Опис

Генетика допомогла людству розгадати важливі для його життєдіяльності проблеми. Вона відкрила шлях до пізнання і розуміння біологічних закономірностей у природі, джерел генетичної рівноваги в популяціях, чинників успадковуваності, причин спадкової і неспадкової мінливостей, спадкових порушень розвитку і захворювань. На основі її досягнень сформувалися методи запобігання спадковим патологіям і їх подолання, управління властивостями організму. З її розвитком пов’язані і нові виклики сучасній цивілізації, багато з яких виходять за межі природничих наук. Ці питання, а також загальні засади генетики людини, прикладної генетики формують структуру і зміст пропонованого навчального посібника.
Адресований студентам вищих навчальних закладів. Корисний буде всім, кому у своїй роботі доводиться враховувати різноманітні аспекти спадковості — педагогам, психологам, соціальним працівникам та ін.

Зміст

1. Генетика людини та її історичний розвиток

1.1. Загальні основи генетики людини
1.2. Становлення генетики людини як науки

2. Основи загальної генетики

2.1. Генетика якісних ознак
Закони Менделя
Хромосомна теорія спадковості
Основи молекулярної генетики
Мутації
Генетична рівновага в популяціях
2.2. Генетика кількісних ознак
Генотип і фенотип
Чинники виникнення кількісної мінливості
Співвідношення впливу генотипу та середовища
Показник успадковуваності
Популяційна мінливість як наслідок взаємодії генотипу та середовища
2.3. Прикладна генетика
Генна інженерія
Трансгенні організми
Клонування тварин
Етичні та соціальні проблеми генної інженерії

3. Методи вивчення генетики людини

3.1. Людина як об’єкт генетичних досліджень
3.2. Популяційний метод
3.3. Генеалогічний метод
3.4. Близнюковий метод
3.5. Метод прийомних дітей
3.6. Цитогенетичні методи
3.7. Біохімічні методи
3.8. Молекулярно-генетичний метод

4. Класична генетика людини

4.1. Менделюючі ознаки
Аутосомно-домінантне успадкування
Аутосомно-рецесивне успадкування
Неповне домінування, кодомінування і наддомінування
4.2. Взаємодія неалельних генів
4.3. Успадкування ознак і стать
Успадкування ознак, зчеплених зі статтю
Успадкування, обмежене та контрольоване статтю

5. Спадкові хвороби

5.1. Вплив геному та умов зовнішнього середовища на патогенез
5.2. Класифікація спадкових захворювань
5.3. Загальна характеристика спадкових патологій
Основні властивості спадкових патологій
Зв’язок між проявом спадкових захворювань і віком людини
Резистентність до лікування, прогредієнтність та хронічність спадкових патологій
Симптоматичні особливості спадкових патологій
Генетична гетерогенність патологій
5.4. Генні хвороби
Аутосомно-домінантні патології
Аутосомно-рецесивні патології
Патології, зчеплені зі статтю
Мітохондріальні хвороби
5.5. Хромосомні хвороби
Хромосомні аберації
Порушення кількості аутосом
Порушення кількості статевих хромосом
5.6. Спадкові хвороби з некласичним типом успадкування
Хвороби імпринтингу
Хвороби експансії
5.7. Спадкова схильність до хвороб
Моногенно зумовлена схильність до хвороб
Полігенно зумовлена схильність до хвороб
Генетика онкологічних патологій
5.8. Основи фармакогенетики
Генетичний контроль синтезу ферментів
Фармакогенетичні аспекти спадкових патологій
5.9. Профілактика спадкових патологій
Соціальні та медичні аспекти спадкових патологій
Загальні принципи профілактики спадкових патологій
Медико-генетичне консультування

6. Спадкові порушення розвитку

6.1. Причини та загальні механізми вроджених вад розвитку
Вроджені вади розвитку
Механізми тератогенезу
6.2. Розумова відсталість
Розумова відсталість унаслідок порушення кількості хромосом
Розумова відсталість, спричинена хромосомними абераціями
Розумова відсталість за моногенних хвороб
Мультифакторно зумовлена розумова відсталість
Реабілітація хворих із розумовою відсталістю
6.3. Затримка психічного розвитку
6.4. Дитячий аутизм
6.5. Стійкі вади слуху
6.6. Стійкі вади зору
6.7. Аномалії поведінки
Наркоманійна залежність
Гомосексуальність
Злочинність
Самогубство

7. Генетика особистості

7.1 Роль темпераменту у психічній діяльності і поведінці людини
Сутність темпераменту
Темперамент у дітей
Темперамент у дорослих
7.2. Інтелект
Коефіцієнт розумового розвитку
Генетичний контроль інтелекту
Генетика обдарованості

Термінологічний словник
Література

Уривок із навчального посібника (“Генетика людина” Помогайбо В. М., Петрушов А. В.) надано виключно для ознайомлення.
Копіювання будь-якої частини без погодження з видавництвами заборонено.

1. Генетика людини та її історичний розвиток

1.1. Загальні основи генетики людини

Генетика є однією з основних, захопливих і складних галузей сучасного природознавства. Разом з іншими природничими науками — цитологією, біохімією, біофізикою, мікробіологією, ембріологією — вона наближає людство до можливості управляти основними властивостями живих організмів: спадковістю, тобто здатністю організмів передавати наступним поколінням свої ознаки та особливості розвитку, і мінливістю, що є їх властивістю змінювати свої ознаки та особливості розвитку внаслідок трансформації спадкових задатків (генів) або під впливом чинників середовища. Цим зумовлене місце генетики в системі наук і особливе зацікавлення нею.

Генетика (грец. genos — рід, походження) — біологічна наука, яка вивчає явища спадковості та мінливості живих організмів.

Предметом вивчення генетики є спадковість і мінливість — два протилежні, але тісно пов’язані між собою процеси, притаманні живим організмам.
Сучасні генетичні дослідження охоплюють різні рівні організації живої природи: молекулярний, хромосомний, клітинний, організмений та популяційний. Численість об’єктів та методів досліджень у генетиці зумовила виникнення великої кількості її розділів: молекулярної та біохімічної генетики, цитогенетики, радіаційної та популяційної генетики, генетики розвитку та ін.
Генетику поділяють на загальну та спеціальну (прикладну). Загальна генетика досліджує закони, закономірності, механізми спадковості та мінливості, спільні для усіх живих організмів, а прикладна (спеціальна) — спадковість і мінливість груп живих організмів (вірусів, бактерій, грибів, рослин, тварин, людини). Вивченням людини займається генетика людини.

Генетика людини (антропогенетика) — біологічна наука, зосереджена на дослідженні особливостей спадковості і мінливості людських організмів, з’ясуванні генетичних механізмів спадкових захворювань та розробленні технологій генної терапії.

Крім того, у полі зору генетики людини перебувають генетична природа порушень фізичного, психічного та розумового розвитку, генетика аномальної поведінки людини, її здатності до навчання та обдарованість.
Людина стала одним із основних об’єктів генетичних досліджень у 80-ті роки ХХ ст. Вивчення генетики людини пов’язане з певними труднощами, що спричинено неможливістю довільного схрещування, пізнім настанням статевої зрілості, малою кількістю нащадків у кожній сім’ї та нездатністю уніфікувати умови їх існування. Незважаючи на це, генетика людини досягла значних успіхів, зокрема з’ясувала закономірності успадкування різноманітних ознак, у т. ч. патологічних. Однак генетичний аналіз психічної сфери та творчої діяльності людини досі не здійснено через їх надзвичайну складність, хоча є переконливі докази, що вони спадково обумовлені.
Як і в загальній генетиці, поява та розвиток якої пов’язані з вивченням успадкування мутаційних змін у популяціях гороху, дрозофіли, миші та інших експериментальних об’єктів, основні досягнення в антропогенетиці забезпечили дослідження природи та особливостей успадкування мутаційних змін у людини. Спонтанна спадкова мінливість людського організму висока — протягом життя приблизно у 70% осіб розвиваються певні спадкові хвороби. Отже, у більшості людей виявляється хоча б одне генетично обумовлене відхилення від норми, яке знижує тривалість життя або перешкоджає нормальній життєдіяльності та працездатності. Тому найважливішими напрямами досліджень у генетиці людини є вивчення молекулярної природи таких генетичних відхилень, аналіз закономірностей їх успадкування, поширеності в різних популяціях, визначення ролі мутагенних чинників навколишнього середовища у зміні рівня спонтанного мутагенезу в людини.
Сучасний етап розвитку антропогенетики характеризується стрімким зростанням обсягу знань про молекулярну будову генетичного матеріалу та механізми мутагенезу. Свідченням таких успіхів є реалізація міжнародної програми «Геном людини». Уже виявлено приблизно дев’ять тисяч спадкових хвороб, щодо трьох тисяч із них визначено локалізацію мутантних генів та молекулярну структуру їх продуктів. Це дає змогу розробити нові методики діагностування спадкових захворювань, їх профілактики та лікування.
Унаслідок забруднення навколишнього середовища, спричиненого Чорнобильською аварією, вибухами на ядерних полігонах, виробничою діяльністю підприємств та іншими впливами, важливого значення набуває розроблення методів оцінювання генетичних наслідків такого забруднення для наступних поколінь, чим теж переймається генетика людини.

1.2. Становлення генетики людини як науки

Досягнення у вивченні закономірностей спадковості людини тісно пов’язані з розвитком усіх розділів генетики.
Ще лікарі та філософи Давньої Греції (V—IV ст. до н. е.) не лише писали про спостережуване ними успадкування певних нормальних та патологічних ознак людини (колір очей, косоокість, облисіння тощо), а й намагалися пояснити механізм цих процесів і навіть пропонували заходи щодо покращання людського роду. Так, Гіппократ (прибл. 460 до н. е. — прибл. 370 до н. е.) і Анаксагор (прибл. 500 до н. е. — 428 до н. е.) вважали, що носія інформації, тобто сім’ю, формують усі частини тіла, як здорові, так і хворі.
Першу завершену, хоча і помилкову, теорію спадковості розробив Арістотель (384 до н. е. — 322 до н. е.), який висловив думку про якісно різний внесок чоловічого та жіночого начал у майбутню дитину. Він був переконаний, що чоловічий організм лише запускає процес, а жіночий надає матеріал для розвитку дитини. Коли чоловіче начало сильніше, народжується син, більше схожий на батька, і навпаки. Тому сини зазвичай схожі на батьків, а дочки — на матерів.
Платон (427 до н. е. — 347 або 348 до н. е.) у праці «Політика» надав детальні рекомендації, як варто підбирати подружні пари, щоб народжувалися фізично, розумово і духовно досконалі діти. Він наполягав, що нащадків хороших батьків слід виховувати з особливою ретельністю, а про дітей з нижчих прошарків суспільства не варто особливо дбати.
Античних учених цікавила також проблема успадкованих та набутих ознак. Так, на думку Демокріта (прибл. 460—370 до н. е.), здібності більшості людей формуються переважно завдяки вправам, а не природній схильності.
Знову явищами спадковості та мінливості наука зацікавилася лише через 20 століть потому. У праці «Спадкові захворювання» (1605) іспанський лікар Л. Меркадо (1525—1606) стверджував, що не тільки батько, а й мати впливають на ознаки майбутньої дитини, хоча і багато в чому підтримував Арістотеля.
Перший науковий опис закономірностей успадкування деяких ознак у людини (полідактилія та альбінізм) був здійснений у XVIII ст. французьким натуралістом П. Мопертюї (1689—1759). Учений дійшов висновку, що ці порушення можуть однаковою мірою передавати як батько, так і мати.
На початку XIX ст. кілька авторів незалежно один від одного описали успадкування гемофілії на основі вивчення родоводів сімей, в яких траплялися такі хворі. Наприклад, німецький професор медицини К.-Ф. Нассе (1778—1851) визначив найважливіші формальні особливості успадкування цього захворювання.
Книгу англійського лікаря Дж. Адамса (1756—1818) «Трактат про передбачувані спадкові властивості хвороб на основі клінічних спостережень» (1814), відому також під назвою «Філософський трактат про спадкові властивості людської раси», можна вважати першим науковим довідником для генетичного консультування. У ній зазначено, що шлюби між родичами підвищують частоту сімейних (рецесивних за сучасними поняттями) хвороб; спадкові (домінантні) хвороби не завжди виявляються відразу після народження, але можуть розвиватися в будь-якому віці; не всі вроджені хвороби є спадковими, бо частина з них пов’язана з внутріутробним ушкодженням плоду.
Проблеми спадкових хвороб і спадкової природи людини вивчав російський гінеколог В. М. Флоринський (1834—1899). У праці «Удосконалення і виродження людського роду» (1866) він висвітлив деякі питання генетики людини: значення середовища для формування спадкових ознак, небезпечність споріднених шлюбів, спадковий характер численних патологій (глухонімоти, альбінізму, «заячої губи», вад розвитку центральної нервової системи).
У працях більшості дослідників XIX ст. поряд із правильними уявленнями було багато помилкових, адже критеріїв для встановлення наукової достовірності ще не існувало. Генетика людини як наука почала формуватися лише в другій половині ХІХ ст., коли з’явилися менделізм та біометрія.
Закони, сформульовані чеським дослідником Г. Менделем (1822—1884) у 1865 р. після експериментів з рослинами, виявилися надзвичайно плідними і дієвими в аналітичному плані. Поняття «ген», що сформувалося на основі цих експериментів, стало центральною концепцією всієї генетики, у т. ч. і генетики людини. Першими законами генетики були закон одноманітності гібридів першого покоління, закон розщеплення гібридів другого покоління та закон незалежного успадкування різних пар ознак у гібридів другого покоління.
Г. Мендель розробив принципово новий методичний підхід, який мав такі особливості: для схрещування використовували особин з контрастними ознаками; здійснювали точний кількісний облік ознак, що дає змогу знайти статистичні закономірності успадкування.
Вагомим був внесок у розвиток антропогенетики англійського біолога Ф. Гальтона (1822—1911). Аналізуючи спадковість у низці сімей, він дійшов висновку, що психічні особливості людини детерміновані не лише умовами середовища, а й спадковими чинниками (1865). Ф. Гальтон запропонував і застосував близнюковий метод для вивчення ролі середовища та спадковості в розвитку ознак, розробив кілька статистичних методів, зокрема метод обчислення коефіцієнта кореляції. Ці роботи стали основою для майбутнього розвитку генетики людини. Крім цього, Ф. Гальтон був родоначальником євгеніки — науки про спадкове здоров’я людини та шляхи його поліпшення. Він вважав, що насамперед необхідно не позбавлятися патологічних генів, а збільшувати кількість «сприятливих» генів у людських популяціях, створюючи умови для розмноження обдарованих людей.
Американський антрополог У. Фарабі (1865—1925), вивчаючи родоводи в кількох поколіннях, у 1903 р. уперше встановив, що брахідактилія (короткопалість) у людини успадковується за аутосомно-домінантним типом, чим підтвердив правильність Менделевих законів і щодо людини.
Натепер найактуальнішими в генетиці людини є дослідження спадкових хвороб обміну речовин, започатковані англійським лікарем А. Гарродом (1857—1936). У праці «Поширеність алкаптонурії: вивчення хімічних особливостей» (1908) він вперше виявив зв’язок між генами та ферментами і спадкові порушення обміну речовин у людини.
У 1908 р. англійський математик Г. Харді (1877—1947) та німецький лікар В. Вейнберг (1862—1937) незалежно один від одного заклали основи популяційної генетики, сформулювавши закон розподілу генів у популяції організмів, відомий нині як закон Харді — Вейнберга. Стимулом до цього була генетика людини, бо основою закону став розподіл менделюючих ознак у популяції людини.
У 1911 р. американці — генетик Т. Морган (1866—1945) і цитолог Е. Вільсон (1856—1939) виявили, що успадкування гемофілії та кольорової сліпоти по материнській лінії обумовлене локалізацією відповідних генів у Х-хромосомі.
У цьому самому році німецький та польський гематологи Е. Дангерн (1867—1961) і Л. Гіршфельд (1884—1954) констатували, що групи крові за системою АВ0 успадковуються. У 1924 р. німецький дослідник Ф. Бернштейн (1878—1956) виявив, що АВ0-система груп крові контролюється серією множинних алелей одного локусу. Завдяки спільним зусиллям австрійських біологів А. Вінера (1907—1977), П. Левіна (1900—1987) та К. Ландштейнера (1868—1943) згодом було знайдено резус-фактор (Rh) і доведено, що гемолітична жовтяниця новонароджених виникає внаслідок імунної несумісності матері та плоду. Ці відкриття дали змогу, починаючи з 60-х років ХХ ст., попереджати гемолітичну хворобу новонароджених шляхом введення анти-Rh-фактора матерям із групи ризику розвитку цього захворювання і ще раз підтвердили, що успадкування ознак у людини підпорядковується законам Г. Менделя.
Кінець 20-х — початок 30-х років ХХ ст. ознаменувалися значними успіхами в розвитку генетики. Хромосомна теорія спадковості стала загальновизнаною. Ще у 1902 р. американський дослідник У. Сеттон (1877—1916) та німецький Т. Бовері (1862—1915), порівнюючи дані гібридологічного аналізу і поведінки хромосом при поділі клітин, дійшли висновку, що спадкові фактори Г. Менделя, тобто гени, локалізовані в хромосомах. Ця гіпотеза була підтверджена результатами аналізу успадкування статі у тварин, який довів, що стать нащадків визначають статеві хромосоми. Експериментально обґрунтували хромосомну теорію спадковості у 1910 р. американські учені Т.-Х. Морган, К. Бріджес (1889—1938) та А. Стертевант (1891—1970). Згідно з цією теорією, спадковість пов’язана з генами, розташованими в хромосомах клітинних ядер лінійно, утворюючи групи зчеплення.
У цей самий період інтенсивно розвивалася популяційна генетика. Значний внесок у розвиток цього напряму зробили російські вчені С. С. Четвериков (1880—1959) та М. П. Дубинін (1907—1998), англійці Дж.-Б. Холдейн (1892—1964) та Р. Фішер (1890—1962), американець С. Райт (1889—1988), швед Г. Дальберг (1893—1956) та ін.
У 30-ті роки ХХ ст. російський лікар і генетик С. Г. Левіт (1894—1938) ідентифікував перші хромосоми людини, а також вивчив закономірності успадкування кількох хвороб (діабет, алергія, виразка шлунка, гіпертензія тощо).
Досліди підтвердили гетерогенність спадкових патологій, тобто те, що один і той самий фенотип хвороби може бути обумовлений аномалією різних генів. Це дуже важливе відкриття для діагностики, лікування і медико-генетичного консультування спадкових хвороб.
У першому десятилітті ХХ ст. бурхливо розвивалася євгеніка. Її прихильники вважали визначальним вплив генетичних чинників на розвиток нормальних фізіологічних і розумових особливостей індивіда, а також на появу розумової відсталості, психічних захворювань, алкоголізму, злочинності та інших соціальних відхилень. Вони вважали, що людський рід можна поліпшити, сприяючи відтворенню людей, які мають бажані якості (позитивна євгеніка), та перешкоджаючи розмноженню хворих, розумово відсталих і калік (негативна євгеніка).
У США та деяких країнах Європи, зокрема у Німеччині, було організовано наукові установи, які займалися євгенічними дослідженнями, переважно досить примітивними. Євгеністи стверджували, що індивідуальні властивості людини, наприклад нестримний характер, схильність до бродяжництва тощо, успадковуються за законами Г. Менделя.
Євгеніку вивчали у багатьох коледжах США, а джерелом євгенічної пропаганди став Державний архів євгеніки під керівництвом Ч.-Б. Давенпорта (1866—1944). Він брав активну участь у формуванні соціальної політики щодо імміграції через створення системи дозволів і заборон на в’їзд до США певних національних груп. Вважали, що вихідці з Північної та Центральної Європи розумово досконаліші і тому корисніші для держави, ніж вихідці з Південної Європи або Азії. У більшості штатів Америки було запроваджено закон про примусову стерилізацію психічно хворих, злочинців, п’яниць, повій тощо. Однак припущення про успадкування таких властивостей людиною не мало наукового обґрунтування.
Аналогічні тенденції спостерігалися і в Англії. У цій країні теж активно пропагували євгеніку, чому сприяв математик і біолог К. Пірсон (1857—1936), який успадкував у Лондонському університеті євгенічну лабораторію Ф. Гальтона.
У Німеччині євгеніка отримала назву «расова гігієна». Рух під цією назвою був пов’язаний з містичною концепцією раси, уявленням про перевагу нордичної раси, зі страхом перед виродженням людства загалом та німецького народу зокрема, спричиненим алкоголізмом, венеричними хворобами, збільшенням народжуваності недоумкуватих або людей з нижчих прошарків суспільства. Деякі прихильники таких ідей вважали, що не слід «забруднювати німецьку кров» іноземною, особливо єврейською. Після приходу до влади А. Гітлера євгенічні уявлення стали складовою нацистської ідеології. У 1933 р. у країні запровадили закон про стерилізацію дітей, обтяжених спадковими хворобами, а також представників певних етнічних груп, особливо євреїв та циган. Подібні закони, але про добровільну стерилізацію за євгенічними свідченнями, було прийнято в Скандинавських країнах.
У Радянському Союзі генетика людини почала інтенсивно розвиватися у 20-ті роки ХХ ст. Під впливом ідей західної євгеніки у 1921 р. М. К. Кольцов (1872—1940) у М… організував Російське євгенічне товариство, у 1922 р. один із засновників радянської генетики Ю. О. Філіпченко (1882—1930) створив Бюро з євгеніки у Петрограді. Однак ці осередки ставили перед собою лише наукові завдання. М. К. Кольцов, Ю. О. Філіпченко та інші вчені здійснювали генетичні дослідження обдарованості, вивчаючи родоводи видатних людей. Дослідження мали методичні помилки, певні суперечності. Однак науковці змогли одержати цінні наукові результати. Вони, зокрема, порушували питання про значення умов соціального середовища в реалізації індивідуальних особливостей людини, цілком заперечували насильницький шлях удосконалення спадковості людини. Радянські євгеністи також зібрали родоводи видатних особистостей (О. Пушкіна, Л. Толстого, Ф. Шаляпіна та ін.).
Наприкінці 20-х років євгенічні дослідження в Радянському Союзі були припинені, оскільки вони не вписувалися в комуністичну ідеологічну доктрину. У другій половині 30-х років унаслідок приходу до влади в біологічній науці Т. Д. Лисенка (1898—1976) усі генетичні дослідження, а отже, вивчення спадковості людини, заборонили. Генетику назвали буржуазною лженаукою. Вчені-генетики вимушено змінювали сферу своєї наукової діяльності, частину з них репресували (М. К. Кольцов, С. С. Четвериков, М. І. Вавилов, М. В. Тимофєєв-Рессовський, С. Г. Левіт, В. П. Ефроїмсон та ін.). Таке становище зберігалося до початку 60-х років ХХ ст.
У 1940 р. американські дослідники Дж. Бідл (1903—1989) та Е. Тейтем (1909—1975), спираючись на дослідження А. Гаррода зв’язків між генами і ферментами, сформулювали принцип «один ген — один фермент», за яким певний ген забезпечує синтез визначеного ферменту.