Генетические основы формирования и развития ребенка

Наследственная информация, полученная от родителей в момент зачатия, представляет собой источник формирования видовых и индивидуальных особенностей человека. Подобно всей генетической информации; являющейся основой развития растительного и животного мира, она подчиняется биологическим законам, лежащим в основе современной генетики как науки. К ним относятся прежде всего открытые Г. Менделем (1865) законы доминантного и рецессивного наследования.

В случаях доминантного наследования признака более слабая форма гена у гетерозигот находится в скрытом состоянии. Доминантный признак проявляется как у гомо-, так и у гетерозигот, тогда как рецессивный - только у гомозигот. Некоторые признаки, например группа крови AB(IV), наследуются по кодоминантному типу. В таком случае обе формы аллельной пары генов оказываются одинаковыми по активности. Установить характер наследования в теоретической генетике помогают экспериментальные скрещивания, а в клинической - анализ родословных.

Аутосомно-доминантный, аутосомно-рецессивный и сцепленный с Х-хромосомой, а также кодоминантный типы наследования характерны для моногенных признаков человека, каждый из которых закодирован на хромосоме только аллелями одного локуса. При аутосомно-доминантном типе наследования, если один из родителей гомозиготен по гену, контролирующему доминантный признак, а другой по гену, контролирующему рецессивный признак, в первом поколении все дети в соответствии с первым законом Менделя будут иметь только доминантный признак. В случае, если у одного из родителей доминантный ген находится в гетерозиготном состоянии, а у другого - в гомозиготном, половина детей будет иметь доминантный признак, половина - рецессивный. Вероятность рождения детей с доминантным и рецессивным признаком в таком случае равна 1:1. Рецессивный признак проявляется, когда контролирующий его ген находится в гомозиготном состоянии. Если оба родителя по какому-то признаку гетерозиготны, существует вероятность, что 25 % (¹/₄) детей будут обладателями признака, контролируемого рецессивным геном. Педиатру важно знать, что внешне здоровые родители могут являться носителями патологического мутантного гена, на основе информации из которого у их ребенка, гомозиготного по данному гену, развивается заболевание, наследуемое по рецессивному типу. Частота встречи рецессивных генов выше у близких родственников, поэтому при родственных браках всегда остается высокой опасность рождения детей с тяжелыми рецессивно наследуемыми заболеваниями.

У человека известно более 900 нормальных и патологических признаков, которые наследуются по аутосомно-доминантному типу, например, много-и короткопалость, диспропорциональная карликовость, гиперхолестеринемия, гемохроматоз, ночная слепота, множественные экзостозы и др. Около 800 признаков передаются по аутосомно-рецессивному типу. К ним относятся альбинизм, многочисленные заболевания обмена веществ, такие как фенилпировиноградная олигофрения, галактоземия, мукополисахаридозы и др. Известно около 150 нормальных и патологических признаков человека, наследование которых обусловлено генами, расположенными в половых хромосомах X и Y. Обычно заболевания этой группы (рецессивные) встречаются у мужчин, так как у них хромосомы, определяющие мужской пол, не являются гомологичными и мутантный рецессивный ген, расположенный на Х-хромосоме, не перекрывается нормальным геном. У женщин пол определяют хромосомы XX и наследственные заболевания, сцепленные с Х-хромосомой, проявляются только в гомозиготном состоянии, когда патологический рецессивный ген расположен на обеих половых хромосомах. Наследственные заболевания, сцепленные с Х-хромосомой, у женщин встречаются редко. Примером их могут быть агаммаглобулинемия, гемофилия, цветовая слепота (дальтонизм), ихтиоз, диффузный склероз мозга и др. (В. А. Маккюсик, 1976).

Многие признаки наследуются полигенно, т. е. как результат суммарного действия многих генов из различных локусов. К ним относятся рост, масса, характер телосложения, артериальное и венозное давление, частота сердечных сокращений, устойчивость к заболеваниям, долголетие и др. Степень проявления признака при полигенном наследовании во многом зависит от влияния внешнесредовых факторов на его развитие.

Гены располагаются на хромосомах в линейном порядке. Всего у человека 46 хромосом (23 пары). Из них 22 пары аутосом и две половые хромосомы. На двух гомологичных хромосомах одной пары располагаются гены, отвечающие за один и тот же признак в одинаковой последовательности и в тех же местах (локусах).

При простом делении клеток (митозе), характерном для размножения соматических клеток, перед началом деления происходит удвоение хромосом путем самовоспроизведения. В период деления (в метафазе) хромосомы располагаются в два ряда по экватору клетки, причем в каждом ряду по 1 паре гомологичных хромосом. От центриолей, расположенных у полюсов клетки, к каждой хромосоме в каждом ряду протянуты нити, которые одновременно оттягивают хромосомы от экватора клетки к разным полюсам. Вслед за этим путем перешнуровки разделяется и цитоплазма. Так из одной клетки становится две, и каждая из них вновь содержит 23 пары хромосом. При митозе, таким образом, происходит закономерное деление клетки, когда в каждой из дочерних клеток оказывается такое же точно число и те же типы хромосом, какие были в материнской.

Однако не всегда разделение хромосом происходит строго пропорционально. Случается, что все 4 гомологичные хромосомы переходят в одну часть клетки и во вновь образующейся клетке создается кариотип с 48 хромосомами, тогда как в другой выделившейся клетке остается 44 хромосомы, иногда неправильно разделяются отдельные части хромосомы и др. Особенно опасны подобные хромосомные аберрации при делении половых клеток, так как вследствие их возникают множественные аномалии развития будущего ребенка. Причинами хромосомных аберраций могут быть как метаболические нарушения в материнской клетке, так и неблагоприятные факторы среды (проникающая радиация и др.).

Деление половых клеток (мейоз) отличается от деления соматических. Вначале после увеличения количества хромосом до 92 клетки расходятся и образуются две новые, как и при митозе. Затем эти новые клетки еще раз делятся и при этом из 46 хромосом, т. е. 23 пар (диплоидный набор), в каждой конечной половой клетке (гамете) содержится только по 23 хромосомы и все они непарные (гаплоидный набор). Особенностью мейоза является и то, что в половых клетках после удвоения каждой хромосомы часть парных хромосом в процессе синапсиса обменивается отдельными участками (кроссинговер). В экспериментальной генетике изучение процесса перекреста хромосом помогает установить сцепленность между генами и построить карту расположения генов на хромосомах. Кроссинговер помогает понять наследуемость ребенком признаков не только родителей, но дедушек и бабушек.

В период оплодотворения мужская гамета (сперматозоид) сливается с женской (яйцеклеткой). Этот процесс называется кариогамией. В результате слияния гамет образуется зигота, в ядре которой 46 хромосом (23 от отца и 23 от матери), т. е. 22 гомологичные пары аутосом и две половые хромосомы; в зиготе, из которой будет развиваться мальчик, хромосомы XY, девочка - XX.

Деление зиготы и дальнейшее размножение образовавшихся из нее клеток осуществляется путем митоза. Весь последующий процесс эмбриогенеза идет в результате последовательной реализации информации, закодированной в каждой клетке формирующегося организма. Дальнейшее развитие плода, а затем новорожденного и ребенка во все возрастные периоды также происходит на основе и под контролем генетической информации. Однако последняя с момента зачатия и на всех стадиях развития реализуется при соответствующих внешнесредовых условиях и непосредственном влиянии их на развивающийся организм, модифицируя характер проявления многих признаков. Часть из них, например антигенный состав крови, тканей, окраска радужки, некоторые черты лица, папиллярные узоры на пальцах, ладонях и подошвах и др., не изменяются под влиянием факторов внешней среды и остаются такими, какими они проявились в самом начале. Все признаки, закодированные в генах, расположенных на хромосомах, составляют генотип организма, а проявляющиеся в сформировавшемся организме - фенотип его. Генотип и фенотип организма во многом не совпадают.

Химическая природа гена интересовала ученых со времени возникновения генетики, потому что научиться управлять наследственностью, изменять состав генов в нужном направлении можно только познав их сущность. Вначале было обращено внимание на большое количество нуклеиновых кислот в ядерном веществе клетки, входящем в состав хромосом. После длительного изучения их свойств в 1944 году было установлено, что основным веществом - хранителем наследственной информации в ядрах всех клеток является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Отдельные молекулы ее можно видеть с помощью электронного микроскопа при увеличении в 150 000 - 200 000 раз.

В настоящее время считается твердо установленным, что гены, локализованные в хромосомах, состоят из ДНК. В ДНК входят сахар дезоксирибоза, фосфорная кислота и 4 основания (2 пуриновых - аденин и гуанин и 2 пиримидиновых-тимин и цитозин). Наследственная информация закодирована в гене с помощью специфической последовательности пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов на молекуле ДНК- В 1962 году было выяснено, что таким образом на нитях ДНК кодируется последовательность аминокислот в белке. Информация о расположении нуклеотидов на нитях ДНК считывается с помощью так называемой информационной рибонуклеиновой кислоты (РНК) и переносится из ядра в цитоплазму, где на рибосомах к каждым трем нуклеотидам РНК пристраиваются транспортные РНК с соответствующими коду молекулами аминокислот.

Аминокислоты на рибосомах цитоплазмы связываются с помощью ферментов, образуя специфические структурные белки, ферменты или гормоны. Реализация наследственной информации - сложный процесс, протекающий при непрерывном взаимодействии ядра и цитоплазмы, межклеточных взаимовлияний и гормональной регуляции активности генов.

На нитях ДНК в генах зафиксирована наследственная информация не только о нормальных признаках будущего организма, но и о патологических. Известно около 2000 наследственных болезней, большинство из которых проявляется при рождении или в процессе развития человека. Своевременное выявление наследственных болезней во многих случаях дает возможность провести коррекцию дефекта и обеспечить ребенку дальнейшее нормальное развитие. В настоящее время в медицинскую практику внедряются методы установления наследственных болезней во время пребывания плода в утробе матери. При диагностировании тяжелых наследственных болезней обмена или хромосомных аномалий на ранних этапах развития плода производится прерывание беременности.

Врачи-педиатры должны участвовать в профилактических мероприятиях по защите внешней среды, чтобы исключить вредное влияние мутагенных факторов, увеличивающих генетический груз наследственных болезней.

сколько стоит эко в москве