Підручник з Біології і екології (профільний рівень). 11 клас. Задорожний - Нова програма

§ 58. Спадкові захворювання

Поміркуйте

  • У геномі людини трохи більше 20 тисяч генів, а білків синтезується приблизно 100 тисяч. Завдяки чому це можливо?

Згадайте

  • Хромосоми
  • Гени
  • Мутації
  • Онтогенез

Спадкові та неспадкові захворювання

Спадкові захворювання — це ті захворювання, причиною яких є порушення процесів збереження, передачі та реалізації генетичної інформації. Спадкові захворювання утворюються в результаті пошкодження генетичного апарату клітин — мутації. Проте це не означає, що всі вони можуть передаватися наступним поколінням.

Генетичні порушення і в людини, і в будь-якого іншого живого організму можуть відбуватися на різних рівнях формування спадкового матеріалу, і виникають вони внаслідок дії на генетичний апарат клітин мутагенних факторів, що й стає причиною спадкових захворювань.

Природжені вади — це такі структурні порушення, які можуть розвинутися до народження дитини (тобто в період внутрішньоутробного розвитку ембріона) або проявляються відразу чи згодом після її народження. Причиною таких вад є порушення ембріонального розвитку зародка, і виникають вони, на відміну від спадкових хвороб, без порушення генетичного апарату клітин.

Порушення на рівні геному і хромосом

Такі порушення в людини зазвичай є вкрай тяжкими і рідко сумісні з життям. Так, за умови утворення триплоїдної зиготи її розвиток розпочинається, але зародок, як правило, гине на ранніх стадіях розвитку. В окремих випадках таку вагітність удається зберегти до моменту пологів, але новонароджені живуть дуже недовго. Зміни кількості хромосом у деяких парах (трисомії та моносомії) теж відомі, але здебільшого зародки з такими порушеннями теж гинуть. Є лише кілька винятків.

Порушення на рівні генів

За допомогою сучасних методів досліджень уже відкрито близько 5000 молекулярних захворювань, які є наслідками прояву мутантних генів.

Перспективи генної терапії

Генна терапія — це сукупність технологій, які забезпечують внесення змін у генетичний апарат соматичних клітин людини.

Приклади хромосомних і геномних захворювань людини

Захворювання

Відомості про захворювання

Трисомії аутосом

До народження доживають немовлята з трисоміями за 13-ю (синдром Патау), 18-ю (синдром Едвардса) і 21-ю (синдром Дауна) хромосомами. Люди із синдромами Патау й Едвардса мають значні аномалії розвитку різних систем організму і живуть дуже недовго. Люди із синдромом Дауна живуть довше, вони мають проблеми зі здоров'ям, але у випадку наполеглевої праці і відповідної роботи з цими проблемами з раннього дитинства вони стають повноцінними членами суспільства і ведуть цілком нормальне життя

Порушення кількості статевих хромосом

У людини Y-хромосома містить дуже мало генів, а зайві X-хромосоми інактивуються клітиною, перетворюючись на тільце Барра. Тому генотипи XYY і XXX не мають особливих зовнішніх проявів. Але проблеми виникають за умови подальшого збільшення кількості статевих хромосом. Спадковими захворюваннями також є синдром Кляйнфельтера (генотип XXY) і синдром Шерешевського — Тернера (у геномі є лише одна X-хромосома)

Хромосомні мутації

Прикладом хромосомного порушення в людини є синдром Лежена, який виникає внаслідок утрати фрагмента 5-ї хромосоми. Його ще називають синдромом котячого крику, бо плач багатьох дітей із цим синдромом схожий на котячий крик

Приклади генних захворювань людини

Захворювання

Відомості про захворювання

Муковісцидоз

Виникає внаслідок пошкодження гена, розташованого на хромосомі 7. Призводить до загущення секретів залоз зовнішньої секреції. Викликає значні проблеми в роботі травної і дихальної систем

Фенілкетонурія

Виникає внаслідок пошкодження гена, розташованого на хромосомі 12. Призводить до неможливості переробки амінокислоти фенілаланіну. За відсутності лікування призводить до ураження нервової системи

Дальтонізм

Виникає внаслідок пошкодження одного з трьох генів, що відповідають за синтез білка опсину, який сприймає відповідний колір. Ген синього опсину розташований на хромосомі 7, а гени червоного й зеленого — на X-хромосомі. Призводить до втрати можливості сприймати відповідний колір

Гемофілія

Виникає внаслідок пошкодження одного з генів, що відповідають за процес зсідання крові. Ці гени розташовані на X-хромосомі. Призводить до порушення процесів зсідання крові

Серповидно-клітинна анемія

Виникає в результаті заміни нуклеотиду А на Т в гені, який розташований на хромосомі 11. Наслідком мутації є заміна в молекулі β-ланцюга гемоглобіну амінокислоти глутаміну на валін. Така молекула має відмінну форму і стає причиною зміни форми еритроцита, що зменшує площу його поверхні й погіршує здатність поглинати кисень

Головне її призначення — лікувати спадкові захворювання. Основна ідея — замінити дефектний ген у клітинах на нормальний. Для цього з організму спочатку беруть клітини, вводять у них здоровий ген і повертають в організм. Таку терапію здійснюють, наприклад, для гена тимідинкінази в людей із тяжкою формою імунодефіциту.

Генна терапія вже має приклади успішного застосування, але поки що всі ці дослідження здійснюють як експериментальні. Адже технологія є складною й потребує докладного вивчення можливих ризиків і негативних наслідків.

Виявлення та профілактика спадкових захворювань

Виявити спадкові захворювання можна декількома способами. Для цього можна проаналізувати каріотип, що дозволить виявити пошкодження хромосом чи зміну їхньої кількості, або зробити біохімічні аналізи, які покажуть зміну активності ферментів або дефіцит чи надлишок певних речовин в організмі (наприклад, гормонів). Можна зробити аналіз амніотичної рідини й виявити захворювання зародка ще в тілі матері.

Дуже важливим є обстеження новонароджених. За допомогою нескладного тесту можна на ранніх стадіях виявити захворювання на фенілкетонурію. Це дозволяє попередити розвиток цього захворювання за допомогою особливої дієти для дитини. Надзвичайно перспективним є також використання молекулярно-генетичних методів діагностики спадкових захворювань.

Зараз відомі сотні захворювань, у яких механізми біохімічних порушень вивчено досить докладно, але спадкові захворювання людини набагато простіше попередити, ніж вилікувати. Тому для їх попередження створено систему генетичного консультування.

Ключова ідея

Спадкові захворювання людини є наслідком дії мутагенних факторів. Вони можуть бути причиною порушень на різних рівнях організації генетичного матеріалу. Для лікування спадкових захворювань перспективним методом є технологія генної терапії. Зменшення ризику виникнення спадкових захворювань можна досягти шляхом дотримання заходів профілактики, генетичного консультування і пренатальної діагностики.

Запитання та завдання

1. На конкретному прикладі поясніть, як за допомогою аналізу родоводу можна зменшити ризик народження дитини зі спадковим захворюванням. 2. Які проблеми заважають більш активному використанню генної терапії?