Роль наследственности: Ошибка 404. Запрашиваемая страница не найдена

Роль наследственности в развитии личности

Наследственность определяют как совокупность природных свойств организма, передаваемых от поколения к поколению, или как «свойство живых систем воспроизводить свою организацию, или, иначе говоря, свойство живых организмов воссоздавать себе подобных в ряду поколений».

• 1 Так ли важна наследственность

• 2 Значимость определённой ДНК в вопросе развития личности

• 3 Факторы, влияющие на наследственность

• 4 Каким образом гены влияют на личность

Так ли важна наследственность

Биологическая наследственность имеет огромное значение в жизни человека. Она сохраняет человека как природное существо, как уникальную популяцию (вид) в биологическом мире. С момента рождения ребенок наследует многие врожденные свойства и инстинкты, относящиеся к группе безусловных рефлексов (по И.П. Павлову). К ним относятся пищеварительные рефлексы (слюноотделение), оборонительные (отдергивание рук от горячего, зажмуривание глаз при ярком свете), ориентировочные (реакция на звук, свет и т. д.). Говоря о нерасторжимой связи человека с животным миром, следует отметить, что эти свойства характерны и для высших животных.
Однако в пределах биологической эволюции возникла новая форма отражения, обеспечившая переход предков в современных людей, развитие «собственно человеческих задатков» (движение в вертикальном положении — прямохождение, развитие речи), предрасположенность к целенаправленному труду, развитие мыслительных способностей человека, осознание своих действий, поступков, деятельности.
Наследственность программирует передачу от взрослых детям ряда биохимических, физических качеств: физический облик, цвет волос, физические данные; группу крови и резус-фактор, задатки способностей;       программирует также свойства нервной системы, свойства зрительных органов (дальтонизм, особая чувствительность, цвет глаз) и др.

Значимость определённой ДНК в вопросе развития личности

Известно, что носителями наследственности являются молекулы ДНК, отвечающие за все жизненно важные процессы в организме (за сохранение информации о протекании всех процессов, за обновление клеток, за защиту от мутаций и за многое другое).
Генетическая программа наследственности заложена в молекулярных структурах ДНК. Она, как сверхсовершенная ЭВМ, обеспечивает заданность параметров работы всех структур организма: от биохимических, биопсихических до физических; сохраняет наследственную память обо всем организме как индивидуальной единице биологического мира (по мнению ряда исследователей, вплоть до 13-го колена). Это в среднем 1000 лет. В Библии есть упоминание о продолжительности жизни до тысячелетнего возраста. Генетическая наследственность обеспечивает и возможность клонирования людей. Открытия российских и американских ученых доказывают, что, управляя ростом, развитием хромосом, можно напрямую управлять ростом новых клеток, тем самым обеспечивая организму неограниченную продолжительность жизни.
Диалектика биологических процессов обозначена и наличием наследственных заболеваний и различных аномалий. К ним можно отнести болезнь крови (гемофилия), шизофрению, сахарный диабет, ряд эндокринных расстройств (карликовость и др. ). По наследству могут передаваться и особенности протекания психических процессов. Появляются сообщения, что по наследству может передаваться и предрасположенность к правонарушениям и преступлениям, садизм, суицидальное поведение и т.д.
Исследованиями установлено, что неизменность биологических популяций на протяжении многих миллионов лет обусловлена почти не изменяющимися условиями жизни. Другой позиции придерживается известный философ Лаптев: «Как только то или иное условие существования становится определяющим для каких-либо существ, они специализируются, приспосабливаясь больше всего именно к этому условию, и … останавливаются в своем развитии, приспособившись. Вид попадает в эволюционный тупик… Скорпион существует без изменений около 300 млн. лет» . Но генный аппарат наследственности, как и весь организм человека, не изолирован от внешних воздействий, а включен в их многообразие.

Факторы, влияющие на наследственность

Наверное, «это предопределило возможность многостороннего развития человеческого организма, стало как бы потенциалом его универсальности» , сохранив при этом потенцию эволюционирования наследственности. Однако отметим, что быстротечные воздействия на аппарат наследственности ведут к разрушению древних генетических кодов и памяти, к сокращению сроков жизни и необратимым генным мутациям.
Таким воздействием является радиация, действующая на генный аппарат человека. В результате ионизирующего воздействия на хромосомы уже в организме матери нарушается структура ДНК, у новорожденных возникают наследственные болезни, а также уродства (две головы, два туловища, сросшиеся близнецы, огромных размеров голова или уши и т.д.). Нарушение генной наследственности может быть вызвано тяжелыми условиями труда, нервно-психическими расстройствами. К расстройству генной структуры приводят и бытовые канцерогены (алкоголь, курение, медикаменты, звуковые нагрузки и многое другое).
Английские и датские ученые обнаружили, что прием женщинами гормональных противозачаточных средств приводит к нарушению гормональной системы и потенции у их сыновей уже в раннем возрасте. «Десять миллионов генов и порождаемых ими белков,— пишет О. Леднев, — образуют машину-человека. Ее работа зависит от полноценности генов, которые весьма чувствительны к вредным воздействиям, проникающим в клетки организма с воздухом, водой, продуктами питания, радиацией и т.д. Эти вещества вызывают мутацию генов. При летальной (смертельной) мутации белок или вовсе не образуется, или полностью теряет свою биофункцию. Активность организма снижается, он заболевает, интеллект ослабляется вплоть до распада».
Практически установлено, что у определенной части людей наблюдается повышенная склонность к употреблению алкоголя и наркотических веществ. Обосновывается точка зрения, что наряду с социальными факторами в возникновении алкоголизма играют роль и некоторые биологические предпосылки. Это главным образом связано с обменом веществ, что рассматривается как критерий риска или предрасположенность к заболеванию.
Современная генетика и медицина ведут интенсивный поиск средств лечения генных болезней, ослабления их влияния на развитие человека. В ряде направлений уже имеются определенные успехи: волнующей умы представителей разных направлений науки является проблема наследственных задатков и способностей, т. е. таких индивидуально-психологических особенностей личности, которые являются одним из важнейших условий успешного выполнения определенных видов деятельности.

Каким образом гены влияют на личность

Природные особенности (задатки) являются потенциальным условием формирования способностей. Они обусловлены индивидуальными структурно-функциональными различиями головного мозга и речедвигательных органов, органов чувств, и их следует рассматривать лишь как анатомо-морфологические предпосылки способностей.
Показатель развитости человека проявляется через интегрированную развитость его способностей. Выделяют общие и специальные способности. Общие способности определяют успехи человека в различных видах деятельности. Это «умственные способности, тонкость и точность ручных движений, развитая память, совершенная речь и ряд других». Специальные способности раскрывают индивидуальность личности и «определяют успехи человека в специфических видах деятельности, для осуществления которых необходимы задатки особого рода и их развитие»2. К ним можно отнести математические, музыкальные, лингвистические, литературные, художественно-творческие, технические, спортивные, организаторские, экономические и др. Общие и специальные способности могут гармонизировать между собой, взаимно дополнять, компенсировать, усиливать и обогащать друг друга (подробнее о способностях — у Р.С. Немова).
Значительная часть способностей природно обусловлена; среда и воспитание — лишь те условия, в которых они проявляются. Существуют способности в значительной мере социально обусловленные. Из них назовем, например, предметно-познавательные или способности к общению, взаимодействию с людьми, предметно-деятельностные.
Но проявление наследственного в голове находится в прямой зависимости от внешней среды, условий жизни и воспитания. В науке имеется немало фактов о жизни малолетних детей со зверями (так называемых «детей Маугли») волками, медведями, обезьянами и вскормленных их молоком’. Возвращение к людям, они были лишены почти всех человеческих качеств: уровень интеллекта и мышления у многих из них находятся ниже уровня животных, ходили они на четвереньках, речь отсутствовала, воспроизводили ее только звуки, которые «произносили» животные; для таких детей характерна неразвитость чувств, короткий срок жизни вследствие неразвитости психических процессов.
Это указывает, что решающим, основным в развитии человеческих свойств и качеств является общение с людьми, обеспечивающее усвоение человеческого опыта. Вторая сигнальная система, унаследование общечеловеческих задатков развивается в благоприятных условиях и в соответствующей системе воспитания. Социологи полагают, что у людей с высоким уровнем интеллекта увеличивается продолжительность жизни.
Биологически здоровый человек имеет колоссальные возможности развития, но практически реализует их не более чем на 10-15 %. Для правильного воспитания важна глубокая диагностика выявления природных дарований с целью создания необходимых условий их развития. Развитие человека рассматривается преимущественно как развитие его способностей. С одной стороны, развитие происходит за счет резервных сил генотипа (задатки способностей могут проявляться очень рано, с 2-3-летнего возраста, или наоборот — на склоне лет), с другой — условий внешней среды и их взаимного влияния. Несовершенство структуры питания и тяжелые условия жизни (дети сироты, неполные семьи, трудные семьи, привлечение детей к тяжелой работе) задерживают рост и развитие. Наследственные возможности растущего человека велики, но реализовать их в качества личности он сможет только в процессе своей социальной жизни в обществе, в деятельности.

Роль наследственных факторов в патогенезе заболеваний, связанных с дегенерацией межпозвонковых дисков

Роль генетических факторов в дегенерации межпозвонковых дисков была установлена относительно недавно. Большую часть XX века в качестве основных причин возникновения этой патологии рассматривали возраст, пол, профессиональные вредности, курение, вибрационные нагрузки [9]. Вклад других факторов, таких как рост, вес и генетическая предрасположенность, учитывался в меньшей степени. Однако за последние десятилетия наметился прогресс в понимании генетических причин, связанных с риском возникновения дегенерации дисков, что в значительной степени изменило традиционные взгляды на проблему. Несмотря на то, что некоторые средовые и конституциональные факторы вовлечены в эти заболевания, их вклад относительно небольшой в сравнении с генетическими причинами, которые во многом отвечают за дегенерацию и образование грыж межпозвонковых дисков [3, 6, 39].

Согласно данным исследования семей и близнецовых пар, вклад генетических факторов для этих заболеваний варьирует в пределах 34-61% [17, 35]. Генетико-математические методы показали, что модель наследования является полигенной и в ней принимают участие множественные факторы и многие гены, которые могут передаваться из поколения в поколение.

В настоящее время многие исследователи приходят к однозначному выводу, что грыжи пояснично-крестцового отдела позвоночника относятся к заболеваниям со сложной этиологией. Это означает, что при изучении причин возникновения этих патологий нужно рассматривать взаимосвязи между средовыми факторами и наследственностью.

В статье рассмотрены работы, посвященные исследованию генетической эпидемиологии грыж межпозвонковых дисков. Прежде всего, это работы, связанные с изучением накопления в семьях случаев болезни. Именно множественные случаи заболевания в одной родословной могут указывать на возможное генетическое влияние.

В 1991 г. G. Varlotta и соавт. [44] обнаружили, что 32% взрослых больных с грыжами дисков имеют отягощенную наследственность по этой патологии. H. Matsui и соавт. [25] сообщили, что в семьях больных в возрасте моложе 18 лет часто встречаются грыжи дисков поясничного отдела.

В 1991 г. был запущен международный проект исследования близнецов с заболеваниями позвоночника, который назвали Twin Spine Study. В его рамках M. Battie и соавт. [5] изучили данные МРТ у 115 пар монозиготных близнецов мужского пола для оценки вклада генетических и средовых факторов в эти показатели. В качестве фенотипических клинических маркеров были использованы такие параметры, как пролабирование дисков, сужение высоты и обезвоживание дисков по показателям интенсивности сигнала. Было обследовано 230 больных разного возраста. Многофакторный анализ грудного и поясничного отделов позвоночника показал, что фактор, связанный с физическими нагрузками, объяснял только 7% вариативности этих показателей, возраст — 16%, а семейная отягощенность — 77%.

В поясничном и пояснично-крестцовом позвоночных отделах фактор, связанный с физическими нагрузками, объяснял только 2% вариативности. Показатель дисперсии в нижнем поясничном отделе возрастал до 9% с учетом возраста и до 43% с учетом семейной отягощенности. В этом исследовании была впервые предложена оценка как средовых, так и генетических факторов.

H. Matsui и соавт. [26] проанализировали ответы на специальный опросник у 3042 фабричных рабочих в Японии. Авторы этого исследования обнаружили, что средний возраст на момент первого приступа боли в пояснице у рабочих, родители которых также страдали от этой патологии, был значительно ниже, чем у рабочих без семейного отягощения. После того, как было установлено существование накопления случаев дегенерации дисков в семьях, появилась необходимость разграничения между биологическими (гены) и социальными (культуральное наследование) источниками семейного сходства. P. Sambrook и соавт. [32] осуществили классическое близнецовое исследование для проверки гипотезы о том, что в дегенерацию дисков существенный вклад вносит наследственный компонент.

МРТ-исследование позвоночника было проведено у 86 пар моно- и 154 дизиготных близнецов, 80% из которых были женщины. Было обнаружено значительное влияние генетических факторов на дегенерацию дисков. Оценки наследуемости для различных показателей, выявляемых МРТ, были очень высокими и составляли более 70% (доверительный интервал при 95% вероятности (ДИ 95%). Она была 74% (64-81%) для поясничного отдела и 73% (64-80%) — для крестцового. При расчетах была введена поправка на возраст, массу тела, курение, профессиональную вредность и физическую активность. При анализе отдельных МРТ-показателей оказалось, что основной вклад вносили пролабирование и высота дисков. В результате этих работ был сделан вывод, что у подростков и взрослых людей семейная отягощенность действительно вызвана генетическими факторами. В то же время в этих работах не было получено данных об относительных долях генетических факторов и общих у членов семьи средовых факторов. Тем не менее результаты указывали, что наиболее сильный эффект генов связан с более ранним возрастом, при котором наступает дегенерация межпозвонковых дисков. Исследования генетической предрасположенности к остеохондрозу в Харьковской области [1] на основании генеалогической информации, полученной от 102 мужчин и 98 женщин в возрасте от 20 до 85 лет, больных остеохондрозом, и 945 их родственников 1-й степени и 1425 родственников 2-й степени родства, показали, что наследуемость этого заболевания составляет 43,6%. В популяциях Горного Алтая на распространенность остеохондроза влияли такие факторы, как пол и возраст [2]. Анализ генеалогических данных показал достоверные различия частоты заболевания у родственников 1, 2 и 3-й степени родства в полном соответствии с регрессией общей доли генов, что характерно для полигенных заболеваний с наследственной предрасположенностью. Вклад генетических факторов в подверженность остеохондрозу составил 80%, а средовых — 20%.

Результаты генетических эпидемиологических исследований, в том числе и полученные в ходе Twin Spine Study [7], позволили сделать следующие выводы.

1. Влияние наследственности на дегенерацию поясничных дисков весьма значительно.

2. Существенные различия между близнецами в профессиональных занятиях и физических нагрузках, не связанных с профессией, не оказывают значимого эффекта на возникновение заболевания.

3. Курение также не имеет большого эффекта.

4. Не найдено доказательств влияния вибрационных нагрузок, вызванных вождением транспортного средства.

5. Антропометрические факторы, такие как масса тела и мускульная сила, оказывают умеренное влияние, которое более выражено по сравнению с профессиональными вредностями.

6. В то же время обычные физические нагрузки могут быть полезны.

Кроме того, были идентифицированы генетические варианты, ассоциированные с дегенерацией дисков.

Таким образом, общие представления о том, что дегенерация дисков является результатом старения и физического износа за счет механических повреждений, в этом исследовании не подтвердились. Основное внимание при изучении этиологии заболевания должно быть сконцентрировано на генетических факторах.

В настоящее время исследования заболеваний проводят с использованием методов молекулярной генетики. Связь с заболеванием устанавливается с помощью анализа ассоциаций с признаком полиморфного вариантов генов-кандидатов и/или анализа сцепления с заболеванием определенного хромосомного участка, включающего искомый ген. Анализ сцепления проводят в семьях, где встречаются множественные случаи заболевания. Известно лишь одно исследование с использованием анализа сцепления 14 семей, отягощенных поясничным остеохондрозом. Его результаты показали существование предполагаемого локуса, связанного с этим заболеванием, на хромосомном участке 21q [47]. Гораздо больше работ посвящено поиску генов предрасположенности к заболеваниям, связанным с дегенерацией межпозвонковых дисков, с использованием анализа ассоциаций. Этот подход широко используется для изучения генов предрасположенности к широко распространенным полигенным заболеваниям. На первом этапе определяют гены, вовлеченные в метаболические пути, которые имеют отношение к дегенеративно-дистрофическим изменениям хрящевой ткани и образованию грыж.

Эти гены-кандидаты могут быть изучены в группах больных и сопоставлены с контрольной группой (здоровые люди). Таким образом выявляется ассоциация между заболеваниями и конкретными генами.

За последние годы выявлены четыре основные группы генов, имеющих отношение к заболеванию поясничных дисков [50]. Первая группа включает в себя гены, ассоциированные с конструкцией структурных компонентов межпозвонковых дисков, таких как ген агрекана и коллагена типа IX. Вторая группа состоит из генов, которые продуцируют ферменты, разрушающие содержимое диска, например ген металлопротеиназы. В третью группу входят гены, связанные с костной структурой, — связанные с остеопорозом, ген рецепторов витамина D и эстрогена. И наконец, четвертая группа представлена генами с невыясненной или неспецифической функцией. К ним можно отнести, например, гены интерлейкинов.

Коллаген типа IX представляет собой структурный компонент ядра дисков и служит связывающим звеном между коллагенсодержащими белками и другими протеинами ткани, а также играет существенную роль в составе межпозвонковых дисков.

Коллаген типа IX — это гетеротримерный белок и кодируют его три гена: COL9A1, COL9A2, и COL9A3. Эти гены являются перспективными кандидатами для молекулярно-генетических исследований. S. Annunen и соавт. [4] показали, что аллель G гена COL9A2 (полиморфизм rs7533552, вызывающий замещение глютамина на аргинин в аминокислотной последовательности белка) играет существенную роль в патогенезе дегенерации дисков. В этом исследовании на материале финской популяции аллель G был обнаружен у 6 (4%) из 157 больных и не обнаружен ни у одного здорового индивида из контрольной группы (174 человека). Позднее ассоциация между аллелем G и заболеванием была найдена при изучении более 300 близнецовых пар [27]. J. Jim и соавт. [15] сообщили о более высокой частоте этого аллеля в Китае по сравнению с Финляндией. Он был обнаружен в 20% случаев в выборке, состоящей из 804 человек. У больных с аллелем Trp2 наблюдалась более тяжелая дегенерация, более того, связь между аллелем и заболеванием была опосредована возрастом [42]. В японской популяции ассоциации этого аллеля с заболеванием выявлено не было [33]. Полученные результаты свидетельствуют, что аллельные вариации COL9A2, связанные с дегенерацией поясничных дисков, зависят от расовых и этнических особенностей.

Что касается гена COL9A3, то его связь с заболеванием была также обнаружена в финской популяции [29].

У носителей аллеля Trp3 риск поражения дисков был в 3 раза выше по сравнению с больными, у которых этот аллель отсутствовал. Исследование 164 больных и 321 человека контрольной группы (186 здоровых, 83 с остеоартритом, 31 с ревматоидным артритом и 21 с хондродисплазией) установило, что частота аллеля риска составляла 12,2% в опытной выборке и только 4,7% в контрольной. Различия были статистически значимы. Эти результаты были получены только для финской популяции, попытка повторить их на выборке больных другой этнической принадлежности, в частности греческой, успехом не увенчалась [16]. В другом исследовании [38] было показано, что эффект аллеля Trp3 на болезнь зависит от присутствия аллеля T (3954) гена интерлейкина IL-1β. Также аллель Trp3 был связан с некоторыми показателями, выявляемыми с помощью радиографических методов при болезни Шейермана [18]. Исследование генотип-средовых взаимодействий показало, что дегенерация межпозвонковых дисков чаще возникала, если носители мутации испытывали постоянные нагрузки на диски [36]. Изучив 135 человек — носителей аллеля Trp3, авторы показали, что заболеванием страдали в основном (71% от всех обследуемых) люди с избыточной массой тела. Еще один кандидат — это ген коллагена типа I (COLIA1). Коллаген I является важным компонентом фиброзного кольца дисков. Некоторые исследователи [31, 43] сообщают, что риск поражения дисков выше у людей с генотипом TT по сравнению с теми, кто является носителями генотипов GG или GT. Аллель T может оказывать влияние на регуляцию гена, в результате чего повышается уровень его экспрессии и нарушается количество образовавшегося белка [24]. Гены коллагена типов IV и X также связаны с заболеванием [28, 48], однако данных об их роли пока недостаточно.

Ген Sox9 кодирует факторы транскрипции, которые могут различным образом влиять на процессы дифференциации и развития. Он проявляет активность в процессах хондрогенеза и может активировать ген, кодирующий коллаген типа II [8, 21]. Также этот ген регулирует гены, кодирующие белок аггрекан [34] и коллаген типа XI [10]. R. Paul и соавт. [30] изучали возможность использования гена Sox9 для терапии дегенерации дисков. Они использовали в качестве вектора аденовирусы, которые вводили в клетки хондробластов и диска. При этом возрастала продукция Sox9 и коллагена типа II.

Ген рецептора витамина D играет важную роль в минерализации и трансформации костной ткани. Обнаружено, что полиморфизм гена связан с дегенерацией дисков и образованием грыж [19, 46]. Генотипы tt и Tt чаще встречались в группах больных, особенно тех, у которых болезнь началась в раннем возрасте. T. Videman и соавт. [45] сообщили, что у мужчин показатели интенсивности сигнала при использовании МРТ были хуже у носителей генотипов tt (Taq I полиморфизм), ff и Ff (Fok l полиморфизм). K. Cheung и соавт. [11] также подтвердили, что аллель t связан с риском дегенерации дисков, особенно у людей моложе 40 лет. Каким образом изменения в структуре гена рецептора витамина D влияют на клинические проявления болезни, пока не выяснено Возможно, ген является лишь маркером, поскольку расположен на одной хромосоме (12q12) с генами коллагена типа II и фактором роста инсулина типа 1.

Матриксные металлопротеиназы (ММР). Эти ферменты относятся к семейству внеклеточных цинкзависимых эндопептидаз, способных разрушать все типы белков внеклеточного матрикса. Важную роль в дегенерации межпозвонковых дисков играют матриксные металлопротеиназы типа 3 (MMP-3) и 9 (MMP-9) [12]. Они проявляют активность в ответ на такие локальные воздействия, как механическая нагрузка [13] и воспалительный процесс [14]. В гене MMP-3 описан полиморфизм 5A/6A в промоторном участке, который вовлечен в регуляцию его экспрессии, при этом аллель 5A имеет в 2 раза большую активность по сравнению с аллелем 6A [49]. M. Takahashi и соавт. [41] обнаружили, что в японской популяции у лиц пожилого возраста генотипы 5A5A и 5A6A были ассоциированы с большим числом дегенеративных межпозвонковых дисков, а у молодых пациентов такой ассоциации выявлено не было. Результаты этого исследования указывают, что аллель 5A гена MMP-3 может быть фактором риска, ускоряющим процесс дегенерации, особенно у людей пожилого возраста. В гене MMP-9 изучен полиморфизм С-1562Т, расположенный в промоторном участке, который влияет на транскрипционную активность гена. Этот полиморфизм оказался ассоциирован с дегенерацией позвонковых дисков при изучении 408 больных молодого возраста и 451 здорового человека [40]. Частота аллеля Т была выше в группе больных по сравнению с контролем. Также этот аллель был связан с большей степенью разрушения дисков.

Гены интерлейкинов

Интерлейкин-1 — провоспалительный цитокин, который способствует продукции ферментов, разрушающих протеогликан, а также опосредует возникновение боли.

S. Solovieva и соавт. [37] продемонстрировали, что показатели дегенерации дисков на томограммах связаны с полиморфизмом гена у рабочих мужского пола финского происхождения. У носителей генотипа TT риск деформации дисков был в 3 раза выше, чем у людей с другими вариантами этого гена. Были также выявлены варианты, при которых в 2,5 раза возрастал риск появления боли.

Интерлейкин-6 обладает широким спектром биологических функций, является одним из главных медиаторов острой фазы воспаления и может действовать в качестве про-, и противовоспалительного фактора. В промоторе гена IL-6, локализованного на хромосоме 7 (7p21), обнаружен функциональный полиморфизм G-174C (rs1800795). Минорный генотип СС связывают с усиленной продукцией IL-6. В исследовании финских ученых, которые провели генотипирование 588 детей и подростков, была обнаружена ассоциация между полиморфизмом rs1800795 и дегенерацией позвонковых дисков [20]. Аллелем риска был низкоактивный аллель G.

Интерлейкин-10 служит важнейшим регулятором иммунного ответа, подавляющим активность макрофагов и Th2-клеток и, вследствие этого, цитотоксический ответ организма. Он также обеспечивает реализацию некоторых биологических эффектов Th3-клеток, что способствует развитию гуморальной составляющей иммунного ответа. Ген локализован на хромосоме 1 (участок 1q31-q32). Он является высокополиморфным. На продукцию цитокина влияют промоторные полиморфизмы G-1082A (rs1800896) и C-592A (rs1800872), которые находятся в неравновесии по сцеплению. Полиморфизм G-1082A локализован на участке узнавания транскрипционного фактора Ets и может влиять на экспрессию гена. Показано, что аллель А коррелирует со снижением продукции IL-10 при стимуляции Т-клеток in vitro и снижением плазменной концентрации цитокина. Полиморфизм C-592A обусловлен заменой цитозина на аденин. Он влияет на экспрессию гена и продукцию соответствующего белка. В случае аллеля C уровень продукции IL-10 повышен, что приводит к ухудшению ответа организма на внедрение инфекционных агентов и усилению выработки антител. Еще один полиморфизм в области промотора обозначают как G-1082A (rs1800896). Замена G-1082A в промоторной области гена ИЛ-10 приводит к снижению плазменного уровня интерлейкина-10, в связи с этим полиморфизм рассматривают как фактор риска. Генетический анализ перечисленных выше полиморфизмов в дисках, полученных после операции от 134 пациентов, показал, что частота аллеля А и генотипа АА полиморфизмов C-592A и G-1082A была выше у больных, чем в контрольной группе [22].

Таким образом, с генетической точки зрения, дегенерация поясничных дисков — сложный процесс, в котором задействовано много генов, а также средовые факторы, причем имеют место как взаимодействия между генами, так и генотип-средовые взаимодействия. Однако, несмотря на большое количество уже полученных данных, необходимы дальнейшие исследования в этой области. Нужно отметить, что описанные в настоящем обзоре полиморфизмы не являются специфичными для заболеваний, связанных с дегенерацией позвонковых дисков. Как указано в некоторых обзорных работах [23], это гены, обладающие плейотропным, т.е. множественным действием. Как правило, они обладают небольшим эффектом, который является результатом совместного действия многих генетических вариантов. Есть основания считать, что существуют и генетические вариации (мутации), которые обладают большим эффектом и большей специфичностью в отношении заболевания. Однако выявить эти мутации с большей вероятностью возможно в этнически гомогенных группах, в которых могут быть найдены большие родословные, включающие кровнородственные браки, с множественными случаями заболеваний, связанных с дегенерацией позвонковых дисков.

Кафедра медицинской генетики

О кафедре медицинской генетики

Медицинская генетика изучает роль наследственности в патологии человека, разрабатывает методы диагностики, профилактики и лечения генетических заболеваний. Интенсивное развитие генетических технологий предопределило невероятный прогресс медицинской науки в области изучения наследственных болезней и появление в медицинской генетике различных разделов, таких как популяционная генетика, клиническая генетика, молекулярная генетика, клиническая цитогенетика, имунногенетика, онкогенетика и др. Генетические исследования активно внедряются в практику врачей всех специальностей. Однако редкость наследственных заболеваний, сложность клинической картины, лавинообразно нарастающий поток новой информации по этим болезням и недостаточная осведомленность врачей о современных генетических подходах в диагностике и лечении наследственных заболеваниях затрудняют ведение пациентов с моногенной патологией.  

Основной задачей кафедры медицинской генетики является преподавание основных разделов базовой части программы подготовки клинических ординаторов по специальностям 31.08.30 «Генетика» и 31.08.06 «Лабораторная генетика» в соответствии с профессиональным стандартом врача-генетика и ФГОС по специальности «лабораторная генетика» , основной и вариативной части программы по медицинской генетике в рамках подготовки аспирантов по направлениям подготовки 06.06.01 «Биологические науки» и 30.06.01 «Фундаментальная медицина» по специальности «Генетика».  Особое внимание будет уделяться преподаванию популяционной генетике человека, химических основ наследственности, принципов медико-генетического консультирования пациентов с наследственными заболеваниями, методов диагностики генетических болезней, изучению молекулярно-биологических методов исследования, генных и генно-клеточных технологий лечения наследственных болезней, основ биоинформатики и др.

Руководство и сотрудники:

Заведующий кафедрой

Залетаев Дмитрий Владимирович

Email:

zalnem@mail. ru

Researcher ID: E-5331-2010
Scopus ID: 7004487565
РИНЦ ID: 79203
Google Scholar ID

Подробнее

Профессор кафедры

Гинтер Евгений Константинович

Тел:

+7 (499) 612-87-63

Email:

[email protected]

Подробнее

Ученая степень: доктор биологических наук

Ученое звание: академик РАН, профессор, заслуженный деятель науки Российской Федерации

Преподаваемые дисциплины:

• «Генетика»,
• «Специальная дисциплина Генетика»

Образование:

Уровень образования: Высшее. Окончил с отличием лечебный факультет Кубанского медицинского института в 1962 г. С 1962 г. обучался в аспирантуре Института медицинской радиологии АМН СССР в Обнинске и в 1966 г. защитил кандидатскую диссертацию на тему «Изучение патогенеза аномалий скелета конечностей у мышей мутантной линии brachipodism-Н». В 1976 г. защитил диссертацию на соискание ученой степени доктора биологических наук на тему «Детерминация имагинальных дисков дрозофилы и её генетическая регуляция».

Направление подготовки и(или) специальности: лечебное дело, генетика

Стаж:

Общий стаж работы: 55 лет

Стаж работы по специальности: 55 лет

Научные интересы: генетическая эпидемиология наследственных болезней, молекулярно-генетическое картирование генов наследственных болезней.

Автор более 400 статей в ведущих отечественных и зарубежных изданиях, автор монографий, учебника, патента («Способ профилактики рождения больных остеопетрозом детей», 2007 г.). Индекс Хирша – 26 (РИНЦ), 20 (Web of Science). Под руководством Гинтера Е.К. подготовлено 14 докторов и 32 кандидата наук.

Дополнительная информация: Гинтер Е.К. – председатель диссертационного совета Д.001.016.01 при ФГБНУ «МГНЦ», член президиума правления Российского общества медицинских генетиков, главный редактор журнала «Медицинская генетика», член редакционных коллегий журналов «Генетика» и «Clinical Genetics». Гинтер Е.К. в течение многих лет руководил сотрудничающим Центром ВОЗ по профилактике наследственных болезней, неоднократно участвовал в рабочих совещаниях ВОЗ в качестве эксперта. С 2004 по 2015 г. Гинтер Е.К. был директором ФГБНУ «МГНЦ». В течение 10 лет (2008-2018 г.) возглавлял кафедру медицинской генетики Российской медицинской академии непрерывного профессионального образования Министерства здравоохранения РФ.

Гинтер Е.К. награжден орденом «Знак Почета» (1986 г.). В 2000 г. Гинтер Е.К. за цикл работ «Эпидемиология наследственных болезней в некоторых популяциях России» в составе авторского коллектива награжден Дипломом премии имени С.Н. Давиденкова Российской академии медицинских наук за лучшую научную работу по медицинской генетике. В 2009 г. Гинтеру Е.К. присвоено почетное звание «Заслуженный деятель науки Российской Федерации». В 2017 г. награжден Орденом Дружбы.

Должности: научный руководитель ФГБНУ «МГНЦ».

Профессор кафедры

Костюк Светлана Викторовна

Тел:

+7 (499) 612-81-93

Email:

svet-vk@yandex. ru

WoS Research ID: B-2027-2016
Scopus ID: 36499477600
ORCID ID:
РИНЦ ID: 600252

Подробнее

Ученая степень: доктор биологических наук

Заведующая лабораторией молекулярной биологии ФГБНУ МГНЦ.

Преподаваемые дисциплины:

• «Генетика»
• «Специальная дисциплина Генетика»

Методы клеточной и молекулярной биологии в исследовании иммуногенетических механизмов патогенеза наследственных заболеваний (семинары, лекции, практические занятия)

Образование:

Уровень образования: высшее

Направление подготовки и(или) специальности: биохимия

Квалификация: врач-биохимик

Повышение квалификации и (или) профессиональная переподготовка:

• Современные достижения медицинской генетики Удостоверение 180000685771 11.01.2017—07.02.2017

Научные интересы:

Имеет 186 публикаций, из них 2 учебных издания и 4 научных труда, включая патенты на изобретения и иные объекты интеллектуальной собственности, используемые в образовательном процессе.

Под руководством Костюк С.В. защищены 2 кандидатские диссертации.

Дополнительная информация: член Диссертационного Совета Д 001.016.01 при ФГБНУ МГНЦ

Награждена почетной грамотой Минобрнауки России (приказ №179 от 20.08.2019)

Профессор кафедры

Вейко Наталья Николаевна

Email:

[email protected]

WoS Research ID: B-2617-2012
Scopus ID: 7003708619
ORCID ID:
РИНЦ ID: 88757

Подробнее

Ученая степень: доктор биологических наук

Главный научный сотрудник молекулярной биологии ФГБНУ МГНЦ.

Преподаваемые дисциплины:

• «Биохимия»
• «Молекулярная биология»

Методы клеточной и молекулярной биологии в исследовании иммуногенетических механизмов патогенеза наследственных заболеваний (семинары, лекции, практические занятия)

Образование:

Уровень образования: высшее

Направление подготовки и(или) специальности: химия природных соединений

Квалификация: химик

Научные интересы: исследование нестабильности генома человека, роли внеклеточной ДНК в патогенезе заболеваний человека.

Имеет 186 публикаций, из них 2 учебных издания и 4 научных труда, включая патенты на изобретения и иные объекты интеллектуальной собственности, используемые в образовательном процессе.

Под руководством Вейко Н.Н. защищены 5 кандидатских диссертации и докторская (консультант).

Доцент кафедры

Бухарова Татьяна Борисовна

Тел:

+7 (499) 320-61-40 +7 (926) 357-50-70

Email:

[email protected]

WoS Researcher ID: M-8546-2014
ORCID ID: 0000-0003-0481-256X
SCOPUS ID: 26026787200
РИНЦ ID: 87367

Подробнее

Ученая степень: кандидат биологических наук

Ведущий научный сотрудник лаборатории генетики стволовых клеток ФГБНУ «Медико-генетический научный центр имени академика Н.П. Бочкова».

Преподаваемые дисциплины:

• Генетика
• Генетика стволовых клеток

Образование:

Уровень образования: Высшее. Окончила с отличием биологический факультет Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова в 1998 году по специальности «Физиология». В 2014 году защитила диссертацию на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности «Клеточная биология, цитология, гистология».

Стаж:

Общий стаж работы: 22 года

Стаж работы по специальности: 12 лет

Научные интересы:

Основная область научных интересов – разработка новых генно-клеточных технологий на основе мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток человека, аденовирусных и плазмидных конструкций, несущих гены остеогенных индукторов, и факторов роста для лечения костных дефектов. Большое внимание уделяется технологиям диагностики функциональной активности канала CFTR и оценки эффективности таргетных препаратов для лечения больных муковисцидозом на 3D-культуры кишечных органоидов. 

Автор более 70 публикаций, 7 патентов, 5 медицинских технологий. Индекс Хирша 6 (РИНЦ), 3 (WoS)

Дополнительная информация:

Награждена грамотой Министерства образования и науки Российской федерации в 2017 году.

Доцент кафедры

Марахонов Андрей Владимирович

Тел:

+7 (499) 320-60-90

Email:

[email protected]

ORCID ID: 0000-0002-0972-5118
SCOPUS ID: 24559127100
WoS Researcher ID:  C-9782-2014
РИНЦ ID: 596881 

Подробнее

Ученая степень: кандидат биологических наук

Старший научный сотрудник лаборатории генетической эпидемиологии ФГБНУ «МГНЦ»

Преподаваемые дисциплины:

• Генетика
• Молекулярная генетика

Образование:

Уровень образования: высшее

Направление подготовки и(или) специальности: генетика

Квалификация: генетик

Повышение квалификации и (или) профессиональная переподготовка:

1. Современные технологии анализа генома в диагностике наследственной патологии — 72ч. , удостоверение 180000674674 от 09.04.2016 г.
2. Современные достижения медицинской генетики — 144 ч., удостоверение 180001339939 от 07.02.2018 г.
3. Лабораторная генетика — 432 ч., удостоверение 180002514725 от 30.11.2020 г.

Стаж:

Общий стаж работы: 20 лет

Стаж работы по специальности: 20 лет

Научные интересы:

139, включая в зарубежных журналах – 46, патентов – 6, индекс Хирша 10.

Под руководством защищена 1 кандидатская диссертация.

Дополнительная информация:

Соавтор клинических рекомендаций по врожденной аниридии.

Награжден благодарностью Министерства науки и высшего образования Российской федерации

Доцент кафедры

Смирнихина Светлана Анатольевна

Тел:

+7 (499) 324-35-79

Email:

[email protected]

ORCID ID: 0000-0002-1558-3048
Researcher ID: 2316190
Scopus ID: 30067895000
РИНЦ ID: 173726

Подробнее

Ученая степень: кандидат медицинских наук

Преподаваемые дисциплины:

• Генетика
• Фундаментальные и прикладные аспекты мутагенеза
• Генно-клеточные технологии

Образование:

Уровень образования: высшее

Направление подготовки и(или) специальности: лечебное дело

Квалификация: врач-генетик, врач-лабораторный генетик

Повышение квалификации и (или) профессиональная переподготовка:

Действующие сертификаты специалиста:

1. Генетика, № 0377180734091, до 13. 03.2023 г.
2. Лабораторная генетика, № 0377180734091, до 13.03.2023 г.

Повышение квалификации за последние 5 лет:

1. Лабораторная генетика – 216ч., удостоверение 180000900033 от 24.03.2017г.
2. Генетика – 144ч., удостоверение 180001343780 от 13.03.2018г.

Стаж:

Общий стаж работы: 14 лет

Стаж работы по специальности: 13 лет

Научные интересы: геномное редактирование для лечения наследственных болезней, генная терапия

Автор 98 научных публикаций, в том числе «Клиническая генетика: учебник. Бочков Н.П., Пузырев В.П., Смирнихина С.А. / Под ред. Н.П. Бочкова. 4-е изд., доп. и перераб. 2011».

Индекс Хирша 6 (РИНЦ), 4 (Web of Science).

Дополнительная информация:

Главный ученый секретарь Российского общества медицинских генетиков.

Награждена почетной грамотой Федерального агентства научных организаций за безупречный труд и высокие достижения в профессиональной деятельности, приказ от 06. 02.2017, №60п.

Доцент кафедры

Скоблов Михаил Юрьевич

Тел:

+7 (499) 612-80-45

Email:

[email protected]

Подробнее

Ученая степень: кандидат биологических наук

Заведующий лабораторией функциональной геномики ФГБНУ «МГНЦ»

Преподаваемые дисциплины:

• Генетика
• Специальная дисциплина «Генетика»

Образование:

Уровень образования: высшее

Повышение квалификации и (или) профессиональная переподготовка:

1. Современные достижения медицинской генетики – 144 ч. Удостоверение 180000685775 от 07.02.2017

Стаж:

Общий стаж работы: 20 лет

Стаж работы по специальности: 20 лет

Научные интересы: молекулярная генетика человека, разработка подходов по функциональному анализу вариантов нуклеотидной последовательности, исследование функций новых генов.

Автор более 80 публикаций, индекс Хирша 13 (Google scholar).

Под руководством Скоблова М.Ю. защищена одна кандидатская диссертация.

Доцент кафедры

Семенова Наталия Александровна

Тел:

+7 (495) 111-03-03

Email:

[email protected]

WoS Researcher ID: AAJ-8854-2021
Scopus ID: 57196486863
ORCID ID: 0000-0001-7041-045X
РИНЦ ID: 935511

Подробнее

Ученая степень: кандидат медицинских наук

Врач-генетик высшей квалификационной категории

Преподаваемые дисциплины:

• Генетика наследственных заболеваний, сопровождающихся патологией печени
• Наследственные болезни обмена веществ: клиника, диагностика

Образование:

Высшее. В 2003 г. закончила Волгоградский Государственный медицинский университет по специальности «Педиатрия». 2004-2005 гг. – интернатура по специальности «Педиатрия» на базе ГОУ ВПО РГМУ Росздрава г. Москва. В 2007 г. окончила ординатуру по специальности «Педиатрия» на базе ФГУ «Учебно-научный медицинский центр» УД Президента РФ г. Москва. Прошла профессиональную переподготовку по специальности «Генетика» на базе ГОУ ВПО «Российская медицинская академия последипломного образования Росздрава» г. Москва в 2007 г. В 2015 г. успешно завершила обучение в аспирантуре РНИМУ им.Н.И.Пирогова и защитила диссертацию на соискание ученой степени кандидата медицинских наук.

Повышение квалификации и (или) профессиональная переподготовка: Действующий сертификат специалиста: Генетика, 2Ц-8-136175, до 24.03.2022 г.

Повышение квалификации за последние 5 лет:

1. Диагностика орфанных болезней – 72ч.; удостоверение 1800000679580 от 18.05.2016
2. Генетика; удостоверение 180000899997 от 24.03.2017 г.
3. Мониторинг врожденных пороков развития; удостоверение 180001333726 от 18. 11.2017 г.
4. Современные достижения медицинской генетики; удостоверение 180001339946 от 07.02.2018 г.
5. ICH GCP: Надлежащая клиническая практика для исследователей; удостоверение 771801880220 от 22.11.2018 г.

Стаж:

Общий стаж работы: 16 лет

Стаж работы по специальности: 13 лет

Научные интересы: Научные интересы лежат в области анализа клинико-генетических характеристик, а также особенностей диагностики наследственных заболеваний, в частности болезней, сопровождающихся патологией печени. Особый интерес связан с определением основных клинических симптомов различных групп заболеваний и отдельных нозологических форм с целью разработки дифференциально-диагностических алгоритмов, а также исследования генно-фенотипических корреляций.  Автор 32 печатных научных работ, в том числе опубликованных в рецензируемых научных журналах, входящих в Scopus и/или Web of Science.

Дополнительная информация: Член Российской ассоциации медицинских генетиков, член Европейского общества по генетике человека (ESHG).   Член редакционных коллегий журнала «синдром Дауна. XXI век».

Доцент кафедры

Шмарина Галина Васильевна

Email:

[email protected]

WoS Research ID: B-3251-2016
Scopus ID: 6602363686
ORCID ID:
РИНЦ ID: 87949

Подробнее

Ученая степень: кандидат медицинских наук

Преподаваемые дисциплины:

• Генетика
• Молекулярная генетика
• Методы клеточной и молекулярной биологии

Образование:

Уровень образования: высшее

Направление подготовки и(или) специальности: аллергология — иммунология, генетика

Квалификация: врач-биофизик

Повышение квалификации и (или) профессиональная переподготовка: нет

Стаж:

Общий стаж работы: 24 года

Стаж работы по специальности: 4 года

Научные интересы: нейроиммунология, генетические механизмы старения, регуляция воспаления

Автор 140 публикаций, индекс Хирша — 11

Дополнительная информация: отсутствует

Ассистент кафедры

Боровиков Артем Олегович

Тел:

+ 7 (495) 111-03-03

Email:

borovikov33@gmail. com

WoS Researcher ID:  AAJ-8994-2021
Scopus ID: 57209273680
ORCID ID: 0000-0001-5871-8005
РИНЦ ID: 1016336

Подробнее

Преподаваемые дисциплины:

• Генетика
• Клиническая генетика
• Учебный цикл программа «Глубокое фенотипирование и интерпретация молекулярно-генетических данных для практикующих врачей»

Образование: Высшее. Закончил МГМУ им. И.М. Сеченова по специальности «лечебное дело» в 2016 году. В 2018 закончил обучение в ординатуре ФГБНУ «МГНЦ» по специальности генетика и получил сертификат врача-генетика.

Квалификация: врач-генетик

Повышение квалификации и (или) профессиональная переподготовка: Действующий сертификат специалиста: генетика, № 0277040010040, до 31.08.2023

Стаж:

Общий стаж работы: 2 года.

Стаж работы по специальности: 2 года

Научные интересы: основная область научных интересов — изучение клинико-генетических характеристик и патогенеза наследственных заболеваний. Особый интерес представляют наследственные моногенные болезни центральной нервной и сердечно-сосудистой системы, а также врожденные множественные остеохондромы. Одним из развиваемых направлений является изучение спектра соматических вариантов у пациентов со структурными формами эпилепсии, изучение влияния «генетического фона» на разнообразие клинической картины у пациентов с одинаковыми патогенными вариантами или с идентичным молекулярным эффектом на продукт гена.

Автор 6 публикаций, индексируемых в базах данных WoS и Scopus

Ассистент кафедры

Гусева Дарья Михайловна

Подробнее

Преподаваемые дисциплины:

• Генетика

Образование:

Высшее. В 2015 году окончила Тверской Государственный медицинский университет по специальности «Педиатрия». В 2017 году окончила ординатуру на кафедре генетики РМАНПО по специальности «Генетика». Имеет сертификат по специальности «Генетика», выданный 31. 08.2017г.

Направление подготовки и(или) специальности: педиатрия, генетика

Квалификация: врач-генетик

Повышение квалификации и (или) профессиональная переподготовка: Действующий сертификат специалиста: генетика, № 0377180725096, до 28.08.2022

Стаж:

Общий стаж работы: 5 лет

Стаж работы по специальности: 3 лет

Научные интересы: Основные области научных интересов на протяжении всей профессиональной деятельности связаны с клинической генетикой. Особый интерес направлен на изучение наследственных заболеваний и синдромов, сопровождающихся пороками головного мозга. Автор более 7 печатных научных работ, опубликованных в рецензируемых научных журналах.

Дополнительная информация: Член Европейского общества по генетике человека (ESHG), Российской Ассоциации медицинских генетиков, Российского общества медицинских генетиков. Награждена благодарностью Министерства науки и высшего образования России в 2020г, а также лауреат Всероссийской премии «ПроДокторов – 2020» в 2020г.

Ассистент кафедры

Спарбер Петр Андреевич

Email:

[email protected]

Подробнее

Преподаваемые дисциплины:

• Генетика
• Клиническая генетика
• Учебный цикл программа «Глубокое фенотипирование и интерпретация молекулярно-генетических данных для практикующих врачей»

Образование:

Высшее. В 2017 году окончил с отличием медико-биологический факультет ФГАОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова по специальности «медицинская биохимия» с присвоением квалификации «врач биохимик». В 2019 году окончил ординатуру ФГБНУ «МГНЦ» по специальности «генетика»

Квалификация: врач-генетик

Повышение квалификации и (или) профессиональная переподготовка: Действующий сертификат специалиста: генетика, № 0277040010051, до 30. 08.2024

Стаж:

Общий стаж работы: 4 года

Стаж работы по специальности: 4 года

Научные интересы: Область научных интересов связана с функциональным анализом вариантов нуклеотидной последовательности, исследование патогенеза наследственных заболеваний, изучение роли некодирующих вариантов нуклеотидной последовательности. Особый интерес представляет разработка подходов для исследования патогенеза наследственных нервно-мышечных заболеваний и генетически-обусловленных эпилепсий, изучение молекулярных механизмов неполной пенетрантности, исследование роли длинных некодирующих РНК в патогенезе наследственных заболеваний человека.

Автор 7 публикаций индексируемых в Scopus и/или Web of Science

Дополнительная информация: Председатель совета молодых ученых ФГБНУ «МГНЦ», член Российского общества медицинских генетиков. Принимал участие в множестве всероссийских и международных конференциях.

наследственность | Определение и факты

наследственность

Смотреть все СМИ

Ключевые люди:

Грегор Мендель Томас Хант Морган Эрнст Геккель Август Вейсманн Карл Пирсон

Похожие темы:

генетика ген химера хромосома ДНК

Просмотреть весь связанный контент →

Сводка

Прочтите краткий обзор этой темы

наследственность , сумма всех биологических процессов, с помощью которых определенные характеристики передаются от родителей их потомству. Концепция наследственности включает в себя два, казалось бы, парадоксальных наблюдения за организмами: постоянство вида от поколения к поколению и изменчивость среди особей внутри вида. Постоянство и изменчивость на самом деле являются двумя сторонами одной медали, что становится ясно при изучении генетики. Оба аспекта наследственности можно объяснить генами, функциональными единицами наследуемого материала, которые находятся во всех живых клетках. У каждого представителя вида есть набор генов, специфичных для этого вида. Именно этот набор генов обеспечивает постоянство вида. Однако среди особей внутри вида могут возникать вариации в форме, которую принимает каждый ген, обеспечивая генетическую основу того факта, что никакие две особи (кроме однояйцевых близнецов) не имеют абсолютно одинаковых черт.

Узнайте, как доминантные и рецессивные гены определяют, какими признаками и потомством будет обладать

Посмотреть все видео к этой статье

Набор генов, который потомство наследует от обоих родителей, комбинация генетического материала каждого из них, называется генотипом организма. Генотип противопоставляется фенотипу, который представляет собой внешний вид организма и результат развития его генов. Фенотип включает в себя телесные структуры организма, физиологические процессы и поведение. Хотя генотип определяет широкие пределы признаков, которые может развить организм, фактически развивающиеся признаки, т. е. фенотип, зависят от сложных взаимодействий между генами и окружающей их средой. Генотип остается постоянным на протяжении всей жизни организма; однако, поскольку внутренняя и внешняя среда организма постоянно меняется, меняется и его фенотип. При проведении генетических исследований крайне важно выяснить, в какой степени наблюдаемый признак обусловлен набором генов в клетках и в какой степени он возникает под влиянием окружающей среды.

Поскольку гены являются неотъемлемой частью объяснения наследственных наблюдений, генетику также можно определить как изучение генов. Открытия в природе генов показали, что гены являются важными детерминантами всех аспектов строения организма. По этой причине большинство областей биологических исследований в настоящее время имеют генетический компонент, а изучение генетики занимает центральное место в биологии. Генетические исследования также показали, что практически все организмы на этой планете имеют схожие генетические системы, гены которых построены по одному и тому же химическому принципу и функционируют по сходным механизмам. Хотя виды различаются наборами содержащихся в них генов, многие сходные гены обнаруживаются у самых разных видов. Например, большая часть генов пекарских дрожжей присутствует и у человека. Это сходство в генетическом строении между организмами, имеющими такие несопоставимые фенотипы, можно объяснить эволюционным родством практически всех форм жизни на Земле. Это генетическое единство радикально изменило понимание отношений между людьми и всеми другими организмами. Генетика также оказала глубокое влияние на человеческие дела. На протяжении всей истории люди создавали или улучшали множество различных лекарств, продуктов питания и тканей, подвергая растения, животных и микробы древним методам селекции и современным методам технологии рекомбинантной ДНК. В последние годы медицинские исследователи начали открывать роль, которую гены играют в заболевании. Значение генетики обещает только возрастать по мере того, как будут охарактеризованы структура и функции все большего числа человеческих генов.

Эта статья начинается с описания классических менделевских паттернов наследования, а также физической основы этих паттернов, т. е. организации генов в хромосомы. Описано функционирование генов на молекулярном уровне, в частности, транскрипция основного генетического материала, ДНК, в РНК и трансляция РНК в аминокислоты, первичные компоненты белков. Наконец, обсуждается роль наследственности в эволюции видов.

Основные признаки наследственности

Донаучные представления о наследственности

Наследственность долгое время была одним из самых загадочных и загадочных явлений природы. Это произошло потому, что половые клетки, образующие мост, по которому наследственность должна проходить между поколениями, обычно невидимы невооруженным глазом. Только после изобретения микроскопа в начале 17 века и последующего открытия половых клеток можно было понять основы наследственности. До этого древнегреческий философ и ученый Аристотель (4 век до н.э.) предполагал, что относительный вклад родителей женского и мужского пола был очень неравным; Считалось, что самка обеспечивает то, что он называл «материей», а самец — «движением». Институты Ману , составленные в Индии между 100 и 300 гг. н.э., рассматривают роль женщины как роль поля, а роль мужчины — как роль семени; новые тела формируются «в результате совместной работы семени и поля». В действительности оба родителя одинаково передают наследственный образец, и в среднем дети похожи на своих матерей не меньше, чем на своих отцов. Тем не менее женские и мужские половые клетки могут сильно различаться по размеру и строению; масса яйцеклетки иногда в миллионы раз превышает массу сперматозоида.

Древние вавилоняне знали, что пыльцу финиковой пальмы мужского пола нужно наносить на пестики женского дерева, чтобы получить плоды. Немецкий ботаник Рудольф Якоб Камерариус показал в 1694 году, что то же самое верно и для кукурузы (кукурузы). Шведский ботаник и исследователь Каролус Линней в 1760 году и немецкий ботаник Йозеф Готлиб Кёльройтер в серии работ, опубликованных с 1761 по 1798 год, описали скрещивания сортов и видов растений. Они обнаружили, что эти гибриды в целом занимали промежуточное положение между родителями, хотя по некоторым характеристикам они могли быть ближе к одному родителю, а по другим — к другому. Кёльройтер сравнил потомство реципрокных скрещиваний, т. е. скрещиваний разновидности 9.0041 A функционирует как самка в разновидности B как самец и наоборот, разновидность B как самка в A как самец. Гибридное потомство от этих взаимных скрещиваний обычно было одинаковым, что указывает на то, что, вопреки убеждению Аристотеля, наследственность потомства в равной степени происходила от родителей женского и мужского пола. В 1800-х годах было проведено еще много экспериментов с гибридами растений. Эти исследования также показали, что гибриды обычно занимают промежуточное положение между родителями. Между прочим, они зафиксировали большую часть фактов, которые впоследствии привели Грегора Менделя ( см. ниже), чтобы сформулировать свои знаменитые правила и основать теорию гена. По-видимому, никто из предшественников Менделя не видел значения накапливаемых данных. Общее промежуточное положение гибридов, казалось, лучше всего согласовывалось с верой в то, что наследственность передается от родителей к потомству «по крови», и это убеждение было принято большинством биологов XIX века, в том числе английским натуралистом Чарльзом Дарвином.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Теория наследственности крови, если это понятие можно удостоить таким названием, на самом деле является частью фольклора, предшествовавшего научной биологии. Это подразумевается в таких популярных фразах, как «полукровка», «новая кровь» и «голубая кровь». Это не означает, что наследственность действительно передается через красную жидкость в кровеносных сосудах; существенным моментом является вера в то, что родитель передает каждому ребенку все его характеристики и что наследственный дар ребенка представляет собой сплав, смесь дарований его родителей, бабушек и дедушек и более отдаленных предков. Эта идея нравится тем, кто гордится тем, что имеет благородную или выдающуюся «кровную» линию. Однако возникает загвоздка, когда замечают, что у ребенка есть некоторые характеристики, которых нет ни у одного из родителей, но они присутствуют у некоторых других родственников или присутствовали у более отдаленных предков. Еще чаще видно, что братья и сестры хотя и обнаруживают фамильное сходство в одних чертах, но в других явно различаются. Как одни и те же родители могли передать разную «кровь» каждому из своих детей?

Мендель опроверг теорию крови. Он показал, (1) что наследственность передается через факторы (теперь называемые генами), которые не смешиваются, а разделяются, (2) что родители передают каждому ребенку только половину имеющихся у них генов, а детям они передают разные наборы генов. разные дети, и (3) что, хотя братья и сестры получают свою наследственность от одних и тех же родителей, они не получают одну и ту же наследственность (исключение составляют однояйцевые близнецы). Таким образом, Мендель показал, что, даже если бы возвышение какого-либо предка было целиком отражением его генов, весьма вероятно, что некоторые из его потомков, особенно более отдаленные, вообще не унаследовали бы эти «хорошие» гены. У организмов, размножающихся половым путем, включая человека, каждый индивидуум обладает уникальной наследственной одаренностью.

Ламаркизм — школа мысли, названная в честь пионера XIX века, французского биолога и эволюциониста Жана-Батиста де Моне, шевалье де Ламарка, — предполагала, что черты, приобретенные в течение жизни человека, наследуются его потомством, или, говоря современным языком, , что изменения, внесенные средой в фенотип, отражаются в аналогичных изменениях в генотипе. Если бы это было так, то результаты физических упражнений сделали бы физические упражнения гораздо более легкими или даже ненужными для потомства человека. Не только Ламарк, но и другие 19Биологи X века, включая Дарвина, признавали наследование приобретенных признаков. Его поставил под сомнение немецкий биолог Август Вейсман, чьи знаменитые эксперименты конца 1890-х годов по ампутации хвостов у поколений мышей показали, что такая модификация не приводит ни к исчезновению, ни даже к укорочению хвостов у потомков. Вейсман пришел к выводу, что наследственный дар организма, который он назвал зародышевой плазмой, совершенно обособлен и защищен от влияний, исходящих от остального тела, называемого соматоплазмой или сомой. Понятия зародышевая плазма–соматоплазма связаны с понятиями генотип–фенотип, но они не тождественны, и их не следует смешивать с ними.

Ненаследуемость приобретенных признаков не означает, что гены не могут быть изменены влиянием среды; Рентгеновские лучи и другие мутагены, безусловно, изменяют их, а генотип популяции может быть изменен отбором. Это просто означает, что то, что приобретено родителями в их телосложении и интеллекте, не наследуется их детьми. С этими ошибочными представлениями связаны убеждения в «препотентности» — т. е. в том, что некоторые особи передают свою наследственность своим потомкам более эффективно, чем другие, — и в «пренатальных влияниях» или «материнских впечатлениях», т. е. в том, что события, переживаемые беременной самкой, отражаются в конституции будущего ребенка. Насколько древними являются эти верования, показано в Книге Бытия, в которой Иаков производит пятнистое или полосатое потомство овец и коз, показывая стадам полосатые прутья, пока животные размножаются. Другая такая вера — «телегония», восходящая к Аристотелю; в нем утверждалось, что на наследственность человека влияет не только его отец, но и самцы, с которыми женщина могла спариваться и которые вызвали предыдущие беременности. Даже Дарвин еще в 1868 г. серьезно обсуждал предполагаемый случай телегонии: случай, когда кобыла спарилась с зеброй, а затем с арабским жеребцом, от которого кобыла произвела на свет жеребенка со слабыми полосами на ногах. Простое объяснение этого результата состоит в том, что такие полосы естественным образом встречаются у некоторых пород лошадей.

Все эти верования, от наследования приобретенных черт до телегонии, теперь должны быть причислены к суевериям. Они не выдерживают экспериментального исследования и несовместимы с тем, что известно о механизмах наследственности и о замечательных и предсказуемых свойствах генетического материала. Тем не менее, некоторые люди все еще цепляются за эти убеждения. Некоторые животноводы серьезно относятся к телегонии и не считают чистокровными особей, чьи родители, по общему признанию, «чистокровны», но чьи матери скрещивались с самцами других пород. Советский биолог и агроном Трофим Денисович Лысенко смог за почти четверть века, примерно между 1938 и 1963 г., чтобы сделать его особый вид ламаркизма официальным кредо в Советском Союзе и запретить большую часть преподавания и исследований в области ортодоксальной генетики. Он и его сторонники опубликовали сотни статей и книг, якобы подтверждающих их утверждения, фактически отрицающие достижения биологии как минимум за предшествующее столетие. Лысенковцы были официально дискредитированы в 1964 году.

Роль наследственности в развитии рака

Сохранить цитату в файл

Формат: Резюме (текст)PubMedPMIDAbstract (текст)CSV

Добавить в коллекции

• Создать новую коллекцию
• Добавить в существующую коллекцию

Назовите свою коллекцию:

Имя должно содержать менее 100 символов

Выберите коллекцию:

Невозможно загрузить вашу коллекцию из-за ошибки
Пожалуйста, попробуйте еще раз

Добавить в мою библиографию

• Моя библиография

Не удалось загрузить делегатов из-за ошибки
Повторите попытку

Ваш сохраненный поиск

Название сохраненного поиска:

Условия поиска:

Тестовые условия поиска

Эл. адрес: (изменить)

Который день? Первое воскресеньеПервый понедельникПервый вторникПервая средаПервый четвергПервая пятницаПервая субботаПервый деньПервый рабочий день

Который день? воскресеньепонедельниквторниксредачетвергпятницасуббота

Формат отчета: SummarySummary (text)AbstractAbstract (text)PubMed

Отправить максимум: 1 штука5 штук10 штук20 штук50 штук100 штук200 штук

Отправить, даже если нет новых результатов

Необязательный текст в электронном письме:

Создайте файл для внешнего программного обеспечения для управления цитированием

Полнотекстовые ссылки

Атыпон

Полнотекстовые ссылки

Обзор

. 1989 Апрель; 7 (4): 527-40.

дои: 10.1200/JCO.1989.7.4.527.

Э. Г. Левин ¹ , R A King, CD Bloomfield

принадлежность

• ¹ Медицинский факультет, Центр медицинских наук Миннесотского университета, Миннеаполис 55455.

• PMID: 2647916
• DOI: 10.1200/JCO.1989.7.4.527

Обзор

Э. Г. Левин и соавт. Дж. Клин Онкол. 1989 апрель

. 1989 Апрель; 7 (4): 527-40.

doi: 10.1200/JCO.1989.7.4.527.

Авторы

Э. Г. Левин ¹ , Р. А. Кинг, С. Д. Блумфилд

принадлежность

• ¹ Медицинский факультет, Центр медицинских наук Миннесотского университета, Миннеаполис 55455.

• PMID: 2647916
• DOI: 10.1200/JCO.1989.7.4.527

Абстрактный

Обычно считается, что наследственность играет незначительную роль в развитии рака. В данном обзоре это предположение подвергается критическому анализу. Обсуждаемые темы включают доказательства наследственной предрасположенности у животных и людей; потенциальное значение генетических и экологических взаимодействий; подходы, которые используются для успешного обнаружения генов, ответственных за наследственную предрасположенность; сопоставимость генетических данных среди наследственных и соответствующих спорадических злокачественных новообразований; и направления будущих исследований. Рак молочной железы, толстой кишки и легких используются для иллюстрации клинической и исследовательской деятельности в области семейного рака; обсуждаются клинические фенотипы, анализ сегрегации и сцепления, модели взаимодействия окружающей среды с наследственными признаками и молекулярные механизмы развития опухоли. Мы пришли к выводу, что вклад наследственности в бремя рака больше, чем принято считать, и что изучение наследственной предрасположенности будет продолжать выявлять канцерогенные механизмы, важные для развития всех видов рака.

Похожие статьи

• Анализ полиморфизма GGGGC-повтора проксимального промотора гена AHR при раке легкого, молочной железы и толстой кишки.

  Spink BC, Bloom MS, Wu S, Sell S, Schneider E, Ding X, Spink DC. Спинк BC и др. Toxicol Appl Pharmacol. 2015 1 января; 282 (1): 30-41. doi: 10.1016/j.taap.2014.10.017. Epub 2014 4 ноября. Toxicol Appl Pharmacol. 2015. PMID: 25447411 Бесплатная статья ЧВК.

• Высоко пенетрантные наследственные раковые синдромы.

  Надь Р., Свит К., Энг К. Надь Р. и др. Онкоген. 2004 г., 23 августа; 23 (38): 6445-70. doi: 10.1038/sj.onc.1207714. Онкоген. 2004. PMID: 15322516 Обзор.

• Большинство генов предрасположенности к раку легких и толстой кишки попарно сцеплены у мышей, людей и крыс.

  Quan L, Stassen AP, Ruivenkamp CA, van Wezel T, Fijneman RJ, Hutson A, Kakarlapudi N, Hart AA, Demant P. Куан Л. и др. ПЛОС Один. 2011 г., 24 февраля; 6(2):e14727. doi: 10.1371/journal.pone.0014727. ПЛОС Один. 2011. PMID: 213

Бесплатная статья ЧВК.

• [Наследственность при клиническом раке].

  Ватанабе С., Очи Х. Ватанабэ С. и др. Ган Но Ринсё. 1987 Апрель; 33 (5 Приложение): 610-4. Ган Но Ринсё. 1987. PMID: 2885435 Японский.

• Генетическое тестирование рака и вспомогательная репродукция.

  Оффит К., Кохут К., Клагетт Б., Уодсворт Э.А., Лафаро К.Дж., Каммингс С., Уайт М., Саги М., Бернштейн Д., Дэвис Дж.Г. Оффит К. и др. Дж. Клин Онкол. 2006 10 октября; 24 (29): 4775-82. doi: 10.1200/JCO.2006.06.6100. Epub 2006 13 июля. Дж. Клин Онкол. 2006. PMID: 16840542 Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

Типы публикаций

термины MeSH

Полнотекстовые ссылки

Атыпон

Укажите

Формат: ААД АПА МДА НЛМ

Отправить на

Наследственность, гены и ДНК. Клетка

Пожалуй, самым фундаментальным свойством всех живых существ является способность к воспроизведению. Все организмы наследуют генетическую информацию, определяющую их структуру и функции, от своих родителей. Точно так же все клетки возникают из ранее существовавших клеток, поэтому генетический материал должен реплицироваться и передаваться от родительской клетки к потомству при каждом клеточном делении. Таким образом, вопрос о том, как генетическая информация воспроизводится и передается от клетки к клетке и от организма к организму, является центральным для всей биологии. Следовательно, выяснение механизмов генетической передачи и идентификация генетического материала как ДНК были открытиями, которые легли в основу нашего нынешнего понимания биологии на молекулярном уровне.

Гены и хромосомы

Классические принципы генетики были выведены Грегором Менделем в 1865 г. на основе результатов селекционных экспериментов с горохом. Мендель изучил наследование ряда четко определенных признаков, таких как цвет семян, и смог вывести общие правила их передачи. Во всех случаях он мог правильно интерпретировать наблюдаемые закономерности наследования, предполагая, что каждый признак определяется парой унаследованных факторов, которые теперь называются генами. Одна копия гена (называемая аллелью), определяющая каждый признак, наследуется от каждого родителя. Например, скрещивание двух сортов гороха — одного с желтыми семенами и другого с зелеными семенами — дает следующие результаты (). Каждый из родительских штаммов имеет по две идентичные копии гена, определяющего желтый цвет (9).0253 Y ) или зеленые ( y ) семена соответственно. Таким образом, растения-потомки являются гибридами, унаследовавшими один ген желтых семян ( Y ) и один ген зеленых семян ( y ). Все эти растения-потомки (первое дочернее, или F ₁ поколение) имеют желтые семена, поэтому желтые ( Y ) считаются доминантными, а зеленые ( y ) рецессивными. Таким образом, генотип (генетический состав) гороха F ₁ — Yy , а их фенотип (физический вид) — желтый. Если один F ₁ потомство скрещивается с другим, давая потомство F ₂ , гены желтых и зеленых семян сегрегируют характерным образом, так что соотношение между растениями F ₂ с желтыми семенами и растениями с зелеными семенами составляет 3 :1.

Рисунок 3.1

Наследование доминантных и рецессивных генов.

Открытия Менделя, явно опередившие свое время, в значительной степени игнорировались до 1900 года, когда были заново открыты законы Менделя и признана их важность. Вскоре после этого была предложена роль хромосом как носителей генов. Было установлено, что большинство клеток высших растений и животных диплоидны, т. е. содержат по две копии каждой хромосомы. Однако формирование зародышевых клеток (сперматозоидов и яйцеклеток) включает уникальный тип клеточного деления (мейоз), при котором только один член каждой пары хромосом передается каждой потомственной клетке (4). Следовательно, сперматозоиды и яйцеклетки являются гаплоидными, содержащими только одну копию каждой хромосомы. Объединение этих двух гаплоидных клеток при оплодотворении создает новый диплоидный организм, теперь содержащий по одному члену каждой пары хромосом, полученной от мужчины, и один от женщины-родителя. Таким образом, поведение пар хромосом аналогично поведению генов, что позволяет сделать вывод о том, что гены переносятся на хромосомах.

Рисунок 3.2

Хромосомы при мейозе и оплодотворении. Проиллюстрированы две пары хромосом гипотетического организма.

Основы мутации, генетического сцепления и отношений между генами и хромосомами были в значительной степени установлены в ходе экспериментов, проведенных с плодовой мухой Drosophila melanogaster . Дрозофилы легко содержать в лаборатории, и они размножаются примерно каждые две недели, что является значительным преимуществом для генетических экспериментов. Действительно, эти функции продолжают делать Drosophila Организм выбора для генетических исследований животных, особенно для генетического анализа развития и дифференцировки.

В начале 1900-х годов у Drosophila был идентифицирован ряд генетических изменений (мутаций), обычно влияющих на легко наблюдаемые характеристики, такие как цвет глаз или форма крыльев. Эксперименты по разведению показали, что некоторые гены, управляющие этими признаками, наследуются независимо друг от друга, предполагая, что эти гены расположены на разных хромосомах, которые независимо сегрегируют во время мейоза. Однако другие гены часто наследуются вместе как парные признаки. Говорят, что такие гены связаны друг с другом в силу того, что они расположены на одной и той же хромосоме. Количество групп сцепленных генов равно количеству хромосом (четыре в Drosophila ), поддерживая идею о том, что хромосомы являются носителями генов.

Рисунок 3.3

Генная сегрегация и сцепление. (A) Разделение двух гипотетических генов формы ( A / a = квадратный/круглый) и цвета ( B / b = красный/синий), расположенных на разных хромосомах. (B) Сцепление двух генов, расположенных на одной хромосоме.

Однако связь между генами неполная; хромосомы обмениваются материалом во время мейоза, что приводит к рекомбинации между сцепленными генами (). Частота рекомбинации между двумя сцепленными генами зависит от расстояния между ними на хромосоме; гены, расположенные близко друг к другу, рекомбинируют реже, чем гены, расположенные дальше друг от друга. Таким образом, частоты, с которыми рекомбинируют разные гены, можно использовать для определения их относительного положения на хромосоме, что позволяет построить генетические карты (). К 1915 году было определено и картировано почти сто генов на четырех хромосомах дрозофилы , что привело к общему признанию хромосомной основы наследственности.

Рисунок 3.4

Генетическая рекомбинация. Во время мейоза члены хромосомных пар обмениваются материалом. Результатом является рекомбинация между сцепленными генами.

Рис. 3.5

Генетическая карта. Три гена локализованы на гипотетической хромосоме на основании частоты рекомбинации между ними (1% рекомбинации между а и б ; 3% между b и c ; 4% между и и с ). Частота рекомбинации примерно пропорциональна (подробнее…)

Гены и ферменты

Ранние генетические исследования были сосредоточены на идентификации и хромосомной локализации генов, которые контролируют легко наблюдаемые характеристики, такие как цвет глаз дрозофилы . Однако было неясно, как эти гены приводят к наблюдаемым фенотипам. Первое понимание взаимосвязи между генами и ферментами появилось в 19 г.09, когда выяснилось, что наследственное заболевание человека фенилкетонурия (см. Молекулярная медицина в главе 2) возникает в результате генетического дефекта метаболизма аминокислоты фенилаланина. Было высказано предположение, что этот дефект является результатом дефицита фермента, необходимого для катализа соответствующей метаболической реакции, что привело к общему предположению, что гены определяют синтез ферментов.

Более четкие доказательства связи генов с синтезом ферментов были получены в экспериментах Джорджа Бидла и Эдварда Татума, проведенных в 1919 г.41 с грибком Neurospora crassa . В лаборатории Neurospora можно выращивать на минимальной или богатой среде, аналогичной тем, которые обсуждались в главе 1 для выращивания E . кишечная палочка . Для Neurospora минимальные среды состоят только из солей, глюкозы и биотина; богатые среды дополнены аминокислотами, витаминами, пуринами и пиримидинами. Бидл и Татум выделили мутанты Neurospora , которые нормально росли на богатой среде, но не могли расти на минимальной среде. Было обнаружено, что каждому мутанту для роста требуется определенная пищевая добавка, такая как определенная аминокислота. Кроме того, потребность в конкретной пищевой добавке коррелировала с неспособностью мутанта синтезировать это конкретное соединение. Таким образом, каждая мутация приводила к дефициту определенного метаболического пути. Поскольку было известно, что такие метаболические пути регулируются ферментами, из этих экспериментов был сделан вывод, что каждый ген определяет структуру одного фермента — гипотеза один ген — один фермент . В настоящее время известно, что многие ферменты состоят из нескольких полипептидов, поэтому в настоящее время общепринятым утверждением этой гипотезы является то, что каждый ген определяет структуру одной полипептидной цепи.

Идентификация ДНК как генетического материала

Понимание хромосомной основы наследственности и взаимоотношений между генами и ферментами само по себе не дает молекулярного объяснения гена. Хромосомы содержат белки, а также ДНК, и первоначально считалось, что гены — это белки. Первые доказательства, ведущие к идентификации ДНК как генетического материала, были получены в результате исследований бактерий. Эти эксперименты представляют собой прототип современных подходов к определению функции генов путем введения в клетки новых последовательностей ДНК, как будет обсуждаться далее в этой главе.

Эксперименты, определяющие роль ДНК, были основаны на исследованиях бактерий, вызывающих пневмонию ( Pneumococcus ). Вирулентные штаммы Pneumococcus окружены полисахаридной капсулой, которая защищает бактерии от атаки иммунной системы хозяина. Поскольку капсула придает бактериальным колониям гладкий вид в культуре, инкапсулированные штаммы обозначаются S. Мутантные штаммы, утратившие способность образовывать капсулу (обозначаемые R), образуют в культуре колонии с неровными краями и больше не смертельны при инокуляции мышам. В 1928 было замечено, что у мышей, инокулированных неинкапсулированными (R) бактериями плюс убитыми нагреванием инкапсулированными (S) бактериями, развилась пневмония, и они умерли. Важно отметить, что бактерии, которые затем были выделены из этих мышей, относились к S-типу. Последующие эксперименты показали, что бесклеточный экстракт S-бактерий также способен преобразовывать (или трансформировать) R-бактерии в S-состояние. Таким образом, вещество в экстракте S (называемое трансформирующим принципом) было ответственно за индукцию генетической трансформации R-S-бактерий.

В 1944 г. Освальд Эвери, Колин Маклауд и Маклин Маккарти установили, что трансформирующим принципом является ДНК, очистив ее от бактериальных экстрактов и продемонстрировав, что активность трансформирующего принципа устраняется ферментативным расщеплением ДНК, но не перевариванием ДНК. белки (). Хотя эти исследования не сразу привели к признанию ДНК в качестве генетического материала, в течение нескольких лет они были расширены за счет экспериментов с бактериальными вирусами. В частности, было показано, что, когда бактериальный вирус инфицирует клетку, для репликации вируса в клетку должна проникнуть вирусная ДНК, а не вирусный белок. Более того, родительская вирусная ДНК (но не белок) передается дочерним вирусным частицам. Совпадение этих результатов с продолжающимися исследованиями активности ДНК в бактериальной трансформации привело к принятию идеи, что ДНК является генетическим материалом.

Рисунок 3.6

Перенос генетической информации с помощью ДНК. ДНК выделяют из патогенного штамма Pneumococcus , который окружен капсулой и образует гладкие колонии (S). Добавление очищенной ДНК S к культуре непатогенных, неинкапсулированных бактерий (R (подробнее…)

Структура ДНК

Наше понимание трехмерной —-мерной структуры ДНК, полученное в 1953 г. Джеймсом Уотсоном и Фрэнсис Крик, был основой современной молекулярной биологии. Во время работы Уотсона и Крика ДНК была известна как полимер, состоящий из четырех оснований нуклеиновых кислот — двух пуринов (аденина [A] и гуанина [G]). и два пиримидина (цитозин [C] и тимин [T]), связанные с фосфорилированными сахарами. Учитывая центральную роль ДНК как генетического материала, выяснение ее трехмерной структуры оказалось критически важным для понимания ее функции. Рассмотрение Уотсоном и Криком на проблему сильно повлияло описание Лайнусом Полингом водородных связей и α-спирали, общего элемента вторичной структуры белков (см. главу 2). кристаллографические исследования Мориса Уилкинса и Розалинды Франклин. Анализ этих данных показал, что молекула ДНК представляет собой спираль, которая поворачивается каждые 3,4 нм. Кроме того, данные показали, что расстояние между соседними основаниями составляет 0,34 нм, поэтому на один виток спирали приходится десять оснований. Важным открытием было то, что диаметр спирали составляет примерно 2 нм, что позволяет предположить, что она состоит не из одной, а из двух цепей ДНК.

На основе этих данных Уотсон и Крик построили свою модель ДНК (). Центральная особенность модели заключается в том, что ДНК представляет собой двойную спираль с сахаро-фосфатными остовами снаружи молекулы. Основания находятся внутри, ориентированы так, что водородные связи образуются между пуринами и пиримидинами в противоположных цепях. Спаривание оснований очень специфично: A всегда сочетается с T, а G с C. Эта специфичность объясняет более ранние результаты Эрвина Чаргаффа, который проанализировал состав различных ДНК и обнаружил, что количество аденина всегда равно количеству аденина. тимина, а количество гуанина к количеству цитозина. Из-за этого специфического спаривания оснований две цепи молекулы ДНК комплементарны: каждая цепь содержит всю информацию, необходимую для определения последовательностей оснований на другой.

Рисунок 3.7

Структура ДНК.

Репликация ДНК

Открытие комплементарного спаривания оснований между цепями ДНК немедленно предложило молекулярное решение вопроса о том, как генетический материал может управлять своей собственной репликацией — процессом, который требуется каждый раз, когда клетка делится. Было высказано предположение, что две нити молекулы ДНК могут разделяться и служить матрицами для синтеза новых комплементарных цепей, последовательность которых будет определяться специфичностью спаривания оснований (). Процесс называется полуконсервативная репликация , потому что одна цепь родительской ДНК консервативна в каждой молекуле ДНК потомства.

Рисунок 3.8

Полуконсервативная репликация ДНК. Две нити родительской ДНК разделяются, и каждая служит матрицей для синтеза новой дочерней цепи путем комплементарного спаривания оснований.

Прямая поддержка полуконсервативной репликации ДНК была получена в 1958 г. в результате элегантных экспериментов, проведенных Мэтью Мезельсоном и Франком Сталем, в которых ДНК была помечена изотопами, изменяющими ее плотность (). Е . coli сначала выращивали на средах, содержащих тяжелый изотоп азота ( ¹⁵ N) вместо нормального легкого изотопа ( ¹⁴ N). Следовательно, ДНК этих бактерий содержала ¹⁵ N и была тяжелее ДНК бактерий, выращенных в среде ¹⁴ N. Такую тяжелую ДНК можно было отделить от ДНК, содержащей ¹⁴ N, равновесным центрифугированием в градиенте плотности CsCl. Эта способность отделять тяжелую ( ¹⁵ N) ДНК от легкой ( ¹⁴ N) ДНК позволила изучить синтез ДНК. Э . coli , выращенные в среде ¹⁵ N, переносили на среду, содержащую ¹⁴ N, и давали возможность повториться еще раз. Затем их ДНК экстрагировали и анализировали центрифугированием в градиенте плотности CsCl. Результаты этого анализа показали, что вся тяжелая ДНК была заменена вновь синтезированной ДНК с плотностью, промежуточной между плотностью тяжелой ( ¹⁵ Н) и легкой ( ¹⁴ N) Молекулы ДНК. Подразумевалось, что во время репликации две родительские нити тяжелой ДНК разделялись и служили матрицами для вновь синтезированных дочерних нитей легкой ДНК, давая двухцепочечные молекулы промежуточной плотности. Таким образом, этот эксперимент предоставил прямые доказательства полуконсервативной репликации ДНК, ясно подчеркнув важность комплементарного спаривания оснований между нитями двойной спирали.

Рисунок 3.