Природные каверзы на уровне клетки

В каждой клетке человеческого организма содержится около 75 тысяч генов. Они настолько малы, что увидеть их можно только при помощи мощной электронной оптики. Однако, несмотря на столь мизерные размеры, малейшее видоизменение даже одного из них способно нанести здоровью человека существенный ущерб, навсегда «наградив» его наследственным заболеванием.

Известно, что любые живые организмы при размножении дают подобное себе потомство, то есть передают по наследству как внешние, так и внутренние признаки, обуславливающие особенности функционирования всех органов и систем. При изменении жизненных условий эти признаки могут видоизменяться, соответственно и организм будет приобретать новые свойства, а затем, на клеточном уровне, передавать их будущим поколениям.

 

 

Две составляющие жизни — наследственность и изменчивость — являются главными движущими силами эволюции. Первая поставляет для нее материал, и только в том случае, если материал этот оказывается пригодным, начинает действовать вторая, сохраняя и передавая его каждой клетке организма. Причем процесс этот непрерывен, он продолжается и при зарождении организма, и после появления на свет — на протяжении всей жизни человека. Ведь ежедневно огромное количество клеток умирает, а на смену им приходят новые, которым «уходящие» клетки передают хранящуюся в хромосомах наследственную информацию.

Разделить поровну

Деление клеток организма осуществляется двумя способами — митозом и мейозом. Первым из них размножаются все соматические (не половые) клетки организма, вторым — только половые. Но и в том, и в другом случаях ведущая роль принадлежит ядру, содержимое которого представлено ядерным соком (кариоплазмой) с погруженными в него хроматином, ядрышками и другими элементами. Хроматин как раз и является строительным материалом хромосом.

При делении клеток путем митоза (от греч. мitos — «нить») хроматин собирается в тонкие нити, расщепляемые потом на отдельные фрагменты –– хромосомы. Затем хромосомы, представленные молекулами ДНК (несущими в себе наследственный генетический код), удваиваются и делятся продольно на две одинаковые части, после чего сворачиваются в плотные клубки и вновь преобразуются в хроматин нового (формирующегося) ядра. На заключительной стадии процесса старую клетку делит пополам перегородка. Образовавшиеся две новые клетки содержат одинаковый двойной набор хромосом, равный 46. Биологическая роль митоза, длящегося обычно 1—2 часа, состоит в обеспечении идентичной генетической информацией двух дочерних клеток.

При делении клеток путем мейоза (от греч. meiosis — «уменьшение») механизм другой. Половые клетки (гаметы) в отличие от соматических имеют одинарный набор хромосом — и сперматозоиды, и яйцеклетки всегда содержат их только по 23. В процессе же их слияния оплодотворенная клетка образует зиготу (что означает рождение человеческого зародыша), в которой содержится уже 46 хромосом: половина — от отца, половина — от матери. Причем все бремя «ответственности» за пол будущего ребенка возложено на мужчину, вернее, на его 23-ю хромосому, которая может быть в равной степени носителем как Х-, так и Y-хромосомы. Если яйцеклетку оплодотворяет сперматозоид с Y-хромосомой (образуя пару XY), значит, родится мальчик, если с Х-хромосомой (образуя пару ХХ) –– девочка. При этом вероятность появления на свет у обоих полов равная — к материнской клетке одновременно устремляется 200 миллионов сперматозоидов, половина из которых несет Y-хромосому, а вторая — Х-хромосому, но только один из них достигает цели.

Информационный сейф

Таким образом, вся передаваемая потомству наследственная информация — о строении, развитии и индивидуальных признаках — находится в хромосомах и закодирована в биополимере, называемом дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК). Именно ее минимальной единицей, а значит, и единицей наследственности, как раз и является ген (от греч. genos –– «происхождение»), каждый из которых несет в молекуле ДНК строго определенную последовательность нуклеотидов. В том же случае, если в наборе генов по какой-то причине происходит сбой, возникает мутация — изменение отдельных биохимических, физиологических или морфологических свойств потомства, — приводящая к искажению наследственной программы, получаемой от родителей. По характеру изменений мутации делятся на геномные, хромосомные и генные.

При геномных мутациях в клетках наблюдается изменение числа хромосом. Это может быть и увеличение в несколько раз двойного набора хромосом, и уменьшение его в два раза, и отсутствие одной или нескольких пар хромосом, и наличие вместо пары всего одной, а также трех и более хромосом.

К хромосомным мутациям относятся врожденные пороки развития, вызванные перевертыванием, удвоением или выпадением участка хромосомы. И все же основная доля всех нарушений приходится на генные мутации, возникающие при изменении химического строения отдельных генов. Причем изменение всего одного мизерного по размерам гена может привести к изменению сразу нескольких признаков. Многие мутации могут быть нейтральными, или «молчащими», то есть не оказывающими какого-либо заметного влияния на организм. Генные мутации, не свойственные данному организму, как правило, вредны для него, поскольку вторгаются в процесс его развития, снижая его жизнедеятельность и репродуктивную способность. Как правило, неоправданные изменениями вредные мутации не закрепляются в популяции, более того, теряя возможность широкого распространения, они скорее всего исчезают через 2—3 поколения. И лишь немногие мутации оказывают на организм положительное воздействие, способное улучшить наследственные признаки, например сопротивляемость организма к инфекциям или токсинам. Именно эта, последняя, категория мутаций и является движущей силой эволюции.

Патологическое наследство

Раскрыть сущность многих человеческих болезней и вплотную подойти к генной терапии позволили достижения ученых-генетиков, давшие возможность выйти на молекулярный уровень познания генетических структур наследования. В ходе многолетней работы им удалось выяснить, что множество хронических заболеваний есть проявление генетического груза, риск которого можно предсказать задолго до рождения ребенка. Бесспорно, зачатки наследственной патологии могут быть представлены в виде рецессивных мутаций предков, но немалую часть составляют и новые, так называемые спонтанные генетические мутации, не последнюю роль в возникновении которых играет негативное воздействие окружающей среды, — ионизирующая радиация, загрязнение атмосферы, появление устойчивых штаммов вирусов и тому подобное. По мнению специалистов, в процессе внутриутробного развития каждый современный человек приобретает как минимум 10 скрытых мутаций. По счастью, большинство из них — рецессивны и не проявляются в присутствии нормальных генов, имеющих аналогичное расположение в парной хромосоме. Однако если в последующих поколениях встретятся два таких скрытых носителя, то у потомства этот патологический признак может проявиться. К аномалиям, передающимся по рецессивному признаку, относятся такие заболевания, как заячья губа и волчья пасть, микроцефалия и ихтиоз.

К специальной группе патологий генетики относят хромосомные заболевания, которые могут возникнуть непосредственно в момент оплодотворения в том случае, если в яйцеклетке по причине нерасхождения гомологичных хромосом оказываются не две «правильные», а три или, наоборот, одна хромосома. Организмы, развивающиеся из таких зигот, будут иметь нарушенный набор хромосом во всех клетках. Нарушение хромосомного «комплекта» может касаться не только одинарных половых хромосом, но и каждой из соматических пар. Так, например, при синдроме Дауна наблюдается нерасхождение 21-й пары хромосом, а при синдроме Патау –– 13-й пары, и в клетках пораженного им человека имеется по 47 хромосом.

В ожидании наследника

Сегодня выявлением наследственных заболеваний занимается в том числе пренатальная (дородовая) диагностика. Главная ее задача — как можно раньше определить наличие или отсутствие заболеваний у плода. Особо диагностируется так называемая «группа риска». По словам врача-генетика Лечебно-диагностического центра «Артмед» Надежды Васильевны ЗАРЕЦКОЙ, в эту группу входят: «Женщины в возрасте от 35 лет, женщины, имеющие наследственную предрасположенность к тем или иным заболеваниям, а также те, кто уже имеет заболевания и у кого есть неполноценные дети».

Пренатальная диагностика предлагает целый комплекс медицинских мероприятий, среди которых выделяют инвазивные («вторжение внутрь организма») и неинвазивные методы.

Инвазивная методика (амниоцентез, плацентоцентез, кордоцентез и другие процедуры) предусматривает исследование образцов околоплодных вод, хориона, плаценты и других тканей. При амниоцентезе, например, с помощью шприца с иглой (путем прокола брюшной стенки) забирают образец околоплодной жидкости, которую потом исследуют в лаборатории. С помощью такой диагностики можно обнаружить наличие хромосомных и генных болезней, а также определить степень кислородного голодания плода или зрелости его легких. Тут надо отметить, что показания к подобным процедурам дает, разумеется, врач, но решение об их проведении каждая женщина принимает сама.

При обнаружении каких-либо заболеваний плода проводить внутриутробную коррекцию на сегодняшний момент невозможно — для такого рода вмешательства необходим определенный уровень развития медицины. К тому же у нас в России любые попытки вмешательства в развитие плода запрещены законом.

При неинвазивных методах берется анализ крови беременной женщины (скрининг материнских сывороточных факторов), делается ультразвуковое сканирование плода и тому подобное. Скрининг материнских сывороточных факторов (СМСФ) часто называют «тройным» тестом, поскольку исследуют содержание в крови беременной женщины трех веществ: альфа-фетопротеина (АФП), хорионического гонадотропина (ХГ) и неконъюгированного эстриола (НЭ). Так, по количеству альфа-фетопротеина — вещества, вырабатываемого печенью плода и попадающего через плаценту в кровь беременной женщины, — определяют ряд заболеваний, в том числе и синдром Дауна, при котором уровень АФП сильно снижается.

И скрининг материнских сывороточных факторов, и ультразвуковое исследование регламентированы приказом Минздрава РФ. По статистике, метод скрининга довольно эффективен: 70% всех случаев синдрома Дауна выявляется на сроках до 22 недель беременности. Что же касается УЗИ-исследования, то оно тоже эффективно, особенно если проводится на современном ультразвуковом оборудовании.

Так, по словам заведующей отделением перинатального Кардиологического центра при городской больнице № 67 Марии Евгеньевны ЕРОФЕЕВОЙ: «Порок сердца можно диагностировать на 19-й неделе беременности. Например, в Японии процент детей, рожденных с таким диагнозом, минимален, поскольку поставленный тяжелый порок сердца может быть поводом для прерывания беременности».

Помимо обязательного трехкратного УЗИ беременных женщин существует еще один вид диагностики — трехмерное УЗИ. Оно предлагает трехмерное изображение плода в реальном времени, причем не в акустических сигналах, интерпретированных компьютером, а воочию — в живой картинке.

Например, во второй половине беременности с помощью трехмерного УЗИ можно отчетливо увидеть черты лица будущего ребенка. Что же касается диагностики аномалий развития, то трехмерное УЗИ удобно для диагностирования суставов и конечностей, с его помощью выявляются и аномалии развития лица. Например, в случае «волчьей пасти», встречающейся в соотношении 1:650, при помощи трехмерного УЗИ можно дифференцировать форму расщелины и впоследствии — после рождения ребенка — выбрать подходящие варианты оперативных вмешательств. В целом же при
обнаружении любого порока, в том числе и передаваемых наследственными заболеваниями, помимо данного метода необходимы и другие дополнительные обследования. Например, кариотипирование, исключающее хромосомные отклонения.

Частота ошибок природы

Несмотря на то что генетикам сегодня известно более 3 500 наследственных болезней, распространенность их для человечества не является катастрофичной. В этом контексте правильнее было бы говорить о регионах. Так, по некоторым регионам частота распространения того или иного наследственного заболевания среди населения может быть очень высокой. Главной причиной этого является географическая изоляция популяций людей — чем она меньше, тем больше случаев проявления наследственных болезней, поскольку вероятность близкородных браков увеличивается, а значит, у обоих супругов может быть один и тот же мутантный ген, полученный от их далекого предка. Находясь в рецессивном состоянии как у отца, так и у матери, он может вдруг стать доминантным у их детей. Яркое свидетельство того — наличие генов гемофилии в крови царственных особ, среди которых родственные браки, невзирая на генетический риск, были делом привычным и политически оправданным.

Современные методы исследований и диагностики, если их, конечно, не игнорировать, особенно в случае существования объективной причины, вполне способны избавить многих из нас от риска рождения неполноценного потомства.

Мужские болезни женского рода

Некоторые рецессивные наследственные болезни, вызванные патологическими видоизменениями генов у женщин, проявляются исключительно у сильной половины человечества, иными словами, это болезни «сцепленные с полом». В настоящее время их известно больше 60. Наиболее распространенные среди них –– гемофилия и дальтонизм. Они обусловлены рецессивными мутациями в Х-хромосоме. Женщины с такого типа мутациями здоровы, поскольку рецессивному гену противостоит нормальный, на другой Х-хромосоме. У мужчин же мутантный ген представлен в единственном числе, а потому нейтрализовать его некому. Женщины, передающие заболевание своим сыновьям, –– всего лишь передаточное звено, то есть «кондукторы» патологии.

Гемофилия А –– тяжелое заболевание, обусловленное дефектом гена, отвечающего за свертываемость крови.

Встречается с частотой 1:2 500 у новорожденных мальчиков.

Дальтонизм –– частичное нарушение цветового зрения (чаще всего неспособность различать красный и зеленый цвета). Встречается у 8% мужчин и только у 0,5% женщин. Женщины оказываются цветослепыми только тогда, когда имеют отца-дальтоника и гетерозиготную по этому гену мать.

Как две капли воды

Ведущая роль наследственности в формировании организма была доказана методом близнецового анализа. Известно, что существуют два типа близнецов –– монозиготные и дизиготные. Монозиготные близнецы развиваются из одной яйцеклетки, оплодотворенной одним спермием, то есть из одной зиготы, а потому оба организма имеют идентичный набор генов. Уникальность такого явления позволяет проследить прямую зависимость происхождения болезней от генного набора. В клинической практике у близнецов зафиксированы такие совпадения, как, например, наличие у обоих тугоухости или косолапости, дальнозоркости или близорукости, бронхиальной астмы или гипертонии. Однако, как показали исследования, нередко индивидуальные психические особенности у монозиготных близнецов могут отличаться. Поиск источников этих различий –– одна из актуальных проблем психогенетики и психологии развития.