В начале 2000 года мир облетело сенсационное известие: "Расшифрована структура генома человека!" Имеет ли эта новость отношение к медицине и может ли коснуться каждого из нас? Поможет ли она преодолеть какие-то наши недуги? Что такое молекулярная медицина и связано ли ее развитие с расшифровкой структуры генома? На эти и другие вопросы наших читателей отвечает доктор биологических наук, заведующая кафедрой медицинской генетики Санкт-Петербургской государственной педиатрической медицинской академии, ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной генетики человека Петербургского института ядерной физики РАН Виктория Николаевна ГОРБУНОВА.
Что делает нас homo sapiens
Почему мы все такие разные?
ПО НАБОРУ генов и их положению на хромосомах ни отдельные индивидуумы, ни целые народы, ни даже расы не различаются между собой. Таким образом, одинаковый набор генов лежит в основе видового сходства между людьми, того, что делает нас нomo sapiens. А чем же тогда определяются наши индивидуальные особенности? Почему даже братья и сестры отличаются между собой по сотням признаков? Дело в том, что в каждом из генов могут быть небольшие, характерные только для определенной личности отличия - мутации, касающиеся 1-2 или нескольких нуклеотидов. Различающиеся между собой варианты одного и того же гена носят название аллелей. Мутации, возникающие в соматических клетках, не наследуются. Частота возникновения мутаций в отдельных генах невелика, в среднем одна мутация на 100 миллионов зародышевых клеток. Но если вспомнить, как много у нас разных генов и как много детей рождается в мире в каждом поколении, следует признать, что мутации вносят существенный вклад в наше разнообразие.
Если мутация серьезно нарушает работу кодируемого белка, то это может привести к развитию определенного наследственного заболевания. Но гораздо чаще мутации генов не имеют таких серьезных последствий. Они могут вовсе не влиять на функцию белка или приводить к появлению каких-то небольших особенностей. Совокупность аллелей разных генов - генотип - и определяет нашу индивидуальность - фенотип.
Даже хромосомам расставание дается непросто
Почему наши дети похожи на нас, но не так сильно, как нам иногда хотелось бы?
В ОТДЕЛЬНОЙ личности может быть реализовано грандиозное количество вариантов аллелей различных генов. Ведь каждая из хромосом не передается из поколения в поколение в неизменном виде. В процессе образования половых клеток происходит так называемое редукционное деление, при котором образуется гаплоидный набор хромосом, то есть пары одинаковых хромосом расходятся по зародышевым клеткам. Но расставание дается им не просто. Перед этим парные хромосомы выстраиваются друг напротив друга, соприкасаются случайным образом в нескольких местах настолько прочно, что при расхождении в точках соприкосновения могут произойти разрывы, в результате чего хромосомы обмениваются частями. Таким образом, в каждую из половых клеток попадают хромосомы, не полностью идентичные одному из двух вариантов родительских, а составленные из их фрагментов. Подобная перетасовка происходит в каждом поколении, и она приводит к тому, что среди множества половых клеток даже одного и того же человека вряд ли можно найти две полностью идентичные друг другу по совокупности аллельных вариантов генов любой из хромосом. Поэтому нет ничего удивительного в том, что братья и сестры никогда не бывают похожи друг на друга так, как двойняшки, развивающиеся из одного зародыша, разделившегося по какой-то причине в ранний период на две равноценные части.
Герой или бандит?
Каковы перспективы клонирования животных и человека?
ОПЫТЫ по клонированию открывают широкие перспективы для выращивания из отдельных клеток целых органов или тканей с целью пересадки их людям, нуждающимся в подобной трансплантации. При выращивании органа из собственных клеток реципиента может быть снята одна из самых серьезных проблем трансплантологии - отторжение пересаженных тканей.
Если можно клонировать животных, что мешает клонировать человека и возможно ли таким образом достичь бессмертия? В настоящее время, по-видимому, уже не существует принципиальных технических ограничений для решения этой задачи. Однако с этической точки зрения такая перспектива представляется совершенно недопустимой. Прежде всего нужно отдавать себе отчет в том, что формирование человека происходит в определенных социальных условиях. И разные индивидуумы с одинаковым генетическим потенциалом в одних условиях могут стать героями нации, а в других - главарями бандитской шайки. Поэтому человек, выращенный из соматической клетки, никогда не будет полной копией своего прародителя. Это будет очень похожий на него, но другой человек! Во-вторых, по каким критериям следует отбирать людей, достойных клонирования, и где те судьи, которые могут взвешивать и решать подобные вопросы?
Кто виноват?
Какое отношение имеют гены к нашим болезням?
САМОЕ непосредственное! Значительный вклад вносят повреждения генов в невынашивание беременности, мертворождение и раннюю детскую смертность. Генетические дефекты являются причиной развития многих врожденных болезней и пороков, суммарная частота которых среди детей раннего возраста достигает 4-5%. В последнее время все очевиднее становится определяющая роль генетических факторов в развитии подавляющего большинства хронических болезней человека. По самым скромным подсчетам, около 25% всех заболеваний человека являются наследственными.
Наследственные болезни развиваются вследствие повреждений (мутаций) генов или хромосом. Необходимо сразу подчеркнуть, что наследуются не болезни, а хромосомы и гены, точнее, их состояния - аллели. Поэтому во многих случаях в семье может наблюдаться только один больной с наследственным заболеванием, и даже при тщательном изучении родословной не удается выявить следы этого заболевания у его родственников. Традиционно наследственные болезни делят на хромосомные и генные. Среди последних, в свою очередь, выделяют моногенные и мультифакториальные заболевания. Хромосомные болезни развиваются вследствие нарушения структуры хромосом или их числа. Моногенные болезни являются результатом мутаций в одном гене. В развитие мультифакториальных болезней вносят вклад как средовые, так и генетические составляющие. При этом характерным является то, что в формировании генетической предрасположенности к мультифакториальному заболеванию принимает участие не один, а несколько генов.
Очень часто у родственников больного и прежде всего у родителей возникает вопрос, кто виноват в том, что родился ребенок с тяжелым наследственным заболеванием? Отвечать на этот вопрос следует так: "Это не вина родителей, а их беда. Она заключается в некотором сходстве между ними, в том, что у каждого из них мутантным оказывается один и тот же ген".
Юные и пожилые матери - в зоне риска
Как проявляются хромосомные болезни и какова вероятность рождения в семье ребенка с хромосомной патологией?
ХРОМОСОМНЫЕ болезни обусловлены нарушением структуры или числа хромосом. Это может быть нехватка фрагмента какой-либо хромосомы либо, напротив, присутствие дополнительного хромосомного фрагмента, перемещение части одной хромосомы на другую или аномальное слияние фрагментов двух хромосом. При этом размер области, вовлеченной в структурную перестройку, может колебаться от целой хромосомы до очень маленького фрагмента, трудноразличимого при непосредственном микроскопическом анализе набора хромосом, то есть при анализе кариотипа.
Основная масса зародышей с дисбалансом хромосом погибает в очень ранний эмбриональный период развития. И это, по-видимому, наилучший выход, придуманный самой природой. Чаще всего женщины даже не замечают подобной беременности, а расценивают свое состояние как задержку менструального цикла. Хуже, когда зародыши с хромосомными перестройками доживают до рождения. В большинстве случаев для таких детей характерно присутствие множественных врожденных пороков развития, умственной отсталости и других достаточно тяжелых аномалий. Большинство новорожденных с хромосомными нарушениями погибает в раннем детском возрасте. Но это касается далеко не всех случаев. Некоторые числовые аномалии хромосом, так же, как перестройки, затрагивающие относительно небольшие фрагменты хромосом, оказываются совместимы с жизнью, хотя и приводят к тяжелым наследственным болезням. Наиболее известным из таких заболеваний является синдром Дауна - одна из форм умственной отсталости, обусловленная присутствием в ядрах клеток дополнительной 21-й хромосомы.
Одним из наиболее значимых факторов риска рождения ребенка с хромосомной патологией является возраст будущей матери. Этот риск повышен при физиологической незрелости организма, то есть у очень юных матерей, и еще более значимо возрастает после достижения женщиной 35-40 лет. Так, если общая частота больных с синдромом Дауна среди новорожденных составляет 1 : 700, то у матерей, достигших 39 лет, она возрастает до 1 : 100, а после 40 лет увеличивается еще в 2-3 раза. При этом возраст отца практически не имеет никакого значения.
Что делать?
Возможно ли предотвратить рождение ребенка с хромосомной патологией?
ДА, в ряде случаев такая профилактика возможна. Но для этого необходимо проводить дородовую - пренатальную - диагностику состояния плода. В случае подтверждения диагноза беременность по желанию родителей может быть прервана. Анализ кариотипа плода, позволяющий не только точно идентифицировать все хромосомы, но даже их отдельные сегменты, можно проводить на любом сроке беременности, но лучше всего по достижении 9 - 11 недель.
Анализ кариотипа плода проводится лишь в тех семьях, в которых повышен риск рождения ребенка с хромосомной патологией. Наличие у одного из родителей сбалансированной хромосомной перестройки, присутствие близкого родственника с хромосомной болезнью и возраст будущей матери используются в качестве критериев для отбора семей повышенного риска. Первое показание является бесспорным для направления женщины на пренатальную диагностику. Противоречивые мнения существуют в отношении возраста беременной женщины, при котором обязательной процедурой является кариотипирование плода с целью исключения у него хромосомной болезни и прежде всего синдрома Дауна. В странах с высоким уровнем медицинского обслуживания подобный анализ проводится всем беременным женщинам старше 35 лет. У нас в стране таким возрастным рубежом является 39 лет.
Однако не так много женщин решаются на рождение ребенка после 35, а тем более после 39 лет. Основная масса деторождений, а значит, и абсолютное количество детей с хромосомными аномалиями, приходится на более молодой возраст женщин.
Опасны ли родственные браки?
Что такое моногенные болезни и существует ли риск рождения ребенка с подобным заболеванием у здоровых родителей?
В ОСНОВЕ развития каждого моногенного наследственного заболевания лежит повреждение одного гена. Количество подобных заболеваний достигает 3-4 тысяч. С клинической точки зрения это очень разные, в большинстве своем достаточно тяжелые, очень трудно поддающиеся лечению или даже неизлечимые болезни. Лечение никогда не устраняет причину заболеваний, оно направлено лишь на корректировку некоторых симптомов болезни, и то это удается далеко не во всех случаях. Среди моногенных болезней значительный процент составляют врожденные пороки развития, различные формы умственной отсталости, болезни нервной системы, дефекты слуха, зрения, многие варианты бесплодия, эндокринные болезни, нарушения системы свертывания крови и многое другое.
Встречаемость среди новорожденных наиболее распространенных моногенных болезней, таких как муковисцидоз, фенилкетонурия, гемофилия, колеблется в пределах от 1 : 2000 до 1 : 10000.
Застрахованы ли мы от рождения детей с тяжелыми моногенными заболеваниями? К сожалению, нет! Во-первых, возникновение новых мутаций в наших зародышевых клетках - событие хотя и редкое, но все же вероятное. Здесь уместно вспомнить, что многие неблагоприятные факторы окружающей среды, такие как облучение, общее ухудшение экологической обстановки, воздействие вредных химических веществ и токсических соединений, могут резко увеличивать частоту мутаций.
Второе обстоятельство, которое необходимо учитывать, говоря о риске рождения детей с моногенной патологией, еще более существенно. Больные дети рождаются, если у каждого из родителей мутация присутствует в одном и том же гене. Вот тогда и возникает 25%-ная вероятность рождения больного ребенка! Почему так опасны родственные браки? При родственном браке увеличивается вероятность присутствия у родителей мутаций в одном и том же гене, и вследствие этого возрастает вероятность рождения детей с тяжелыми моногенными заболеваниями.
Словарь терминов
ГЕНОФОНД - совокупность генов, которые имеются у особей, составляющих данную популяцию.
КАРИОТИП - набор хромосомных клеток; характеризуется их числом, размерами, формой и особенностями строения.
РЕЦИПИЕНТ - человек, который получает что-либо от донора (например, кровь в процессе ее переливания или трансплантируемую почку).
МУКОВИСЦИДОЗ - наследственное заболевание, при котором поражаются клетки эндокринных желез (в том числе слизистых, потовых и некоторых других).
ФЕНИЛКЕТОНУРИЯ - наследственное заболевание, связанное с нарушением метаболизма белков в организме. В результате в крови человека накапливается избыточное количество аминокислоты фенилаланина, что приводит к поражению нервной системы и проявляется в значительной задержке умственного развития.
Если на какой-то вопрос по обсуждаемой сегодня теме вы не нашли ответа, просьба писать в редакцию с пометкой: "Вопрос профессору В. Горбуновой".
Где исследуют наследство и отцовство?