Предмет и задачи генетики. Основные этапы развития. Методы генетических исследований.

Тема. Предмет и задачи генетики. Основные этапы развития. Методы генетических Лекция 1 исследований. План. Предмет и задачи генетики. Основные этапы развития. 1. 2. 3. Методы генетических исследований. Явление наследственности всегда занимало прочное место в нашем сознании. «Яблоко от яблони недалеко падает» ­ знакомая поговорка. Вопросы передачи признаков от одного поколения к другому изучает генетика. Название этой науки было дано в начале 20 века. Оно происходит от латинского geneo – порождаю; греческого «генезис» ­ происхождение. Генетика – наука, изучающая механизмы и закономерности наследственности и изменчивости организмов, методы управления этими процессами. Название было дано английским ученым В. Ботсоном в 1906 году. История   генетики   насчитывает   столько   же   лет,   сколько   и   история   человечества. Наследование тех или иных признаков   интересовало людей с самых ранних времен. Заботясь об улучшении пород домашних животных, занимаясь разведением растений, люди старались закрепить в потомстве лучшие качества. Даже не зная о законах наследования, будущие супруги ответственно подходили к выбору партнера. Если в роду повторялись одни и те же заболевания, опасались, что их появления можно ожидать от потомства. Отсюда же шло настороженное отношение к людям «без   роду,   без   племени».   Не   одобрялись   и   браки   между   близкими   родственниками   –   невесту старались выбрать из далеких поселений. Кстати, в русском языке слово «невеста» происходит от «невесть откуда». Еще Гиппократ полагал, что каждая часть тела производит семя. Из здорового семени образуются здоровые органы. Позже эти предположения были сформулированы в теории пангенезиса. Аналогичных взглядов придерживался Ч. Дарвин. Он считал, что каждая ткань или орган   родительского   организма   выделяет   специфические   факторы.   Эти   факторы   (пангены) включаются в яйцеклетку или сперматозоид и обеспечивают передачу потомкам того органа, от которого они произошли. Позже   Август   Вейсман   сформулировал   теорию   непрерывности   зародышевой   плазмы. Согласно этой теории, уже при первых делениях оплодотворенной яйцеклетки будущий зародыш обособляется от соматических клеток. Зародыш клетки нового организма происходит от зародыша клеток родителей. Из этой теории понятно, почему приобретенные признаки не наследуются: для того, чтобы изменения передавались потомству, они должны происходить в зародышевых клетках. Начало 20 века ознаменовалось выходом в свет (1900) работ трех ученых: голландца Хуго де Фриза, немца Карла Керренса, и австрийца Эриха Чермака, в которых авторы изложили результаты независимо друг от друга проведенных исследований по изучению закономерностей наследования гибридами признаков родительских форм. Однако оказалось, что еще в 1866 г. в малоизвестном издании общества естествоиспытателей в Брюне (ныне г. Брно) была опубликована работа монаха августинского монастыря Грегора Менделя под названием «Опыты над растительными гибридами». В этой работе Г. Мендель изложил результаты своих исследований по скрещиванию гороха и вывел законы  наследования   признаков   гибридными  организмами.  Приоритет  Менделя  в  этом  вопросе неоспорим и признан учеными всего мира. По выражению Н. И. Вавилова, законы наследования, открытые Грегором Менделем, рассматриваются в современной биологии, как основной ключ к пониманию явлений наследственности. В конце 19 – начале 20 века во многих странах к генетике проявляется огромный интерес. В особый   раздел   выделяется   евгеника   –   наука   о   совершенствовании   человека.   Родоначальником евгеники (с греч. «евгеника» ­ наука о хорошем происхождении, «ев» ­ хороший, «генос» ­ род) был британский   ученый   Френсис   Гальтон.   Проанализировав   родословные   выдающихся   деятелей культуры,   искусства,   науки,   Гальтон   пришел   к   выводу   о   том,   что   способности   человека наследуются   и   проявляются   при   определенных   условиях   жизни.   Идея   его   заключалась   в 1необходимости защитить генофонд элиты, в первую очередь от смешанных браков. Надо сказать, что Британия в те годы была крупнейшей колониальной державой, и общение с выходцами из «третьих   стран»   было   весьма   активным.   Евгенические   идеи   нашли   сторонников   во   многих государствах. В 1912 г. состоялся первый Международный евгенический конгресс, в 1921 – второй. Среди   евгенистов   встречались   люди   с   разными   взглядами.   Наиболее   умеренные   рассматривали лишь   вопросы,   касающиеся   улучшения   здоровья   нации,   включая   борьбу   с   наследственными болезнями. Однако радикальная  часть призывала  к изменению генофонда. Под их давлением  в некоторых американских штатах, скандинавских странах были приняты законы о принудительной стерилизации,   причем   не   только   больных,   но   и   преступников.   Эти   мероприятия   оказались неэффективными. В   нашей   стране   идеи   евгеники   были   очень   популярны   в   20­е   гг.   прошлого   века. Существовало евгеническое общество под руководством Н. К. Кольцова, а курировал работу лично нарком   просвещения   А.   В.   Лучанарский.   Для   улучшения   породы   людей   рассматривалась возможность обеспечения желающих спермой вождей революции (по слухам существует тайный банк спермы нобелевских лауреатов). Однако к концу 20­х гг. популярность евгеники стала быстро падать. Одновременно   20­30   гг.   отмечены   успехами   в   развитии     генетики.   В   1911   году   была сформулирована хромосомная теория наследственности В. Г. Морганом. В 1927 году установлено мутагенное   действие   рентгеновских   лучей   Г.   Меллером,   установлены   законы   популяционной генетики.   Начинает   развиваться   медицинская   генетика:   в   Москве   организуются   медико­ генетический институт. К сожалению, вскоре в СССР для генетики наступили в буквальном смысле черные времена. В конце 30­х гг. малообразованный агроном Т. Давыдович­Лысенко стал выступать с грубой и необоснованной критикой положений генетики. Поддерживаемый Сталиным (а потом Хрущевым) он   выдвигал   антинаучные   теории.   Нередко   результаты   экспериментов   были   попросту фальсифицированы.   Долгие   годы   генетика   была   у   нас   под   запретом.   Называли   эту   науку «Продажной девкой империализм». Действительно, в эпоху всеобщего равенства невозможно было признать, что люди от рождения обладают различными способностями: «Не можешь – научим, не хочешь – заставим». В Сталинские времена погибли многие выдающиеся ученые, среди них – Николай Иванович Вавилов.  Окончательный удар был нанесен в 1948 г. на печально известной сессии ВАСХНИЛ (Всесоюзная академия  с/х наук им. Ленина), когда генетика была объявлена лженаукой.  И это происходило на фоне впечатляющих достижений мировой генетики. 25 апреля 1953 г. Джеймсом Уотсоном   и   Френсисом   Криком   была   открыта   структура   ДНК.   Они   опубликовали   в   журнале «Nature» небольшую статью. В ней впервые зашла речь о двойной спирали ДНК. Предложенная учеными форма молекулы ДНК практически сразу стала символом генетики. И не только из­за ее красоты, но и из­за того, что двойная спираль – лучший из известных на сегодняшний день способ объяснить механизм функционирования ДНК. Только в середине 60­х в нашей стране началось возрождение   генетики.   Надо   отдать   должное   мужеству   ученых,   не   сломившихся   в   пору лысенковщины.   В   первую   очередь   следует   отметить   академика   Н.   П.   Дубинина,   долгие   годы возглавлявшего Институт общей генетики Ак. наук ССИ. А в 1969 г. под рук. Н. П. Бочкова начал работать институт медицинской генетики. В настоящее время – Научно­исследовательский центр медицинской генетики РАМН. В 1956г. Х. Тио и А. Леван установили, что в клетках человека 46 хромосом, а спустя три года были открыты хромосомные болезни человека. В 1959 г. Дж. Лежен установил   цитогенетическую   картину   возникновения   синдрома   Дауна   (трисомия   по   21­й хромосоме). В 1969 г. индийский ученый Т. Корано впервые осуществил искусственный синтез гена.   С   помощью   генной   инженерии   получены   искусственные   гены   инсулина,   интерферона, соматотропина   и   др.   Конец   20   века   ознаменован   разработкой   грандиозной   международной программы  «Геном  человека».  С  1989  по  1999  гг.  осуществлена  расшифровка  геномов   многих 2организмов.   2002   г.   –   секвенирование   генома   человека   –   результат   международного сотрудничества. Основные методы генетики. 1. Генеалогический  –   опирается   на   генеалогию   –   учение   о   родословных.   Его   суть   – составление   родословной   и   последующий   ее   анализ.   Впервые   такой   подход   был   предложен англичанином Ф. Гальтоном. Позволяет выявить наследственный характер признаков и определить тип наследования. Метод дает возможность установить сцепленные наследования, определить тип взаимодействия генов. Включает два этапа: составление родословных и их генеалогический анализ. Близнецовый метод  – впервые предложен Ф. Гальтоном в 1875г. Дает возможность определить вклад генетических (наследственных) и средовых факторов (климат, питание, обучение и др.) в развитие конкретных признаков или заболеваний у человека. При использовании метода проведения   сравнения   1).   Монозиготных   (однояйцевых   близнецов   (МБ)   с   дизиготными (разнояцевыми) близнецами (ДБ)). 2. Зачитать примеры стр. 19 «Генетика человека». Данных анализа близнецовой выборки с общей популяции. 3. Популяционно­статистический   метод.  Популяционная   генетика   изучает генетическую  структуру популяции  их  генофонда,  взаимодействие  факторов, обуславливающих постоянство и изменение генетической структуры популяций.  Генофонд   –   это   вся   совокупность   генов   встречающихся   у   особей   данного   вида.   В медицинской   генетике   популяционно­статистический   метод   применяется   при   изучении наследственных   болезней  населения,   частоты  нормальных  и  патологических   генов,  генотипов  и фенотипов,   в   популяциях   различных   местностей,   стран   и   городов.   В   основе   метода   лежит закономерность установленная в 1908 г. англ. Матем. В. Вайнсбергом для идеальной популяции. Обнаруженная  ими   закономерность  получила  название   закона  Харди­Вайнберга.   Для  идеальной популяции   характерна:   1.   Большая   численность;   2.   свободные   скрещивания   (панмиксия) организмов; 3. Отсутствие отбора и мутационного процесса; 4. Отсутствие миграций из популяции и в нее. В идеальной популяции соотношение частоты доминантных гомозигот (АА) и гетерозигот (Аа) и рецессивных гомозигот (аа) сохраняется постоянным из поколения в поколение. В этом основной смысл закона Харди­Вайнберга. 4. Цитогенетический метод – суть микроскопических изучений хромосом человека. Д. Тио и А. Левян в 1956 г. первыми установили, что у человека 46, а не 48, как думали раньше, хромосом. Изучает морфологию хромосом подсчет хромосом. 5. Метод генетики соматических клеток. Соматические клетки несут в себе весь объем генетической информации, поэтому на них изучают генетические закономерности всего организма. Основа метода – культивирование отдельных соматических клеток и получение из них клонов, а также их гибридизационная селекция. 6. Биохимический.  Причиной   многих   врожденных   нарушений   метаболизма   являются различные   дефекты   ферментов,   возникающие   вследствие   изменяющих   их   структуру   мутаций. Использование   современных   биохимических   методов   позволяет   определить   любые   метаболиты, специфические для конкретной наследственной болезни. 7. Молекулярно­генетические методы – итоговое выявление изменений в определенных участках ДНК, гена или хромосомы. В их основе лежат современные методики работы с ДНК и РНК. Д/з для самостоятельной работы: подготовка к семинару. Вопросы. 1. 2. 3. 4. 5. Перечислить методы изучения генетики человека. Какой из методов считается наиболее старым и в каких случаях он используется? Что такое коркордантность и дискордантность? Какие задачи решаются популяционно­статистическим методом? Каким методом можно определить наличие хромосомных аномалий? 36. 7. Как выявляется гетерозиготность по ряду белков? Для чего используют молекулярно­генетический метод? 4