Значение генетики для селекции и медицины презентация. Медицинская генетика

Генетика человека изучает явления
наследственности и изменчивости на
всех
уровнях
его
организации
и
существования: молекулярном, клеточном, организменном, популяционном.
Медицинская генетика изучает роль
наследственности в патологии человека,
закономерности передачи от поколения к
поколению наследственных болезней,
разрабатывает
методы
диагностики,
лечения и профилактики наследственной
патологии,
включая
болезни
с
наследственной предрасположенностью.

МЕДИЦИНСКАЯ ГЕНЕТИКА-

МЕДИЦИНСКАЯ ГЕНЕТИКАсистема знаний о роли генетических
факторов в патологии человека и
система методов диагностики, лечения и
профилактики
наследственной
патологии
Клиническая генетика - прикладной
раздел
медицинской
генетики,
т.е.
применение достижений последней для
решения
клинических
проблем
у
пациентов или в их семьях

Цель медицинской генетики

разработка методов диагностики,
лечения и профилактики
наследственной и наследственно
обусловленной патологии
человека.

Задачи медицинской генетики

диагностика наследственных заболеваний
анализ их распространенности в различных
популяциях и этнических группах
профилактика наследственных заболеваний на
базе пренатальной (дородовой) диагностики
изучение молекулярно-генетических основ
этиологии и патогенеза наследственных
заболеваний
выявление генетических факторов риска
многофакторных заболеваний
медико-генетическое консультирование семей
больных

ИСТОРИЯ МЕДИЦИНСКОЙ ГЕНЕТИКИ

Доменделевский период
Учение о наследственности человека зарождалось в медицине
из наблюдений семейных и врожденных болезней.
В трудах Гиппократа (V в. до н.э.)
отмечалась роль наследственности в
происхождении болезней:
«…эпилепсия, как и другие болезни,
развиваются на почве
наследственности; и действительно,
если от флегматика происходит
флегматик, от желчного - желчный,
от чахоточного - чахоточный, от
страдающего болезнью селезенки -
страдающий болезнью селезенки, то
что может помешать, чтобы болезнь,
которою страдают отец и мать,
поразила бы также одного из их
детей».

В XVIII–XIX вв. появились отдельные работы о значении
наследственности в происхождении болезней.
К XVIII в. относятся первые описания доминантного
(полидактилии, т.е. шестипалости) и рецессивного
(альбинизма
у
негров)
признаков,
сделанных
французским ученым П. Мопертюи.
В начале XIX в. несколькими авторами одновременно
было описано наследование гемофилии в результате
изучения родословных семей, в которых встречались
лица, страдающие этой болезнью.
В 1814 г. вышла книга лондонского врача Д. Адамса
«Трактат о предполагаемых наследственных свойствах
болезней, основанный на клинических наблюдениях».
Понятие о патологической наследственности у человека
утвердилось во второй половине XIX в. и было
принято многими врачебными школами.
Альбинизм - врождённое отсутствие пигмента кожи,
волос, радужной и пигментной оболочек глаза.

С пониманием патологической наследственности зародилась
концепция о вырождении человеческого рода и необходимости
его улучшения, причем одновременно (1865 г.) и независимо друг от
друга ее высказывали В.М. Флоринский в России и Ф. Гальтон в
Англии.
Флоринский Василий Маркович
(1834–1899)
Акушер-гинеколог
и
педиатр.
Автор книги «Усовершенствование
и
вырождение
человеческого
рода»
(1865).
Основатель первого в Сибири
учебного
заведения
-
Сибирского
университета
в
Томске (1880–1888)
Френсис Гальтон (1822–1911)
Один из основоположников генетики человека и
евгеники. Основные труды: «Наследственный
талант и характер» (1865); «Наследственный
гений: исследование его законов и следствий»
(1869); «Очерки по евгенике» (1909). Попытки
экспериментально
оценить
значение
наследственных и внешнесредовых факторов в
становлении количественных признаков у
человека
положили
начало
генетике
количественных признаков.

Родословная, в центре которой двоюродные братья - Ч.Дарвин и Ф.Гальтон и их общий дед – Э. Дарвин.

В 1865 году Ф. Гальтон выступил в печати с предложением «вирикультуры»,
т.е. кастового «разведения» талантливых людей, которые по его мнению
должны заключать браки только внутри своей касты, отнюдь не смешиваясь
с остальной массой посредственности. На латинском «вирикультура» значит
«культура мужества». В 1883 году Гальтон предпочел заменить термин
«вирикультура» термином «евгеника», что в переводе с греческого означает
«облагораживание» (eugenes, греч. – хороший род).
Родословная,
в
центре
которой
двоюродные
братья
Ч.Дарвин
и
Ф.Гальтон и их
общий дед –
Э. Дарвин.

Выделял ряд заболеваний
наследственной природы,
предлагал
социальное
совершенствование
общества
в
целях
гармонического
развития
народа,
рассматривал
положительную
роль
смешения народов
Наряду с противоречивыми или неверными
положениями, в этой книге был поднят и
правильно освещен ряд вопросов медицинской
генетики. Среди них: значение среды для
формирования
наследственных
признаков,
вред
близкородственных
браков,
наследственный характер многих патологий
(глухонемоты, альбинизма, заячьей губы,
пороков развития нервной трубки)
Миазм (от др.-греч. - загрязнение)

В 1900 г. трое ученых из разных стран –
Карл Эрих Корренс в Германии, Эрих
фон Чермак в Австрии, Гуго де Фриз в
Голландии,
проводя
опыты
по
гибридизации
разных
растений,
независимо друг от друга переоткрыли
законы наследственности,
впервые
установленные Грегором Менделем в
1865 г.

На примере разных заболеваний законы Менделя
подтверждались либо врачами, либо биологами:
В 1902 г английский врач Арчибальд Гаррод,
исследуя родословные семей, пришёл к выводу, что
алкаптонурия, болезнь, связанная с нарушением
обмена веществ, передаётся по наследству в
соответствии с закономерностями наследования
признаков, открытых Менделем (Алкапто́нури́я -
НЗ, обусловленное выпадением функций оксидазы
гомогентизиновой кислоты и характеризующееся
расстройством обмена тирозина).
А.Гаррод объяснил и другие биохимические
аномалии, опубликовав в 1909 г. книгу «Врожденные
ошибки метаболизма», благодаря которой он был
признан отцом биохимической генетики.
В 1906 г. английский ученый
Уильям Бэтсон
предложил для науки о наследственности и
изменчивости название генетика.

В первых двух десятилетиях XX века
возникла
эйфория
от
менделевской
интерпретации многих болезней, в результате
которой была существенно преувеличена роль
наследственности в формировании поведения
человека и в наследственной отягощённости
населения.
Концепция обречённости и вырождения
семей с наследственной патологией стала
ведущей
для
объяснения
отягощённости
общества потомством таких больных. Диагноз
наследственной болезни считался приговором
больному и даже его семье. На этом фоне снова
стала набирать силу евгеника - ранее
сформулированное Гальтоном направление об
улучшении породы (или природы) человека.

Последователи позитивной евгеники вслед за Гальтоном
предлагали улучшить человеческий род с помощью подбора
супружеских пар, в которых партнеры были бы наделены
талантами, созданием для таких пар благоприятных условий для
размножения.
Под негативной евгеникой понимали ту её часть, которая
ставила своей целью освобождение человечества от лиц с
наследственной
патологией
путём
насильственной
стерилизации. Поворот к негативной евгенике и ее
принудительному контролю над так называемыми генетически
неполноценными людьми знаменовали работы биолога Чарльза
Девенпорта. Он в 1904 г. основал лабораторию в Колд-СпрингХарборе (штат Нью-Йорк), которая стала центром американской
евгеники. Девенпорт руководствовался желанием «уничтожить
отвратительную змею безнадежно порочной протоплазмы» (цит.
по: D. Freeman, 1983) и популяризовал свои взгляды в книгах
«Евгеника: наука улучшения людей посредством лучшего
скрещивания» (1910) и «Наследственность в применении к
евгенике» (1911). Девенпорт считал, что алкоголизм, слабоумие и
другие признаки основываются на простых генетических
механизмах и что они, в свою очередь, порождают такое зло, как
нищенство и проституция.

Евгенические идеи быстро распространились и
более чем в 30 странах (США, Германия, Дания,
Швеция и др.) приняли форму жестких законов
о принудительной стерилизации лиц, родивших
детей
с
эпилепсией,
олигофренией,
шизофренией и другими заболеваниями.
В период с 1907 до 1960 г. в США было
насильственно стерилизовано более 100 000
человек.
В Германии за первый полный год нацистской
евгенической программы было стерилизовано
80 000 человек.

История медицинской генетики в России

Василий Маркович Флоринский
– начало
евгенического движения в России (1865 г.)
Н.К.Кольцов
В 1920 году Николай Константинович Кольцов
создал в Москве Русское евгеническое общество, при
котором издавался «Русский евгенический журнал».
В 1920 году в Институте экспериментальной биологии
(ИЭБ), руководимом Н. К. Кольцовым, был организован
евгенический отдел, развернувший исследования по
генетике человека. Были начаты первые работы по
наследованию групп крови, содержанию каталазы в
крови, наследованию цвета волос и глаз, изменчивости
и
наследственности
сложных
признаков
с
использованием близнецового метода. При отделе
работала первая медико-генетическая консультация.
В 1921 году Юрий Александрович Филипченко
организовал в Петрограде Бюро по евгенике, где,
в
частности,
было
выполнено
уникальное
популяционно-генетическое исследование творческих
Ю.А.Филипченко способностей человека.

Особенности отечественной
евгеники
Позиции отечественных евгенистов принципиально
отличались от таковых западных евгенистов гуманностью
и научной направленностью
Термин «евгенический» был адекватен термину «медикогенетический»
Не ставили в виде окончательной цели проведение в
жизнь принудительных евгенических мероприятий
В СССР не поддерживались идеи негативной евгеники
(улучшение породы человека через законодательно
закрепленное выбраковывание нежелательных с точки
зрения евгеники элементов)
Одновременно с обсуждением евгенических идей
создаются практические начала медицинской генетики в
России

20-30-е годы XX века

В СССР медицинская генетика успешно развивалась в 20-
30-х годах. Среди известных русских врачей-ученых начала
XX века особое место занимает Сергей Николаевич
Давиденков (1880-1961), впервые применивший идеи
генетики
в
клинике.
С.Н.Давиденков
является
основоположником клинической генетики и медикогенетического консультирования
В 1920 г. С.Н. Давиденковым была создана первая медикогенетическая консультация в Москве, а в 1934 г. - в
Ленинграде.
Впервые поставил вопрос о создании каталога генов (1925).
Впервые предложил термин «нейрогенетика», который
сейчас применяется во всем мире.
Сформулировал гипотезу о генетической гетерогенности
наследственных
заболеваний,
определил
основные
направления профилактики НБ.
По генетике наследственных болезней нервной системы
опубликовал несколько книг: «Наследственные болезни
нервной системы» (1-е изд. в 1925 г, 2-е изд. в 1932 г.);
«Проблема полиморфизма наследственных болезней
нервной системы» (1934); «Эволюционно-генетические
проблемы в невропатологии» (1947).

30-40-е годы XX века

С 1930 по 1937 г. медицинская генетика развивалась в
Медико-биологическом институте, переименованном в
1935г. в Медико-генетический институт им. М.Горького. Это
был передовой институт, проводивший много работ по
близнецовым и цитогенетическим исследованиям, были
разработаны и усовершенствованы 3 метода – клиникогенеалогический, близнецовый и цитологический.
15 мая 1934 г. в этом институте
состоялась первая в истории советской
биологии и медицины конференция по
медицинской генетике.
В
этот
день
директор
Медикобиологического
института
Соломон
Григорьевич Левит выступил с докладом
«Антропогенетика и медицина», в котором
определил новую дисциплину.
«Левит
стал
основоположником
российской
медицинской
генетики,
сформулировал ее ключевые принципы и
идеи» (историк генетики В.В.Бабков)
С.Г. Левит (1894-1937)

В конце 30-х годов в СССР началось преследование генетиков

Противники генетиков, во главе которых стоял Трофим
Денисович Лысенко (директор Института генетики АН СССР с
1940 по 1965 годы), говорили, что не может быть особого
вещества наследственности; наследственностью обладает
весь организм; что гены - это выдумка генетиков: ведь их
никто не видел.
Основные
обвинения
против
генетиков
носили
политический характер. Генетика объявлялась буржуазной
реакционной наукой. Сторонники Лысенко утверждали, что
граждане социалистической страны не могут иметь
наследственных болезней, а разговоры про гены человека это основа расизма и фашизма.
Многие генетики были арестованы в 1937 г. В 1940 г. был
арестован Н.И.Вавилов. Его обвинили в том, что он
английский шпион. В 1943 г. Вавилов умер в Саратовской
тюрьме от истощения. Вслед за Вавиловым были арестованы
Г.Д.Карпеченко
(зав.
кафедрой
генетики
растений
Ленинградского
государственного
университета),
Г.А.Левитский
(зав.
Цитологической
лабораторией
во
Всеросси́йском институ́те растениево́дства им. Н. И.
Вави́лова), которые погибли в тюрьме, и другие генетики.

В 1937 году проф. С.Г.Левита уволили с должности
директора Медико-генетического института, а
институт закрыли. Спустя год С.Г.Левит был
арестован, приговорен к смертной казни за
терроризм и шпионаж и расстрелян. Левит был
реабилитирован посмертно в 1956 году.
Трижды арестовывали Владимира Павловича
Эфроимсона.
Гонениям подвергся и профессор С.Н. Давиденков.
Его научные работы по медицинской генетике
не публиковались, а доцентура в Ленинградском
институте усовершенствования врачей была
закрыта.
Кольцов Н.К. был уволен с должности директора
ИЭБ и в том же 1940 году умер от инфаркта
миокарда.

Во время Великой Отечественной войны репрессии
заметно утихли, но вновь усилились уже в 1946 году.
Разгром произошел в августе 1948 года на сессии
ВАСХНиЛ,
Всесоюзной
академии
сельскохозяйственных
наук
им.
В.И.Ленина
(ВАСХНИЛ), на которой Лысенко выступил с докладом
"О положении в биологической науке". В докладе
генетика подверглась разгромной критике и была
заклеймлена как «буржуазная лженаука».
9–10 сентября
1948 г. Президиум АМН СССР
официально запретил медицинскую генетику.
После сессии ВАСХНИЛ все ведущие генетики были
уволены с работы, преподавание генетики в школе и в
вузах было запрещено. Были уволены или понижены в
должности около 3 тысяч ученых), некоторые генетики
были арестованы)
Николай Петрович Дубинин (основатель Института
цитологии и генетики)
был вынужден заняться
изучением птиц в лесозащитных полосах;
Ио́сиф Абра́мович Раппопорт
(был выдвинут на
Нобелевскую премию за открытие химического
мутагенеза) стал лаборантом-геологом и т.д.

50-е годы - конец XX века

После смерти Сталина ситуация в генетике начала меняться.
Стали появляться статьи с критикой Лысенко, возобновились
генетические исследования.
Генетики надеялись на полную реабилитацию своей науки, но
этого не произошло. Лысенко смог войти в доверие и к
Н.С.Хрущеву. В результате господство Лысенко в биологии
продолжалось до конца 1964г. (до снятия Хрущева).
В 1956 г. было правильно подсчитано число хромосом человека
(до этого считалось, что у человека их 48). Число хромосом у
человека было одновременно описано сразу двумя группами
исследователей в США и в Англии.
В 1959 г. была открыта хромосомная природа болезней установлена связь между нарушением числа хромосом и
некоторыми наследственными болезнями (синдром Дауна,
синдром Шерешевского-Тернера и синдром Клайнфелтера).
Цитогенетика стала ведущим направлением.
В этот период сформировалась клиническая генетика как
результат слияния трёх ветвей генетики человека - цитогенетики,
формальной (менделевской) генетики и биохимической генетики.
Человек стал главным объектом общегенетических исследований
(до этого времени человек как объект исследования не очень
привлекал генетиков).

В 1956 году в Москве в Институте биологической физики АН
была организована лаборатория радиационной генетики
(зав.Николай Петрович Дубинин)
В 1957 году в составе Сибирского отделения АН СССР
(Новосибирск) был организован Институт цитологии и
генетики (ИЦиГ СО АН СССР) (директор Н. П. Дубинин).
В 1958 году С. Н. Давиденков организовал в Ленинграде
Медико-генетическую лабораторию АМН, которую после его
смерти в 1961 году возглавила Е. Ф. Давиденкова.
В 1958 г. создан Совет по общей и медицинской генетике под
председательством академика АМН И. Д. Тимакова.
Бурное возрождение медицинской генетики происходило в
Москве. Александра Алексеевна Прокофьева-Бельговская
возглавила две лаборатории: лабораторию кариологии в
Институте молекулярной биологии АН СССР (1962) и
лабораторию цитогенетики в Институте морфологии человека
АМН СССР (1964), организовала курсы для обучения врачей
методам цитогенетики.
Началом восстановления «клинической части» медицинской
генетики можно считать выход в свет в 1964 году книги
Владимира
Павловича
Эфроимсона
«Введение
в
медицинскую генетику».

В апреле 1967 года был издан приказ министра
здравоохранения СССР о медико-генетической помощи
населению. Первые консультации появились в Москве и в
Ленинграде
Первые медико-генетические консультации возникали по
инициативе и под патронажем академических учреждений.
Специалистов по медицинской цитогенетике стали готовить
в начале 60-х годов на базе лабораторий в Москве под
руководством А. А. Прокофьевой-Бельговской и в
Ленинграде под руководством Е. Ф. Давиденковой.
В 1969 году под руководством Прокофьевой-Бельговской
вышла книга «Основы цитогенетики человека».
В 1969 году создан Институт медицинской генетики
(ИМГ). Директором института назначен Николай Павлович
Бочков. Этот институт стал ведущим и координирующим
учреждением страны по медицинской генетике. В него
перешла Лаборатория цитогенетики человека (зав. А. А. Прокофьева-Бельговская, были организованы
Лаборатория общей цитогенетики (зав. -А.Ф. Захарова) и
Лаборатория мутагенеза и популяционной цитогенетики
(зав. – Н.П.Бочков). Кроме того, в состав института влился
коллектив Московской медико-генетической консультации.

В ИМГ начались разработка скрининг-программ для
ранней диагностики и профилактики наследственных
заболеваний, исследования по генетике развития
(Владимир Ильич Иванов) и популяционной генетике
наследственных
болезней
(Евгений
Константинович Гинтер).
В 1982 году открыт Томский отдел ИМГ. Руководителем
отдела приглашен В. П. Пузырев. Через пять лет он
возглавил НИИ Медицинской генетики в составе Томского
научного
центра
Сибирского
отделения
АМН,
организованного на базе отдела.
Медицинская генетика в Ленинграде получила новый
импульс к развитию в 1987 году, когда в Институт
акушерства и гинекологии АМН им. Д. О. Отта пришел
В. С. Баранов, создавший и возглавивший лабораторию
пренатальной
диагностики
наследственных
и
врожденных болезней.
В
1988
году
Н.П.Бочков
организовал
кафедру
медицинской генетики в 1-м Московском медицинском
институте. В 1989 году Е. И. Шварц создал аналогичную
кафедру в Ленинградском педиатрическом институте.

На рубеже XX и XXI веков медицинская генетика заняла
лидирующее место в медико-биологической науке,
аккумулировав передовые методы и концепции разных
медицинских и биологических дисциплин.
Три обстоятельства способствовали интенсивному
развитию медицинской генетики во второй половине XX
века:
во-первых, благодаря снижению уровня инфекционных и
алиментарных заболеваний после второй мировой войны
больше внимания и финансов уделялось болезням
эндогенной прироцы, в том числе наследственным.
во-вторых, прогресс лабораторной и инструментальной
медицины, широкий обмен информацией обеспечили
более точную нозологизацию синдромов и болезней.
в-третьих, прогресс общей генетики и биологии
принципиально изменил методологию генетики человека
(генетика соматических клеток).
Главным итогом медицинской генетики к концу XXначалу XXI века стало создание генетических технологий
для медицины, которые позволяют ускоренно решать
трудные вопросы в медицине и здравоохранении.

Генетика человека в России
Н.К.Кольцов
Гипотеза о молекулярном строении и
Матричной репродукции хромосом (1928)
Организатор и председатель Русккого
евгенического общества (1921-1929)
Евфеника – «учение о хорошем
проявлении
Наследственных задатков»
С.Н.Давиденков
Идея создания каталога генов (1925)
Первая в мире медико-генетическая
консультация (1920)
Премия Давиденкова РАМН
Н.П.Бочков
Академик РАМН
Основатель и первый
директор
Института медицинской
генетики (МГНЦ)
А.С.Серебровский
Термин «генофонд» (1927)
Генетика популяций, структура гена
С.Г.Левит
Основатель превого
медикогенетического
института (1935)
Современные центры генетики человека
Медико-генетический научный центр РАМН,
Москва (ранее ИМГ)
Институт медицинской генетики СО РАМН, Томск
Институт акушерства, гинекологии и
перинатологии РАМН, СПБ
Институт общей генетики, Москва
Институт цитологии и генетики, Новосибирск
Институт биохимии и генетики, Уфа

Медицинская генетика рассматривает
следующие вопросы:
какие наследственные механизмы поддерживают
гомеостаз организма и определяют здоровье
индивида;
каково значение наследственных факторов
(мутации или сочетание определенных аллелей) в
этиологии болезней;
каково соотношение наследственных и средовых
факторов в патогенезе болезней;
какова роль наследственных факторов в
определении клинической картины болезней (и
наследственных, и ненаследственных);
влияет ли (и если влияет, то как) наследственная
конституция на процесс выздоровления человека и
исход болезни;
как наследственность определяет специфику
фармакологического и других видов лечения.

Значение генетики для медицины
~30000 нозологических форм
> 11000 наследственных болезней, поражающих все органы,
системы и функции организма
Распространенность НП у детей: 5-5,5% новорожденных
Генные болезни - 1%
Хромосомные болезни - 0,5%
Болезни с наследственной предрасположенностью - 3-3,5%
Несовместимость матери и плода - 0,4%
Генетические соматические нарушения - ?
Причины детской смертности: до 50% в пери- и неонатальной
смертности - ВПР, НБ и другие «генетические» причины
Генные болезни - 8-10%
Хромосомные - 2-3%
Мультифакториальные (генетич. предрасположенность) 35-40%)
Негенетические причины - 50%
Смена «профиля» НП с возрастом при постоянстве «груза»

В настоящее время твердо установлено, что в
живом мире законы генетики носят всеобщий
характер, действительны они и для человека.
Однако, поскольку человек – это не только
биологическое, но и социальное существо,
генетика человека отличается от генетики
большинства организмов рядом особенностей:

для изучения наследования человека
неприменим гибридологический анализ
(метод скрещиваний);
для генетического анализа используются
специфические методы:
генеалогический (метод анализа
родословных),
близнецовый,
цитогенетические,
биохимические,
популяционные,
молекулярно-генетические

для человека характерны социальные
признаки, которые не встречаются у
других
организмов,
например,
темперамент,
сложные
коммуникационные системы, основанные на
речи,
а
также
математические,
изобразительные, музыкальные и иные
способности;
благодаря общественной поддержке
возможно выживание и существование
людей с явными отклонениями от нормы
(в дикой природе такие организмы
оказываются нежизнеспособными).

Особенности человека как
объекта генетического анализа
1. Сложный кариотип – много хромосом и групп
сцепления
2. Позднее половое созревание (12-15 лет)
3. Редкая смена поколений (25 лет)
4. Низкая плодовитость и малое количество потомков
(в семье 1-2-3 ребенка)
5. Невозможность планирования искусственных
браков и экспериментирования
(гибридологический анализ)
6. Невозможность создания абсолютно одинаковых
условий жизни для всех потомков
7. Большой генетический и фенотипический
полиморфизм

Вехи генетики
Фрэнсис Крик и
Джеймс Дью Уотсон
1953
Грегор Мендель
1865
Фрэнсис Коллинз и
Крейг Вентер
2001/2003

1. Открытие двойной спирали ДНК
(1953) Фрэнсис Крик и Джеймс Дью
Уотсон 1953
2. Расшифровка генома человека
(2001-2003) Фрэнсис Коллинз и Крейг
Вентер 2001/2003
3. Выделение эмбриональных стволовых
клеток человека (1998)

Геном – совокупность всех ДНК в
гаплоидном наборе хромосом в
ядре клетки индивида, включая как
кодирующие, так и некодирующие
последовательности.

! Длина
всех молекул ДНК в одной клетке около 2 метров
! Всего в организме человека 5Х1013 клеток
! Длина всех молекул ДНК во всех клетках составляет 1011 км, что в тысячи раз
превышает расстояние от Земли до Солнца
! В одной молекуле ДНК содержится 3,0 миллиарда пар нуклеотидов!

N.Novgorod
public 30
lecture,
4 Dec 2004
Zvenigorod
Nov 2005

Секвенирование - заводской процесс на ABI Prizm 3700 Цикл непрерывный: при 15 мин труда оператора в сутки Celera - секвенирует более 1,5 млрд п.н. в месяц

Сиквенс генома человека занял 9 месяцев 10 дней и 200 млн
долларов...После 10 лет разработки методов и инструментов
Lander e.a., Nature (2001), v.409, p.860

Результаты секвенирования ДНК с
флуоресцентной меткой
N.Novgorod
N.Novgorod
public 30
lecture,
public
4lecture
Dec 2004
Zvenigorod
Nov 2005

ПРОЕКТ
ГЕНОМ ЧЕЛОВЕКА
ОФИЦИАЛЬНО
ЗАВЕРШЕН
20 апреля 2003г.
ИССЛЕДОВАНИЯ
ГЕНОМА
ЧЕЛОВЕКА
АКТИВНО
ПРОДОЛЖАЮТСЯ

Число генов у человека оценено в 20 - 25 тысяч,
(оценка 2001 г. - 35 – 40 тыс) Nature 21oct 2004 ili 15 oct 2004 19 600 exp validated

Основная часть генома человека занята НЕ генами (63 74%). Сам ген внутри «пустой»: 95% - некодирующая
часть). Общая длина кодирующих областей - 1%
Размер генома (включая бреши)
2,91 млрд. п.н.
Часть генома, состоящая из повторов
35%
Число аннотированных генов (и гипотетических)
25 000
Число экзонов
442 785
Часть генома, приходящаяся на межгенную ДНК,
%
от 74.5 до 63,6
Часть генома, занимаемая генами, %
от 25,5 до 37,8
Часть генома, занимаемая экзонами, %
от 1,1 до 1,4
Ген с максимальным числом интронов (Titin)
234 экзона
Средний размер гена
27 тыс. п.н.
Максимальный размер гена (миодистрофин).
2400 тыс. п.н.

Распределение функций 25 000 белок кодирующих генов человека

60% - функциональная
категория приписана
(GO – онтология генов)
40% - функция неизвестна
13% - белки, связывающиеся с
ДНК
12% - передача сигнала
10% - ферменты
17% - разные (с частотами
>0.5%)
Venter e.a., Science, 16 Feb. 2007, v.291, p. 1304

ПРОЕКТ “СЕКВЕНИРОВАНИЕ 1 000 ГЕНОМОВ ЧЕЛОВЕКА”

Стоимость проекта – 60
млн.долларов
3 этапа:
1. Секвенирование геномов 6 людей из 2-х
семей с высоким разрешением
2. Секвенирование геномов 180 людей с низким
разрешением
3. Секвенирование кодирующих регионов 1 000
генов у 1 000 людей из разных популяций мира

Scientific Discovery Path
СЕКВЕНИРОВАНИЕ ГЕНОМА
ЧЕЛОВЕКА
К началу 2011 года
секвенированы геномы
22 000 человек из
различных популяций
мира

ПЕРСПЕКТИВЫ:
ПОЛНОЕ РЕСЕКВЕНИРОВАНИЕ
30 000 ИНДИВИДУАЛЬНЫХ
ГЕНОМОВ И ВЫЯСНЕНИЕ
ФУНКЦИЙ 80% генов к концу
2012 года

НАСЛЕДСТВЕННЫЕ
БОЛЕЗНИ

НАСЛЕДСТВЕННЫЕ БОЛЕЗНИ

Патологические состояния, причиной
которых является изменение
генетического материала.
ТИПЫ НЗ:
Моногенные
Хромосомные
Митохондриальные
Мультифакториальные

Известно более 11 000 генетических нозологических форм

Существует генетическая и
клиническая классификация
наследственных болезней.
Генетическая классификация отражает
этиологию заболевания – тип мутации
и взаимодействие со средой.
Клиническая классификация или
фенотипическая организована по
органному, системному принципу или
по типу обмена веществ.

Классификация наследственных болезней

Генные болезни – болезни,
вызванные генными
мутациями
Хромосомные – болезни,
вызванные хромосомными и
геномными мутациями

Современная классификация наследственных болезней (Nora, 1994)

1. Болезни, вызванные мутацией
отдельного гена (менделевские)
2. Синдромы, обусловленные
хромосомными нарушениями
3. Мультифакториальные
(многофакторные) заболевания, как
результат взаимодействия
генетических и средовых факторов
4. Болезни с нетрадиционным типом
наследования
5. Генетические болезни соматических
клеток

Частота основных типов наследственных болезней на 1000 новорожденных

АД: 7,0 – 10,0
АР: 1,0 – 2,5
Х- сцепленные: 0,5 Айала Ф., Кайгер Дж. Современная генетика. Т. 1,2,
3. -М. 1987.
Бочков Н.П., Захаров А.Ф., Иванов В.И.
Медицинская генетика. - М. 1984.
Баранов В.С.Генетический паспорт – основа
индивидуальной и предиктивной медицины. СП.2009.
Айламазян Э.К., Баранов В.С. Пренатальная
диагностика наследственных и врожденных
болезней. Москва. 2006.
Фогель Ф., Мотульский А. Геном человека.Т. 1,2.3.
-М.1989.
Козлова С.И. и др. Наследственные синдромы и
медико-генетическое консультирование.-Л. 1987
Гинтер Е.К.Медицинская генетика. Москва.
Медицина. 2003.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ:

Бочков П.П., А.Н. Чеботарев.
Наследственность человека и мутагены
внешней среды. - М. 1989.
Иванов В.И. Генетика и медицина. 1994.
Лазюк Г.И., И.В. Лурье. Е.Д. Черствой.
Наследственные синдромы
множественных врожденных пороков
развития. - М. 1983.
Наследственная патология человека. Т.
1, 2. Под общ. ред. Ю.Е. Вельтищева,
Н.П. Бочкова. - М. 1992.
Гены и развитие организма. А.А.Нейфах,
Е.Р.Лазовская, М., 1984.

К.Восток, Э.Самнер. Хромосомы
эукариотической клетки. М., Мир. 1981.
Основы цитогенетики человека - под ред.
А.А. Прокофьевой-Бельговской, М., 1969.
Атлас хромосом человека - А.Ф.Захаров,
Н.П.Кулешов, М.. 1983.
П.Харпер. Практическое медикогенетическое консультирование. М.,
Медицина, 1984.
Хорст А. Молекулярные основы
патогенеза болезней. М., 1982.
Д.Болис, Л.Ф.Хоффман. Мембраны и
болезни. М., 1982.
Тим Спектор. Ваши гены раскрыты.
Томск.2009.

Дж.Билл. Внеядерная
наследственность. М., Мир, 1981.
Лазюк Г.И. Тератология человека. М.,
Медицина, 1979.
В.С.Баранов, Е.В.Баранова,
Т.Э.Иващенко, М.В.Асеев Геном
человека и гены предрасположенности.
СПб, Интермедика. 2000. 272с.
Н.П.Бочков Клиническая генетика.
Москва: ГЭОТАР-МЕД. 2004. 480с.
Хуснутдинова Э.К. ДНК-диагностика и
профилактика наследственной
патологии в Республике Башкортостан.
Уфа: Китап. 2005. 204с

ГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА

ГЕНОМИКА ЧЕЛОВЕКА изучает
геном
Генетика
человека
-
раздел
генетики,
изучающий закономерности наследования и
изменчивости признаков у человека
Генетика человека – это особый раздел
генетики,
который
изучает
особенности
наследования
признаков
у
человека,
наследственные заболевания (медицинская
генетика), генетическую структуру популяций
человека.
Генетика человека является теоретической
основой
современной
медицины
и
современного здравоохранения.

Предмет и задачи медицинской генетики и геномики
Генетика
человека
Медицинская
генетика
Геномика
Клиническая
генетика
Геномная
медицина
Генетика человека: наследственность и изменчивость у человека на всех уровнях его организации и
существования (молекулярный, клеточный, организменный, популяционный)
Медицинская генетика: роль наследственности в патологии человека, закономерности передачи из
поколения в поколение наследственных болезней, методы диагностики, лечения и профилактики
наследственной патологии, включая болезни с наследственной предрасположенностью
Клиническая генетика: применение знаний и разработок в области мед. генетики к клиническим
проблемам (диагностика, лечение, прогноз и профилактика)
Геномика: структурная и функциональная организация и изменчивость генома
(Томас Родерик, 1989)
Геномная медицина: применение знаний и разработок геномики и молекулярной генетики для
диагностики, терапии и профилактики болезней и прогноза состояния здоровья
«рутинное использование генотипического анализа, обычно в форме ДНК-тестирования, с целью
улучшения качества медицинской помощи» (A.Beaudet, 1998). Индивидуализированная медицина
(«boutique medcine», B.Bloom, 1999).

Геномика
Геном – полный состав ДНК клетки
Геномика: общие принципы построения и структурно-функциональной организации генома.
Секвенирование, картирование, идентификация генов и внегенных элементов
Структурная геномика – последовательность нуклеотидов в геноме, строение генов и негенных
элементов (повторяющейся ДНК, промоторов, энхансеров и т.д.), физические, генетические,
транскрипционные карты
Функциональная геномика: выявление функций генов/участков генома, их функциональных
взаимодействий в клеточной системе
Протеомика: изучение белковых ансамблей в клетке
Сравнительная геномика: организация геномов разных видов, общие закономерности строения и
функционирования геномов
Эволюционная геномика: эволюция геномов, происхождение наследственного разнообразия
Этногеномика: генетическое разнообразие популяций человека, генетика происхождения человека
как вида, рас, народов
Медицинская геномика (геномная медицина): применение знаний и технологий геномики к
вопросам клинической и профилактической медицины (ДНК-диагностика, генотерапия)

История генетики: основные события и открытия (2)
1977 Клонирован первый ген человека - хорионический соматомаммотропин
1977 Разработаны методы секвенирования ДНК (Сэнгер; Максам, Гилберт)
1980 Описан полиморфизм длины рестрикционных фрагментов ДНК,
выдвинута концепция «обратной генетики» (Ботстейн)
1986 Изобретена ПЦР (Мюллис)
1990 Начат проект «Геном человека»
1995 Секвенирован первый полный геном - H. Influenza
1996 Секвенирован первый эукариотический геном - дрожжи
1997 Первая успешная попытка клонирования организма из «взрослой»
клетки - Долли
2001 Получен черновой сиквенс генома человека
2003 Полностью секвенирован геном человека

• Генетика человека изучает явления наследственности и изменчивости на всех уровнях его организации и существования: молекулярном, клеточ-ном, организменном, популяционном.
• Медицинская генетика изучает роль наследственности в патологии человека, закономерности передачи от поколения к поколению наследственных болезней, разрабатывает методы диагностики, лечения и профилактики наследственной патологии, включая болезни с наследственной предрасположенностью.

система знаний о роли генетических факторов в патологии человека и система методов диагностики, лечения и профилактики наследственной пато-логии

Клиническая генетика - прикладной раздел медицинской генетики, т.е. применение достижений последней для решения клинических проблем у пациентов или в их семьях

Цель медицинской генетики

разработка методов диагностики, лечения и профилактики наследственной и наследственно обусловленной патологии человека.

• диагностика наследственных заболеваний
• анализ их распространенности в различных популяциях и этнических группах
• профилактика наследственных заболеваний на базе пренатальной (дородовой) диагностики
• изучение молекулярно-генетических основ этиологии и патогенеза наследственных заболеваний
• выявление генетических факторов риска многофакторных заболеваний
• медико-генетическое консультирование семей больных

ИСТОРИЯ МЕДИЦИНСКОЙ ГЕНЕТИКИ

Доменделевский период

Учение о наследственности человека зарождалось в медицине из наблюдений семейных и врожденных болезней.

В трудах Гиппократа (V в. до н.э.) отмечалась роль наследственности в происхождении болезней:

«…эпилепсия, как и другие болезни, развиваются на почве наследственности; и действительно, если от флегматика происходит флегматик, от желчного - желчный, от чахоточного - чахоточный, от страдающего болезнью селезенки - страдающий болезнью селезенки, то что может помешать, чтобы болезнь, которою страдают отец и мать, поразила бы также одного из их детей».

В XVIII–XIX вв. появились отдельные работы о значении наследственности в происхождении болезней.

• К XVIII в. относятся первые описания доминантного (полидактилии, т.е. шестипалости) и рецессивного (альбинизма у негров) признаков, сделанных французским ученым П. Мопертюи.
• В начале XIX в. несколькими авторами одновременно было описано наследование гемофилии в результате изучения родословных семей, в которых встречались лица, страдающие этой болезнью.
• В 1814 г. вышла книга лондонского врача Д. Адамса «Трактат о предполагаемых наследственных свойствах болезней, основанный на клинических наблюдениях».
• Понятие о патологической наследственности у человека утвердилось во второй половине XIX в. и было принято многими врачебными школами.

• Альбинизм - врождённое отсутствие пигмента кожи, волос, радужной и пигментной оболочек глаза .

• С пониманием патологической наследственности зародилась концепция о вырождении человеческого рода и необходимости его улучшения, причем одновременно (1865 г.) и независимо друг от друга ее высказывали В.М. Флоринский в России и Ф. Гальтон в Англии.

Френсис Гальтон (1822–1911)

Один из основоположников генетики человека и евгеники. Основные труды: «Наследственный талант и характер» (1865); «Наследственный гений: исследование его законов и следствий» (1869); «Очерки по евгенике» (1909). Попытки экспериментально оценить значение наследственных и внешнесредовых факторов в становлении количественных признаков у человека положили начало генетике количественных признаков.

Флоринский Василий Маркович (1834–1899)

В 1865 году Ф. Гальтон выступил в печати с предложением «вирикультуры», т.е. кастового «разведения» талантливых людей, которые по его мнению должны заключать браки только внутри своей касты, отнюдь не смешиваясь с остальной массой посредственности. На латинском «вирикультура» значит «культура мужества». В 1883 году Гальтон предпочел заменить термин «вирикультура» термином «евгеника», что в переводе с греческого означает «облагораживание» (eugenes, греч. – хороший род).

Родословная, в центре которой двоюродные братья - Ч.Дарвин и Ф.Гальтон и их общий дед – Э. Дарвин.

Выделял ряд заболеваний наследственной природы,

предлагал социальное совершенствование общества в целях гармонического развития народа,

рассматривал положительную роль смешения народов

Наряду с противоречивыми или неверными положениями, в этой книге был поднят и правильно освещен ряд вопросов медицинской генетики. Среди них: значение среды для формирования наследственных признаков, вред близкородственных браков, наследственный характер многих патологий (глухонемоты, альбинизма, заячьей губы, пороков развития нервной трубки)

Миазм (от др.-греч. - загрязнение)

• В 1902 г английский врач Арчибальд Гаррод, исследуя родословные семей, пришёл к выводу, что алкаптонурия , болезнь, связанная с нарушением обмена веществ, передаётся по наследству в соответствии с закономерностями наследования признаков, открытых Менделем (Алкапто́нури́я - НЗ, обусловленное выпадением функций оксидазы гомогентизиновой кислоты и характеризующееся расстройством обмена тирозина).
• А.Гаррод объяснил и другие биохимические аномалии, опубликовав в 1909 г. книгу «Врожденные ошибки метаболизма», благодаря которой он был признан отцом биохимической генетики.

• В 1906 г. английский ученый Уильям Бэтсон предложил для науки о наследственности и изменчивости название генетика .

В первых двух десятилетиях XX века возникла эйфория от менделевской интерпретации многих болезней, в результате которой была существенно преувеличена роль наследственности в формировании поведения человека и в наследственной отягощённости населения.

Концепция обречённости и вырождения семей с наследственной патологией стала ведущей для объяснения отягощённости общества потомством таких больных. Диагноз наследственной болезни считался приговором больному и даже его семье. На этом фоне снова стала набирать силу евгеника - ранее сформулированное Гальтоном направление об улучшении породы (или природы) человека.

История медицинской генетики в России

• Василий Маркович Флоринский – начало евгенического движения в России (1865 г.)

• В 1920 году Николай Константинович Кольцов создал в Москве Русское евгеническое общество, при котором издавался «Русский евгенический журнал». В 1920 году в Институте экспериментальной биологии (ИЭБ), руководимом Н. К. Кольцовым, был организован евгенический отдел, развернувший исследования по генетике человека. Были начаты первые работы по наследованию групп крови, содержанию каталазы в крови, наследованию цвета волос и глаз, изменчивости и наследственности сложных признаков с использованием близнецового метода. При отделе работала первая медико-генетическая консультация.

• В 1921 году Юрий Александрович Филипченко организовал в Петрограде Бюро по евгенике, где, в частности, было выполнено уникальное популяционно-генетическое исследование творческих способностей человека.

Н.К.Кольцов

Ю.А.Филипченко

• Позиции отечественных евгенистов принципиально отличались от таковых западных евгенистов гуманностью и научной направленностью
• Термин «евгенический» был адекватен термину «медико-генетический»
• Не ставили в виде окончательной цели проведение в жизнь принудительных евгенических мероприятий
• В СССР не поддерживались идеи негативной евгеники (улучшение породы человека через законодательно закрепленное выбраковывание нежелательных с точки зрения евгеники элементов)
• Одновременно с обсуждением евгенических идей создаются практические начала медицинской генетики в России

20-30-е годы XX века

В СССР медицинская генетика успешно развивалась в 20-30-х годах. Среди известных русских врачей-ученых начала XX века особое место занимает Сергей Николаевич Давиденков (1880-1961), впервые применивший идеи генетики в клинике. С.Н.Давиденков является основоположником клинической генетики и медико-генетического консультирования

• В 1920 г. С.Н. Давиденковым была создана первая медико-генетическая консультация в Москве, а в 1934 г. - в Ленинграде.
• Впервые поставил вопрос о создании каталога генов (1925).
• Впервые предложил термин «нейрогенетика», который сейчас применяется во всем мире.
• Сформулировал гипотезу о генетической гетерогенности наследственных заболеваний, определил основные направления профилактики НБ.
• По генетике наследственных болезней нервной системы опубликовал несколько книг: «Наследственные болезни нервной системы» (1-е изд. в 1925 г, 2-е изд. в 1932 г.); «Проблема полиморфизма наследственных болезней нервной системы» (1934); «Эволюционно-генетические проблемы в невропатологии» (1947).

30-40-е годы XX века

С 1930 по 1937 г. медицинская генетика развивалась в Медико-биологическом институте , переименованном в 1935г. в Медико-генетический институт им. М.Горького . Это был передовой институт, проводивший много работ по близнецовым и цитогенетическим исследованиям, были разработаны и усовершенствованы 3 метода – клинико-генеалогический, близнецовый и цитологический .

15 мая 1934 г. в этом институте состоялась первая в истории советской биологии и медицины конференция по медицинской генетике.

В этот день директор Медико-биологического института Соломон Григорьевич Левит выступил с докладом «Антропогенетика и медицина», в котором определил новую дисциплину.

«Левит стал основоположником российской медицинской генетики, сформулировал ее ключевые принципы и идеи» (историк генетики В.В.Бабков)

С.Г. Левит (1894-1937)

• Противники генетиков, во главе которых стоял Трофим Денисович Лысенко (директор Института генетики АН СССР с 1940 по 1965 годы), говорили, что не может быть особого вещества наследственности; наследственностью обладает весь организм; что гены - это выдумка генетиков: ведь их никто не видел.
• Основные обвинения против генетиков носили политический характер. Генетика объявлялась буржуазной реакционной наукой. Сторонники Лысенко утверждали, что граждане социалистической страны не могут иметь наследственных болезней, а разговоры про гены человека - это основа расизма и фашизма.
• Многие генетики были арестованы в 1937 г. В 1940 г. был арестован Н.И.Вавилов. Его обвинили в том, что он английский шпион. В 1943 г. Вавилов умер в Саратовской тюрьме от истощения. Вслед за Вавиловым были арестованы Г.Д.Карпеченко (зав. кафедрой генетики растений Ленинградского государственного университета), Г.А.Левитский (зав. Цитологической лабораторией во Всеросси́йском институ́те растениево́дства им. Н. И. Вави́лова), которые погибли в тюрьме, и другие генетики.

• В 1937 году проф. С.Г.Левита уволили с должности директора Медико-генетического института, а институт закрыли. Спустя год С.Г.Левит был арестован, приговорен к смертной казни за терроризм и шпионаж и расстрелян. Левит был реабилитирован посмертно в 1956 году.
• Трижды арестовывали Владимира Павловича Эфроимсона.
• Гонениям подвергся и профессор С.Н. Давиденков. Его научные работы по медицинской генетике не публиковались, а доцентура в Ленинградском институте усовершенствования врачей была закрыта.
• Кольцов Н.К. был уволен с должности директора ИЭБ и в том же 1940 году умер от инфаркта миокарда.

• Во время Великой Отечественной войны репрессии заметно утихли, но вновь усилились уже в 1946 году.
• Разгром произошел в августе 1948 года на сессии ВАСХНиЛ, Всесоюзной академии сельскохозяйственных наук им. В.И.Ленина (ВАСХНИЛ), на которой Лысенко выступил с докладом "О положении в биологической науке". В докладе генетика подверглась разгромной критике и была заклеймлена как «буржуазная лженаука».
• 9–10 сентября 1948 г. Президиум АМН СССР официально запретил медицинскую генетику.
• После сессии ВАСХНИЛ все ведущие генетики были уволены с работы, преподавание генетики в школе и в вузах было запрещено. Были уволены или понижены в должности около 3 тысяч ученых), некоторые генетики были арестованы)
• Николай Петрович Дубинин (основатель Института цитологии и генетики) был вынужден заняться изучением птиц в лесозащитных полосах;
• Ио́сиф Абра́мович Раппопорт (был выдвинут на Нобелевскую премию за открытие химического мутагенеза) стал лаборантом-геологом и т.д.

• После смерти Сталина ситуация в генетике начала меняться. Стали появляться статьи с критикой Лысенко, возобновились генетические исследования.
• Генетики надеялись на полную реабилитацию своей науки, но этого не произошло. Лысенко смог войти в доверие и к Н.С.Хрущеву. В результате господство Лысенко в биологии продолжалось до конца 1964г. (до снятия Хрущева).
• В 1956 г. было правильно подсчитано число хромосом человека (до этого считалось, что у человека их 48). Число хромосом у человека было одновременно описано сразу двумя группами исследователей в США и в Англии.
• В 1959 г. была открыта хромосомная природа болезней - установлена связь между нарушением числа хромосом и некоторыми наследственными болезнями (синдром Дауна, синдром Шерешевского-Тернера и синдром Клайнфелтера). Цитогенетика стала ведущим направлением.
• В этот период сформировалась клиническая генетика как результат слияния трёх ветвей генетики человека - цитогенетики, формальной (менделевской) генетики и биохимической генетики.
• Человек стал главным объектом общегенетических исследований (до этого времени человек как объект исследования не очень привлекал генетиков).

• В 1956 году в Москве в Институте биологической физики АН была организована лаборатория радиационной генетики (зав.Николай Петрович Дубинин)
• В 1957 году в составе Сибирского отделения АН СССР (Новосибирск) был организован Институт цитологии и генетики (ИЦиГ СО АН СССР) (директор Н. П. Дубинин).
• В 1958 году С. Н. Давиденков организовал в Ленинграде Медико-генетическую лабораторию АМН, которую после его смерти в 1961 году возглавила Е. Ф. Давиденкова.
• В 1958 г. создан Совет по общей и медицинской генетике под председательством академика АМН И. Д. Тимакова.
• Бурное возрождение медицинской генетики происходило в Москве. Александра Алексеевна Прокофьева-Бельговская возглавила две лаборатории: лабораторию кариологии в Институте молекулярной биологии АН СССР (1962) и лабораторию цитогенетики в Институте морфологии человека АМН СССР (1964), организовала курсы для обучения врачей методам цитогенетики.
• Началом восстановления «клинической части» медицинской генетики можно считать выход в свет в 1964 году книги Владимира Павловича Эфроимсона «Введение в медицинскую генетику».

• В апреле 1967 года был издан приказ министра здравоохранения СССР о медико-генетической помощи населению. Первые консультации появились в Москве и в Ленинграде
• Первые медико-генетические консультации возникали по инициативе и под патронажем академических учреждений. Специалистов по медицинской цитогенетике стали готовить в начале 60-х годов на базе лабораторий в Москве под руководством А. А. Прокофьевой-Бельговской и в Ленинграде под руководством Е. Ф. Давиденковой.
• В 1969 году под руководством Прокофьевой-Бельговской вышла книга «Основы цитогенетики человека».
• В 1969 году создан Институт медицинской генетики (ИМГ). Директором института назначен Николай Павлович Бочков. Этот институт стал ведущим и координирующим учреждением страны по медицинской генетике. В него перешла Лаборатория цитогенетики человека (зав. - А. А. Прокофьева-Бельговская, были организованы Лаборатория общей цитогенетики (зав. -А.Ф. Захарова) и Лаборатория мутагенеза и популяционной цитогенетики (зав. – Н.П.Бочков). Кроме того, в состав института влился коллектив Московской медико-генетической консультации.

• В ИМГ начались разработка скрининг-программ для ранней диагностики и профилактики наследственных заболеваний, исследования по генетике развития (Владимир Ильич Иванов) и популяционной генетике наследственных болезней (Евгений Константинович Гинтер).
• В 1982 году открыт Томский отдел ИМГ. Руководителем отдела приглашен В. П. Пузырев. Через пять лет он возглавил НИИ Медицинской генетики в составе Томского научного центра Сибирского отделения АМН, организованного на базе отдела.
• Медицинская генетика в Ленинграде получила новый импульс к развитию в 1987 году, когда в Институт акушерства и гинекологии АМН им. Д. О. Отта пришел В. С. Баранов, создавший и возглавивший лабораторию пренатальной диагностики наследственных и врожденных болезней.
• В 1988 году Н.П.Бочков организовал кафедру медицинской генетики в 1-м Московском медицинском институте. В 1989 году Е. И. Шварц создал аналогичную кафедру в Ленинградском педиатрическом институте.

• На рубеже XX и XXI веков медицинская генетика заняла лидирующее место в медико-биологической науке, аккумулировав передовые методы и концепции разных медицинских и биологических дисциплин.

Три обстоятельства способствовали интенсивному развитию медицинской генетики во второй половине XX века:

• во-первых, благодаря снижению уровня инфекционных и алиментарных заболеваний после второй мировой войны больше внимания и финансов уделялось болезням эндогенной прироцы, в том числе наследственным.
• во-вторых, прогресс лабораторной и инструментальной медицины, широкий обмен информацией обеспечили более точную нозологизацию синдромов и болезней.
• в-третьих, прогресс общей генетики и биологии принципиально изменил методологию генетики человека (генетика соматических клеток).

Главным итогом медицинской генетики к концу XX-началу XXI века стало создание генетических технологий для медицины, которые позволяют ускоренно решать трудные вопросы в медицине и здравоохранении.

Генетика человека в России

Н.К.Кольцов

Гипотеза о молекулярном строении и

Матричной репродукции хромосом (1928)

Организатор и председатель Русккого

евгенического общества (1921-1929)

Евфеника – «учение о хорошем проявлении

Наследственных задатков»

А.С.Серебровский

Термин «генофонд» (1927)

Генетика популяций, структура гена

С.Г.Левит

Основатель превого

медико-генетического

института (1935)

С.Н.Давиденков

Идея создания каталога генов (1925)

Первая в мире медико-генетическая консультация (1920)

Премия Давиденкова РАМН

Современные центры генетики человека

Медико-генетический научный центр РАМН, Москва (ранее ИМГ)

Институт медицинской генетики СО РАМН, Томск

Институт акушерства, гинекологии и перинатологии РАМН, СПБ

Институт общей генетики, Москва

Институт цитологии и генетики, Новосибирск

Институт биохимии и генетики, Уфа

Н.П.Бочков

Академик РАМН

Основатель и первый директор

Института медицинской генетики (МГНЦ)

Медицинская генетика рассматривает следующие вопросы:

• какие наследственные механизмы поддерживают гомеостаз организма и определяют здоровье индивида;
• каково значение наследственных факторов (мутации или сочетание определенных аллелей) в этиологии болезней;
• каково соотношение наследственных и средовых факторов в патогенезе болезней;
• какова роль наследственных факторов в определении клинической картины болезней (и наследственных, и ненаследственных);
• влияет ли (и если влияет, то как) наследственная конституция на процесс выздоровления человека и исход болезни;
• как наследственность определяет специфику фармакологического и других видов лечения.

11000 наследственных болезней, поражающих все органы, системы и функции организма Распространенность НП у детей: 5-5,5% новорожденных Генные болезни - 1% Хромосомные болезни - 0,5% Болезни с наследственной предрасположенностью - 3-3,5% Несовместимость матери и плода - 0,4% Генетические соматические нарушения - ? Причины детской смертности: до 50% в пери- и неонатальной смертности - ВПР, НБ и другие «генетические» причины Генные болезни - 8-10% Хромосомные - 2-3% Мультифакториальные (генетич. предрасположенность) - 35-40%) Негенетические причины - 50% Смена «профиля» НП с возрастом при постоянстве «груза»" width="640"

Значение генетики для медицины

~ 30000 нозологических форм

11000 наследственных болезней, поражающих все органы, системы и функции организма

Распространенность НП у детей: 5-5,5% новорожденных

Генные болезни - 1%

Хромосомные болезни - 0,5%

Болезни с наследственной предрасположенностью - 3-3,5%

Несовместимость матери и плода - 0,4%

Генетические соматические нарушения - ?

Причины детской смертности: до 50% в пери- и неонатальной смертности - ВПР, НБ и другие «генетические» причины

Генные болезни - 8-10%

Хромосомные - 2-3%

Мультифакториальные (генетич. предрасположенность) - 35-40%)

Негенетические причины - 50%

Смена «профиля» НП с возрастом при постоянстве «груза»

• В настоящее время твердо установлено, что в живом мире законы генетики носят всеобщий характер, действительны они и для человека.

• Однако, поскольку человек – это не только биологическое, но и социальное существо , генетика человека отличается от генетики большинства организмов рядом особенностей:

• для изучения наследования человека неприменим гибридологический анализ (метод скрещиваний);
• для генетического анализа используются специфические методы:

• генеалогический (метод анализа родословных),
• близнецовый,
• цитогенетические,
• биохимические,
• популяционные,
• молекулярно-генетические

• для человека характерны социальные признаки, которые не встречаются у других организмов, например, темперамент, сложные коммуни-кационные системы, основанные на речи, а также математические, изобразительные, музыкальные и иные способности;
• благодаря общественной поддержке возможно выживание и существование людей с явными отклонениями от нормы (в дикой природе такие организмы оказываются нежизнеспособными).

• Сложный кариотип – много хромосом и групп сцепления
• Позднее половое созревание (12-15 лет)
• Редкая смена поколений (25 лет)
• Низкая плодовитость и малое количество потомков (в семье 1-2-3 ребенка)
• Невозможность планирования искусственных браков и экспериментирования (гибридологический анализ)
• Невозможность создания абсолютно одинаковых условий жизни для всех потомков
• Большой генетический и фенотипический полиморфизм

Вехи генетики

Фрэнсис Крик и

Джеймс Дью Уотсон

Фрэнсис Коллинз и

Крейг Вентер

Грегор Мендель

• 1. Открытие двойной спирали ДНК (1953) Фрэнсис Крик и Джеймс Дью Уотсон 1953
• 2. Расшифровка генома человека (2001-2003) Фрэнсис Коллинз и Крейг Вентер 2001 / 2003

3. Выделение эмбриональных стволовых

клеток человека (1998)

! Длина всех молекул ДНК в одной клетке около 2 метров

Всего в организме человека 5Х10 13 клеток

Длина всех молекул ДНК во всех клетках составляет 10 11 км , что в тысячи раз превышает расстояние от Земли до Солнца

В одной молекуле ДНК содержится 3,0 миллиарда пар нуклеотидов !

N.Novgorod public lecture , 4 Dec 2004

Секвенирование - заводской процесс на ABI Prizm 3700 Цикл непрерывный: при 15 мин труда оператора в сутки Celera - секвенирует более 1,5 млрд п.н. в месяц

Сиквенс генома человека занял 9 месяцев 10 дней и 200 млн долларов...После 10 лет разработки методов и инструментов

Lander e.a., Nature (2001), v.409, p.860

Результаты секвенирования ДНК с флуоресцентной меткой

N.Novgorod public lecture

N.Novgorod public lecture , 4 Dec 2004

ПРОЕКТ

ГЕНОМ ЧЕЛОВЕКА

ОФИЦИАЛЬНО

ЗАВЕРШЕН

ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕНОМА ЧЕЛОВЕКА АКТИВНО ПРОДОЛЖАЮТСЯ

Число генов у человека оценено в 20 - 25 тысяч , (оценка 2001 г. - 35 – 40 тыс) Nature 21oct 2004 ili 15 oct 2004 19 600 exp validated

Основная часть генома человека занята НЕ генами (63 - 74%). Сам ген внутри «пустой»: 95% - некодирующая часть). Общая длина кодирующих областей - 1%

Размер генома (включая бреши)

2,91 млрд. п.н.

Часть генома, состоящая из повторов

Число аннотированных генов (и гипотетических)

Число экзонов

2 5 000

Часть генома, приходящаяся на межгенную ДНК, %

от 74.5 до 63,6

Часть генома, занимаемая генами, %

от 25,5 до 37,8

Часть генома, занимаемая экзонами, %

от 1,1 до 1,4

Ген с максимальным числом интронов ( Titin)

234 экзона

Средний размер гена

27 тыс. п.н.

Максимальный размер гена (миодистрофин).

2400 тыс. п.н.

0.5%) Venter e.a., Science, 16 Feb. 200 7 , v.291, p. 1304" width="640"

Распределение функций 25 000 белок кодирующих генов человека

13% - белки, связывающиеся с ДНК

12% - передача сигнала

10% - ферменты

17% - разные (с частотами 0.5% )

ПРОЕКТ “ СЕКВЕНИРОВАНИЕ 1 000 ГЕНОМОВ ЧЕЛОВЕКА ”

• Стоимость проекта – 60 млн.долларов

3 этапа :

• 1. Секвенирование геномов 6 людей из 2-х семей с высоким разрешением
• 2. Секвенирование геномов 180 людей с низким разрешением
• 3. Секвенирование кодирующих регионов 1 000 генов у 1 000 людей из разных популяций мира

НАСЛЕДСТВЕННЫЕ БОЛЕЗНИ

• Патологические состояния, причиной которых является изменение генетического материала.

ТИПЫ НЗ :

• Моногенные
• Хромосомные
• Митохондриальные
• Мультифакториальные

• Существует генетическая и клиническая классификация наследственных болезней.

• Генетическая классификация отражает этиологию заболевания – тип мутации и взаимодействие со средой.
• Клиническая классификация или фенотипическая организована по органному, системному принципу или по типу обмена веществ.

Классификация наследственных болезней

• Генные болезни – болезни, вызванные генными мутациями
• Хромосомные – болезни, вызванные хромосомными и геномными мутациями

• ГЕНОМИКА ЧЕЛОВЕКА изучает геном

• Генетика человека - раздел генетики, изучающий закономерности наследования и изменчивости признаков у человека
• Генетика человека – это особый раздел генетики, который изучает особенности наследования признаков у человека, наследственные заболевания (медицинская генетика), генетическую структуру популяций человека.
• Генетика человека является теоретической основой современной медицины и современного здравоохранения.

Предмет и задачи медицинской генетики и геномики

Генетика человека

Медицинская

генетика

Геномика

Клиническая

генетика

Геномная медицина

Генетика человека : наследственность и изменчивость у человека на всех уровнях его организации и существования (молекулярный, клеточный, организменный, популяционный)

Медицинская генетика : роль наследственности в патологии человека, закономерности передачи из поколения в поколение наследственных болезней, методы диагностики, лечения и профилактики наследственной патологии, включая болезни с наследственной предрасположенностью

Клиническая генетика : применение знаний и разработок в области мед. генетики к клиническим проблемам (диагностика, лечение, прогноз и профилактика)

Геномика : структурная и функциональная организация и изменчивость генома

(Томас Родерик, 1989)

Геномная медицина : применение знаний и разработок геномики и молекулярной генетики для диагностики, терапии и профилактики болезней и прогноза состояния здоровья

«рутинное использование генотипического анализа, обычно в форме ДНК-тестирования, с целью улучшения качества медицинской помощи» (A.Beaudet, 1998). Индивидуализированная медицина (« boutique medcine » , B.Bloom, 1999) .

Геномика

Геном – полный состав ДНК клетки

Геномика : общие принципы построения и структурно-функциональной организации генома. Секвенирование, картирование, идентификация генов и внегенных элементов

Структурная геномика – последовательность нуклеотидов в геноме, строение генов и негенных элементов (повторяющейся ДНК, промоторов, энхансеров и т.д.), физические, генетические, транскрипционные карты

Функциональная геномика : выявление функций генов / участков генома, их функциональных взаимодействий в клеточной системе

Протеомика : изучение белковых ансамблей в клетке

Сравнительная геномика : организация геномов разных видов, общие закономерности строения и функционирования геномов

Эволюционная геномика : эволюция геномов, происхождение наследственного разнообразия

Этногеномика : генетическое разнообразие популяций человека, генетика происхождения человека как вида, рас, народов

Медицинская геномика (геномная медицина ): применение знаний и технологий геномики к вопросам клинической и профилактической медицины (ДНК-диагностика, генотерапия)

История генетики: основные события и открытия (2)

1977 Клонирован первый ген человека - хорионический соматомаммотропин

1977 Разработаны методы секвенирования ДНК (Сэнгер; Максам, Гилберт)

1980 Описан полиморфизм длины рестрикционных фрагментов ДНК, выдвинута концепция «обратной генетики» (Ботстейн)

1986 Изобретена ПЦР (Мюллис)

1990 Начат проект «Геном человека»

1995 Секвенирован первый полный геном - H . Influenza

1996 Секвенирован первый эукариотический геном - дрожжи

1997 Первая успешная попытка клонирования организма из «взрослой» клетки - Долли

2001 Получен черновой сиквенс генома человека

2003 Полностью секвенирован геном человека

Слайд 1

«Генетика и медицина»

Данилова Юлия Валерьевна, заместитель директора по учебно-воспитательной работе, учитель биологии, МБОУ «Средняя общеобразовательная школа №1» муниципального образования «Островский район», город Остров, Псковская область

Деловая игра 10 класс

Слайд 2

Наши врачи должны как азбуку знать законы наследственности. Воплощение в жизнь научной истины о законах наследственности поможет избавить человечество от многих скорбей и горя. И.П.Павлов

Слайд 3

Какие наследственные заболевания вам известны? Как современное общество относится к людям, имеющим наследственные заболевания?

Известно около 2000 наследственных заболеваний и уродств. Ежегодно в нашей стране рождается около 200 тыс. детей с наследственными заболеваниями.

Слайд 4

Работа в группах

Генетики – познакомиться с наследственными заболеваниями человека. Историки – познакомиться с наукой евгеникой. Корреспонденты - изучить отношение общества к людям с наследственными заболеваниями. Медики – изучить меры профилактики наследственных болезней.

Слайд 5

Наследственные заболевания

Слайд 6

Евгеника-наука о наследственном здоровье человека и о возможных методах активного влияния на его эволюцию

Цель евгеники - совершенствование природы человека.

Слайд 7

Нацистские евгенические программы

Программа эвтаназии Т-4 Уничтожение гомосексуалистов. Лебенсборн «Окончательное решение еврейского вопроса» (полное уничтожение) План «Ост»

Слайд 8

Проект «Геном человека»

Нуклеотидная последовательность всех хромосом человека расшифрована.

Слайд 9

Театр простодушных г.Москва

Рисунки детей, страдающих синдромом Дауна г.Луганск

Слайд 10

Производственно-интеграционные мастерские им. В.П.Шмитца г.Псков

Центр лечебной педагогики г.Псков

Слайд 11

Медико-генетическое консультирование

I этап. Уточнение диагноза заболевания II этап. Проводится расчет риска рождения больного ребенка в семье III этап. Дается объяснение прогноза.

Слайд 12

Методы дородовой (пренатальной) диагностики

Ультразвук; Биопсия хориона; Амниоцетоз.

Слайд 13

Практически каждое пятилетие в мире издается каталог наследственных заболеваний человека. И каждый раз список их увеличивается. С чем это связано? В Японии по существующему законодательству отец, выдавая дочь замуж, должен выделить молодой семье участок земли. Чтобы земля не досталась чужим людям, часто женихов и невест подбирают среди родственников. В таких семьях наблюдается резкое повышение частоты наследственных заболеваний. Объясните, с чем это связано? Изучение наследственности человека затруднено. Почему? Можно ли предупредить наследственные болезни?

Слайд 14

Составьте родословную семьи Проследите (если возможно) наследование какого-либо признака. Проведите анализ родословной.

Слайд 15

Слайд 16

Графические изображения

1. http://www.teatrprosto.ru/?page_id=49&album=1&gallery=4 Описание основано на версии, датир.: февраль 02, 2012 2. http://clp.pskov.ru/about Описание основано на версии, датир.: февраль 02, 2012 3. http://www.cardiosite.ru/articles/img/articles-aritm-06-pic2-big.jpg Описание основано на версии, датир.: февраль 02, 2012 4. http://informpskov.ru/society/66958.html Описание основано на версии, датир.: февраль 02, 2012 5. http://vitasana.lviv.ua/wp-content/uploads/2009/07/061.jpg Описание основано на версии, датир.: февраль 02, 2012 6. http://www.ksv.nnov.ru/gallery/data/3/5_img2.jpg Описание основано на версии, датир.: февраль 02, 2012 7. http://ua.tевгеника Описание основано на версии, датир.: февраль 02, 2012 8. http://www.martinfrost.ws/htmlfiles/camp_children1.jpg Описание основано на версии, датир.: февраль 02, 2012 9. http://sammler.ru/uploads/post-305-1176705170.jpg Описание основано на версии, датир.: февраль 02, 2012 10. http://static2.aif.ru/public/news/441/8bd9cd1b555599ce968ac1d0842291ae_big.jpg Описание основано на версии, датир.: февраль 02, 2012 11. http://www.dislife.ru/upload/userfiles/2009_10_06/190bb288b9c3012437d64ed581a530bd.jpg Описание основано на версии, датир.: февраль 02, 2012 12. http://www.mylifeatfullspeed.com/wp-content/uploads/2010/01/baby-names-mom-and-laughing-baby1.jpg Описание основано на версии, датир.: февраль 02, 2012 13. http://medbook.medicina.ru/images/380/132414/r1_21.gif Описание основано на версии, датир.: февраль 02, 2012 14. http://www.cdadc.com/ajacobage5lookingveryDownSyndromey.jpg Описание основано на версии, датир.: февраль 02, 2012 15. http://schools.keldysh.ru/school1413/pro_2005/z/fem2.jpg Описание основано на версии, датир.: февраль 02, 2012 16. http://www.imeshchat.net/uploads/spaw/images/2008/eugenics.jpg Описание основано на версии, датир.: февраль 02, 2012

ГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА И МЕДИЦИНСКАЯ ГЕНЕТИКА Сломинский Петр Андреевич доктор биологических наук, профессор Заведующий лабораторией молекулярной генетики наследственных заболеваний Института молекулярной генетики Российской академии наук Законы генетики: родители и дети на одно лицо Актриса Блайт Дэннер и ее дочь Гвинет Пэлтроу Певец Джон Леннон и его сын Шон Леннон А если посмотреть шире? Вопрос: Насколько велика роль генетики человека в жизни каждого из нас? Ответ: Она бесконечно велика. Мы можем изменить в себе многое - но наши гены нам не подвластны Генетика и геномика человека будет занимать все более важное место в изучении биологии человека – в решении проблем возникновения и эволюции вида Homo sapiens, в изучении формирования фенотипа индивидуума на всех этапах онтогенеза - от зачатия до смерти. Что такое медицинская генетика? Нормальная анатомия Нормальная физиология ГЕНЕТИКА Патологическая анатомия Патологическая физиология МЕДИЦИНСКАЯ ГЕНЕТИКА Медицинская генетика Система знаний о роли генетических факторов в патологии человека и система методов диагностики, лечения и профилактики наследственной патологии в широком смысле. (Гинтер Е.К., 2003) Медицинская генетика изучает роль наследственности в патологии человека, закономерности передачи от поколения к поколению наследственных болезней, разрабатывает методы диагностики, профилактики и лечения наследственной патологии, включая болезни с наследственной предрасположенностью. (Бочков Н.П., 2004) Клиническая генетика Прикладной раздел медицинской генетики, изучающий наследственные заболевания и методы их предупреждения, диагностики и лечения. (Бочков Н.П., 2004) АКСИОМЫ МЕДИЦИНСКОЙ ГЕНЕТИКИ НАЧАЛА XXI ВЕКА  Наследственные болезни являются частью общей наследственной изменчивости человека. Нет резкой границы между наследственной патологией и вариантами нормальной вариабельности фенотипа.  У человека нет признаков, зависящих ТОЛЬКО от генов или ТОЛЬКО от среды. Фенотип всегда есть результат взаимодействия генетической конституции организма с факторами внешней среды  Каждый отдельный человек и человечество в целом несут на себе генетический груз, величина которого постоянно изменяется в результате мутационного процесса и естественного отбора. В настоящее время происходит резкое изменение генетической структуры популяций и условий внешней среды, что влияет на структуру генетического груза и его величину.  Прогресс медицины приводит к повышению продолжительности жизни и улучшению репродуктивного здоровья населения, что также приводит к изменению картины распределения генетического груза в популяции в ряду поколений Чуть-чуть истории … Наследственные болезни были всегда. И всегда интересовали человека Первые сведения о передаче наследственной патологии у человека содержатся в Талмуде (4 век до н.э.), в котором указано на опасность обрезания крайней плоти у новорожденных мальчиков, старшие братья которых или дяди по материнской линии страдают кровотечением Портрет Sebastian de Morra ВЕЛАСКЕС Портрет Francisco Lezcano Френсис Гальтон Первым начал изучение однояйцевых близнецов и обнаружил, что некоторые человеческие признаки явственно передаются по наследству. Развивал учение о наследственной обусловленности индивидуально-психологических различий между людьми. Автор термина «евгеника» В изданной в 1866 г. книге «Усовершенствование и вырождение человеческого рода» впервые в русской литературе высказал некоторые мысли, положенные позднее в основу медицинской генетики, а также идеи по вопросам евгеники - науки о наследственном здоровье человека и путях улучшения его наследственных свойств. В.М. Флоринский «Задача профилактики в области наследственных болезней нервной системы теоретически может быть мыслима, как: 1) борьба с возникновением болезненных мутаций; 2) дача правильного медико-евгенического совета в семьях, где менделируют тяжелые наследственные формы» С.Н. Давиденков 1880-1961 Организовал первые медико-генетические консультации в России – в Москве (1925 год) и Ленинграде (1932 год), написал первые книги с описанием наследственных заболеваний нервной системы («Эволюционно-генетические проблемы в невропатологии», 1947; «Наследственные болезни нервной системы», 1925; «Проблема полиморфизма наследственных болезней нервной системы», 1934) «Врожденное» и «наследственное» заболевание – это одно и то же? По определению ВОЗ в МКБ-10 «Это разные понятия» Термин «врожденное заболевание» говорит нам о том, что патология присутствовала у человека с момента его рождения. И явиться она могла следствием как «поломки» его генов, так и результатом воздействия на развивающийся плод неблагоприятных факторов во время беременности или травмы во время родов. Термин «наследственная болезнь» подразумевает то, что причина нарушения кроется в структурном изменении наследственной информации клеток человека. А будет заболевание передано по наследству или нет – зависит от конкретного заболевания. Врожденные пороки развития Spina bifida Талидомид Генетические болезни не так редки, как предполагалось ранее 2-3 % всех беременностей завершается рождением ребенка с серьезными наследственными болезнями или врожденными аномалиями, которые являются причиной инвалидности, умственной отсталости или ранней смерти. К 25 годам 50-70 из 1000 живорожденных индивидуумов имеют болезни со значительной генетической компонентой. Более 25 % пациентов детских клиник имеют наследственную патологию. У более 50 % детей, не способных к обучению – генетические нарушения. « Употребление термина «негенетические» совершенно не обосновано ввиду малой вероятности, что какие-то болезни полностью не зависят от генетических факторов» Пузырев В.П., 2006 Вклад наследственных и врожденных болезней в младенческую и детскую смертность в развитых странах Главные причины смерти в возрасте до 1 года Доля умерших, % Главные причины Доля смерти в возрасте от 1 умерших, года до 4 лет % Перинатальные факторы 28 Несчастные случаи 31 Наследственные и врожденные болезни 25 Наследственные и врожденные болезни 23 Синдром внезапной смерти 22 Опухоли 16 Инфекции 9 Инфекции 11 Другие 6 Другие 6 5 групп наследственных заболеваний Моногенные болезни Хромосомные болезни Болезни с наследственной предрасположенностью (мультифакториальные) Генетические болезни соматических клеток Болезни генетической несовместимости матери и плода Возраст дебюта наследственных болезней Хромосомные болезни Мультифакториальные болезни Моногенные болезни Пузырев В.П., 2006 Новорожденные Подростки Взрослые Как классифицируются наследственные заболевания? Генетический принцип классификации наследственных заболеваний Аутосомно-доминантные Аутосомно-рецессивные Х-сцепленные доминантные Х-сцепленные рецессивные Y-сцепленные (голандрические) Митохондриальные.  Отнесение болезни к той или иной группе помогает врачу сориентироваться относительно ситуации в семье и определить вид медико- генетической помощи. Основные законы наследования признаков по Менделю 1. Закон единообразия гибридов первого поколения 24 2. Закон расщепления на фенотипические классы гибридов второго поколения. При скрещивании гибридов первого поколения между собой (т.е. гетерозиготных особей) получается следующий результат Расщепление по генотипу: 1АА:2Аа:1аа по фенотипу: 3:1 25 3. Закон независимого комбинирования генов. При дигибридном скрещивании каждая пара признаков в потомстве дает расщепление независимо от другой пары. 9:3:3:1 = (3:1)2 26 Дигибридное скрещивание Что такое клиникогенеалогический метод? Клинико-генеалогический метод раскрывает закономерности наследования признаков в границах одной семьи, поэтому его называют методом родословного дерева; позволяет установить тип наследования данного наследственного заболевания; оформление родословного дерева проводится путем специальных обозначений и правил; полученные данные должны быть отражены в легенде (генетической карте). Этапы клинико-генеалогического анализа - Сбор данных обо всех родственниках пробанда (анамнез); - Построение родословной; - Оформление легенды к родословной; - Клинико-генеалогический анализ родословной: - выявление наследственных болезней и врожденных пороков развития в родословной, - определение типа наследования болезни, зиготности (гомо-, гетерозигота) и пенетрантности гена, - расчет генетического риска (вероятности рождения ребенка с наследственной патологией), - выводы и рекомендации для пробанда и членов родословной. Сложности клиникогенеалогического анализа - В зависимости от цели исследования родословная может быть полной или ограниченной. - Желательно стремиться к наиболее полному составлению родословной по восходящему, нисходящему и боковым направлениям. - Сложность сбора анамнеза: пробанд должен хорошо знать родственников по линии матери и отца не менее трех поколений и состояние их здоровья, что бывает крайне редко. - Одного опроса, как правило, недостаточно: для некоторых членов родословной приходится назначать полное клиническое, параклиническое или лабораторное обследование для уточнения состояния их здоровья. Проблемы анализа родословных Решетки Пеннета и тест хи-квадрат хорошо работают для организмов с большим числом потомков и контролируемые скрещивания, но у человека все по-другому: 1. Небольшой (и очень небольшой) размер семей. 2. Произвольный выбор брачных партнеров. 3. Проблемы с точным определением отцовства. Основные символы Мужчина Мужчина – носитель признака Семейная пара Родственная семейная пара Женщина Женщина – носитель признака Пол не определен Умерший? Необследованный клинически член семьи ǀ 1 2 ΙΙ Сибсы 1 2 Пробанд Гетерозиготный носитель мутации Аутосомно-доминантное наследование Правило для аутсайдера в доминантных семьях: все больные аутсайдеры гетерозиготны по доминантному (патологическому) аллелю Все здоровые аутсайдеры – гомозиготы по нормальному рецессивному аллелю Аутосомно-рецессивное наследование Все больные – гомозиготы по мутантному аллелю Здоровые аутсайдеры по умолчанию – гомозиготы по нормальному аллелю В семьях с рецессивным наследованием часты близкородственные браки Большие родословные Главные задачи: 1. Определить тип наследования 2. Определить генотипы для разных членов семьи 3. Определить вероятность рождения больного ребенка при браке между двумя членами семьи. Доминантное или Рецессивное? 1. Если у двух больных родителей ребенок здоров, то это доминантное наследование: у обоих родителей может быть генотип Dd (где D патологический аллель) и у ребенка может быть нормальный генотип dd 2. Если у двух здоровых родителей ребенок болен – то это семья с рецессивным наследованием. Оба родителя гетерозиготны по мутантному аллелю (генотип Rr) и имеют нормальный фенотип, а ребенок может иметь генотип rr – и быть болен. 3. Если каждый больной имеет больного родителя – наследование доминантное! Аутосомно-доминантное наследование I 2 1 II 1 2 3 4 5 6 III 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Определение генотипов в семьях с доминантным наследованием 1. Все здоровые члены семьи имеют генотип dd. 2. Больные дети будут гетерозиготны (Dd), если только один из родителей будет болен. Такой ребенок получит аллель D от больного родителя и аллель d от здорового родителя. 3. Больные родители здорового ребенка будут иметь генотип Dd и передадут ребенку по одному d аллелю. 4. Правило аутсайдера – больной аутсайдер имеет генотип DdOutsider rule for dominant autosomal pedigrees: An affected outsider (a person with no known parents) is assumed to be heterozygous (Dd). 5. Если больные родители гетерозиготны (Dd), то их больной ребенок будет иметь генотип DD с вероятностью 33% и генотип Dd с вероятностью 66%. Аутосомно-доминантное наследование I 2 1 II 1 2 3 4 5 6 III 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Аутосомно-рецессивное наследование Определение генотипов в семьях с рецессивным наследованием 1. Все больные члены семьи имеют генотип rr. 2. При браке больного члена семьи (rr генотип) с здоровым членом семьи все дети будут иметь генотип Rr. 3. При рождении больного ребенка у здоровых родителей оба родители являются Rr гетерозиготами. 4. Правило аутсайдера – все здоровые аутсайдеры в аутосомно-рецессивной семье гомозиготны по нормальному аллелю (генотип RR). 5. Children of RR x Rr have a 1/2 chance of being RR and a 1/2 chance of being Rr. Note that any siblings who have an rr child must be Rr. 6. Здоровый ребенок у гетерозиготных по аллелю r родителей на 66% будет иметь генотип Rr и на 33% генотип RR. Аутосомно-рецессивное наследование Гладко было на бумаге, да забыли про овраги … ПРОБЛЕМЫ  Фенокопии  Генокопии  Неполная и возраст-зависимая пенетрантность  Разная экспрессивность признака  Другие типы наследования признака Митохондриальное наследование Митохондриальная ДНК наследуется только по материнской линии Все дети больной митохондриальным заболеванием матери наследуют это заболевание У мужчины с митохондриальным заболеванием все дети будут здоровы Возможна гетероплазмия – сочетание в одной яйцеклетке нескольких вариантов мтДНК Сцепленное с полом наследование - 1 Сцепленный с Y вариант Признак выявляется только у мужчин и передается по мужской линии всем сыновьям Признак гемизиготный и проявляется всегда у его носителей Сцепленное с полом наследование – 2 (доминантное) Матери передают свою Х хромосому с мутантным аллелем и дочерям, и сыновьям daughters Мутантную Х хромосому отцы передают только дочерям Стандартное правило аутсайдеров для женщин в семьях с Х-сцепленным заболеванием. Аутсайдерымужчины гемизиготны и всегда очевидно, какой вариант находится на его Х хромосоме. XD = доминантный мутантный аллель Xd = рецессивный нормальный аллель Сцепленное с полом наследование – 2 (рецессивное) Мужчины получают свою Х хромосому от матери Отцы передают свою Х хромосому только дочерям У женщин фенотип наблюдается только при гомозиготности по мутантному аллелю Фенотип наблюдается у мужчин при наличии мутантного аллеля Правило аутсайдеров – клинически здоровые женщины рассматриваются как гомозиготы по нормальному аллелю Компьютерные генеалогические программы Составление родословной – задача непростая, требующая и массу интеллектуальных расходов и немало временных затрат. В век информатизации для облегчения сбора и хранения генеалогической информации предложены различные русскоязычные и англоязычные электронные программы, позволяющие облегчить и ускорить составление родословной. Клинико-генетические базы данных Online Mendelian Inheritance in Man – OMIM www. Omim.org Gene Clinics www.geneclinics.org National Newborn Screening and Genetics Resource Center web site: NNSGRC – www.genes-r-us.uthscsa.edu/ Alliance of Genetic Support Groups www.medhlp.netusa.net/www/agsg.htm Электронная база данных "Менделевское наследование у человека" (OMIM) OMIM - on-line mendelian inheritance of man Для каждой болезни суммированы клинические и молекулярно-генетические данные (о картировании, идентификации гена, практических возможностях генодиагностики). База находится в Национальном центре биотехнологической информации (США). Адрес в Интернете: www.ncbi.nlm.nih.gov/omim/ WWW.PROGENYGENETICS.COM PED или «Родословная» http://www.medgen.de/ped/index.html MyHeritage.com «Древо жизни» http://genery.com/ Текущая версия - 4.0. Бесплатный вариант – не более 40 человек.

Слайд 2

К основным задачам медицинской генетики относятся:

анализ причин возникновения наследственных болезней, характера их наследования в разных семьях, распространенность в популяциях человека, изучение специфических молекулярных механизмов, запускающих патологический процесс. Одной из основных практических задач медицинской генетики является поиск возможных подходов к профилактике и лечению наследственных болезней.

Слайд 3

К наследственным заболеваниям относится очень большое число патологических состояний. Это многочисленные болезни внутренних органов, нарушения обмена веществ, крови, эндокринной, мочеполовой, нервной и др. систем организма человека. Ранее врачи полагали, что наследственные болезни встречаются крайне редко и не влияют сколько-нибудь значимо на суммарную заболеваемость населения.

Слайд 4

Действительно, отдельные наследственные болезни редки, т к. являются следствием очень редких мутаций. Однако, существует целый ряд широко распространенных форм генетически обусловленных патологий, которые поражают большие группы людей и наносят существенный вред здоровью населения. Например, частота сахарного диабета в популяциях человека варьирует в пределах 1%, а это означает, что во всем мире насчитывается десятки миллионов больных. К числу широко распространенных наследственных болезней относится дальтонизм, который отмечается у 8% всех мужчин и у 0,5% - женщин. Сюда же можно отнести наиболее распространенные патологии зрения: близорукость и дальнозоркость и др.

Слайд 5

Прогресс в развитии медицины приводит к относительному возрастанию доли генетически обусловленной патологии. К настоящему времени описано свыше 3500 наследственных болезней. Около 5-5,5% детей рождаются с наследственной или врожденной патологией. Половина спонтанных абортов обусловлена генетическими причинами. Не менее 30% перинатальной и неонатальной смертности обусловлено врожденными пороками развития и наследственными болезнями с другими проявлениями.

Слайд 6

Человечество отягощено огромным грузом патологических мутаций, который проявляется в двух вариантах эффектов: Генетические его последствия, как и в любых популяциях животных, выражаются в снижении приспособленности носителей патологических мутаций, т.е. уменьшении числа потомков. Медицинские последствия отягощенности человечества патологическими мутациями – это болезни и сокращение продолжительности жизни.

Слайд 7

Типы мутаций у человека и их последствия

Слайд 8

Общий груз мутаций с медицинской точки зрения выражается в достаточно значимых величинах

Слайд 9

Разносторонняя количественная оценка различных факторов показывает, что здоровье населения в развитых странах определяется: состоянием здравоохранения и медицинской помощи на 8-14%, окружающей средой на 20-22%, условиями и образом жизни на 48-50%, генетическими факторами на 18-20%.

Слайд 10

Доля генетической обусловленности показателей медицинской статистики и здравоохранения

Слайд 11

Вклад наследственных и средовых факторов в патологию человека

Слайд 12

Собственно наследственные болезни

Фенотипическое проявление мутации как этиологического (причинного) фактора практически не зависит от среды; последняя может только изменять выраженность симптомов и тяжесть течения болезни. Это генные и хромосомные наследственные болезни (гемофилия, альбинизм, фенилкетонурия, муковисцидоз, болезнь Дауна и др.).

Слайд 13

Болезни с наследственной предрасположенностью (мультифакториальные)

Их в свою очередь можно подразделить еще на два вида: Болезни, наследственность при которых является этиологическим фактором, но для их проявления необходимо действие соответствующего фактора внешней среды (например, подагра, диабет, серповидно-клеточная анемия). Болезни, этиологическими факторами при которых являются влияния среды, однако частота возникновения и тяжесть течения этих болезней зависят от наследственной предрасположенности. К таким заболеваниям относятся атеросклероз, ИВС, гипертоническая болезнь, язвенная болезнь, псориаз, большинство видов рака и др.

Слайд 14

«Средовые» болезни

Болезни, в происхождении которых наследственность не играет роли. Это, например, травмы, ожоги, инфекционные болезни. Генетические факторы в этом случае могут влиять только на патогенез заболевания, т.е. на особенности протекания патологических процессов (скорость регенерации, выздоровления, компенсации функций и др.).

Слайд 15

Общим этиологическим фактором собственно генетических заболеваний служит патологическая наследственность (в виде геномных, хромосомных и генных мутаций). Соответственно, принято различать генные и хромосомные болезни.

Слайд 16

Заболевания, обусловленные изменениями структуры молекулы ДНК (генные мутации), называются генными болезнями (моногенные синдромы). Заболевания, обусловленные изменениями числа и структуры хромосом (геномные и хромосомные мутации соответственно), называются хромосомными болезнями.

Слайд 17

Помимо геномных, хромосомных и генных мутаций причинами возникновения наследственных болезней могут быть и иные изменения генетического материала (нетрадиционный тип наследования): нарушение сплайсинга ДНК, увеличение числа (экспансия) тринуклеотидных повторов, геномный импринтинг и др.

Слайд 18

Нарушение сплайсинга

нарушенный сплайсинг пре-мРНК аргининсукцинатсинтетазы приводит к цитрулинемии (респираторные расстройства, судороги, угнетение нервной системы) нарушенный сплайсинг пре-мРНК глобинов - к различным типам талассемий (наследственные гемолитические анемии, характеризующиеся нарушением синтеза глобина) нарушенный сплайсинг пре-мРНК иммуноглобулинов - к заболеваниям, связанным с нарушением синтеза тяжелых цепей антител.

Слайд 19

Экспансия тринуклеотидных повторов

Под экспансией ДНК понимают увеличение числа копий коротких повторяющихся последовательностей нуклеотидов внутри кластера при передаче генетической информации от родителей потомкам. увеличение числа тринуклеотидных повторов вызывают такие заболевания как синдром ломкой Х-хромосомы, атрофическая миотония, болезнь Гентингтона, Х - сцепленную бульбоспинальную амиотрофию, спиноцеребеллярные дегенерации и др.

Слайд 20

Болезни импринтинга

К настоящему времени обнаружено около 30 генов, которые по-разному экспрессируются в отцовских и материнских хромосомах. Классическим примером болезней импринтинга являются синдромы Прадера-Вилли и Ангельмана, основными клиническими проявлениями которых является умственная отсталость разной степени тяжести в сочетании с тяжелыми неврологическими нарушениями.

Слайд 21

Наиболее частой причиной возникновения синдромов Прадера-Вилли и Ангельмана является делеция критического региона (q11 – q13) в хромосоме №15. Синдром Прадера-Вилли развивается, когда ребенок наследует делетированную 15 хромосому от отца. Причиной проявления синдрома Ангельмана является делеция в этой же области, но на материнской хромосоме 15. Таким образом, возникновение этих двух клинически различающихся наследственных синдромов зависит от родительского происхождения хромосомной мутации.

Слайд 22

Клинический полиморфизм

Для наследственных болезней характерен клинический полиморфизм, который проявляется в различии у индивидов времени начала болезни, в динамике появления симптомов, в их спектре и степени выраженности, в течении болезни и ее исходе. клинический полиморфизм обусловлен взаимодействием генетических и средовых факторов. Важное место в этом феномене занимают такие генетические явления, как генетическая гетерогенность организмов, пенетрантность и экспрессивность генов, явления плейотропии и взаимодействие аллельных и неаллельных генов.

Слайд 23

Хорея Гентингтона

(от греч. choreia - танец) - хронически прогрессирующее заболевание нервной системы, характеризующееся сочетанием хореического гиперкинеза и деменции. (из www.medkursor.ru)

Слайд 24

Клинический полиморфизм

Хорея Гентингтона является хорошо изученным аутосомно-доминантным заболеванием, основу патогенеза которого составляет поражение базальных ганглиев головного мозга. Начинается заболевание с появления гиперкинезов, время появления которых варьирует у разных больных в весьма широких пределах. Со временем начала заболевания коррелирует и его тяжесть. Важно отметить, что большой полиморфизм проявлений обнаруживается и у членов одной семьи, в этом случае причина полиморфизма едва ли кроется в генетической гетерогенности болезни.

Слайд 25

Манифестация заболеваний

Чаще всего наследственные болезни проявляются еще до рождения (в эмбриональном периоде), либо сразу после рождения, однако имеются и такие, которые дают первые симптомы только в зрелом или даже в пожилом возрасте. В этих случаях говорят о т.н. манифестации заболевания. Так, например, мозжечковая атаксия впервые обнаруживается у носителей соответствующего мутантного гена в возрасте 20-30 лет. Такие распространенные заболевания как подагра, болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера проявляются в основном в зрелом возрасте или в старости.

Слайд 26

Клиническая манифестация моногенных болезней в онтогенезе

Слайд 27

Наследственная и врожденная патология

В медицине существуют два понятия, выражаемые терминами "наследственные болезни" и "врожденные болезни". Эти понятия не являются синонимами, так как врожденные болезни (проявляющиеся с момента рождения) могут быть обусловлены как наследственными, так и средовыми факторами. Например, причинами таких аномалий как «волчья пасть», «заячья губа», полидактилия, синдактилия, пороки сердца и других внутренних органов могут быть не только мутантные гены, но и воздействие на плод во время беременности со стороны любого (не обязательно мутагенного) фактора, способного нарушить развитие.

Посмотреть все слайды