо чаще проявляются нарушения мейоза, из-за чего они почти всегда оказываются стерильными. Это обстоятельство, безусловно, вредное для растения, может оказаться весьма полезным для потребительских нужд человека. В качестве примеров можно привести триплоидные бананы с плодами без семян или искусственно полученные триплоидные арбузы (также лишенные косточек). В отличие от автополиплоидных организмов, у аллополипло-идных умножается геном не одного вида, а разных. Они возникают в результате гибридизации различных видов и родов - отдаленной гибридизацией. Полученные при этом гибриды с разными наборами хромосом называются отдаленными гибридами, а их полиплоидные формы, соответственно, являются аллополип-лоидами. Полиплоидные отдаленные гибриды также могут быть бесплодными, но это случается реже, чем у автополиплоидных. В начале 20-х годов XX в. отечественный цитогенетик Г.Д. Карпеченко впервые получил плодовитый межродовой гибрид, скрещивая редьку с капустой. Оба скрещиваемых растения имеют в диплоидном наборе по 18 хромосом (в гаплоидном, соответственно, по 9). Спорофитное поколение гибрида, названного рафанобрасси-кой, имело в соматических клетках 36 хромосом, половина из которых редечные и половина капустные. Фенотип рафанобрассики совмещал признаки обоих родителей, но, к сожалению, в неприемлемом для сельского хозяйства сочетании, поскольку побег был близок к редьке, а корень - к капусте. Поэтому, несмотря на грандиозный научный успех, этот гибрид не имел потребительской ценности и не получил хозяйственного распространения. Хромосомные болезни человека. У человека известно большое количество наследственных заболеваний. Многие из них вызваны изменением численности хромосом (как половых, так и аутосом). К сожалению, у новорожденных они встречаются очень часто. В частности, из каждых 1000 новорожденных (имеются в виду живые!) 3-4 имеют хромосомные нарушения. Причиной 35 - 40% случаев врожденных пороков развития «виноваты» именно такие мутации. К счастью, далеко не все эмбрионы с хромосомными нарушениями благополучно рождаются - в среднем из-за них происходит 40% спонтанных абортов, а также 6% всех мертворожденных. Вызывает тревогу, что в последнее время, несмотря на достижения науки, доля детей с хромосомными аномалиями не только не уменьшается, а, наоборот, прогрессивно возрастает. Это связано с воздействием химических веществ, проникающей радиации, курением, алкоголизмом родителей и многими другими факторами. Обычно проявившийся синдром называют по имени исследователя, который первым его описал. Наиболее распространенные заболевания представлены в таблице Таблица: Хромосомные болезни человека
Тема 18. Классификация наследственной патологии Известное к настоящему времени число наследственных признаков и болезней превышает более 10 тыс., и оно постоянно увеличивается. Описываются новые, ранее неизвестные наследственные синдромы и заболевания. В рамках уже известных клинических синдромов выделяют различные по механизму возникновения нозологические формы. Еще один источник роста числа наследственных заболеваний — это широко распространенные заболевания неинфекционной этиологии, к которым относятся атеросклероз, гипертоническая болезнь, бронхиальная астма, язвенная болезнь, злокачественные новообразования, псориаз, ряд психических и многие другие заболевания. Современные методы генетического анализа позволяют среди заболеваний, обусловленных наследственным предрасположением, выделять моногенные формы, т.е. заболевания, обусловленные мутацией одного гена. В связи с этим необходима разработка рациональной классификации наследственных болезней. Первые классификации наследственных болезней опирались главным образом на клинические особенности определенных групп патологий. По данной классификации выделяли, например, «наследственные болезни скелета», «наследственные болезни обмена», «наследственные болезни желудочно-кишечного тракта» и т.д. Поскольку одной из отличительных особенностей наследственного заболевания является вовлеченность в него многих органов и систем, использование чисто клинического (т.е. описательного) подхода не позволяет избежать ошибок классификации. Например, аутосомно-доминантный синдром «рука—сердце» в зависимости от ведущего в клиническом отношении симптома может диагностироваться, как «лучевая косорукость», и, следовательно, будет отнесен в рамках чисто клинической классификации в группу «поражения скелета». Вместе с тем у другого больного с идентичной мутацией (например, у брата описанного пациента) ведущим в клинической картине заболевания может быть поражение сердца при минимальной аномалии костной системы (в виде незначительной гипоплазии большого пальца). Таким образом, второй больной попадает в группу наследственных заболеваний «поражения сердечно-сосудистой системы». Содержательным является собственно генетический подход к классификации наследственных болезней. В основе подобных классификаций лежат генетические различия, например тип мутант-ных клеток (либо соматические, либо половые), или различные типы наследования и т.д. В настоящее время известны несколько классификаций наследственных болезней. В основу классификации наследственных болезней, предложенной академиком Н. П. Бочковым (1984), положен критерий удельного веса наследственности и влияния среды в возникновении, особенностях развития и исходах заболеваний. С учетом этого критерия выделяют четыре группы заболеваний. I группа — собственно наследственные болезни (моногенные и хромосомные). Причиной их являются мутации. Проявления мутаций практически не зависят от среды, т.е. есть болезнь или ее нет, зависит только от наличия или отсутствия мутации. К этой группе болезней относятся, например, многие врожденные нарушения обмена: фенилкетонурия, мукополисахаридозы, галактоземия; нарушения синтеза структурных белков: болезнь Марфана, несовершенный остеогенез; наследственные нарушения транспортных белков: гемоглобинопатии, болезнь Вильсона—Коновалова; хромосомные болезни: болезнь Дауна, синдром Шерешевского —Тернера и др. II группа — наследственные болезни, обусловленные мутацией, действие которой проявляется только при воздействии на организм специфического для мутантного гена фактора внешней среды. К данной группе относятся такие болезни, как печеночная пор-фирия, некоторые фармакогенетические реакции (длительная остановка дыхания при назначении суксаметония пациентам с вариантом псевдохолинестеразы) и экогенетические болезни (фа-визм). III группа — болезни, возникновение которых в существенной мере определяется факторами среды. Они объединяют большинство широко распространенных заболеваний, особенно болезней зрелого и преклонного возрастов. Наиболее часто и наиболее тяжело заболевания развиваются у предрасположенных к ним индивидуумов. Примерами болезней этой группы являются гипертоническая болезнь, онкологические болезни, психические болезни. Между II и III группами нет резкой границы, и их часто объединяют в группу болезней с наследственной предрасположенностью, различая моногенно или полигенно детерминированную пред-расположе н ность. IV группа — болезни, вызываемые исключительно факторами внешней среды (травмы, ожоги, отморожения, особо опасные инфекции и т.д.). Но и при этих заболеваниях генетические факторы определяют особенности клинического течения, эффективность терапии, спектр возникающих осложнений, скорость выздоровления, объемы компенсаторных реакций, исходы заболевания и т.д. Другая широко используемая классификация основана на различиях первичного патогенетического механизма возникновения наследственных заболеваний. С этих позиций всю наследственную патологию можно разделить на пять групп: 1) генные болезни. К этой группе относятся заболевания, вызываемые генными мутациями. Они передаются из поколения в поколение и наследуются по законам Менделя; 2) хромосомные болезни. Это заболевания, возникающие в результате хромосомных и геномных мутаций; 3) болезни, обусловленные наследственной предрасположенностью (мультифакториальные болезни). Это заболевания, возникающие в результате соответствующей генетической конституции и наличия определенных факторов внешней среды. При воздействии средовых факторов реализуется наследственная предрасположенность; 4) генетические болезни, возникающие в результате мутаций в соматических клетках (генетические соматические болезни), группа выделена совсем недавно. К ней относятся некоторые опухоли, отдельные пороки развития, аутоиммунные заболевания; 5) болезни генетической несовместимости матери и плода. Развиваются в результате иммунологической реакции организма матери на антиген плода. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
