Файл: генетика.docx

Лекция 1. Введение. Молекулярные основы наследственности

Введение

Генетика (от греч. genesis - происхождение) как наука о закономерностях наследственности и изменчивости организмов прошла несколько этапов развития, в результате которого появились современные знания о генетических основах структурно-функциональной организации живой материи.

• I этап (1900-1930 гг.) – период классической генетики, развитие менделизма;

• IIэтап (1930-1953 гг.) – разработка и пересмотр ряда положений классической генетики;

• IIIэтап (с 1953 г. по настоящее время) – проникновение генетики в смежные науки, появление новых ее разделов (цитогенетика, молекулярная генетика, медицинская генетика).

Гипотезы о природе наследственности и изменчивости высказывались еще в глубокой древности, когда человек производил бессознательный отбор растений и животных с наиболее ценными для себя качествами и свойствами.

Первая работа по наследственности и изменчивости датируется XVII в. Это работа Р. Камерариуса о дифференциации пола у растений. В 50-х годах XVIII в. уже проводятся исследования по гибридизации растений (Дж. Кельрейтер).

Толчком к развитию науки о наследственности и изменчивости послужили работы Ч. Дарвина.

В 1865 г. чешский естествоиспытатель Г. Мендель по результатам своих опытов с различными сортами гороха разработал методы генетического анализа и сформулировал основные законы генетики. Его учение о наследственных факторах послужило основой для создания теории гена. Результаты и значимость опытов Г. Менделя были осмыслены и оценены в 1900 г., после того как независимо друг от друга Г. де Фриз, К. Корренс и Э. Чермак вторично открыли законы Г. Менделя о наследовании признаков.

В 1911 г. Т. Морган с сотрудниками экспериментально доказали связь наследственных единиц (генов) с хромосомами и сформулировали хромосомную теорию наследственности.

В 1925-1927 гг. рядом отечественных (Г.А. Надсон, Г.С. Филиппов, И.А. Раппопорт) и зарубежных (Г. Меллер, Л. Стадлер) исследователей была экспериментально доказана изменчивость генов (мутации) под воздействием факторов окружающей среды (рентгеновские лучи). Опыты на дрожжах и на растениях заложили основы радиационной генетики и учения об искусственном мутагенезе.

С.С. Четвериков с сотрудниками (1926-1929 гг.), объединив положения менделизма и эволюционной теории Ч. Дарвина, проведя многочисленные исследования частот генов в популяциях, стали основоположниками популяционной и эволюционной генетики. Дальнейшему развитию этих направлений способствовали исследования С. Райта, Р. Фишера, Дж. Холдейна и школ отечественных исследователей Ф.Г. Добржанского, Д.Д. Ромашова, Н.П. Дубинина, Н.В. Тимофеева-Ресовского. Результаты работ этих авторов позволили сформулировать основные положения современной синтетической теории эволюции.

Важным этапом в развитии молекулярной генетики явилось предположение Н.К. Кольцова (1928 г.) о матричной теории ауторепродукции хромосом, о связи наследственных единиц - генов с конкретным химическим веществом (белковыми радикалами).

Неоценимый вклад в развитие мировой и отечественной генетики внес академик Н.И. Вавилов. Им сформулирован закон гомологичных рядов в наследственной изменчивости, показано единство генетики и селекции (1920-1943 гг.), собран самый большой генофонд культурных растений мира (свыше 250 тыс. экземпляров), хранящихся во Всесоюзном институте растениеводства (Санкт-Петербург).

Ф. Гриффите (1928 г.), О. Эйвери, С.Мак-Леод и М. Мак-Карти (1944 г.) в опытах на микроорганизмах показали, что веществом наследственности является не белок, как считали ранее, а ДНК. Проникновение в генетику методов химии и физики определило становление и развитие молекулярной генетики.

Гениальная работа Дж. Уотсона, Ф. Крика и М. Уилкинса (1953 г.) по расшифровке структуры "нити жизни" – молекулы ДНК – позволила раскрыть тайну генетического кода, механизмы биосинтеза полипептидов в клетке и передачи генетической информации.

Важным событием в развитии генетики явилось создание концепции передачи генетической информации: ДНК -» и-РНК -» белок (полипептид). Г. Тимин и Д. Балтимор (1970 г.) показали возможность обратной передачи генетической информации с РНК на ДНК с участием фермента обратной транскриптазы. Эти исследования заложили основы генной инженерии, позволяющей конструировать клетки и организмы с новой генетической программой путем переноса генетической информации из одного организма в другой.

В настоящее время генетика тесно связана с цитологией, эмбриологией, тератологией, микробиологией, иммунологией, биохимией, биофизикой, радиобиологией, медициной, систематикой, селекцией, эволюционным учением. Она изучает и анализирует закономерности наследственности и изменчивости на молекулярном, клеточном, организменном и популяционном уровнях.

Начало развития медицинской генетики относится к 30-м годам XX в. и связано с работами ленинградского невропатолога академика С.Н. Давиденкова и сотрудников первого в мире Медико-генетического института, созданного в Москве профессором С.Г. Левитом. Именно С.Н. Давиденков заложил основы медико-генетического консультирования на примере нервно-психических заболеваний и показал генетическую гетерогенность многих форм наследственной патологии. Высокую оценку на международном уровне получили генетические исследования сотрудников Медико-генетического института по проблемам наследования сахарного диабета и мультифакториальной патологии (язвенной и гипертонической болезней и др.). В 50-е годы благодаря новому поколению генетиков (Н.П. Дубинин, Н.В. Тимофеев-Ресовский, И.А. Раппопорт; В.П. Эфроимсон, А.А. Прокофьева-Бельговская, Н.П. Бочков) медицинская генетика получила стимул для дальнейшего развития.

Широкому внедрению методов медицинской генетики в практику здравоохранения способствовал созданный в Москве (1969 г.) по инициативе академика Н.П. Бочкова Институт медицинской генетики Академии медицинских наук СССР.

Начало развития медицинской генетики в Беларуси связано с именем члена-корреспондента Академии медицинских наук СССР, профессора Ю.В. Гулькевича. Под его руководством были выполнены первые работы по изучению этиологии врожденных пороков развития и роли в их происхождении наследственных факторов. По инициативе Ю.В. Гулькевича в 1967 г. в Минском медицинском институте была открыта проблемная лаборатория тератологии и медицинской генетики. Дальнейшее интенсивное развитие медицинской генетики в Беларуси и в создании медико-генетической службы республики происходило под руководством и члена-корреспондента Академии медицинских наук СССР, ныне члена-корреспондента Национальной академии наук Беларуси и Академии медицинских наук Российской Федерации, профессора Г.И. Лазюка. В 1967 г. он возглавил лабораторию тератологии и медицинской генетики, ставшую школой научных медико-генетических кадров республики. В этой лаборатории подготовлены кадры для медико-генетических консультаций г. Минска и областных городов, организованных в 1970-1979 гг. На базе лаборатории создан Минский филиал Института медицинской генетики Академии медицинских наук СССР (1983 г.), который в 1989 г. был реорганизован в НИИ наследственных и врожденных заболеваний Министерства здравоохранения Беларуси.

Крупнейшими специалистами в области наследственных и врожденных заболеваний в нашей республике являются Е.Г. Ильина, И.А. Кириллова, Г.И. Кравцова, В.П. Кулаженко, М.К. Недзьведь, ТТ. Сорокина, И.Н. Усов, Г.Л. Цукерман, Е.Д. Черствой.

Тема 1 Цитологические основы наследственности

1.1 Основные виды наследственности

Генетика – наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости живых организмов.

Наследственность – это способность организмов повторять в поколениях сходные признаки и обеспечивать специфический характер индивидуального развития. Благодаря наследственности сохраняются однородность и единство вида. Основные виды наследственности можно представить в виде таблицы (табл. 1).

Изменчивость - это способность организмов приобретать различия в признаках друг от друга и от своих родителей. Изменчивость делает вид неоднородным и создает предпосылки для его дальнейшей эволюции.

Основоположник генетики – чешский ученый Грегор Мендель (1822-1884 гг.), опубликовал в 1865 г. труд «Опыты над растительными гибридами», где на примере скрещивания гороха показал закономерности передачи признаков в разных поколениях при половом размножении. Однако датой возникновения генетики принято считать 1900 г., когда ученые разных стран Г. де Фриз, К. Корренс и Э. Чермак независимо друг от друга открыли законы генетики, свершив это повторно. Название новой науке было дано в 1906 г. английским ученым В. Бэтсоном (генетика от лат. geneo – порождаю), а в 1909 г. датский генетик В. Иогансен ввел такие понятия как ген, генотип и фенотип.

Таблица 1

Основные виды наследственности

1.2 Основные носители наследственности

Основными носителями ядерной наследственности являются хромосомы, расположенные в ядре клетки. У каждой хромосомы имеются химические компоненты: одна гигантская молекула ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), достигающая иногда нескольких сантиметров в длину при микроскопических размерах клетки. Каждая хромосома представлена одной молекулой ДНК. Из хромосом человека самая большая – первая; ее ДНК имеет общую длину до 7 см. Суммарная длина молекул ДНК всех хромосом одной клетки человека составляет 170 см. Молекулы ДНК очень плотно упакованы в хромосомах. Такую укладку хромосомной ДНК обеспечивают белки, содержащиеся в хромосоме.

Хромосома ядерных организмов (эукариот) состоит из ДНК, белков и других химических веществ составляет 99% ДНК клетки, которая связана с белками. Содержание белков в хромосомах высших растений и животных достигает 65%. У доядерных (прокариот), к которым относятся бактерии и сине-зеленые водоросли, в качестве хромосом лежит одна кольцевая молекула ДНК. У вирусов носителем наследственности является либо молекула ДНК, либо молекула рибонуклеиновой кислоты РНК.

Хромосомы хорошо заметны только во время деления клеток в профазу, метафазу и анафазу в световом микроскопе. Они образуют тельца палочковидной формы. Хромосомы отличаются друг от друга порядком нуклеотидов ДНК и расположением первичной перетяжки – центромеры, делящей её на два плеча (рис. 1).

Хромосомы могут состоять из одной нуклеопротеидной нити – хроматиды (однохроматидные хромосомы), либо из двух хроматид – сестринских хромосом(двухроматидные хромосомы) (рис. 2).

Метафазная хромосома состоит из двух продольных нитей ДНК – хроматид, соединенных друг с другом в области первичной перетяжки (центромера). В зависимости от расположения центромеры различают следующие типы хромосом:

• акроцентрические – центромера значительно смещена к одному концу хромосомы, в результате чего одно плечо очень короткое;

• субметацентрические – центромера умеренно смещена от середины хромосомы и плечи имеют разную длину;

• метацентрические – центромера расположена посередине и плечи примерно одинаковой длины (рис. 2.).