Наследственность и ее биологические механизмы

К.б.н. Павлова О.Е.

Наследственные механизмы развития детей

 

Часть 1. Наследственность и наследственные заболевания

«Яблоко от яблоньки не далеко падает???»

 

В психологии существует теория эмоций, согласно которой дефицит информации вызывает отрицательные эмоции, а её наличие – положительные. Предупрежден, значит вооружен. Все эти высказывания подходят к нашему разговору.

Известно, что одной из причин, по которой не хотят брать в свою семью детей-сирот, а также причина отказа от ребенка – это неверное представление о наследственности. Поэтому мы начинаем наш разговор на тему, волнующую многих родителей.

Наследственность. Мы часто сталкиваемся с этим понятием. Можно слышать, что ребенок ведет себя плохо потому, что гены у него плохие, что у него «дурная» наследственность и он станет алкоголиком, наркоманом, проституткой, преступником и т.д.Также возникают у родителей страхи, что у ребенка появится та или иная наследственная болезнь, ведь говорят о том, что наследственных заболеваний всё больше становится с каждым годом, что все наследственные заболевания неизлечимы.

Не стоит думать, что у ребенка все признаки и свойства обязательно должны быть от папы и мамы или от других родственников, все намного сложнее. Кроме того, наследственых болезней, к счастью, не так много, и большинство из них у детей-сирот и детей, оставшихся без попечения родителей, встречаются не чаще, чем у других детей.

Для того, чтобы понять как возникают те или иные особенности детей, какие болезни являются наследственными, какова роль наследственности в поведении ребенка, выясним где хранится информация о всех признаках и свойствах нашего организма.

Наследственность и ее биологические механизмы

Носителем наследственной информации является вещество -дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Наследственная (генетическая) информация находится в ДНК в закодированном виде. Итак, ДНК- это вещество, которое хранит тайну о нашем организме. Можно представить, что ДНК – это длинный состав, в котором много вагонов. В молекулах ДНК вагоны идут в разной последовательности – это и есть шифр, генетический код.

Участки ДНК, отвечающие за образование того или иного белка, называются гены. От свойств белка зависят те или иные признаки клеток, органов, систем органов, в работе которых участвует данный белок. Итак, мы получаем следующую цепочку: ген-белок-признак.

Следовательно, что-то не так с вагоном (дефектный, не тот, который должен быть), то и ген изменен, и белок будет другой и признак изменен. Поэтому, при изменении набора генов в клетках появляются какие-то «аномальные» признаки и свойства у клеток, органов, систем органов и организма в целом. В этом и заключается суть генных болезней.

В организме человека около 35 тыс. генов. Совокупность всех человеческих генов называется геном человека. Набор тех или иных вариантов генов у каждого конкретного человека – генотип.Например, гены, отвечающие за пигмент, находящийся в радужке глаз есть у всех людей, а виды этих генов могут отличаться, поэтому у нас цвет глаз разный.

Каждый ген имеет определенную программу своей работы. Несмотря на то, что в каждой клетке присутствуют все гены, они по-разному действуют в клетках разных органов, в разное время «включаются» и «выключаются»: некоторые активны лишь во внутриутробном периоде, другие начинают работу во время полового созревания, третьи активнее в период старения и т.д.

Большая часть ДНК находится в ядре клетки. ДНК в ядре клетки находится не в свободном виде, а связана с белками и называется хроматин. Когда клетка готовится к делению, хроматин укорачивается, уплотняется, спирализуется и называется теперь хромосомы. Набор хромосом клеток конкретного вида называется кариотип. Кариотип человека 46 хромосом или 23 пары, так как половина нам досталась от мамы, половина от папы. 44 хромосомы неполовые и 2 половые хромосомы, участвующие в определении пола. У мужчин это ХУ хромосомы, у женщин ХХ. Если у человека хромосом больше или меньше, чем 46 или хромосомы изменены, то возникают аномалии развития, которые называются хромосомные болезни.

Итак, мы получили ещё одну связь: ДНК-гены-хромосомы.

 

 

Рис.1 Наследственный аппарат клетки

 

Наследственные заболевания

Мы подошли с Вами к очень важному вопросу: «Какие болезни являются наследственными?»

Наследственными называют болезни, причина которых — возникновение нарушений в хромосомном наборе (хромосомные болезни) или в каком-либо гене (генные болезни). Это могут быть болезни нервной системы, психические, эндокринные, костные, кожные, болезни крови и т.д. Наследственность играет свою роль в происхождении глухоты, слепоты, умственной отсталости. Некоторые хромосомные и генетические болезни приводят к бесплодию. При многих генных болезнях одновременно страдает несколько органов, а при хромосомных такое происходит в большинстве случаев.

Хромосомные заболевания возникают независимо ни от образа жизни родителей, ни от их болезней, ни от их социального статуса. Это редкие, случайные события. Рассмотрим, откуда они берутся.

Для того, чтобы возникла новая жизнь необходимо оплодотворение яйцеклетки сперматозоидом. Яйцеклетка и сперматозоид – это половые клетки, которые образуются в яичниках и семенниках, благодаря особому делению - мейозу. Это особые клетки, они содержат по 23 хромосомы. При слиянии 23 хромосом яйцеклетки с 23 хромосомами сперматозоида получается 46, что и должно быть у человека. Если возникает сбой, то в половой клетке может оказаться не 23, а 22, 24. 25 и т.д. хромосом. Если изменено количество хромосом, то изменено количество генов и как следствие появляются какие-то аномальные признаки.

К сожалению, не всегда можно понять какие факторы приводят к хромосомным заболеваниям, хотя ученые очень активно изучают эту проблему (как мы видим на примере синдрома Дауна).

Хромосомных болезней известно около двух десятков. Наиболее часто встречающиеся - это Синдром Дауна (1:700), Синдром Клайнфелтера (1:1000), Синдром Мартина-Белла (1:2000), Синдром Шерешевского-Тернера (1:3000). Обратите внимание, что хромосомные болезни, даже самые распространеные, это редкое явление.

Синдром Дауна - одна из самых распространенных наследственных аномалий. Причина болезни состоит в нарушении процесса расхождения хромосом при образовании гамет (яйцеклеток и сперматозоидов), в результате чего ребенок получает от матери (в 90% случаев) или от отца (в 10% случаев) лишнюю 21-ю хромосому. У большинства больных синдромом Дауна имеется три 21-х хромосомы вместо положенных двух; в 5-8% случаев аномалия связана с присутствием не целой лишней хромосомы, а ее фрагментов.

Известно, что риск рождения ребенка с синдромом Дауна зависит от возраста матери. Для женщин в возрасте до 25 лет вероятность рождения больного ребенка равна 1/1400, до 30 — 1/1000, в 35 лет риск возрастает до 1/350, в 42 года — до 1/60, а в 49 лет — до 1/12. Тем не менее, поскольку молодые женщины в целом рожают гораздо больше детей, большинство (80%) всех больных синдромом Дауна в действительности рождены молодыми женщинами в возрасте до 30 лет. А поскольку большинство больных рождается все-таки у молодых матерей, очень важно понять, какие факторы кроме возраста матери влияют на вероятность рождения больного ребенка. Суттур Малини и Наллур Рамачандра из Университета Мисор (Индия) изучили 69 бесспорных случаев синдрома Дауна, идентифицированных ими за три года в больницах Мисора. В качестве контрольной группы использовалось 200 случайно выбранных здоровых детей.

Исследование позволило выявить четыре фактора, влияющие на вероятность синдрома Дауна у ребенка. Это возраст матери, возраст отца, близкородственные браки, а также, как ни странно, возраст бабушки по материнской линии. Причем последний из четырех факторов оказался наиболее значимым. Чем старше была бабушка, когда рожала дочь, тем выше вероятность, что та родит ей внука или внучку с синдромом Дауна.

Механизм данной связи не вполне ясен, однако едва ли в нем нужно усматривать что-то сверхъестественное. Ведь ооциты (будущие яйцеклетки) проходят первое деление мейоза еще во время пребывания женского эмбриона в утробе матери. Именно во время этого деления происходит расхождение гомологичных хромосом — либо правильное, либо нет. Вещества, поступающие из организма матери в развивающийся эмбрион, могут влиять и на развитие половых клеток эмбриона. Девочки рождаются с уже готовым полным набором ооцитов, прошедших первое деление мейоза. Среди этих ооцитов какая-то часть уже несет лишнюю 21-ю хромосому: если этим клеткам суждено быть оплодотворенными, из них получатся дети с синдромом Дауна. И число таких бракованных клеток в яичниках новорожденной девочки, судя по всему, зависит от возраста ее матери.

При синдроме Дауна умственная отсталость в 75% случаев достигает имбецильности (средняя степень умственной отсталости), в 20% — идиотии (глубокая умственная отсталость) и только в 5% — дебильности (легкая степень умственной отсталости). Больные отличаются повышенной внушаемостью, подражательностью. Однако в сравнении с глубиной интеллектуального дефекта эмоциональная сфера представляется относительно сохранной. Диагноз этого заболевания у ребенка должен поставить врач-неонатолог в родильном доме и подтвердить его генетическими исследованиями.

В целом, конечно, ясно, что одними рекомендациями не откладывать рождение детей в долгий ящик и не заключать близкородственных браков едва ли удастся победить этот недуг. Большие надежды медики возлагают на новые методы терапии, разработке которых способствует развитие молекулярно-генетических знаний, и которые в будущем, вероятно, позволят в значительной мере компенсировать негативные эффекты лишней хромосомы и поднять умственный и физический потенциал больных синдромом Дауна.

Синдром Клайнфелтераприсущ только лицам мужского пола, обусловлен увеличением общего числа хромосом (47,48 и больше) из-за лишней Х-хромосомы. Клинические проявления синдрома Клайнфелтера складываются из гипогенитализма и признаков смешанного пола. Яички недоразвиты или атрофичны; слабо выражены вторичные половые признаки. Больные имеют высокий рост, евнухоидные пропорции, во многих случаях гинекомастию, бесплодие. Степень психического недоразвития при синдроме Клайнфельтера варьирует в значительных пределах, но преобладает легкая дебильность; у небольшой части больных снижения интеллекта нет. У больных с незначительной умственной отсталостью сознание своей неполноценности нередко вызывает реактивные психические нарушения. Диагноз чаще всего устанавливается в 16-18 лет.

 

Синдром Клайнфелтера

 

Синдром Мартина – Белла (синдром ломкой, или фрагильной Х-хромосомы, Х-сцепленной умственной отсталости).Название синдрома объясняется особой формой строения Х-хромосомы, которая имеет хорошо заметную перетяжку на конце длинного плеча.

После выявления этой наследственной формы умственной отсталости стала понятной большая частота встречаемости интеллектуального недоразвития у мальчиков. Это рецессивное заболевание передается с Х-хромосомой через мать, поскольку мальчики получают свою единственную Х-хромосому от матери.

Оказалось, что синдром ломкой Х-хромосомы является одним из наиболее распространенных наследственных заболеваний, сопоставимым по частоте с болезнью Дауна (примерно 1 на 2000 мужчин). Кроме ломкой Х-хромосомы для больных характерны некоторые морфологические признаки, которые не всегда отчетливо проявляются (высокий выпуклый лоб, крупные уши и челюсти, крупные кисти рук, увеличенные яички). Умственное развитие колеблется между дебильность и имбецильностью (иногда в границах нормы). Речь изобилует повторами, часто встречается своеобразное заикание. Для детей характерна двигательная расторможенность и некоторые симптомы аутизма (ребенок избегает глазного контакта, производит стереотипные движения руками, испытывает страхи). Даже при легкой степени интеллектуальной недостаточности дети с трудом овладевают навыками счета и письма. Дети с ломкой Х-хромосомой имеют своеобразную электроэнцефалограмму. В связи с тем, что симптомы заболевания разнообразны, часто ставится ошибочный диагноз (шизофрения, ранний детский аутизм, эпилепсия, синдром дефицита внимания и гиперактивности). Для данного заболевания характерно явление антиципации, т.е. усиление тяжести заболевания от поколения к поколению. Поскольку заболевание является широко распространенным, ранняя его диагностика важна для своевременной организации лечебно-коррекционных мероприятий и медико-генетического консультирования семьи, чтобы предупредить риск рождения детей с таким же диагнозом.

Синдром Шерешевского-Тернераприсущ только лицам женского пола. Он обусловлен недостатком одной Х-хромосомы. Кариотип 45 хромосом. Больным свойственны половой инфантилизм, дисплазии, малый рост, короткая широкая шея с характерной крыловидной кожной складкой от сосцевидного отростка височной кости до акромиального отростка лопатки. Уши низко расположенные, деформированные. Нередки пороки сердечно-сосудистой системы. Умственная отсталость отмечается не всегда, бывает различной степени, чаще нерезкой. Первые признаки патологии заметны в 10-12 лет. Вверху на фотографии девочка с крыловидной складкой на шее, внизу – после её удаления.

Можно ли заранее, пока болезнь себя не проявила, узнать есть ли у ребенка хромосомное заболевание? Да, конечно, и генетики считают, что делать это необходимо. У ребенка проводят цитогенетические иследования: берут клетки крови, помещают их в питательную среду, клетки делятся, их окрашивают, хромосомы хорошо видны в световой микроскоп. Подсчитывают их количество, смотрят их структуру и т.д. и становится понятно, есть заболевание или нет.

 

Более 5000 наследственных заболеваний являются моногенными, они возникают, если в одном из 35000 генов наблюдаются мутации (изменения). Мутация гена приводит к нарушению синтеза белка, за который этот ген ответственен, следовательно, нарушаются функции клеток, органов, систем органов, в работе которых участвует данный белок.

Наиболее часто встречающимися моногенными заболеваниями являются фенилкетонурия (1:10000), муковисцидоз (1:2500), гемофилия, миодистрофия Дюшенна. Они выявляются при помощи применения молекулярных диагностических методик еще до появления клинических симптомов.

Всем детям в возрасте до 2-3 месяцев непременно нужно проводить специальное биохимическое исследование мочи для исключения у нихфенилкетонурии или пировиноградной олигофрении. При этом наследственном заболевании родители больного - здоровые люди, но каждый из них является носителем совершенно одинакового патологического гена (т.н. рецессивного гена) и с риском 25% у них может родиться больной ребенок. Чаще такие случаи возникают при родственных браках. Фенилкетонурия - одно из распространенных наследственных заболеваний. Частота этой патологии 1:10000 новорожденных. Суть фенилкетонурии заключается в том, что аминокислота фенилаланин не усваивается организмом, и ее токсические концентрации отрицательно влияют на функциональную деятельность головного мозга и ряда органов и систем. Отставание психического и моторного развития, эпилептиформноподобные припадки, диспептические проявления (расстройства работы желудочно-кишечного тракта) и дерматиты (поражение кожи) - основные клинические проявления данной болезни. Лечение заключается, главным образом, в специальной диете и применении аминокислотных смесей, лишенных аминокислоты фенилаланина.

Детям до 1-1,5 лет рекомендуется проводить диагностику на выявление тяжелого наследственного заболевания - муковисцидоза. При этой патологии наблюдается поражение дыхательной системы и желудочно-кишечного тракта. У больного появляются симтомы хронического воспаления легких и бронхов в сочетании с диспептическими проявлениями (поносы, сменяющиеся запорами, тошноты и т.д.). Частота этого заболевания равна 1:2500. Лечение заключается в применении препаратов ферментативного ряда, поддерживающих функциональную деятельность поджелудочной железы, желудка и кишечника, а также назначении лекарств противовоспалительного действия.

Чаще только после года жизни наблюдаются клинические проявления распространенного и широко известного заболевания гемофилии. Страдают этой патологией преимущественно мальчики. Мамы этих больных детей являются переносчиками мутации. Увы, порой, о матери и ее родственниках в медицинской карте ребенка ничего не написано. Нарушение свертываемости крови, наблюдаемое при гемофилии, нередко приводит к тяжелым поражениям суставов (геморрагическим артритам) и другим поражениям организма, при любых порезах наблюдается длительное кровотечение, что может оказаться фатальным для человека.

В 4-5-летнем возрасте и только у мальчиков проявляются клинические признаки миодистрофии Дюшенна. Также как и при гемофилии, мать является носителем мутации, т.е. "кондуктором" или передатчиком. Сначала мышцы голеней, а с годами и всех других частей тела, заменяются на соединительную ткань, неспособную к сокращению. Больного ждет полная неподвижность и гибель, чаще во втором десятилетии жизни. До настоящего времени не разработана эффективная терапия миодистрофии Дюшенна, хотя во многих лабораториях мира, в том числе и нашей, проводятся исследования по применению методов генной инженерии при этой патологии. В эксперименте уже получены впечатляющие результаты, позволяющие с оптимизмом смотреть в будущее таких больных. Проводятся уникальные исследования, когда с помощью специальной пушки, на микрочастицах золота или вольфрама в организм вносятся участки ДНК донора с необходимыми генами. Частицы настолько малы, что проникают сквозь кожу, а затем через клеточные оболочки, не повреждая их. Оказавшись в клетке, гены постепенно включаются в синтез нужного белка. У больных миодистрофией Дюшена появилась надежда если не на полное выздоровление, то хотя бы на продление жизни.

Большинство генетиков считают, что исследования кариотипа, а также обследованием ребенка на предмет исключения распространенных мутаций должны заниматься учреждения, где находится ребенок. В медицинских данных о ребенке наряду с его группой крови и резус принадлежностью должны быть указаны данные кариотипа и молекулярно-генетических исследований, характеризующие состояние здоровья ребенка в настоящее время и вероятность проявления наиболее частых наследственных заболеваний в будущем. Предлагаемые обследования, безусловно, будут способствовать решению многих глобальных проблем, как для ребенка, так и людей, желающих взять этого ребенка в свою семью.

А теперь нужно понять самое важное. Все живые организмы помимо наследственности обладают таким свойством как изменчивость. Изменчивость – это способность организмов приобретать новые или утрачивать старые признаки и свойства. Есть признаки, которые зависят в основном от генов и влияние среды на их проявление в признаках минимально (или практически отсутствует). А есть гены, которые дают в зависимости от влияния на них среды разные фенотипы. Фенотип – совокупность внешних и внутренних признаков и свойств организма, обусловленных взаимодействием генотипа со средой. Люди и отличаются друг от друга (морфологическими, физиологическими и психологическими характеристиками) потому, что имеют разные генотипы, с одной стороны, и с другой стороны, разные условия жизни. Кроме того, при образовании яйцеклеток и сперматозоидов происходит изменчивость, которая очень важна и которая не является патологической. Происходит перекомбинация генов и у потомства появляются новые признаки. Следовательно, признаки родителей не просто механически суммируются, что и позволяет нам видеть детей похожих на своих родителей, немного похожих и абсолютно не похожих.

Средовые влияния в психогенетике подразделяют на общую и индивидуальную среду. Под общей средой понимают все ненаследственные факторы, которые делают сравниваемых родственников из одной семьи похожими между собой и не похожими на членов других семей (можно предположить, что для психологических свойств это стили воспитания, социально-экономический статус семьи, ее доход и пр.). К индивидуальной среде относят все ненаследственные факторы, формирующие различия между членами семьи (например, уникальный для каждого ребенка круг друзей, одноклассников или учителей, запомнившиеся ему подарки или поступки взрослых, вынужденная изоляция от сверстников в результате какой-нибудь травмы или другие индивидуальные события).

Существует множество заболеваний с наследственной предрасположенностью (астма, атеросклероз, эпилепсия, шизофрения, диабет, гипертония и др.). В данном случае, сама болезнь может никогда не наступить, хотя у человека есть гены, её обусловливающие, потому что нужны определенные условия для проявления болезни.

Заблуждения о наследственных заболеваниях

1. Наследственных заболеваний много и их число сильно увеличивается год от года.

2. Все наследственные болезни неизлечимы.

3. Наследственные и врожденные болезни одно и то же.

4. Наследственные болезни всегда семейные.

5. Существует плохая наследственность в целом.

Механизмы многих заболеваний становятся понятны именно с развитием генетики, что совсем не означает увеличение числа наследственных заболеваний.

Наследственные болезни неодинаковы по тяжести и течению: как известно, среди них много тяжелых, плохо поддающихся лечению заболеваний, но бытующее мнение, что все наследственные болезни неизлечимы — заблуждение.

Нередко путают наследственные и врожденные болезни. Это не одно и то же. Далеко не все наследственные болезни — врожденные, и, наоборот, не все врожденные — наследственные; в качестве примера можно привести врожденные инфекции. Наследственные болезни начинаются в разном возрасте: большинство с рождения или в детстве, многие — в юности, а некоторые — во взрослом и даже пожилом возрасте. Это в основном зависит от «программы» работы каждого гена, о чем мы уже говорили. Впрочем, иногда отсроченное начало — кажущееся, просто некоторые признаки до поры до времени незаметны: например, умственная отсталость может проявиться, когда ребенку пора заговорить и даже позже, а нарушения полового развития — в юности.

Порой считают, что наследственная болезнь — всегда семейная, то есть должна быть и у родственников больного. Поэтому могут спросить: какой смысл обращаться к генетику с приемным ребенком, если нет сведений о болезнях его родных? Конечно, родословная важна, и если можно получить сведения о биологической семье, это надо сделать, но генетическое консультирование в нее не упирается. Очень часто наследственной болезнью страдает лишь один член семьи, а многие наследственные болезни вообще не бывают семейными.

Абсолютно неверно бытующее порой представление о «вообще плохой наследственности». Наличие какой-либо одной наследственной болезни не повышает риска других, другое дело, что по мере течения болезни могут появляться какие-то новые ее симптомы.

Для оценки влияния наследственности и среды на психологические свойства человека ученые сравнивают людей, имеющих различную степень генетической общности (монозиготных и дизиготных близнецов, родных и сводных братьев и сестер, детей и их биологических и приемных родителей).

Всех родителей волнует наследование умственных способностей, черт характера, наклонностей. Согласно современным научным исследованиям, генетические факторы играют значительную роль в формировании психологических свойств личности человека.

Вклад генетических различий в разнообразие людей по психологическим свойствам отражает показатель, называемый "коэффициент наследуемости". Высокие значения коэффициента наследуемости означают, что даже при одинаковом воспитании дети будут отличаться друг от друга в силу своих наследственных особенностей.