Краткая история генетики

Лекция 1 (2 часа)

Тема: Введение в курс "Основы генетики" (2 часа)

План

1. Основные понятия и положения современной генетики.

2. Геном человека.

3. Методы исследования в генетике.

4. Наследственность и изменчивость.

5. Законы наследственности.

6. Строение хромосом, хромосомная теория наследственности.

7. Мутации

Генетика – это наука о наследственности и изменчивости организмов. Она раскрывает сущность того, каким образом каждая живая форма воспроизводит себя в следующем по­колении и как в этих условиях возникают наследственные изменения, которые передаются потомкам. Известно, что из оплодотворенной яйцеклетки развивается только особь дан­ного вида. Это показывает, что наследственность на клеточ­ном уровне представлена генетической программой, которая детерминирует развитие особи.

Медицинская генетика изучает закономерности наслед­ственности и изменчивости с точки зрения патологии. Она выявляет причины возникновения наследственных болезней, разрабатывает меры по профилактике действия мутагенных факторов на организм человека. При их действии на половые клетки здоровых людей происходят нарушения структуры генотипа (мутации), проявляющиеся у потомства наследственными болезнями.

Задачами медицинской генетики являются изучение характера наследственных болезней на молекулярном, клеточном уровнях и уровне целостного организма, а также дальнейшая разработка и усовершенствование методов генной инженерии с целью получения лекарственных веществ (ин­сулин, интерферон и др.) и генотерапии (замещение патоло­гических генов их нормальными аллелями), интенсивное раз­витие методов пренатальной (дородовой) диагностики, поз­воляющих предотвратить рождение ребенка с тяжелой нас­ледственной патологией.

Особый раздел медицинской генетики - клиническая ге­нетика, исследующая вопросы патогенеза, клиники, диагно­стики, профилактики и лечения наследственных болезней. В последние годы на фоне общего снижения заболевае­мости и смертности увеличился удельный вес врожденных и наследственных болезней. В связи с этим роль генетики в практической медицине значительно возросла. Без знания медицинской генетики нельзя эффективно проводить диагнос­тику, лечение и профилактику наследственных и врожденных заболеваний.

Краткая история генетики

Первые представления о передаче патологических наследственных приз­наков отражены в Талмуде (собрание догматических, религиозно-этических и правовых положений иудаизма, сложившихся в IV в. до н. э. - V в. н. э.), в котором указана опасность обрезания крайней плоти у новорожденных маль­чиков, старшие братья которых или дяди по материнской линии страдают кровотечениями.

В XVIII в. описано наследование доминантного (полидактилия - много-пальность) и рецессивного (альбинизм у негров) признаков. В начале XIX в. несколько авторов одновременно описали наследование гемофилии.

Особого внимания заслуживает книга лондонского врача Адамса, вышед­шая в 1814 г. под названием «Трактат о предполагаемых наследственных свойствах болезней, основанных на клиническом наблюдении». Через год она была переиздана под названием «Философский трактат о наследственных свойствах человеческой расы». Это был первый справочник для генетического консультирования. В ней сформулированы несколько принципов медицинской генетики: «Браки между родственниками повышают частоту семейных (то есть рецессивных) болезней» или «Не все врожденные болезни являются нас­ледственными, часть из них связана с внутриутробным поражением плода (например, за счет сифилиса)». Мотульски А. Г. (1959) справедливо назвал Адамса «забытым основателем медицинской генетики».

В середине ХIХ в. в России над проблемами наследственных болезней работал В.М. Флоринский. Он изложил свои взгляды по усовершенствованию человеческого рода. Однако ряд положений был противоречив и неверен. В то же время В.М. Флоринский поднял и осветил некоторые вопросы меди­цинской генетики. В своих трудах он правильно оценил значение среды для формирования наследственных признаков, подчеркнул вред родственных бра­ков, показал наследственный характер многих патологических признаков (глу­хонемота, альбинизм, заячья губа, пороки развития нервной трубки). Однако книга не нашла отклика среди медиков и биологов того времени, так как ученые еще не были подготовлены к восприятию этих идей. В последней четверти XIX в. наибольший вклад в становление генетики человека внес английский биолог Ф. Гальтон (двоюродный брат Ч. Дарвина). Он первым поставил вопрос о наследственности человека как предмете для изучения, обосновал применение генеалогического, близнецового и статисти­ческого методов для ее изучения и заложил основы для будущего разви­тия генетики человека. Принципиальная ошибка Ф. Гальтона заключается в том, что во всех евгенических мероприятиях он рекомендовал не столько избавиться от патологических генов человека, сколько повысить количество «хороших» генов в человеческих популяциях путем предоставления преи­мущественных условий для размножения более одаренных, гениальных лю­дей.

Существенный вклад в изучение генетики человека внес выдающийся английский клиницист А. Гаррод, хорошо знавший биологию и химию. Он первым обнаружил взаимосвязь между генами и ферментами и, применив эти знания к изучению патологических признаков, открыл врожденные на­рушения обмена веществ.

Работы Адамса и других исследователей того времени не привлекли внимания широкого круга специалистов потому, что наследственность тогда в основном изучалась на растениях. Наблюдения над человеком не учиты­вались. Между тем, если бы результаты исследований по генетике человека были известны Г. Менделю и другим ученым, изучавшим наследование на ботаническом материале, то открытие законов генетики и их признание могли бы произойти гораздо раньше.

В 1865 г. чешский ученый Г.Мендель глубоко и последовательно с математическим описанием в опытах на горохе сформулировал законы до­минирования для первого поколения гибридов, расщепления и комбиниро­вания наследственных признаков в потомстве гибридов. Этот важнейший вывод доказал существование наследственных факторов, детерминирующих развитие определенных признаков. Работа Г. Менделя оставалась непонятой 35 лет.

В 1900 г. три ботаника независимо друг от друга, не зная работы Г. Мен­деля, на разных объектах повторили его открытие: Де Фриз из Голландии - в опытах с энотерой, маком и дурманом, Корренс из Германии - с кукурузой, Чермак из Австрии - с горохом. Поэтому 1900 г. считается годом рождения генетики. С него начался период изучения наследственности, отличительной чертой которого стал предложенный ранее Г. Менделем гибридологический метод, анализ наследования отдельных признаков родителей в потомстве.

В 1905 г. В. Бэтсон предложил термин «генетика», а в 1909 г. В. Иогансен предложил термин «ген» (от греческого genes - рождающий, рожденный) для обозначения наследственных факторов. Совокупность всех генов у одной особи ученый назвал генотипом, совокупность признаков организма - фе­нотипом.

В 1908 г. Г. Харди и В. Вайнберг показали, что менделевские законы объясняют процессы распределения генов в популяциях (от лат. populus - население, народ). Ученые сформулировали закон, который описывает условия генетической стабильности популяции.

В России в 1919 г. Ю.А. Филипченко организовал первую кафедру генетики в Ленинградском университете. В это время работал молодой Н.И. Вавилов, сформулировавший один из генетических законов - закон гомологических рядов наследственной изменчивости.

Н.К. Кольцов, Ю.А. Филипченко и некоторые другие ученые в рамках евгенической программы проводили работы по генетике одаренности, изучая родословные выдающихся личностей. В этих исследованиях были допущены некоторые методические ошибки. Однако по сравнению с генетическими исследованиями в других странах в период расцвета евгеники подходы наших ученых были во многом верными. Так, Н.К. Кольцов и Ю.А. Филипченко правильно поставили вопрос о значении социальной среды в реализации индивидуальных способностей. Они полностью отвергли насильственный путь улучшения природы человека. В период проведения евгенических ис­следований в СССР были собраны интересные родословные выдающихся личностей (А.С. Пушкина, Л. Н. Толстого, А. М. Горького, Ф. И. Шаляпина и др.).

Конец 20 - начало 30-х годов характеризуются довольно большими успехами в развитии генетики. К этому времени стала общепризнанной хромосомная теория наследственности. Т. Морган и его ученики экспери­ментально доказали, что гены расположены в хромосомах в линейном порядке и образуют группы сцепления.

Теоретическая и экспериментальная работы С. С. Четверикова (1926, 1929) положили начало современной генетике популяций. Большой вклад в изучение этого раздела внесли труды Р. Фишера (1931), С. Райта (1932), Н.П. Дубинина и Д.Д. Ромашова (1932), Дж. Е. Холдейна (1935) и др.

В ряде стран начала развиваться медицинская генетика. В нашей стране особого упоминания заслуживает Медико-генетический институт, который функционировал с 1932 по 1937 г. При нем был организован центр близ­нецовых исследований, в котором широко изучались количественные приз­наки у человека и болезни с наследственным предрасположением (диабет, гипертоническая болезнь, язвенная болезнь и др.). Правильное применение разных методов исследования (клинико-генеалогического, близнецового, ци-тогенетического, популяционно-статистического) позволило коллективу за­нять передовые рубежи генетики.

В 20—30-х годах работал талантливый клиницист и генетик С. Н. Давиденков (1880-1961), который внес свой вклад в изучение наследственных нервных болезней, а также первым в нашей стране начал проводить меди­ко-генетическое консультирование и разрабатывать методику этого вида медицинской помощи.

К концу 30 - началу 50-х годов интерес к генетике человека снизился. В это время в СССР медико-генетические исследования были практически прекращены. В течение этого периода вышла только книга С.Н. Давиденкова «Эволюционно-генетические проблемы в невропатологии» (1947). Возобно­вились исследования лишь в начале 60-х годов.

С 1959 по 1962 г. количество публикаций, конференций, симпозиумов по генетике человека быстро возросло. Стало ясно, что наследственные болезни по своей природе гетерогенны, различны не только с клинической, но и с генетической точки зрения. Один и тот же фенотип болезни может быть обусловлен мутационным изменением различных белков (генокопия).

После того как было установлено, что ДНК является носителем наследственной информации, ученые направили усилия на изучение молекулярной природы и генетической значимости ее отдельных компонентов.

Исследование ДНК проводилось многими учеными. Весь накопленный комплекс биологических и физико-химических знаний привел к тому, что в 1953 г. Д.Уотсон и Ф.Крик открыли двухцепочечную спиральную (прос­транственную) структуру молекулы ДНК. Затем бурно начала развиваться молекулярная и биохимическая генетика человека, а также иммуногенетика.

Развитие цитогенетики человека является ярким примером значения фун­даментальных исследований для практического здравоохранения. Так, в 1956 г. А. Леван и Дж. Тио установили, что у человека хромосомный набор состоит из 46 хромосом, а через три года были открыты хромосомные болезни. Оче­редным переломным моментом в цитогенетике человека была разработка ме­тодов дифференциальной окраски хромосом.

Следующим шагом в развитии современной генетики явилось картирова­ние (определение места положения) генов в хромосомах человека. Успехи цитогенетики, генетики соматических клеток обеспечили прогресс в изучении групп сцепления (групп генов, наследующихся совместно). В настоящее время у человека известно 24 группы сцепления. Работы по изучению сцепления генов дают новые практические возможности в диагностике наследственных болезней и медико-генетическом консультировании.

Таким образом, в истории медицинской генетики можно выделить не­сколько основных этапов:

1) открытие законов Г. Менделя и изучение наследственности на уровне целостного организма;

2) изучение генетики на хромосомном уровне и открытие сцепленного наследования Т. Морганом и его учениками; 3) начало развитию современной генетики популяции дали теоретические и экспериментальные работы С.С. Четверикова;

4) развитие молекулярной генетики началось с построения пространствен­ной структуры молекул ДНК Д. Уотсоном и Ф. Криком.

В настоящее время наследственность изучается на всех уровнях: молеку­лярном, клеточном, организменном и популяционном.