Главная | Обратная связь

ДИАГНОЗЫ ДО РОЖДЕНИЯ

Так как плацента развивается из клеток бластоцисты, каж­дая ее клетка имеет такой же набор генов, как клетки плода. Если исследовать хромосомы ее клеток, можно узнать о со­стоянии плода, о том, больной он или здоровый. Можно оп­ределить пол задолго до рождения. Поэтому плаценту на­звали «визитной карточкой плода».

Один из способов поставить диагноз до рождения - иссле­дование околоплодной жидкости. С согласия женщины, в ус­ловиях операционной специальной клиники, для анализа бе­рут около 10 мл околоплодной жидкости. В ней можно найти клетки кожных покровов плода, слизистой оболочки его рото­вой полости, пуповины, мочи. Все клетки, несмотря на раз­ную форму и размеры, имеют одинаковые с плодом гены.

Поэтому если выращивать эти клетки в культуре, можно в период клеточного деления изучить их хромосомы, и по ним сделать вывод, есть ли аномалии в хромосомном аппарате, или плод не страдает генетическими дефектами.

Такая диагностика проводится тогда, когда есть подо­зрение, что может развиваться ребенок с наследственной болезнью.

Хромосомы изучают, остановив процесс деления клеток (чаще всего - лейкоцитов) в тот период, когда они хорошо видны. С помощью микроскопа их можно зарисовать и сфо­тографировать. Специальное окрашивание помогает выявить чередующиеся светлые и темные полосы по их длине - дис­ки. Гены слишком малы, и разглядеть удается только самые крупные из них, да и то очень редко, лишь в электронном мик­роскопе. Фотографии генов - это сенсация в науке.

На определенных стадиях деления клетки вдоль многих хромосом в обычный микроскоп видны утолщения, узелки или диски, которые указывают на подразделение хромосом на отдельные гены. Схема дисков отражает схему расположения генов. Сочетание дисков специфично для каждой хромосо­мы, и если опытный цитогенетик замечает в них какие-нибудь перестройки, это может означать, что в генном аппарате име­ются серьезные нарушения.

Цель таких исследований заключается в том, чтобы, выя­вив наследственную патологию плода, не допустить его рож­дения. Пока, к сожалению, не существует способов внутриут­робного лечения дефектов хромосом.

Генетические болезни обмена веществ можно обнару­жить, исследуя химический состав околоплодной жидкости. Анализ может показать отсутствие каких-нибудь ферментов. Если наследственная болезнь связана с полом (например, гемофилия, о которой мы рассказывали), до рождения мож­но установить пол ребенка по 23-й паре хромосом и предот­вратить рождение гемофилика.

Если развивается девочка - у нее 23-я пара хромосом -XX - видна в микроскоп хорошо окрашивающаяся глыбка на периферии ядра каждой клетки, под ядерной оболочкой. Ее называют Х-хроматином. Достаточно окрасить клетки специ­альным красителем, и Х-хроматин покажет женский пол буду­щего ребенка.

Маленькие Y-хромосомы (напомним, что сочетание XY в 23-й паре хромосом определяет пол мальчика) видны в лю­минесцентный микроскоп как светящиеся тельца на фоне более тусклой зеленой окраски ядра, если их смотрят в ульт­рафиолетовых лучах.

Еще один метод выявления наследственной патологии, но уже после рождения,- исследование рисунков отпечатков пальцев, ладоней и подошв. Этим занимается дерматогли­фика, сравнительно новая область медицинской генетики. Для установления личности преступника изучение рисунка отпе­чатка большого пальца руки давно уже используется крими­налистами.

Одинаковых рисунков у двух разных людей {даже у одно­яйцевых близнецов) не существует. На этом принципе строят свои заключения криминалисты. Рисунок тонких линий кожи иногда отражает некоторые наследственные дефекты. Стоит смазать пальцы, ладонь или подошву типографской краской и приложить к бумаге, и рисунок может рассказать специали­сту о некоторых отклонениях от нормы в состоянии здоровья ребенка или взрослого.

ПО ЗАКОНАМ МЕНДЕЛЯ

Путеводной звездой генетики называют законы, открытые Менделем. В науке, как и в жизни, порой случаются странные вещи. Живет человек, работает, работает вдохновенно, дела­ет замечательное открытие, сообщает о нем - ноль внима-

ния! Проходит много лет, человека уже нет, и вдруг наука от­крывает... человека вместе с его открытием. Никому до тех пор не известное имя становится всемирно знаменитым...

Имя подобной знаменитости - Грегор Мендель. Результаты его работы были опубликованы в статье «Опыты над расти­тельными гибридами» в 1886 году, в почти неизвестном про­винциальном издании - трудах Брюннского общества есте­ствоиспытателей. Через 16 лет после его смерти, в 1900 году, независимо друг от друга три ботаника Корренс (Германия), Чермак (Австрия) и де Фриз (Голландия) «переоткрыли» эти законы, когда ими была обнаружена статья Менделя. После этого весь мир узнал о том, что наука о наследственности -генетика - уже существует.

Грегор Мендель родился в 1822 году в Гейцендорфе. Его отец был мелким землевладельцем из крестьян. Уже в сель­ской школе Мендель обратил на себя внимание учителей и ценою больших жертв со стороны семьи был переведен в другую, лучшую школу, а затем в гимназию. Один из учителей гимназии, августинский монах, уговорил Менделя постричься в монахи, соблазнив спокойной жизнью в монастыре, где без помех, не думая о хлебе насущном, можно было заниматься наукой. Мендель стал монахом в монастыре св. Фомы в Брюн-не. В его обязанности входила педагогическая деятельность, и начальство монастыря решило командировать талантливо­го молодого монаха в Венский университет, где до 1853 года он изучал физику, математику и естественные науки. Вернув­шись в Брюнн, Мендель стал преподавать в реальном учили­ще. К этому периоду относится начало его знаменитых опы­тов с горохом. В течение последующих восьми лет он скрещи­вал 22 разных его сорта, произвел 287 кропотливейших опы­тов над более чем 10 000 отдельных растений.

Он выбрал объектом исследований горох потому, что его сорта отличались один от другого постоянными, легко опре­деляемыми признаками. Мендель скрещивал сорта/различа­ющиеся по форме семян: гладкие и круглые с морщинистыми; по цвету горошин: зеленые с желтыми; по цвету кожуры стручка: белые с серыми в фиолетовую крапинку. Цвет ко­журы был связан с окраской венчика цветка: у белых цвет­ков формировались белые стручки, у красно-фиолетовых -

серые с фиолетовыми крапинками. После того, как скрещи­вание было осуществлено, он получил семена первого по­коления гибридов. Мендель высеял, их, и это первое поко­ление обнаружило любопытное свойство. Родительские при­знаки не перемешались - не было желто-зеленых горошин или розовых цветков. У всех гибридов один из родительс­ких признаков отчетливо подавлял другой - доминировал.

В частности, желтая окраска семян подавляла зеленую, округлая форма их преобладала над морщинистой, фиолето­во-красные цветки - над белыми.

Таким образом, после скрещивания двух сортов гороха с желтой и зеленой окраской горошин все первое поколение гибридов произвело желтые семена, зеленая окраска не про­явилась.

На следующий год Мендель высеял эти семена, чтобы получить второе поколение гибридов. Результат порази­тельный: притаившийся, подавленный (рецессивный) признак вновь стал явным. Второе поколение оказалось разнородным: у 3/4 гибридов господствовала желтая окраска, у 1/4 - зеле­ная. Признаки «расщепились», причем строго закономерно, в отношении 3:1.

Один из первооткрывателей Менделя, австрийский ботаник Чермак, писал но этому поводу: «Общий результат опытов Менделя можно выразить так: это учение о закономерной не­равносильности признаков по отношению к их унаследованию».

Далее Мендель высеял ту четверть гибридных семян, у которых была зеленая окраска, отдельно от сохранивших вер­ность желтому цвету. Опять результат не менее поразитель­ный: потомство зеленых производит на свет только зеленые семена, и это повторяется во всех последующих поколениях. Признак желтой окраски тут не притаился на время, как это было в первом поколении гибридов. Он бесследно исчез и никогда не появится вновь.

Что же произошло с оставшимися 3/4 желтых гибридов? Одна из трех четвертей произвела исключительно желтые семена. Оставшиеся 2/4 (то есть половина гибридов третьего поколения) последовали указанной выше закономерности, согласно которой признаки у ее потомства опять расщепились в отношении 3:1.

Суммируя сказанное обо всем третьем поколении гибри­дов, включая и высеянные отдельно зеленые семена, можно сказать, что признаки расщепились в такой закономерности:

Зеленые	половина гибридов с преобла­данием желтого признака, ко­торая в последующих поколе­ниях дает расщепление 3:1	желтые

В следующих поколениях повторится то же самое, и, та­ким образом, гибрид будет как бы постепенно вырождаться, возвращаясь к форме своих родичей, постоянно отщепляя от себя чистые экземпляры, как в сторону отца, так и в сто­рону матери. Следовательно, отдельные признаки совершен­но независимы друг от друга. Словно шахматные фигуры, они могут вступать во всевозможные взаимные комбинации, причем число этих комбинаций подчиняется определенным математическим закономерностям.

Значит, в некоторых случаях можно заранее предуга­дывать, какими родятся гибриды. Признаки передаются от­дельными наследственными факторами (генами), которые в каждом организме представлены парами.

В случае с гибридными семенами первого поколения го­роха в них были гены и желтой, и зеленой окраски. При об­разовании половых клеток (делении, при котором число хро­мосом уменьшается вдвое,- мейозе) в каждую клетку попа­дает представитель только одного рода генов. Признаки рас­щепились, и второе поколение оказалось либо желтым, либо зеленым. Это и есть первый закон Менделя - закон расщеп­ления признаков.

Отдельные признаки организмов не исчезают при скре­щивании, а сохраняются в потомстве в том же виде, в ка­ком они были у родителей. Расщепление каждой пары ге­нов в мейозе происходит независимо от других пар генов, так что гены комбинируются в клетках случайным образом. Это можно было наблюдать в следующих поколениях гиб­ридов гороха, в которых признаки расщепились независи­мо один от другого и образовали чистые линии. Это второй закон Менделя - закон независимого распределения генов.

Мендель сформулировал свои законы в 1865 году, когда еще не было ни малейшего представления о хромосомах и их поведении во время деления клетки. Проницательность ученого была поистине гениальной.

Лишь в 1902 году Т. Бовери, а в 1903 году В. Сэттон впервые указали на то, что поведение хромосом во время образования половых клеток представляет механизм, объе­диняющий оба закона наследственности, открытые Менде­лем. Сам Мендель, конечно, не мог предположить, что его законами во многих случаях можно будет объяснить наслед­ственные болезни человека.

И формирование набора генов, и участие конкретной по­ловой клетки в оплодотворении - дело случайное (по гене­тическим особенностям у человека возможно образование 223 сортов гамет). Поэтому сочетание родительских генов в потомке - тоже случайность, которая подчиняется теории вероятностей. Часто основные закономерности теории ве­роятностей иллюстрируют примерами известных игр. Напри­мер, вы подбрасываете монету и пытаетесь угадать, какой стороной она упадет на ладонь - «орлом» или «решкой». Так как всего в этой ситуации существует две возможности, то говорят о том, что для каждой стороны монеты вероят­ность равна 1/2, или 50%. Если сделать модели монеты, с каждой стороны имеющие «орла», то тогда вероятность упасть вверх «орлом» всегда равна 100 процентам, а «реш­кой» - равна нулю, то есть второе событие произойти не может. Причем по теории вероятностей перед каждым под­брасыванием обычной монеты вероятность упасть «орлом» или «решкой» вверх сохраняется одной и той же, равной 50%, независимо от того, каковы были предыдущие резуль­таты. И далее. Если происходят независимо и одновремен­но два события, то вероятность одинакового исхода равна произведению вероятностей каждого из ожидаемых собы­тий в отдельности. Например, если подбросить сразу две нормальные монеты, то вероятность того, что они обе упа­дут «орлом» или обе «решкой» равна 1/2X1/2, то есть 1/4, или 25 процентам.

Такие математические принципы лежат в основе появ­ления признаков у потомства по законам Менделя.

Если какому-нибудь организму в наследие от родителей достались два совершенно одинаковых гена (например, два гена темной окраски волос), его называют гомозиготным, или «чистым», по данному признаку. Если он содержит один до­минантный и один рецессивный ген, его называют гетерози­готным. Поэтому рецессивный ген - это ген, проявляющийся только в гомозиготном состоянии, а доминантный оказывает свое действие и в гомозиготном, и в гетерозиготном состоя­нии. Доминантный ген (ген темной окраски волос всегда до­минирует) обозначают прописной буквой (все равно какой, допустим, В). Рецессивный (этого же признака, в данном слу­чае - светлой окраски волос) - соответственно строчной бук­вой Ь.

Когда образуются гаметы у темноволосой женщины, гете­розиготной по этому признаку, хромосома с геном В и гомоло­гичная ей хромосома с геном b попадут в разные яйцеклетки. Яйцеклетки никогда не получают оба гена одновременно. Если эти яйцеклетки будут оплодотворены сперматозоидом от темноволосого, гетерозиготного мужчины (половина из них содержит ген В, другая половина - ген Ь), то при оплодотво­рении возможны четыре комбинации гамет: ВВ, ВЬ, ЬВ и bb. Лишь в последнем случае проявит действие рецессивный ген светлой окраски. То есть у темноволосых гетерозигот­ных родителей в 25 процентах случаев может родиться ре­бенок со светлыми волосами.

Внешние видимые проявления наследуемых признаков у данного организма называют его фенотипом, а генетическая конституция, которую обычно записывают с помощью симво­лов (букв), обозначающих гены,- генотипом. В нашем приме­ре отношение генотипов потомков, согласно закону Менделя, можно записать так: 1 ВВ:2 Bb:1 bb.

Часто наследование какого-нибудь признака зависит от нескольких генов, и, наоборот, один ген может оказывать вли­яние на развитие разных признаков. В первом случае орга­низмы не удается хорошо разграничить на два разных типа. Может случиться, что сцепятся гены, лежащие в одной хро­мосоме. Особенно сильно сцепляются гены, лежащие по со­седству. Но чем дальше они расположены друг от друга в хро­мосоме, тем слабее связь между ними и тем независимее

друг от друга они наследуются. Гены способны «переходить» из одной хромосомы в другую, когда во время деления кле­ток, ведущего к образованию гамет (мейоза), хромосомы попарно сближаются друг с другом. Это явление было от­крыто в начале нашего века американским ученым Томасом Морганом и названо им кроссинговер*ом, так как в это время происходит перекрещивание хромосом.

Кроссинговер может быть двойным и тройным. Бывает даже так, что четыре хроматиды (половинки гомологичных, то есть одинаковых хромосом) устраивают своеобразный «та­нец», принимая участие в кроссинговере. Без этого явления гены не смогли бы перекомбинироваться в зиготах, начинаю­щих новые поколения.

Наследование групп крови происходит по законам Менде­ля, и каждая группа крови (если исходить из четырех класси­ческих групп:!, II, Ш и IV) зависит от сочетаний разных генов в зиготе. Посмотрим, как это происходит.