Vererbung und ihre Rolle in der Pathologie

Medizinische Genetik und ihre Aufgaben

Vererbung Es gibt eine Eigenschaft von Lebewesen und Körperzellen, ihre Eigenschaften (anatomische und physiologische Merkmale) an ihre Nachkommen weiterzugeben. Es gewährleistet die relative Stabilität der Art. Die Grundlage für die natürliche und künstliche Auslese, für die Evolution einer Art, liefert die Variabilität- eine Eigenschaft eines Organismus und seiner Zellen, die sich in der Entstehung neuer Zeichen manifestiert. Die materiellen Träger der Erbinformation sind Gene - Abschnitte des DNA-Moleküls.

Die Wissenschaft der Vererbung und Variation heißt Genetik. Der Zweig der Genetik, der die Vererbung und Variabilität einer Person aus pathologischer Sicht untersucht, wird genannt Medizinische Genetik.

Die Hauptaufgaben der Medizinischen Genetik sind:

1. 
   ^ Das Studium der erblichen Formen der Pathologie . Dies bedeutet, ihre Ätiologie, Pathogenese zu untersuchen, die Diagnostik zu verbessern, Methoden zur Prävention und Behandlung zu entwickeln. Die tödliche Natur von Erbkrankheiten besteht nur so lange, bis die spezifischen Ursachen und Mechanismen ihrer Entstehung bekannt sind. Die Feststellung der Entwicklungsmuster einer Reihe von Erbkrankheiten ermöglichte es, ziemlich schwere Formen der Erbkrankheiten nicht nur zu behandeln, sondern bis zu einem gewissen Grad auch zu verhindern.
2. 
   ^ Das Studium der Ursachen und Mechanismen der erblich bedingten Veranlagung und Widerstand zu verschiedenen (einschließlich ansteckender Natur) Krankheiten.
3. 
   Untersuchung der Rolle und Bedeutung des genetischen Apparates bei der Entstehung von Anpassungsreaktionen, Kompensations- und Dekompensationsphänomenen(Siehe „Die duale Natur der Krankheit“).
4. 
   Ausführlich umfassend Studium der Prozesse der Mutagenese und Antimutagenese und ihre Rolle bei der Entstehung von Krankheiten.
5. 
   ^ Das Studium einer Reihe allgemeiner biologischer Probleme : molekulargenetische Mechanismen der Karzinogenese, die Rolle des genetischen Apparats bei den Phänomenen der Gewebeinkompatibilität, Autoimmunreaktionen des Körpers usw.

^ 2. Die Ausbreitung erblicher Pathologien.

Beginnen wir damit, weit von zweideutigen Konzepten zu unterscheiden « erbliche Krankheiten» und« angeborene Krankheiten» . Angeboren Krankheiten, die unmittelbar nach der Geburt auftreten, werden genannt. Sie können sowohl erblich als auch nicht erblich sein - aufgrund der Einwirkung nachteiliger Umweltfaktoren auf den sich entwickelnden Fötus während der Schwangerschaft und ohne Beeinträchtigung seines genetischen Apparats. Zur Nummer erblich Krankheiten umfassen nur solche, die auf strukturellen Veränderungen im Erbgut beruhen. Einige von ihnen manifestieren sich klinisch bereits in den ersten Tagen nach der Geburt, andere in der Pubertät, im Erwachsenenalter und manchmal im Alter.

In diesem Abschnitt werden wir über Erbkrankheiten und Entwicklungsanomalien sprechen.

Heute übersteigt die Zahl der bekannten Erbkrankheiten 2500, allein erblich bedingte Stoffwechselstörungen mit geistiger Behinderung etwa tausend. Auf 500-800 Neugeborene kommt ein Kind mit Down-Krankheit, eine hohe Geburtshäufigkeit von Kindern mit anderen ziemlich schweren Chromosomenerkrankungen wie dem Klinefelter-Syndrom (1,39-1,98; durchschnittlich 1,3 pro 1000 Jungen), Trisomie X-Chromosom (1 von 750 Mädchen). 1/3 bis 1/2 der Blinden leiden an erblichen Defekten des Sehorgans. Nach Angaben der USA, Kanadas und Großbritanniens sind bis zu 25 % der Krankenhausbetten in Kinderkrankenhäusern von Patienten mit erblichen Pathologien belegt. Allein auf dem Gebiet der ehemaligen UdSSR wurden jährlich etwa 60.000 Kinder mit erblicher Pathologie geboren, darunter etwa 5.000 Kinder mit solchen erblichen Entwicklungsstörungen wie Lippenspalte ("Spalte"), Gaumen ("Gaumenspalte"), Mikrozephalie, Hydrozephalus, Anenzephalie .

Die Hälfte der spontanen Abtreibungen und Frühgeburten sind genetisch bedingt. Die Liste lässt sich noch lange fortführen.

Während des 20. Jahrhunderts wurde eine signifikante absolute und relative Zunahme der Anzahl von Erbkrankheiten und Entwicklungsanomalien festgestellt. Dafür gibt es viele Gründe. Nennen wir die wichtigsten:

Bedeutende Fortschritte in der Medizin bei der Behandlung und Vorbeugung vieler Infektions- und Ernährungskrankheiten haben so besonders gefährliche Infektionen wie Pest, Pocken, Cholera, die in den vergangenen Jahrhunderten Millionen von Menschenleben forderten, und Poliomyelitis, die Zehntausende von Krüppeln hinterließ, praktisch beseitigt . Tuberkulose, die im letzten Jahrhundert aufgrund der Sterblichkeit in den meisten entwickelten Ländern der Welt den ersten Platz belegte, ist jetzt auf den 10. bis 15. Platz gerückt. In einer solchen Situation gewannen diejenigen Formen der Pathologie, deren Behandlungs- und Präventionserfolg viel bescheidener ist, einen prominenteren Platz;

Verbesserung diagnostischer Methoden;

Zunehmende Umweltbelastung durch erbgutverändernde Stoffe;

Fortschritte in der Molekularbiologie, die es ermöglichten, die genetische Natur einer Reihe schwerer Krankheiten zu bestimmen, die zuvor nicht mit Genomanomalien in Verbindung gebracht wurden (ein Beispiel sind Chromosomenkrankheiten);

Erhöhung der durchschnittlichen Lebenserwartung einer Person. Auf dem Territorium von Belarus zum Beispiel waren es 1898 37,5 Jahre, 1978 - 72 Jahre, und viele Formen von Erbkrankheiten manifestieren sich, wie bereits erwähnt, viele Jahre nach der Geburt (Gicht - nach 30-40, Chorea von Huntington - nach 40-50 Jahren).

Mögliche Gründe dafür, dass Erbkrankheiten „ihr Alter“ der Entwicklung haben, können folgende sein:

1) ein anormales Gen kann vorerst in einem unterdrückten Zustand sein, und dann, beispielsweise unter dem Einfluss eines veränderten hormonellen Hintergrunds des Körpers, wird es unterdrückt und beginnt, seine Aktivität zu zeigen;

2) In einigen Fällen erfordert die Umsetzung der Wirkung eines abnormalen Gens eine mehr oder weniger langfristige spezifische - "manifestierende" Wirkung der Umwelt (für Gicht, eine Reihe von Formen von Diabetes mellitus);

3) Mit zunehmendem Alter nimmt die Aktivität von Reparaturprozessen ab.

^ 3. Klassifizierung erblicher Pathologien

An der Entstehung jeder Krankheit sowie am Leben eines gesunden Organismus sind verschiedene Arten von Umwelteinflüssen (externer Faktor) und Vererbung (interner Faktor) beteiligt. Als ätiologischer Faktor der Krankheit oder als Bestandteil ihrer Pathogenese. Der Anteil der Teilnahme jedes von ihnen an verschiedenen Erkrankungen ist verschieden.

Unter Berücksichtigung des spezifischen Gewichts von Vererbung und Umwelt werden 4 Krankheitsgruppen unterschieden, zwischen denen es keine scharfe Grenze gibt (N. P. Bochkov).

Die erste Gruppe besteht aus Erbkrankheiten im eigentlichen Sinne, bei deren Auftreten und Entwicklung Anomalien im genetischen Apparat die entscheidende Rolle spielen. Es umfasst monogen bedingte Erkrankungen (Alkaptonurie, Phenylketonurie, hepatozerebrale Dystrophie, Hämophilie etc.) und Chromosomenerkrankungen. Die Umgebung bestimmt nur die Penetranz (die Manifestation der Wirkung des Gens in einer Population von Individuen mit dem gegebenen Gen 1) und die Expressivität (das Ausmaß der Expression der Wirkung des Gens in einem bestimmten Individuum).

Bei der Entstehung von Krankheiten der zweiten Gruppe, wie auch bei der ersten, ist die Vererbung von grundlegender Bedeutung, jedoch ist eine spezifische, sogenannte „manifestierende“ Einwirkung der Umwelt notwendig, ohne die die Krankheit trotz Vorliegens einer pathologische Mutation, manifestiert sich nicht klinisch. So treten bei heterozygoten Trägern von H in S (autosomal rezessive oder semidominant vererbte Hämoglobinopathie - Sichelzellenanämie) hämolytische Krisen, die zu Anämie führen, nur unter Bedingungen von Hypoxie oder Azidose auf; bei hereditärer Fermentopathie im Zusammenhang mit einem Mangel an Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase können die Verwendung von oxidierenden Arzneimitteln, die Verwendung von Ackerbohnen und manchmal eine Virusinfektion eine ähnliche Rolle spielen. Das Auftreten von klinischen Anzeichen einer Gicht, bei der eine Störung des Harnsäurestoffwechsels genetisch bedingt ist, wird durch systematisches Überessen, übermäßigen Verzehr von Fleischspeisen, Weinweinen und anderen Substanzen gefördert, deren Stoffwechsel zur Bildung von Überschussmengen führt Harnsäuresalze lagern sich in den Gelenken ab und verursachen deren Schäden.

Der wichtigste ätiologische Faktor der dritten Gruppe von Krankheiten sind Umweltfaktoren. Die Überempfindlichkeit gegenüber den sogenannten „Risikofaktoren“ ist genetisch bedingt. Dies sind Krankheiten mit erblicher Veranlagung, multifaktorielle polygene Krankheiten. Dazu gehören die überwiegende Mehrheit der Erkrankungen des reifen und hohen Alters: Bluthochdruck, Atherosklerose, koronare Herzkrankheit, Magen- und Zwölffingerdarmgeschwür, bösartige Neubildungen usw.

Die vierte Gruppe besteht aus Krankheiten, deren Auftreten auf Umweltfaktoren zurückzuführen ist, gegen deren Wirkung der Körper keine Schutzmittel hat - extrem. Dies sind Verletzungen (mechanisch, elektrisch), Exposition gegenüber ionisierender Strahlung, Verbrennungen, Erfrierungen, besonders gefährliche Infektionen. Der genetische Faktor bestimmt in diesen Fällen die Schwere der Krankheit, in einigen Fällen ihren Ausgang - die Wahrscheinlichkeit des Auftretens. So ist beispielsweise bekannt, dass das Auftreten auch von Krankheiten, die durch so hochpathogene Erreger wie die Erreger von Pest, Pocken, Cholera verursacht werden, bis zu einem gewissen Grad mit einer Blutgruppe verbunden ist, die bekanntlich bestimmt wird, genetisch. Menschen mit der ersten Blutgruppe sind anfällig für Pest, Menschen mit der zweiten Gruppe sind anfällig für Pocken und Cholera.

Nach der obigen Klassifikation werden erbliche Formen der Pathologie also in eigentlich erbliche Krankheiten (die die Wirkung spezifischer - "manifestierender" Umweltfaktoren benötigen und nicht benötigen) und Krankheiten mit erblicher Veranlagung unterteilt.

Nach der Anzahl der von der Schädigung (Mutation) betroffenen Gene werden monogene und polygene Erkrankungen unterschieden. Letztere umfassen Krankheiten mit erblicher Veranlagung, da sie multifaktoriell sind, sowie eine große separate Gruppe von Krankheiten, die mit chromosomalen oder genomischen Mutationen verbunden sind - chromosomal.

Nach den Mendelschen Gesetzen vererbte monogene Erkrankungen wiederum werden nach Art der Vererbung eingeteilt: in autosomal dominante, autosomal rezessive und geschlechtsgebundene (meist X) Chromosomen. Zu den häufigsten autosomal dominanten Krankheiten und Entwicklungsanomalien, deren Gesamthäufigkeit 7 pro 1000 Neugeborene beträgt (C.O. Carler, I969), gehören Polydaktylie (häufiger - Hexodaktylie), Achondroplasie, Neurofibromatose, Thallaesämie, Chorea Huntington, angeborene Otosklerose, Osteogenese imperfecta und andere Autosomal-rezessive (Gesamthäufigkeit 2 pro 1000 Neugeborene) schließen Retinoblastom im Kindesalter, Xeroderma pigmentosum, Addison-Birmer-Anämie, Alkaptonurie, Phenylketonurie, familiäre Hypercholesterinämie, hepatozerebrale Dystrophie, Galaktosämie, Mikrozephalie, Anenzephalie, eine Form von Hydrozephalus usw. ein.

Beispiele für vererbte Pathologien, die mit dem X-Chromosom verbunden sind, sind:

rezessiv vererbte (Gesamthäufigkeit 0,4 pro 1000 Geburten) Hämophilie A und B, Duchenne-Muskeldystrophie, Ichthyose, Farbenblindheit, Albinismus, Fermentopathie in Verbindung mit Mangel an Glucose-6-Phosphat-Hydrogenase, Optikusatrophie;

Dominant vererbte Hypoplasie des Zahnschmelzes, Vitamin-D-resistente Rachitis.

Häufig wird die Systemorganklassifikation erblicher Pathologien verwendet, die auf der Berücksichtigung überwiegend betroffener Organe (Erbkrankheiten und Anomalien in der Entwicklung des Herz-Kreislauf-Systems, des endokrinen Systems, des Nervensystems usw.) basiert. Diese Einteilung ist eher willkürlich, da Gendefekte sehr oft viele Organe und Systeme betreffen.

Klinisch am bedeutsamsten ist die Einteilung nach dem primären biochemischen Defekt, dessen Nachweis es erlaubt, die Erkrankung nicht nur mit hinreichender Sicherheit zu diagnostizieren, sondern auch eine pathogenetisch fundierte Therapie der Erkrankung durchzuführen. Bisher wurde der primäre biochemische Defekt jedoch für eine relativ kleine Anzahl von Erbkrankheiten identifiziert.

^ 4. Methoden zur Bestimmung der Erblichkeit

Krankheiten und Entwicklungsstörungen

Genealogische Metose, basierend auf der Zusammenstellung genealogischer Tabellen unter Verwendung der in der Genetik akzeptierten Symbole, ermöglicht es, die erbliche Natur des untersuchten Merkmals oder der untersuchten Krankheit zu identifizieren und die Art der Vererbung (dominant, rezessiv, geschlechtsgebunden) festzustellen. Dominante Merkmale und Krankheiten werden geradlinig vererbt (von Eltern an Kinder, von Nachkommen zu Nachkommen und treten sowohl bei Homozygoten als auch bei Heterozygoten auf); rezessiv - nicht geradlinig, intermittierend, treten nur im homozygoten Zustand auf.

Die Zwillingsmethode (Vergleich der Intrapair-Konkordanz - die Identität von Anzeichen oder Formen der Pathologie bei eineiigen und zweieiigen Zwillingen, die unter gleichen und unterschiedlichen Umweltbedingungen leben) ermöglicht es, die relative Rolle von Vererbung und Umwelt bei der Entwicklung der analysierten Pathologie zu identifizieren Phänomen. Die hohe Übereinstimmung von eineiigen Zwillingen, die je nach untersuchtem Merkmal unter verschiedenen Bedingungen leben, spricht für ihre erbliche Natur. Die hohe Übereinstimmung zweieiiger Zwillinge, insbesondere derjenigen, die unter gleichen Bedingungen leben, spricht für die entscheidende Bedeutung bei der Entwicklung einer bestimmten Form der Pathologie von Umweltfaktoren.

Die demografische (statistische) Methode basiert auf einer statistischen Analyse des Vorkommens von Isolaten - einer Gruppe von Menschen (mindestens 50 Personen), die aufgrund geografischer Gegebenheiten, religiöser oder Stammestraditionen häufig gezwungen sind, eng verwandte Ehen einzugehen. Letztere erhöhen signifikant die Wahrscheinlichkeit, dass zwei identische pathologisch-rezessive Gene zusammentreffen und Kinder geboren werden, die für dieses Merkmal homozygot sind. Die Schädlichkeit von Ehen zwischen nahen Verwandten äußert sich in einer höheren Inzidenz von rezessiven Formen der Pathologie, Frühgeburten, der Anzahl von Totgeburten und früher Kindersterblichkeit, da die letalen und semi-letalen Gene, die diese Phänomene bestimmen, ebenfalls als rezessiv eingestuft werden.

Die karyologische oder zytogenetische Methode ist eine Methode zur Untersuchung des Karyotyps (strukturelle Organisation des Kerns, gekennzeichnet durch die Anzahl und Struktur der Chromosomen) in den sich teilenden Zellen des Patienten, die es ermöglicht, die Art von Chromosomenerkrankungen zu identifizieren und zu bestimmen, die sind basierend auf Genmutationen und Chromosomenaberrationen.

Die Methode der Untersuchung von Geschlechtschromatin (Barr-Körperchen) in Leukozyten und Epithel eines Patienten ermöglicht es auch, Patienten mit Chromosomenerkrankungen zu identifizieren.

Das Geschlechtschromatin oder der Chromatinkörper, der sich unter der Hülle des Kerns befindet, ähnelt bei Neutrophilen in seiner Form einem Trommelstock und wird von einem inaktiven X-Chromosom in einem Zustand der Spiralisierung gebildet. Normalerweise kommt ein Geschlechtschromatin nur in den Zellen von Frauen vor, da sie 2 X-Chromosomen haben: ein aktives und ein spiralisiertes. Der Nachweis von Geschlechtschromatin in den Zellen des männlichen Körpers sowie eine Zunahme oder Abwesenheit von Geschlechtschromatin in den Zellen des weiblichen Körpers, zusammen mit den Ergebnissen der karyologischen Forschungsmethode, ermöglicht es uns, die Typen zu bestimmen von Chromosomenerkrankungen, die mit einer Veränderung der Anzahl der Geschlechtschromosomen verbunden sind (Klinefelter-Syndrom, Trisomie-X, Shereshevsky-Syndrom - Turner usw.).

Die biochemische Methode, die auf der Bestimmung biochemischer Unterschiede in der Zusammensetzung von Urin und Blut basiert, trägt zur Identifizierung einer Reihe schwerwiegender Erbkrankheiten bei. So ermöglicht der Nachweis von H in S in den Erythrozyten des Patienten die Diagnose einer Sichelzellenanämie bei ihm, die Bestimmung von Phenylbrenztraubensäure im Urin dient der Diagnose einer Phenylketonurie.

Das Studium der Natur und der Entwicklungsmuster erblicher Pathologien wird auch durch die experimentelle Forschungsmethode erleichtert, für die sie Bedingungen für die Fortpflanzung von Tieren mit verschiedenen Arten von erblichen Defekten identifizieren und schaffen, die denen des Menschen ähnlich sind. Hunde leiden an Hämophilie, Kaninchen an Achondroplasie, Mäuse an Hypophysen-Zwergwuchs, Fettleibigkeit usw.

^ 5. Ätiologie erblicher Pathologien

Die Ursachen für Erbkrankheiten und Entwicklungsanomalien sind Faktoren, die die qualitativen oder quantitativen Merkmale des Genotyps (die Struktur einzelner Gene, Chromosomen, ihre Anzahl) verändern, dh Mutationen verursachen können. Solche Faktoren werden Mutagene genannt. Mutagene werden in exogene und endogene eingeteilt. Exogene Mutagene können chemischer, physikalischer oder biologischer Natur sein. Chemische exogene Mutagene umfassen viele Substanzen der industriellen Produktion (Benzpyren, Aldehyde, Ketone, Epoxid, Benzol, Asbest, Phenol, Formalin, Xylol usw.), Pestizide. Alkohol hat eine ausgeprägte mutagene Wirkung. In den Blutzellen von Alkoholikern tritt die Anzahl der Defekte im genetischen Apparat 12-16 mal häufiger auf als bei Nichttrinkern oder leichten Trinkern. Viel häufiger werden in Familien von Alkoholikern Kinder mit Down-Syndrom, Klinefelter, Patau, Edwards und anderen Chromosomenerkrankungen geboren. Mutagene Eigenschaften sind auch einigen Medikamenten (Zytostatika, Chinacrin, Clonidin, Quecksilberverbindungen usw.), Substanzen, die mit Lebensmitteln verwendet werden (ein starkes Mutagen, Hydrazin kommt in großen Mengen in Speisepilzen vor, Estragon und Piperin in schwarzem Pfeffer; viele Substanzen die genotoxische Eigenschaften haben, die beim Kochen von Fett entstehen usw.). Ein erhebliches genetisches Risiko ergibt sich aus dem langfristigen menschlichen Verzehr von Milch und Fleisch von Tieren, deren Futter von Kräutern dominiert wird, die viele Mutagene enthalten (z. B. Lupine). Die Gruppe der exogenen physikalischen Mutagene umfasst alle Arten von ionisierender Strahlung (α-, β-, γ-, Röntgenstrahlen), ultraviolette Strahlung. Masernviren sind Produzenten von biologischen exogenen Mutagenen. , Röteln, Hepatitis.

Körpereigene Mutagene können auch chemischer (H 2 O 2 , Lipidperoxide, freie Radikale) und physikalischer (K ​​40 , C 14 , Radon) Natur sein.

Es gibt auch echte und indirekte Mutagene. Zu letzteren gehören Verbindungen, die im Normalzustand keine schädigende Wirkung auf den genetischen Apparat haben, im Körper aber durch den Stoffwechsel mutagene Eigenschaften erlangen. So werden einige weit verbreitete stickstoffhaltige Substanzen (Nitrate stickstoffhaltiger Düngemittel) im Körper in hochaktive Mutagene und Karzinogene (Nitrite) umgewandelt.

Die Rolle zusätzlicher Bedingungen in der Ätiologie von Erbkrankheiten ist in einigen Fällen sehr bedeutsam (wenn die Entwicklung einer Erbkrankheit, ihre klinische Manifestation mit der Wirkung bestimmter "manifestierender" Umweltfaktoren verbunden ist), in anderen ist sie weniger bedeutsam, nur begrenzt durch die Wirkung auf die Ausprägung der Krankheit, nicht verbunden mit der Wirkung irgendwelcher oder spezifischer Umweltfaktoren.

^ 6. Allgemeine Muster der Pathogenese von Erbkrankheiten

Mutationen sind das erste Glied in der Pathogenese von Erbkrankheiten - eine plötzliche abrupte Änderung der Vererbung aufgrund einer Änderung der Struktur eines Gens, der Chromosomen oder ihrer Anzahl, dh der Art oder Menge der Erbinformation.

Unter Berücksichtigung verschiedener Kriterien wurden mehrere Klassifikationen von Mutationen vorgeschlagen. Einer von ihnen zufolge werden spontane und induzierte Mutationen unterschieden. Die ersten entstehen unter den Bedingungen des natürlichen Hintergrunds der Umgebung und des inneren Milieus des Körpers, ohne besondere Wirkungen. Sie können durch äußere und innere natürliche Strahlung, die Einwirkung von endogenen chemischen Mutagenen usw. verursacht werden. Induzierte Mutationen werden durch eine spezielle gezielte Einwirkung beispielsweise unter experimentellen Bedingungen verursacht.

Nach einer anderen Klassifikation werden spezifische und unspezifische Mutationen unterschieden. Lassen Sie uns einen Vorbehalt machen, dass die meisten Genotypen das Vorhandensein spezifischer Mutationen nicht erkennen, in der Annahme, dass die Art von Mutationen nicht von der Qualität des Mutagens abhängt, dass dieselben Mutationen durch verschiedene Mutagene verursacht werden können und dasselbe Mutagen induzieren kann verschiedene Mutationen. Befürworter der Existenz spezifischer Mutationen sind I.P. Dubinin, E.F. Davydenkova, N.P. Bochkov.

Je nach Art der durch die Mutation geschädigten Zellen gibt es somatische Mutationen, die in den Körperzellen auftreten, und gametische Mutationen - in den Keimzellen des Körpers. Die Folgen beider sind zweideutig. Bei somatischen Mutationen entwickelt sich die Krankheit beim Träger der Mutation, die Nachkommen leiden nicht unter dieser Art von Mutation. Beispielsweise kann eine Punktmutation oder Amplifikation (Vervielfältigung) eines Proto-Onkogens in einer somatischen Zelle das Tumorwachstum in einem bestimmten Organismus auslösen, aber nicht in seinen Nachkommen. Bei gametischen Mutationen hingegen erkrankt der Wirtsorganismus der Mutation nicht. Der Nachwuchs leidet unter einer solchen Mutation.

Je nach Umfang des von der Mutation betroffenen Erbguts werden Mutationen eingeteilt in Gen- oder Punktmutationen (Änderungen innerhalb eines einzelnen Gens, die Abfolge oder Zusammensetzung von Nukleotiden ist gestört), Chromosomenaberrationen oder -umlagerungen, die die Struktur einzelner Chromosomen verändern, und genomische Mutationen, die durch eine Veränderung der Chromosomenzahl gekennzeichnet sind.

Chromosomenaberrationen wiederum werden in folgende Typen unterteilt:

Deletion (Mangel) ist eine Art chromosomale Umordnung, bei der bestimmte Abschnitte und die entsprechenden Gene des Chromosoms herausfallen. Wenn die Gensequenz im Chromosom als eine Reihe von Zahlen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ... 10000 dargestellt wird, dann mit der Deletion der Region 3-6, das Chromosom ist verkürzt und die Sequenz der darin enthaltenen Gene ändert sich (1 , 2, 7, 8 ...... 10000). Ein Beispiel für eine angeborene Pathologie, die mit einer Deletion verbunden ist, ist das „Katzenschrei“-Syndrom, das auf der Deletion des p1-Segments – p-eg (kurzer Arm) des 5. Chromosoms – beruht. Die Krankheit äußert sich in einer Reihe von Entwicklungsfehlern: einem mondförmigen Gesicht, einem antimongolischen Einschnitt der Augen, Mikrozephalie, einer schlaffen Epiglottis, einer besonderen Anordnung der Stimmbänder, wodurch das Weinen des Kindes entsteht ähnelt dem Schrei einer Katze. Mit der Deletion von ein bis vier Kopien von H in - Genen ist die Entwicklung einer der Formen erblicher Hämoglobinopathien - α-Thalassämie - verbunden (siehe Abschnitt "Pathophysiologie des Blutsystems");

Duplikation ist eine Art chromosomaler Neuanordnung, bei der ein Teil eines Chromosoms und der entsprechende Genblock verdoppelt werden. Mit der obigen Nummerierung der Gene in einem Chromosom und der Duplikation auf der Ebene von 3-6 Genen sieht die Sequenz der Gene in einem solchen Chromosom so aus - 1, 2, 3, 4, 5, 6, 3, 4, 5 , 6, 7, 8 - 10000 Für fast alle Autosomen sind heute verschiedene Varianten von Duplikationen (partielle Trisomien) bekannt. Sie sind relativ selten.

Inversion - eine Art chromosomale Umlagerung, bei der sich ein Teil des Chromosoms (z. B. auf der Ebene der Gene 3-6) um 180 ° dreht - 1, 2, 6, 5, 4,3 , 7, 8 .... 10000;

Die Translokation ist eine Art chromosomale Umlagerung, die durch die Verschiebung eines Chromosomensegments an eine andere Stelle auf demselben oder einem anderen Chromosom gekennzeichnet ist. Im letzteren Fall fallen die Gene der translozierten Stelle in eine andere Verknüpfungsgruppe, eine andere Umgebung, die zur Aktivierung „stiller“ Gene beitragen oder umgekehrt die Aktivität normal „arbeitender“ Gene unterdrücken kann. Beispiele für eine schwerwiegende Pathologie, die auf Translokationsphänomenen in somatischen Zellen beruht, können Burkitt-Lymphom (reziproke Translokation zwischen dem 8. und 14. Chromosom), myeloische Leukämie – reziproke Translokation zwischen dem 9. und 22. Chromosom (für weitere Einzelheiten siehe unten) sein Abschnitt „Tumoren“).

Das letzte Glied in der Pathogenese von Erbkrankheiten ist die Erkenntnis der Wirkung eines abnormalen Gens (Gene). Es gibt 3 Hauptoptionen:

1. Wenn ein krankhaftes Gen den Programmcode für die Synthese eines strukturell oder funktionell wichtigen Proteins verloren hat, ist die Synthese der entsprechenden Boten-RNA und des Proteins gestört. In Abwesenheit oder unzureichender Menge eines solchen Proteins werden die Prozesse gestört, bei deren Durchführung dieses Protein in einem bestimmten Stadium eine Schlüsselrolle spielt. Also eine Verletzung der Synthese von antihämophilem Globulin A (Faktor VIII), B (Faktor IX), dem Plasmavorläufer von Thromboplastin (Faktor XI), die bei der Umsetzung verschiedener Stadien des internen Mechanismus der Phase I von äußerster Bedeutung sind Blutgerinnung, führt zur Entwicklung von Hämophilie (jeweils: A , B und C). Klinisch manifestiert sich die Erkrankung als hämatomartige Blutung mit Schädigung des Bewegungsapparates. Blutungen in den großen Gelenken der Extremitäten überwiegen, starke Blutungen auch bei leichten Verletzungen, Hämaturie. Hämophilie A und B werden rezessiv an das X-Chromosom gebunden vererbt. Hämophilie C wird autosomal dominant oder semidominant vererbt.

Die Entwicklung der hepatozerebralen Dystrophie basiert auf einem Proteinmangel - Cerruloplasmin, der mit einer erhöhten Absorption, einem gestörten Metabolismus und der Ausscheidung von Kupfer und seiner übermäßigen Ansammlung im Gewebe verbunden ist. Die toxische Wirkung von Kupfer wirkt sich besonders stark auf den Zustand und die Funktion des Nervensystems und der Leber aus (ein Prozess, der mit Zirrhose endet). Die ersten Krankheitssymptome treten im Alter von 10-20 Jahren auf, schreiten rasch voran und enden tödlich. Die Vererbung ist autosomal-rezessiv.

2. Der Verlust des mutierten Gencodes des Programms zur Synthese des einen oder anderen Enzyms endet mit einer Abnahme oder Einstellung seiner Synthese, seinem Mangel an Blut und Geweben und einer Verletzung der von ihm katalysierten Prozesse. Als Beispiele für die Entwicklung erblicher Pathologien entlang dieses Weges kann man eine Reihe von Erkrankungen des Aminosäure-, Kohlenhydratstoffwechsels usw. nennen. Phenylpyruvin-Oligophrenie ist beispielsweise mit einer Verletzung der Synthese von Phenylalaninhydroxylase verbunden, was normalerweise der Fall ist katalysiert die Umwandlung von mit der Nahrung aufgenommenem Phenylalanin in Tyrosin. Ein Enzymmangel führt zu einem Überschuss an Phenylalanin im Blut , diverse Veränderungen im Stoffwechsel von Tyrosin, die Produktion erheblicher Mengen an Phenylbrenztraubensäure, Hirnschäden mit der Entwicklung von Mikrozephalie und geistiger Behinderung. Die Krankheit wird autosomal-rezessiv vererbt. Die Diagnose kann in den ersten Tagen nach der Geburt eines Kindes gestellt werden, noch bevor sich ausgeprägte Krankheitssymptome durch den Nachweis von Phenylbrenztraubensäure und Phenylalaninämie im Urin manifestieren. Eine frühzeitige Diagnose und rechtzeitige Behandlung (eine phenylalaninarme Ernährung) hilft, die Entwicklung der Krankheit, ihrer schwersten Manifestation - geistiger Behinderung, zu vermeiden.

Das Fehlen von Homogentisinsäureoxidase, die am Tyrosinstoffwechsel beteiligt ist, führt zur Akkumulation eines Zwischenprodukts des Tyrosinstoffwechsels - Homogentisinsäure, die nicht zu Maleylacetessigsäure oxidiert wird, sondern sich in Gelenken, Knorpeln und Bindegewebe ablagert und mit zunehmendem Alter verursacht (normalerweise nach 40 Jahren) die Entwicklung einer schweren Arthritis. Auch in diesem Fall kann die Diagnose sehr früh gestellt werden: An der Luft färbt sich der Urin solcher Kinder durch die darin enthaltene Homogentisinsäure schwarz. Es wird autosomal-rezessiv vererbt.

3. Oft wird durch eine Mutation ein Gen mit einem pathologischen Code gebildet, wodurch abnorme RNA und ein abnormes Protein mit veränderten Eigenschaften synthetisiert werden. Das auffälligste Beispiel für diese Art von Pathologie ist die Sichelzellenanämie, bei der an der 6. Position der β-Kette des Hämoglobins die Glutanaminosäure durch Valin ersetzt wird und ein instabiles H in S gebildet wird. seine Löslichkeit nimmt stark ab und seine Fähigkeit zur Polymerisation nimmt zu. Es werden Kristalle gebildet, die die Form von Erythrozyten stören, die leicht hämolysiert werden, insbesondere unter Bedingungen von Hypoxie und Azidose, was zur Entwicklung einer Anämie führt. Die Vererbung ist autosomal-rezessiv oder semidominant (mehr Details im Abschnitt "Pathologie des Blutsystems").

Eine wichtige Voraussetzung für das Auftreten und die Durchführung der Wirkung von Mutationen ist das Versagen des DNA-Reparatursystems, das genetisch bedingt sein kann oder sich im Laufe des Lebens unter dem Einfluss nachteiliger Faktoren der äußeren oder inneren Umgebung des Körpers entwickelt .

So gibt es im Erbgut gesunder Menschen ein Gen mit dem Code für das Programm zur Synthese des Exonuklease-Enzyms, das für das „Ausschneiden“ von Pyrimidin-Dimeren sorgt, die unter dem Einfluss von UV-Strahlung gebildet werden. Die Anomalie dieses Gens, die sich im Verlust des Codes für das Exonuklease-Syntheseprogramm ausdrückt, erhöht die Empfindlichkeit der Haut gegenüber Sonnenlicht. Unter dem Einfluss selbst einer kurzen Inhalation tritt trockene Haut auf, ihre chronische Entzündung, pathologische Pigmentierung, später treten Neoplasmen auf, die einer bösartigen Entartung unterliegen. Zwei Drittel der Patienten sterben vor dem 15. Lebensjahr. Die Krankheit, Xeroderma pigmentosa, wird autosomal-rezessiv vererbt.

Die funktionelle Potenz des DNA-Reparatursystems lässt mit zunehmendem Alter nach.

Eine gewisse Rolle in der Pathogenese erblicher Pathologien können offenbar anhaltende Störungen in der Regulation der Genaktivität spielen, die, wie bereits erwähnt, eine der möglichen Ursachen für die Manifestation einer Erbkrankheit erst viele Jahre nach der Geburt sein können.

Die Hauptmechanismen für die Entwicklung der erblichen Pathologie sind also verbunden mit:

1) Mutationen, die dazu führen

A) Verlust der normalen Erbinformation,

B) eine Zunahme des Volumens normaler Erbinformationen,

C) Ersatz normaler Erbinformationen durch pathologische Informationen;

2) beeinträchtigte Reparatur beschädigter DNA;

3) anhaltende Veränderungen in der Regulation der Genaktivität.

^ 7. Chromosomenerkrankungen

Eine besondere Gruppe von Krankheiten, die mit strukturellen Veränderungen des Erbguts einhergehen, sind Chromosomenerkrankungen, die bedingt als erblich eingestuft werden. Tatsache ist, dass Chromosomenerkrankungen in den allermeisten Fällen nicht auf die Nachkommen übertragen werden, da ihre Träger meist unfruchtbar sind.

Chromosomenerkrankungen werden durch genomische oder chromosomale Mutationen verursacht, die in den Gameten eines Elternteils oder in einer Zygote aufgetreten sind, die aus Gameten mit einem normalen Chromosomensatz gebildet wurde. Im ersten Fall enthalten alle Zellen des ungeborenen Kindes einen abnormen Chromosomensatz (eine vollständige Form einer Chromosomenerkrankung), im zweiten entsteht ein Mosaikorganismus, dessen Zellen nur einen abnormen Chromosomensatz aufweisen (eine Mosaikform der Krankheit). Die Schwere der pathologischen Zeichen in der Mosaikform der Krankheit ist schwächer als in der vollständigen Form.

Die phänotypische Grundlage von Chromosomenerkrankungen bilden Verletzungen der frühen Embryogenese, wodurch die Krankheit immer durch multiple Fehlbildungen gekennzeichnet ist.

Die Häufigkeit von Chromosomenstörungen ist recht hoch: Von 1000 Lebendgeborenen haben 3-4 Chromosomenerkrankungen, bei Totgeborenen machen sie 6% aus; etwa 40 % der spontanen Aborte werden durch ein Ungleichgewicht der Chromosomen verursacht (N. P. Bochkov, 1984). Die Zahl der Varianten von Chromosomenerkrankungen ist nicht so groß, wie man theoretisch erwarten könnte. Ein Ungleichgewicht, das alle Chromosomenpaare betrifft, führt zu so erheblichen Störungen im Körper, dass sie sich in der Regel bereits in frühen oder späteren Stadien der Embryogenese als mit dem Leben nicht vereinbar herausstellen. Eine Monoploidie wurde also weder bei Neugeborenen noch bei Aborten gefunden. Es werden seltene Fälle von Triploidie und Tetraploidie bei Aborten und bei Lebendgeburten beschrieben, die jedoch in den ersten Lebenstagen verstarben. Veränderungen in der Anzahl oder Struktur einzelner Chromosomen sind häufiger. Ein Mangel an genetischem Material verursacht schwerwiegendere Defekte als ein Überschuss. Eine vollständige Monosomie zum Beispiel auf Autosomen wird praktisch nicht gefunden. Anscheinend verursacht ein solches Ungleichgewicht bereits in der Gametogenese oder im Stadium der Zygote und frühen Blastula einen tödlichen Ausgang.

Die Grundlage für die Entwicklung von Chromosomenerkrankungen, die mit einer Veränderung der Chromosomenzahl verbunden sind, wird in der Gametogenese während der ersten oder zweiten meiotischen Teilung oder während des Zerkleinerns eines befruchteten Eies gebildet, meistens als Folge einer Nichtdisjunktion von Chromosomen. Gleichzeitig enthält einer der Gameten anstelle eines einzelnen Chromosomensatzes äußerst selten - einen diploiden Satz aller Chromosomen oder 2 Chromosomen eines der Chromosomenpaare, der zweite Gamete enthält keine solchen Chromosomen. Wenn eine abnormale Eizelle von einem Spermium mit normalem Chromosomensatz oder eine normale Eizelle von einem abnormalen Spermium befruchtet wird, werden seltener, wenn zwei Gameten mit einer veränderten Chromosomenzahl kombiniert werden, Voraussetzungen für die Entwicklung einer Chromosomenerkrankung geschaffen.

Die Wahrscheinlichkeit solcher Störungen und folglich der Geburt von Kindern mit Chromosomenerkrankungen steigt mit dem Alter der Eltern, insbesondere der Mutter. Somit beträgt die Häufigkeit der Nichtdisjunktion des 21. Chromosomenpaares in der 1. meiotischen Teilung 80 % aller Fälle, davon 66,2 % bei der Mutter und 13,8 % beim Vater; Das Gesamtrisiko, ein Kind mit Trisomie auf dem 13., 18., 21. Chromosom zu bekommen, ist für eine Frau im Alter von 45 Jahren und älter 60-mal höher als das Risiko für eine Frau im Alter von 19 bis 24 Jahren (N. P. Bochkov et al. 1984).

Das Down-Syndrom ist die häufigste Chromosomenstörung. Der Karyotyp der Patienten besteht bei 94 % aus 47 Chromosomen aufgrund einer Trisomie auf Chromosom 21. In etwa 4% der Fälle kommt es zu einer Translokation des zusätzlichen 21. Chromosoms auf das 14. oder 22. Chromosom, die Gesamtzahl der Chromosomen beträgt 46. Die Krankheit ist durch eine starke Verzögerung und eine beeinträchtigte körperliche und geistige Entwicklung des Kindes gekennzeichnet. Solche Kinder sind zu klein, sie fangen spät an zu laufen und zu sprechen. Das Erscheinungsbild des Kindes ist auffällig (die charakteristische Kopfform mit schrägem Hinterhaupt, breiter, tief eingefallener Nasenrücken, mongoloider Augenschnitt, offener Mund, abnormes Zahnwachstum, Makroglossie, muskuläre Hypotonie mit Lockerheit der Gelenke, Brachydaktylie, insbesondere des kleinen Fingers, eine Querfalte in der Handfläche usw. .) und schwere geistige Behinderung, manchmal bis zur völligen Idiotie. Verstöße werden in allen Systemen und Organen vermerkt. Besonders häufig sind Fehlbildungen des Nervensystems (bei 67 %) und des Herz-Kreislaufsystems (64,7 %). In der Regel sind die Reaktionen der humoralen und zellulären Immunität verändert, das System der Reparatur beschädigter DNA leidet. Damit verbunden ist eine erhöhte Infektanfälligkeit, ein höherer Prozentsatz der Entstehung bösartiger Neubildungen, insbesondere Leukämie. In den meisten Fällen sind die Patienten unfruchtbar. Es gibt jedoch Fälle von Geburten von Kindern durch eine kranke Frau, von denen einige an derselben Krankheit leiden.

Die zweithäufigste (1:5000-7000 Geburten) Pathologie aufgrund einer Veränderung der Anzahl der Autosomen ist das Pätau-Syndrom (Trisomie 13). Das Syndrom ist gekennzeichnet durch schwere Fehlbildungen des Gehirns und des Gesichts (Defekte in der Struktur der Knochen des Gehirns und des Gesichtsschädels, des Gehirns, der Augen; Mikrozephalie, Lippen-Kiefer-Gaumenspalte), Polydaktylie (häufiger - Hexodaktylie), Defekte in der Herzsepten, Darmrotation, polyzystische Nierenerkrankung, Fehlbildungen, Entwicklung anderer Organe. 90% der mit dieser Pathologie geborenen Kinder sterben innerhalb des ersten Lebensjahres.

Den dritten Platz (1:7000 Geburten) unter der Polysemie der Autosomen nimmt die Trisomie 18 (Edwards-Syndrom) ein. Die wichtigsten klinischen Manifestationen der Krankheit: zahlreiche Defekte des Skelettsystems (Pathologie der Struktur des Gesichtsschädels: Mikrognathie, Epikanthus, Ptosis, Hypertelorismus), Herz-Kreislauf (Defekte des interventrikulären Septums, Defekte der Klappen des Lungenarterie, Aorta), Nagelhypoplasie, Hufeisenniere, Kryptorchismus bei Jungen. 90 % der Patienten sterben im ersten Lebensjahr.

Chromosomenerkrankungen, die mit einer Nicht-Disjunktion von Geschlechtschromosomen einhergehen, sind viel häufiger. Bekannte Varianten der gonosomalen Polysomie sind in der Tabelle dargestellt.

Arten von gonosomalen Polysomien bei Neugeborenen

(nach N. P. Bochkov, A. F. Zakharov, V. I. Ivanov, 1984)

^ X-Polysomie in Abwesenheit eines y-Chromosoms	X-Polysomie bei Vorhandensein eines y-Chromosoms	y-Polysomie bei Vorhandensein eines X-Chromosoms	Polysomie auf beiden Chromosomen
47XXX (1,3: 1000)	47 XXY (1,5: 1000)	47 HUU (1: 1000)	48 XXYU
48 XXXX (30 bekannte Fälle)	48XXX (selten)	48 HUUU (selten)	49 XXXXX (1:25000)
49 XXXX (Zahl der Fälle Unbestimmt)	49 XXXX (ca. 100 bekannte Fälle)	49 HUUUU (Anzahl der Fälle nicht angegeben)

Wie aus der Tabelle hervorgeht, fällt die überwältigende Anzahl von Polysymmen auf Geschlechtschromosomen auf die Trisomie XXX, XXV, XVV.

Bei der Trisomie X-Chromosom („Superfrau“) fehlen die klinischen Anzeichen der Krankheit oft oder sind minimal. Die Krankheit wird durch den Nachweis von zwei Barr-Körpern anstelle von einem und durch den Karyotyp 47,XXX diagnostiziert. In anderen Fällen haben Patienten eine Hypoplasie der Eierstöcke, der Gebärmutter, Unfruchtbarkeit, verschiedene Grade geistiger Behinderung. Eine Zunahme der Anzahl von X-Chromosomen im Karyotyp erhöht die Manifestation einer geistigen Behinderung. Diese Frauen leiden mit größerer Wahrscheinlichkeit als in der Allgemeinbevölkerung an Schizophrenie.

Varianten der Polysomie mit Y-Chromosomen sind zahlreicher und vielfältiger. Das häufigste von ihnen - das Klinefelter-Syndrom - ist auf eine Erhöhung der Gesamtzahl der Chromosomen auf bis zu 47 aufgrund des X-Chromosoms zurückzuführen. Ein kranker Mann (das Vorhandensein des Y-Chromosoms dominiert mit einer beliebigen Anzahl von X-Chromosomen) zeichnet sich durch hohes Wachstum, eine weibliche Skelettstruktur, Trägheit und geistige Behinderung aus. Genetisches Ungleichgewicht beginnt sich normalerweise während der Pubertät, Unterentwicklung der männlichen Geschlechtsmerkmale, zu manifestieren. Die Hoden sind verkleinert, es kommt zu Aspermie oder Oligospermie, oft Gynäkomastie. Ein sicheres diagnostisches Zeichen des Syndroms ist der Nachweis von Geschlechtschromatin in den Zellen des männlichen Organismus. Das Supercline-Felter-Syndrom (ХХХУ, zwei Barr-Körper) ist durch eine größere Schwere dieser Anzeichen gekennzeichnet, geistiges Versagen erreicht den Grad der Idiotie.

Der Besitzer des Karyotyps 47, HUU - "Superman" zeichnet sich durch impulsives Verhalten mit ausgeprägten Elementen der Aggressivität aus. Eine große Anzahl solcher Personen findet sich unter den Gefangenen.

Die gonosomale Monosomie ist viel seltener als die Polysomie und beschränkt sich nur auf die Monosomie X (Shereshevsky-Turner-Syndrom). Der Karyotyp besteht aus 45 Chromosomen, es gibt kein Geschlechtschromatin. Patienten (Frauen) zeichnen sich durch Kleinwuchs, kurzen Hals, zervikale seitliche Hautfalten aus. Gekennzeichnet durch lymphatisches Ödem der Füße, schlechte Entwicklung der Geschlechtsmerkmale, Fehlen der Keimdrüsen, Hypoplasie der Gebärmutter und der Eileiter, primäre Amenorrhoe. Solche Frauen sind unfruchtbar. Die geistige Leistungsfähigkeit leidet in der Regel nicht.

Es wurden keine Fälle von Y-Monosomie gefunden. Offensichtlich ist das Fehlen des X-Chromosoms mit dem Leben nicht vereinbar, und Individuen des „OU“-Typs sterben in den frühen Stadien der Embryogenese.

Chromosomenerkrankungen, die durch strukturelle Veränderungen der Chromosomen verursacht werden, sind seltener und führen in der Regel zu schwerwiegenderen Folgen: Spontanaborte, Frühgeburten, Totgeburten und frühe Säuglingssterblichkeit.

8. Phänokopien

Phänokopien werden Formen der Pathologie genannt, die während der Embryogenese unter dem Einfluss von Umweltfaktoren gebildet werden, die nicht mit Veränderungen des genetischen Apparats verbunden sind, aber in ihren Hauptmanifestationen den erblichen Formen der Pathologie ähneln.

Ursachen für Phänokopien können sein:

Sauerstoffmangel des Fötus, dessen längere Exposition mit einer Schädigung des Zentralnervensystems behaftet ist;

Infektionskrankheiten einer schwangeren Frau, insbesondere in der Frühschwangerschaft. Infektionen wie Tokeoplasmose, Röteln, Syphilis usw. sind äußerst gefährlich und verursachen in einem erheblichen Prozentsatz der Fälle (bis zu 60-70%) schwere Missbildungen (Mikrozephalie, Hydrozephalus, Augenanomalie, Taubstummheit, Gaumenspalte usw.). );

Endokrine Störungen im Körper einer schwangeren Frau, die die Wahrscheinlichkeit verschiedener Arten von Anomalien beim ungeborenen Kind um das 2-2,5-fache oder mehr erhöhen;

Psychisches Trauma und emotionale Überforderung einer Frau während der Schwangerschaft;

Arzneimittel mit zytotoxischer oder antimetabolischer Wirkung. Einst war die ganze Welt schockiert über die schwerwiegenden Folgen der Einnahme des weithin beworbenen Schlafmittels Thalidamid durch schwangere Frauen (Zehntausende von Kindern mit schweren Formen von Missbildungen und Missbildungen;

Mangel an Spurenelementen (Eisen, Kobalt, Kupfer), Vitaminen (C, E, B 1, PP usw.) in der Nahrung der Frau;

Alkoholismus der Eltern (zum Vergleich: geistige Beeinträchtigung, Fehlbildungen bei Kindern nicht trinkender Eltern betragen etwa 2%, bei mäßigen Trinkern - bis zu 9%, bei starken Trinkern - etwa 74%);

Analphabetische Verwendung von Verhütungsmitteln sowie die Verwendung verschiedener Arten von Mitteln zur Abtreibung.

^ 9. Grundsätze der Prävention von Erbkrankheiten und Phänokopien

Die Grundsätze der Prävention erblicher Pathologien und Phänokopien werden kurz auf die folgenden Hauptbestimmungen reduziert:

1. Schutz der Umwelt vor Verschmutzung durch Mutagene und Schaffung von Bedingungen, die deren Eintritt in den menschlichen Körper begrenzen (besser - verhindern).

2. Verhinderung der negativen Auswirkungen von Mutagenen auf den Körper.

3. Kompetente, fundierte genetische Beratung von Personen, die heiraten oder sich auf die Geburt vorbereiten, mit der Ermittlung des möglichen Risikos, ein krankes Kind zu bekommen. Dies ist besonders wichtig, wenn mindestens ein Elternteil oder seine Angehörigen an Erbkrankheiten leiden (litten) oder Missbildungen und andere Entwicklungsanomalien aufwiesen.

4. Vermeidung von eng verwandten Ehen und Aufklärung der Bevölkerung über die Schädlichkeit der Ehe zwischen nahen Verwandten.

5. Gesunder Lebensstil.

7. Schutz der Gesundheit einer schwangeren Frau.

8. Vermeidung von kriminellen Abtreibungen und der Anwendung von Mitteln zum Schwangerschaftsabbruch.

Lassen Sie uns näher auf die ersten beiden dieser Bestimmungen eingehen.

Heute werden 3 Möglichkeiten vorgeschlagen, um Umweltverschmutzung und Mutagene zu bekämpfen und das Ausmaß ihrer schädlichen Auswirkungen auf den Körper zu begrenzen:

A) technologisch - die Übertragung der industriellen Produktion auf geschlossene Kreisläufe (verschwendungsfreie Produktion) - der radikalste, aber extrem teuere, praktisch unerreichbare Weg (bei intensivem Transport) von Mutagenen und fehlender Versicherung gegen mögliche Unfälle, deren Folgen manchmal auftreten sich als katastrophal herausstellen (zum Beispiel der Unfall von Tschernobyl);

B) Komponente - die Identifizierung von Umweltmutagenen und deren Entfernung - ist ebenfalls ein sehr verlockender, unglaublich teurer und begrenzter Umsetzungsweg, schon weil die Menschheit heute den Einsatz vieler Mutagene (vom Einsatz von X- Strahlen, Radioisotope, Zytostatika, andere Medikamente und diagnostische Verfahren mit mutagener Nebenwirkung - in der Medizin, durch den Einsatz von Pestiziden in der Landwirtschaft, einige chemische Verbindungen in der Metallurgie, der Chemie- und Koksproduktion usw.;

C) kompensatorisch - entwickelt, um die Wahrscheinlichkeit der Mutationshäufigkeit zu verringern, indem die Widerstandsfähigkeit des genetischen Apparats gegen mutagene Wirkungen erhöht und bereits aufgetretene Mutationen beseitigt werden - der vielversprechendste und am häufigsten verwendete Weg zur Bekämpfung der Folgen der Umweltverschmutzung.

Der Prozess der Unterdrückung von spontanen und induzierten Mutationen wird als Antimutagenese bezeichnet, und Substanzen mit solchen Eigenschaften werden als Antimutagene bezeichnet. Antimutagene schließen Verbindungen ein, die 1) das Mutagen neutralisieren, bevor es mit dem DNA-Molekül reagiert, 2) durch das Mutagen verursachte Schäden am DNA-Molekül entfernen oder dessen Resistenz dagegen erhöhen, 3) die Umwandlung indirekter Mutagene in echte Mutagene im Körper verhindern . Heute sind etwa 200 natürliche und synthetische Verbindungen bekannt, die alle oder einen Teil der aufgeführten Eigenschaften besitzen. Dies sind einige Aminosäuren (Arginin, Histidin, Methionin usw.), Enzyme (Peroxidase, NADP-Oxidase, Katalasen, Glutaminperoxidase usw.), eine Reihe von Arzneimitteln (Sulfonamide, Interferon, Antioxidantien usw.). Die Vitamine E, C, A, K haben eine hohe antimutagene Aktivität.Die ersten beiden von ihnen sind universelle Antimutagene, die verschiedene Verknüpfungen der Mutagenität blockieren: Sie erhöhen die Aktivität von Enzymen, die Mutagene neutralisieren, unterdrücken den Prozess der Umwandlung indirekter Mutagene in echte, schützen die DNA vor den schädlichen Wirkungen von Mutagenen, hemmen die Aktivität freier Radikale, aktivieren den Prozess der DNA-Reparatur, d.h. seine Resistenz gegenüber genotoxischen Einflüssen erhöhen (Alekperov U.K., 1989). Ausgeprägte antimutagene Eigenschaften sind vielen Gemüse- und Obstsorten eigen. Sie sind besonders stark in Kohl, Äpfeln, Minze, grünem Pfeffer, Ananas, Auberginen, Weintrauben. Die toxische Wirkung von Mutagenen nimmt im Versuch um ein Vielfaches (4- bis 11-fach) ab. Aus diesem Grund kann eine ausgewogene, obst- und gemüsereiche Ernährung eines der wirksamsten Mittel zur individuellen Prävention der genotoxischen Wirkung von Umweltfaktoren sein.

^ 10. Grundsätze der Behandlung von Erbkrankheiten und Entwicklungsstörungen

Zur Behandlung von Erbkrankheiten sowie zur Behandlung von Krankheiten nicht erblicher Natur (infektiös, alimentär, metabolisch und andere) wird eine symptomatische, pathogenetische, ätiologische Behandlung unter Verwendung aller Arten von therapeutischen Wirkungen verwendet: von der Verwendung von Medikamenten, Diättherapie, Physio-, Balneo-Klimatherapie bis hin zu chirurgischen Eingriffen .

Am häufigsten wird eine symptomatische Behandlung angewendet (im Gegensatz zu nicht erblichen Formen der Pathologie, bei denen diese Methode normalerweise nur als Adjuvans verwendet wird). Bei vielen Erbkrankheiten ist die symptomatische Behandlung die einzige. Besonders häufig wird eine medikamentöse Therapie eingesetzt: Analgetika bei erblichen Formen der Migräne; Pilocarpin für Glaukom; spezielle, juckreiz- und schmerzlindernde Salben für viele Hautkrankheiten; mukolytische (schleimverdünnende) Mittel in Kombination mit Antibiotika bei zystischer Fibrose, deren wichtigste und schmerzhafteste Manifestation eine der Formen ist die reichliche Bildung von sehr dickem und viskosem Schleim in den Kanälen der exokrinen Drüsen der Bronchien.

Die pathogenetische Behandlung, die darauf abzielt, die pathologische Kette der Pathogenese der Krankheit zu unterbrechen, ist sowohl für erbliche als auch für nicht erbliche Formen von Krankheiten am sinnvollsten und wirksamsten. Pathogenetische Behandlungsmöglichkeiten für erbliche Formen der Pathologie können wie folgt sein:

1. Börsenkorrektur erreicht

Ausschluss oder Einschränkung der Ernährung des Patienten von Substanzen, die durch die Wirkung des mutierten Gens und die damit verbundene Stoffwechselstörung für den Körper toxisch werden (Phenylalanin bei Phenylketonurie, Galactose bei Galaktosämie usw.);

Entschädigung für ein Produkt, dessen Produktion durch eine Genmutation beeinträchtigt ist (Verabreichung von Insulin bei Diabetes mellitus, Antihämophilie-Globulin A oder B bei den entsprechenden Formen der Hämophilie, Schilddrüsenhormone bei Hypothyreose etc.);

Befreiung von Stoffwechselprodukten, die sich intensiv im Körper ansammeln (Verschreibung von BAL-Präparaten, Unitod, D-Penicillamin, die die Kupferausscheidung fördern; bei Leber-Hirn-Dystrophie; Medikamente, die die Ausscheidung von Harnsäuresalzen bei Gicht sicherstellen; in einigen Fällen greifen sie auf die Anwendung von Sorptionsmethoden zur Entgiftung zurück);

Stoffwechselhemmung (Allopurinode wird beispielsweise bei Gicht eingesetzt, um die Synthese von Xanthinoxidase zu hemmen und damit die Harnsäurekonzentration zu senken).

2. Zugabe bestimmter Substanzen zur Ernährung des Patienten, die die Verletzung ihrer Synthese kompensieren.

3. Ausschluss von Arzneimitteln, deren Verwendung eine Verschlimmerung einer Erbkrankheit hervorruft (z. B. Antimalariamittel gegen Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase-Mangel).

Einen wichtigen Platz in der Behandlung erblicher Pathologien nimmt die chirurgische Behandlung ein, die in einigen Fällen als symptomatisch (Korrekturoperation bei Lippenspalten), in anderen als pathogenetisch (Entfernung eines Tumors bei Retinoblastom, Dickdarmpolypen, Beseitigung von Defekten in den Herzsepten, Nierentransplantation) mit ihren polyzystischen usw.).

Die ätiologische Behandlung von Erbkrankheiten beinhaltet ein ernsthaftes „Manövrieren“ mit genetischem Material (Gentransplantation, Ausschalten eines mutierten Gens, Induzieren von Rückmutationen, die ein pathologisches Gen in sein normales Allel umwandeln usw.). Bisher wird die Gentechnik in experimentellen Studien durchgeführt. Vor seiner Anwendung in einem klinischen Umfeld müssen viele komplexere Fragen, einschließlich ethischer Natur, gelöst werden.

Bei der Behandlung von Erbkrankheiten wird auch eine spezielle Methode angewendet.

1 bei rezessiven Erkrankungen werden natürlich nur Individuen berücksichtigt, die für das analysierte Gen homozygot sind.

MINISTERIUM FÜR GESUNDHEIT DER REPUBLIK BELARUS

BELARUSIAN STAATLICHE MEDIZINISCHE UNIVERSITÄT

ABTEILUNG FÜR PATHOLOGISCHE PHYSIOLOGIE

S. A. Zhadan, T. N. Afanas'eva, F. I. Vismont

DIE ROLLE DER VERERBUNG IN DER PATHOLOGIE

Lehrhilfe

Minsk BSMU 2012

ALLGEMEINE MERKMALE DER ERBLICHEN PATHOLOGIE

Medizinische Genetik und ihre Aufgaben

Vererbung- Dies ist die Eigenschaft von Lebewesen und Körperzellen, ihre Eigenschaften (anatomische und physiologische Merkmale) an ihre Nachkommen weiterzugeben. Es gewährleistet die relative Stabilität der Art. Die materiellen Träger der Erbinformation sind Gene - Abschnitte des DNA-Moleküls.

Variabilität ist eine Eigenschaft eines Organismus und seiner Zellen, die sich in der Entstehung neuer Zeichen manifestiert.

BEIM Derzeit sind etwa 2000 Arten von Erbkrankheiten bekannt.

und genetisch bedingte Syndrome. Ihre Zahl wächst ständig, Dutzende neuer Formen von Erbkrankheiten werden jährlich beschrieben.. Die Hauptgründe, die zur Zunahme des Wachstums der erblichen Pathologie beitragen, sind:

– bedeutende Fortschritte in der Medizin bei der Behandlung und Vorbeugung vieler Infektionskrankheiten;

– zunehmende Umweltbelastung mit erbgutverändernden Stoffen;

- eine Erhöhung der durchschnittlichen Lebenserwartung einer Person.

Darüber hinaus ermöglichen die Verbesserung diagnostischer Methoden und Fortschritte in der Molekularbiologie, die genetische Natur einer Reihe schwerer Krankheiten aufzudecken, die zuvor nicht mit Genomanomalien in Verbindung gebracht wurden (z. B. Chromosomenerkrankungen).

Genetik ist die Wissenschaft der Vererbung und Variation in einem Organismus. Der Abschnitt der Genetik, der die Vererbung und Variabilität einer Person aus pathologischer Sicht untersucht, wird genannt Medizinische Genetik.

Die Hauptaufgaben der medizinischen Genetik sind:

1. Studium erblicher Pathologien, ihrer Ätiologie, Pathogenese, Verbesserung der Diagnostik, Entwicklung von Präventions- und Behandlungsmethoden.

2. Die Untersuchung der Ursachen und Mechanismen der erblichen Veranlagung und Resistenz gegen verschiedene (einschließlich infektiöse) Krankheiten.

3. Untersuchung der Rolle und Bedeutung des genetischen Apparates bei der Entstehung von Anpassungsreaktionen, Kompensations- und Dekompensationsphänomenen.

4. Eine detaillierte umfassende Studie über die Prozesse der Mutagenese und Antimutagenese, ihre Rolle bei der Entstehung von Krankheiten.

5. Das Studium einer Reihe allgemeiner biologischer Probleme: molekulargenetische Mechanismen der Karzinogenese, die Rolle des genetischen Apparats bei den Phänomenen der Gewebeinkompatibilität, Autoimmunreaktionen des Körpers usw.

Das Konzept der erblichen und angeborenen Pathologie. Phänokopien

Die Begriffe „Erbkrankheiten“ und „angeborene Krankheiten“ sind alles andere als eindeutig.

Angeboren bezieht sich auf jede Krankheit, die unmittelbar nach der Geburt eines Kindes auftritt. Sie können erblich oder nicht erblich sein.

Zur Nummer erbliche Krankheiten schließen Sie nur solche ein, die auf strukturellen Veränderungen im genetischen Material beruhen. Einige von ihnen manifestieren sich bereits in den ersten Tagen nach der Geburt klinisch, andere - im jugendlichen, reifen und manchmal im Alter.

Nicht erbliche Krankheiten werden durch die Einwirkung ungünstiger Umweltfaktoren auf den sich entwickelnden Fötus während der Schwangerschaft verursacht und beeinträchtigen seinen genetischen Apparat nicht.

Phänokopien, die Gründe für ihre Entwicklung

In der medizinischen Genetik wird ein anderes Konzept unterschieden - Phänokopien. Die Phänokopie ist ein klinisches Syndrom, das unter dem Einfluss von Umweltfaktoren während der Embryonalentwicklung auftritt und in seinen Manifestationen einer Erbkrankheit ähnelt, jedoch nicht genetisch bedingt ist. Zum Beispiel können solche Anomalien wie „Gaumenspalte“, „Lippenspalte“ sowohl erblich (Patau-Syndrom) als auch nicht erblich sein und aus einer Verletzung der Embryonalentwicklung resultieren. Hypothyreose wird autosomal-rezessiv vererbt, kann aber auch als Phänokopie bei Menschen auftreten, die in Gegenden mit jodarmem Trinkwasser leben. Frühe Taubheit kann als rezessives oder dominantes Merkmal vererbt werden und kann als Phänokopie bei Kindern auftreten, die von Frauen geboren wurden, die während der Schwangerschaft Röteln hatten.

Phänokopien sind also Krankheiten, die Erbkrankheiten äußerlich ähnlich sind, jedoch nicht mit einer Veränderung des Erbguts einhergehen.

Die Ursachen der Phänokopie können sein:

– Sauerstoffmangel des Fötus (intrauterine Hypoxie), der die Entwicklung schwerwiegender Defekte in der Struktur des Gehirns und des Schädels verursacht, Mikrozephalie;

– endokrine Störungen im Körper einer schwangeren Frau (die Wahrscheinlichkeit, bei einer solchen Frau ein krankes Kind zu bekommen, ist etwa 2,5-mal höher);

– Infektionskrankheiten einer schwangeren Frau (Toxoplasmose, Röteln, Syphilis usw.), insbesondere in der Frühschwangerschaft, die einen erheblichen Prozentsatz der Fälle (bis zu 60-70 %) schwere Missbildungen (Mikrozephalie, Taubstummheit, Gaumenspalte usw.);

– schweres psychisches Trauma und anhaltende emotionale Überforderung einer Frau während der Schwangerschaft;

– Medikamente, die eine zytotoxische oder antimetabolische Wirkung haben;

– chronischer Alkoholismus der Eltern (Fehlbildungen bei Kindern nicht trinkender Eltern betragen etwa 2%, bei mäßigen Trinkern - bis zu 9%, bei starken Trinkern - 74%) usw.

Klassifizierung von Krankheiten unter Berücksichtigung der Beziehung zwischen erblichen und umweltbedingten Faktoren bei ihrer Entwicklung. Konzept

Über Durchdringung und Ausdruckskraft

BEIM Bei der Entwicklung der Krankheit sowie im Leben eines gesunden Organismus spielen zwei Hauptfaktoren eine Rolle: die Auswirkungen der äußeren Umgebung

(externer Faktor ) und Vererbung ( interner Faktor).

Unter Berücksichtigung des Anteils innerer und äußerer Faktoren bei der Entstehung der Krankheit werden folgende Krankheitsgruppen unterschieden (N. P. Bochkov, 2002):

1. Eigentlich Erbkrankheiten. Ursache dieser Krankheiten sind Anomalien im genetischen Apparat der Zelle, d.h. Mutationen (genetisch, chromosomal und genomisch). Nur die Umgebung bestimmt Durchdringung (Häufigkeit der Manifestation eines abnormalen Gens in einer Population von Individuen mit diesem Gen)

und Ausdruckskraft(der Grad der Expression der Wirkung des Gens in einem bestimmten Individuum). Diese Gruppe umfasst solche monogenen Erkrankungen wie Alkaptonurie, Phenylketonurie, hepatozerebrale Dystrophie, Hämophilie usw. sowie alle Chromosomenerkrankungen.

2. Ökogenetische Krankheiten. Diese Gruppe von Erbkrankheiten wird durch eine Mutation verursacht, deren Wirkung sich nur manifestiert, wenn der Körper einem bestimmten Umweltfaktor ausgesetzt ist, der für dieses mutierte Gen spezifisch ist. Für diese Krankheiten, sowohl genetische als auch umweltbedingte

die Komponente wird durch einen einzigen Faktor dargestellt: Ein einzelnes Gen ist ein Umweltfaktor, der für dieses Gen spezifisch ist. Zu solchen Erkrankungen gehört beispielsweise die Sichelzellenanämie (semidominant vererbte Hämoglobinopathien). Bei heterozygoten HbS-Trägern treten hämolytische Krisen, die zu Anämie führen, nur bei Hypoxie oder Azidose auf. Bei der hereditären Fermentopathie im Zusammenhang mit einem Mangel an Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase können die Verwendung von oxidierenden Arzneimitteln, die Verwendung von Ackerbohnen und manchmal eine Virusinfektion eine ähnliche Rolle spielen.

3. Krankheiten mit erblicher Veranlagung. Sie sind das Ergebnis des Zusammenspiels von genetischen und Umweltfaktoren, die beide zahlreich sind. Manchmal werden diese Krankheiten als multifaktoriell oder multifaktoriell bezeichnet. Dazu gehören die überwiegende Mehrheit der Erkrankungen des reifen und hohen Alters: Bluthochdruck, Atherosklerose, koronare Herzkrankheit, Magengeschwür und 12 Zwölffingerdarm Darm, bösartige Neubildungen usw.

Es gibt keinen klaren Unterschied zwischen der zweiten und dritten Gruppe von Krankheiten. Sie werden oft zu einer Gruppe von Krankheiten mit erblicher Veranlagung zusammengefasst, wobei zwischen monogener und polygener Veranlagung unterschieden wird.

4. Krankheiten, die durch Umweltfaktoren verursacht werden, vor deren Einwirkung der Körper keinen Schutz hat (extrem). Dies sind verschiedene Verletzungen.

(mechanisch, elektrisch), Krankheiten, die unter dem Einfluss ionisierender Strahlung entstehen, Verbrennungen, Erfrierungen, besonders gefährliche Infektionen usw. In diesen Fällen bestimmt der genetische Faktor nur die Schwere der Krankheit, ihren Ausgang und in einigen Fällen die Wahrscheinlichkeit Auftreten.

Klassifikation der erblichen Formen der Pathologie

BEIM Aufgrund der komplexen Natur der erblichen Pathologie gibt es zwei Hauptprinzipien für ihre Klassifizierung: klinisch und genetisch.

Klinisches Klassifikationsprinzip impliziert die Aufteilung der erblichen Formen der Pathologie in Abhängigkeit von dem Organ oder System, das am meisten am pathologischen Prozess beteiligt ist. In Übereinstimmung mit diesem Kriterium erbliche Erkrankungen des Nervensystems, KrankheitenBewegungsapparatApparat, Haut, Blut usw.

Die Basis genetische Klassifikation Erbkrankheiten basieren auf dem ätiologischen Prinzip, nämlich der Art der Mutationen und der Art ihrer Wechselwirkung mit der Umwelt. In Übereinstimmung mit diesem Kriterium kann die gesamte erbliche Pathologie in Gruppen eingeteilt werden:

1) Genkrankheiten, verursacht durch Genmutationen;

2) Chromosomenerkrankungen, resultierend aus chromosomalen oder genomischen Mutationen;

3) Erkrankungen mit erblicher Veranlagung (multifaktoriell)

- entwickeln sich bei Personen mit einer geeigneten Kombination aus "prädisponierenden" erblichen und "manifestierenden" externen Faktoren;

4) genetische Erkrankungen somatischer Zellen;

5) Krankheiten der genetischen Inkompatibilität zwischen Mutter und Fötus.

Jede dieser Gruppen wiederum ist nach genaueren genetischen Merkmalen und Vererbungsarten unterteilt.

Ätiologie der erblichen Formen der Pathologie. Mutationen, ihre Typen. Das Konzept der Mutagene

Einzelne Gene, Chromosomen und das Genom als Ganzes unterliegen ständig vielfältigen Veränderungen. Trotz der Tatsache, dass es Mechanismen für die DNA-Reparatur (Wiederherstellung) gibt, bleiben einige der Schäden und Fehler bestehen. Veränderungen in der Sequenz und Anzahl der Nukleotide in der DNA werden als Mutationen bezeichnet.

Mutationen sind anhaltende abrupte Veränderungen im Erbapparat einer Zelle, die nicht mit der üblichen Rekombination von genetischem Material verbunden sind.

Alle Mutationen werden nach mehreren Kriterien klassifiziert. ein. Aufgrund des Vorfalls unterscheiden zwischen spontan und induziert

Spontane Mutationen - Dies sind Mutationen, die spontan unter dem Einfluss natürlicher Mutagene exogenen oder endogenen Ursprungs entstanden sind. Die Ursache für solche Mutationen können kosmische Strahlung, radioaktive Isotope, körpereigene chemische Mutagene (Peroxide und freie Radikale - Automutagene) sein, die während des Stoffwechsels im Körper gebildet werden. Das Alter spielt eine bedeutende Rolle beim Auftreten spontaner Mutationen. Bei Männern reichern sich mit zunehmendem Alter Genmutationen in den Keimzellen an. Bei Frauen wurde die Abhängigkeit von Genmutationen vom Alter nicht festgestellt, es wurde jedoch ein klarer Zusammenhang zwischen dem Alter der Mutter und der Häufigkeit von Chromosomenerkrankungen bei den Nachkommen gefunden.

induzierte Mutationen - Dies sind Mutationen, die durch die gezielte Einwirkung von Faktoren verschiedener Herkunft auf den Körper verursacht werden - physikalische, chemische oder biologische Mutagene. Die Prävalenz einiger Mutagene in der menschlichen Umwelt ist im Anhang dargestellt. ein.

Zu physikalische Mutagene umfassen ionisierende Strahlung (α-, β- und γ-Strahlen, Röntgenstrahlen, Neutronen) und UV-Strahlung. Die Besonderheit ionisierender Strahlung besteht darin, dass sie Mutationen hervorrufen kann

in niedrige Dosen, die keine Strahlenschäden verursachen.

Zu chemische Mutagene umfassen Alkohole, Säuren, Schwermetalle, Salze und andere Verbindungen. Chemische Mutagene finden sich in der Luft (Arsen, Fluor, Schwefelwasserstoff, Blei usw.), im Boden (Pestizide und andere

Chemikalien), Nahrung, Wasser. Es wurde festgestellt, dass viele Medikamente eine ausgeprägte mutagene Wirkung haben (Anhang 2). Ein sehr starkes Mutagen ist Zigarettenrauchkondensat, das Benzpyren enthält. Das Rauchkondensat und die Oberflächenkruste, die beim Braten von Fisch und Rindfleisch entstehen, enthalten Tryptophan-Pyrolysate, die chemische Mutagene sind. Chemische Mutagene zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Wirkung von der Dosis und dem Stadium des Zellzyklus abhängt. Je höher die Dosis des Mutagens, desto stärker die mutagene Wirkung.

Zu biologische Mutagene umfassen bakterielle Toxine, Masern, Röteln, Influenza, Herpes, Antigene einiger Mikroorganismen.

Die wichtigsten medizinischen Folgen der Mutagenese in verschiedenen Zelltypen sind in Abb. ein.

2. Je nach Art der Zellen, in denen die Mutation aufgetreten ist, werden gametische, somatische und mosaikartige Mutationen unterschieden.

Gametische Mutationen in Keimzellen vorkommen. Sie werden an Nachkommen vererbt und kommen in der Regel in allen Körperzellen vor. Ihre Folgen wirken sich auf das Schicksal der Nachkommen aus und verursachen Erbkrankheiten.

Reis. ein . Medizinische Auswirkungen der Mutagenese in verschiedenen Zelltypen

Somatische Mutationen kommen in somatischen Zellen vor, sind zufälliger Natur, können in jedem Entwicklungsstadium beginnend mit der Zygote auftreten. Sie werden nicht vererbt.

Mosaik-Mutationen sind Mutationen, die in den Zellen des Embryos oder Fötus auftreten. Dadurch entstehen Zelllinien mit unterschiedlichen Genotypen. Einige Körperzellen haben einen normalen Karyotyp, während andere einen anormalen haben. Je früher in der Ontogenese eine somatische Mutation auftritt, desto mehr Zellen enthalten diese Mutation und desto ausgeprägter sind ihre Manifestationen.

3. Nach Wert werden pathogene, neutrale und günstige Mutationen unterschieden.

Pathogene Mutationen zum Absterben des Embryos (oder Fötus) oder zur Entwicklung erblicher und angeborener Krankheiten führen. Sie werden in tödlich, halb-tödlich und nicht-tödlich unterteilt. Letalität kann sich auf der Ebene von Gameten, Zygoten, Embryonen, Föten sowie nach der Geburt manifestieren.

Neutrale Mutationen beeinträchtigen normalerweise nicht die Vitalaktivität des Organismus (z. B. Mutationen, die das Auftreten von Sommersprossen auf der Haut, Veränderungen der Haarfarbe, der Iris verursachen).

Günstige Mutationen die Lebensfähigkeit eines Organismus oder einer Art erhöhen (z. B. die dunkle Hautfarbe bei den Bewohnern des afrikanischen Kontinents).

4 . Abhängig von der Menge des beschädigten Materials Mutationen werden unterteilt in genetisch (Veränderungen einzelner Gene), chromosomal (strukturelle Chromosomenaberrationen), genomisch (numerische Chromosomenaberrationen).

Antimutagenese. Wirkmechanismen von Antimutagenen

Antimutagenese ist der Prozess der Unterdrückung spontaner und induzierter Mutationen. Substanzen mit solchen Eigenschaften werden als Antimutagene bezeichnet. Einige davon sind im Anhang aufgeführt. 3.

Es gibt verschiedene Prinzipien für die Klassifizierung von Antimutagenen:

1) nach Herkunft: exogen und endogen, intrazellulär und extrazellulär;

2) Wirkmechanismus;

3) chemische Struktur und antikarzinogene Eigenschaften.

Exogene Antimutagene umfassen:

– essentielle Aminosäuren (Methionin, Histidin, Arginin, Glutaminsäure usw.);

– Vitamine und Provitamine (hauptsächlich A, E, C, K);

– polyungesättigten Fettsäuren;

– Spurenelemente (Se), Kobaltchlorid;

– Ballaststoffe;

2) über die Atemwege in den Körper eindringen (Phytonzide);

3) orale Aufnahme in den menschlichen Körper im Rahmen einer Pharmakotherapie oder prophylaktischen Anwendung:

– Medikamente (Streptomycin, Chloramphenicol usw., die in kleinen Mengen verwendet werden

– speziell synthetisierte Medikamente (Bemitil);

– biologisch aktive Zusatzstoffe(Indol-3-Carbinol usw.);

– synthetische Antimutagene (Ionol, Dibunol usw.).

Zu den endogenen Antimutagenen gehören:

1) beschädigtes DNA-Reparatursystem;

2) antioxidatives System;

3) Enzymsysteme;

4) zelluläre Metaboliten;

5) Schilddrüsenhormone, Melatonin;

6) embryonale Substanzen (Co);

7) S-haltige Verbindungen (Glutathion).

Wirkmechanismen von Antimutagenen

Zu den wichtigsten Wirkungsmechanismen von Antimutagenen gehören:

1. Inaktivierung von Mutagenen externen Ursprungs und Schutz der DNA vor ihrer schädigenden Wirkung(Dismutagene). In den meisten Fällen binden Dismutagene stabil an das Mutagen und entfernen es aus dem Körper (Extrakte aus Petersilie, Rüben, Radieschen, Sellerie, Pflaumen, Heidelbeeren, Äpfeln).

2. Unterdrückung der Bildung echter Mutagene aus Vorläufer-Nichtmutagenen(Vitamine C, E, Gerbstoffe,

einige Phenole).

3. Unterdrückt die Aktivität freier Radikale, die die DNA schädigen können(Antioxidantien: Superoxiddismutase, Glutathionperoxidase, Katalase, Vitamin C, A,α-Tocopherol, β-Carotin, E, Melatonin usw.).

4. Erhöhte Aktivität von Enzymsystemen, die Mutagene, Karzinogene und andere genotoxische Verbindungen neutralisieren. Der universelle Mechanismus der Inaktivierung von Xenobiotika wird durch mikrosomale Leberenzyme bereitgestellt, die bis zu 75 % aller Medikamente metabolisieren.

5. Antimutagene, die DNA-Reparatur- und Replikationsfehler reduzieren,

Aktivierung und Korrektur der Reparatur (Reparative) . Zu Reparationen

Zu den Antimutagenen, die in bestimmten Lebensmitteln gefunden werden (z. B. Mais-, Baumwollsamen-, Sonnenblumen-, Sojabohnen- und andere Pflanzenöle), gehören:

– Vanillin, Cyanaldehyd und andere Aldehyde, die bei der Oxidation gesättigter Fettsäuren entstehen. Diese Substanzen stimulieren die genetische Rekombination, hemmen vorübergehend die Zellteilung und verlängern die DNA-Reparaturzeit;

– Kobaltsalze, die die Effizienz einer fehlerfreien DNA-Reparatur steigern (in ausreichender Menge enthalten in Zwiebeln, Kohl, Tomaten, Kopfsalat, Kartoffeln, schwarzen Johannisbeeren und Birnen).

6. Antimutagene mit unbekanntem Wirkmechanismus.In den letzten Jahren wurde für einige Antimutagene (die phenolische Komponente von grünem Tee - Epigallocatechinhalat, Isocyanate aus Kreuzblütlern - Sulforan und Phenolisocyanat usw.) eine Polyfunktionalität festgestellt. Antimutagene wirken als Radikalfänger, hemmen die Synthese oder metabolische Aktivierung von Xenobiotika und stimulieren deren Entgiftung, modulieren die DNA-Reparatur, beeinflussen Transkriptionsfaktoren und Signalwege, die an der Apoptose und Zellzyklusregulation beteiligt sind, und unterdrücken Entzündungen und Angiogenese.

Zu den wichtigsten Antimutagenen gehören daher:

1) Verbindungen, die das Mutagen neutralisieren, bevor es mit dem Molekül reagiert

2) Substanzen, die durch ein Mutagen verursachte Schäden am DNA-Molekül beseitigen oder seine Resistenz gegen ein Mutagen erhöhen;

3) Verbindungen, die die Umwandlung von indirekten Mutagenen in echte Mutagene im Körper verhindern.

GENKRANKHEITEN

Genetische Erkrankungen sind eine Gruppe von Krankheiten, die in ihren klinischen Manifestationen heterogen sind und durch Mutationen auf Genebene verursacht werden. Grundlage für die Zusammenfassung zu einer Gruppe sind die ätiologischen genetischen Merkmale und dementsprechend die Vererbungsmuster in Familien und Populationen.

Ätiologie von Genkrankheiten

Die Ursachen von Generkrankungen sind Genmutationen, die sich auswirken können Struktur, Verkehr und embryonale Proteine, sowie Enzyme.

Genmutationen sind molekulare Veränderungen in der Struktur der DNA. Sie beruhen auf einer Veränderung der chemischen Struktur des Gens, nämlich der spezifischen

Variabilität- Dies ist eine allgemeine Eigenschaft lebender Systeme, die mit Veränderungen des Phänotyps und Genotyps verbunden sind, die unter dem Einfluss der äußeren Umgebung oder als Folge von Veränderungen des Erbmaterials auftreten. Unterscheiden Sie zwischen nicht erblicher und erblicher Variabilität.

Nicht erbliche Variabilität. Nicht erblich, oder Gruppe (definiert), oder Modifikationsvariabilität- dies sind Veränderungen des Phänotyps unter dem Einfluss von Umweltbedingungen. Die Modifikationsvariabilität beeinflusst nicht den Genotyp von Individuen. Der Genotyp bestimmt, während er unverändert bleibt, die Grenzen, innerhalb derer sich der Phänotyp ändern kann. Diese Grenzen, d.h. Möglichkeiten zur phänotypischen Ausprägung eines Merkmals genannt Reaktionsrate und vererbt. Die Reaktionsnorm legt die Grenzen fest, innerhalb derer sich ein bestimmtes Merkmal ändern kann. Unterschiedliche Zeichen haben eine unterschiedliche Reaktionsgeschwindigkeit - breit oder eng. So ändern sich beispielsweise Zeichen wie Blutgruppe und Augenfarbe nicht. Die Form des Säugetierauges ändert sich unwesentlich und hat eine enge Reaktionsgeschwindigkeit. Die Milchleistung von Kühen kann in Abhängigkeit von den Bedingungen der Rasse über einen ziemlich weiten Bereich variieren. Andere quantitative Merkmale können ebenfalls eine breite Reaktionsgeschwindigkeit haben - Wachstum, Blattgröße, Anzahl der Körner pro Kolben usw. Je größer die Reaktionsgeschwindigkeit, desto mehr Möglichkeiten hat ein Individuum, sich an Umweltbedingungen anzupassen. Aus diesem Grund gibt es mehr Personen mit einer durchschnittlichen Ausprägung eines Merkmals als Personen mit extremen Ausprägungen. Dies wird durch ein Beispiel wie die Zahl der Zwerge und Riesen beim Menschen gut veranschaulicht. Es gibt wenige von ihnen, während es tausendmal mehr Menschen mit einer Körpergröße im Bereich von 160-180 cm gibt.

Die phänotypischen Manifestationen eines Merkmals werden durch die kumulative Interaktion von Genen und Umweltbedingungen beeinflusst. Modifikationsveränderungen werden nicht vererbt, haben aber nicht unbedingt Gruppencharakter und manifestieren sich nicht immer bei allen Individuen einer Art unter gleichen Umweltbedingungen. Modifikationen sorgen dafür, dass das Individuum an diese Bedingungen angepasst wird.

erbliche Variabilität(kombinativ, mutational, unbestimmt).

Kombinationsvariabilität tritt während des sexuellen Prozesses als Ergebnis neuer Kombinationen von Genen auf, die während der Befruchtung, Überkreuzung, Konjugation, d.h. in Prozessen, die von Rekombinationen (Umverteilung und Neukombinationen) von Genen begleitet werden. Durch kombinative Variabilität entstehen Organismen, die sich von ihren Eltern in Genotyp und Phänotyp unterscheiden. Einige kombinatorische Änderungen können für eine Person schädlich sein. Für die Art sind kombinatorische Veränderungen im Allgemeinen sinnvoll, weil. führen zu genotypischer und phänotypischer Diversität. Dies trägt zum Überleben von Arten und ihrem evolutionären Fortschritt bei.

Mutationsvariabilität verbunden mit Änderungen in der Sequenz von Nukleotiden in DNA-Molekülen, Deletionen und Insertionen großer Abschnitte in DNA-Molekülen, Änderungen in der Anzahl von DNA-Molekülen (Chromosomen). Solche Änderungen werden aufgerufen Mutationen. Mutationen werden vererbt.

Zu den Mutationen gehören:

– genetisch- Veränderungen in der Sequenz von DNA-Nukleotiden in einem bestimmten Gen und damit in der von diesem Gen kodierten mRNA und dem Protein verursachen. Genmutationen sind sowohl dominant als auch rezessiv. Sie können zum Auftreten von Anzeichen führen, die die Lebenstätigkeit des Organismus unterstützen oder unterdrücken;

– generativ Mutationen betreffen Keimzellen und werden während der sexuellen Fortpflanzung übertragen;

– somatisch Mutationen wirken sich nicht auf Keimzellen aus und werden bei Tieren nicht vererbt, während sie bei Pflanzen während der vegetativen Vermehrung vererbt werden;

– genomisch Mutationen (Polyploidie und Heteroploidie) sind mit einer Änderung der Chromosomenzahl im Zellkaryotyp verbunden;

– chromosomal Mutationen sind mit Umordnungen in der Struktur von Chromosomen, einer Änderung der Position ihrer Abschnitte aufgrund von Brüchen, dem Verlust einzelner Abschnitte usw. verbunden.

Die häufigsten Genmutationen, bei denen es zu einer Veränderung, einem Verlust oder einer Einfügung von DNA-Nukleotiden im Gen kommt. Mutierte Gene übermitteln unterschiedliche Informationen an den Ort der Proteinsynthese, was wiederum zur Synthese anderer Proteine ​​und zur Entstehung neuer Merkmale führt. Mutationen können unter dem Einfluss von Strahlung, ultravioletter Strahlung, verschiedenen chemischen Mitteln auftreten. Nicht alle Mutationen sind wirksam. Einige von ihnen werden während der DNA-Reparatur korrigiert. Phänotypisch treten Mutationen auf, wenn sie nicht zum Tod des Organismus geführt haben. Die meisten Genmutationen sind rezessiv. Von evolutionärer Bedeutung sind phänotypisch manifestierte Mutationen, die Individuen entweder Vorteile im Kampf ums Dasein verschafften oder umgekehrt unter dem Druck der natürlichen Selektion ihren Tod verursachten.

Der Mutationsprozess erhöht die genetische Vielfalt von Populationen, wodurch die Voraussetzungen für den Evolutionsprozess geschaffen werden.

Die Häufigkeit von Mutationen kann künstlich erhöht werden, was für wissenschaftliche und praktische Zwecke genutzt wird.

BEISPIELE FÜR AUFGABEN

Teil A

A1. Modifikationsvariabilität wird verstanden als

1) phänotypische Variabilität

2) genotypische Variabilität

3) Reaktionsgeschwindigkeit

4) alle Änderungen in der Funktion

A2. Geben Sie die Eigenschaft mit der größten Reaktionsrate an

1) die Form der Flügel einer Schwalbe

2) die Form eines Adlerschnabels

3) Hasenhäutungszeit

4) die Menge an Wolle in einem Schaf

A3. Geben Sie die richtige Aussage an

1) Umweltfaktoren haben keinen Einfluss auf den Genotyp eines Individuums

2) Nicht der Phänotyp wird vererbt, sondern die Fähigkeit, ihn zu manifestieren

3) Modifikationsänderungen werden immer vererbt

4) Modifikationsänderungen sind schädlich

A4. Nennen Sie ein Beispiel für eine genomische Mutation

1) das Auftreten von Sichelzellenanämie

2) das Auftreten von triploiden Kartoffelformen

3) die Schaffung einer schwanzlosen Hunderasse

4) die Geburt eines Albino-Tigers

A5. Bei einer Änderung der Sequenz von DNA-Nukleotiden in einem Gen,

1) Genmutationen

2) Chromosomenmutationen

3) genomische Mutationen

4) kombinative Umlagerungen

A6. Ein starker Anstieg des Prozentsatzes an Heterozygoten in einer Kakerlakenpopulation kann zu Folgendem führen:

1) eine Zunahme der Anzahl von Genmutationen

2) die Bildung diploider Gameten bei einer Reihe von Individuen

3) chromosomale Umlagerungen bei einigen Mitgliedern der Bevölkerung

4) Änderung der Umgebungstemperatur

A7. Ein Beispiel ist die beschleunigte Hautalterung von Landbewohnern im Vergleich zu Stadtbewohnern

1) Mutationsvariabilität

2) Kombinationsvariabilität

3) Genmutationen unter dem Einfluss von ultravioletter Strahlung

4) Modifikationsvariabilität

A8. Die Hauptursache für chromosomale Mutationen kann sein

1) Austausch eines Nukleotids in einem Gen

2) Änderung der Umgebungstemperatur

3) Verletzung meiotischer Prozesse

4) Insertion eines Nukleotids in ein Gen

Teil B

IN 1. Welche Beispiele veranschaulichen die Modifikationsvariabilität?

1) menschliche Bräune

2) Muttermal auf der Haut

3) die Dichte des Fells eines Kaninchens derselben Rasse

4) Steigerung der Milchleistung bei Kühen

5) Sechsfinger beim Menschen

6) Hämophilie

IN 2. Geben Sie Ereignisse im Zusammenhang mit Mutationen an

1) eine mehrfache Erhöhung der Chromosomenzahl

2) Wechseln der Unterwolle eines Hasen im Winter

3) Aminosäureaustausch in einem Proteinmolekül

4) das Auftreten eines Albinos in der Familie

5) Wachstum des Wurzelsystems eines Kaktus

6) die Bildung von Zysten in Protozoen

VZ. Ordnen Sie das Merkmal, das die Variabilität charakterisiert, seinem Typ zu

Teil C

C1. Welche Möglichkeiten gibt es, eine künstliche Erhöhung der Mutationshäufigkeit zu erreichen und warum sollte man dies tun?

C2. Finden Sie Fehler im angegebenen Text. Repariere sie. Geben Sie die Anzahl der Sätze an, in denen Fehler gemacht wurden. Erklären Sie sie.

1. Die Modifikationsvariabilität wird von genotypischen Veränderungen begleitet. 2. Beispiele für Modifikationen sind das Aufhellen der Haare nach langer Sonneneinstrahlung, die Erhöhung der Milchleistung der Kühe bei gleichzeitiger Verbesserung der Fütterung. 3. Informationen über Modifikationsänderungen sind in Genen enthalten. 4. Alle Modifikationsänderungen werden vererbt. 5. Die Manifestation von Modifikationsänderungen wird durch Umweltfaktoren beeinflusst. 6. Alle Anzeichen eines Organismus sind durch die gleiche Reaktionsgeschwindigkeit gekennzeichnet, d.h. die Grenzen ihrer Variabilität.

Die schädlichen Wirkungen von Mutagenen, Alkohol, Drogen, Nikotin auf den genetischen Apparat der Zelle. Schutz der Umwelt vor Verschmutzung durch Mutagene. Identifizierung von Mutagenquellen in der Umwelt (indirekt) und Einschätzung der möglichen Folgen ihres Einflusses auf den eigenen Körper. Menschliche Erbkrankheiten, ihre Ursachen, Prävention

Die wichtigsten Begriffe und Konzepte, die in der Prüfungsarbeit getestet werden: biochemische Methode, Zwillingsmethode, Hämophilie, Heteroploidie, Farbenblindheit, Mutagene, Mutagenese, Polyploidie.

Nicht erbliche (phänotypische) Variabilität - Dies ist eine Art von Variabilität, die Änderungen des Phänotyps unter dem Einfluss von Umweltbedingungen widerspiegelt, die den Genotyp nicht beeinflussen. Der Schweregrad kann durch den Genotyp bestimmt werden. Phänotypische Unterschiede bei genetisch identischen Individuen, die durch den Einfluss von Umweltfaktoren entstehen, werden als phänotypisch bezeichnet Modifikationen . Es gibt altersbedingte, saisonale und ökologische Veränderungen. Sie werden auf eine Veränderung des Ausprägungsgrades des Merkmals reduziert. Verletzungen der Struktur des Genotyps treten bei ihnen nicht auf.

Altersbedingte (ontogenetische) Modifikationenäußern sich in Form eines ständigen Zeichenwechsels im Entwicklungsprozess eines Individuums. Beim Menschen werden im Laufe der Entwicklung Veränderungen der morphophysiologischen und mentalen Zeichen beobachtet. Ein Kind kann sich zum Beispiel körperlich und geistig nicht richtig entwickeln, wenn es in der frühen Kindheit nicht durch normale äußere und soziale Faktoren beeinflusst wird. Der lange Aufenthalt eines Kindes in einem sozial benachteiligten Umfeld kann zu einem irreversiblen Defekt seines Intellekts führen.

Die ontogenetische Variabilität wird wie die Ontogenese selbst durch den Genotyp bestimmt, in dem das Entwicklungsprogramm des Individuums kodiert ist. Die Merkmale der Bildung des Phänotyps in der Ontogenese sind jedoch auf die Wechselwirkung des Genotyps und der Umwelt zurückzuführen. Unter dem Einfluss ungewöhnlicher äußerer Faktoren können Abweichungen bei der Bildung eines normalen Phänotyps auftreten.

Saisonale Änderungen Individuen oder ganze Populationen manifestieren sich in Form einer genetisch bedingten Veränderung von Merkmalen (z. B. Veränderung der Fellfarbe, Auftreten eines Flaums bei Tieren), die durch saisonale Änderungen der klimatischen Bedingungen auftritt. Beispielsweise entwickelt ein Kaninchen bei hohen Temperaturen eine weiße Fellfarbe und bei niedrigen Temperaturen eine dunkle. Bei Siamkatzen ändert sich die rehbraune Farbe des Fells je nach Jahreszeit zu dunkelfawn und sogar braun.

Umgebungsänderungen sind adaptive Veränderungen des Phänotyps als Reaktion auf sich ändernde Umweltbedingungen. Ökologische Veränderungen äußern sich phänotypisch in einer Veränderung des Ausprägungsgrades eines Merkmals. Sie können in den frühen Stadien der Entwicklung auftreten und während des gesamten Lebens des Individuums bestehen bleiben. Beispiele sind große und kleine Pflanzenproben, die in Böden mit unterschiedlichen Mengen an Nährstoffen wachsen; unterdimensionierte und schwach lebensfähige Individuen bei Tieren, die sich unter schlechten Bedingungen entwickeln und nicht genügend lebensnotwendige Nährstoffe erhalten; die Anzahl der Blütenblätter in den Blüten von Leberblümchen, Popovnik, Butterblume, die Anzahl der Blüten in den Blütenständen von Pflanzen usw.

Ökologische Veränderungen wirken sich quantitativ (Anzahl der Blütenblätter in einer Blume, Nachkommen bei Tieren, Masse der Tiere) und qualitativ (menschliche Hautfarbe unter dem Einfluss von UV-Strahlen) aus.

Ökologische Veränderungen sind reversibel und treten beim Generationswechsel, vorbehaltlich der Veränderungen in der äußeren Umgebung, möglicherweise nicht auf. Zum Beispiel werden die Nachkommen von niedrig wachsenden Pflanzen auf gut gedüngten Böden von normaler Größe sein; eine Person mit krummen Beinen aufgrund von Rachitis hat ganz normale Nachkommen. Wenn sich die Bedingungen in einer Reihe von Generationen nicht ändern, der Grad der Ausprägung des Merkmals bei den Nachkommen erhalten bleibt, wird es als persistentes erbliches Merkmal angesehen (Langzeitmodifikationen). Wenn sich die Entwicklungsbedingungen ändern, werden langfristige Modifikationen nicht vererbt. Es wurde angenommen, dass von gut trainierten Tieren Nachkommen mit besseren „agierenden“ Daten erhalten werden als von untrainierten. Der Nachwuchs dressierter Tiere ist zwar leichter zu erziehen, erklärt sich aber dadurch, dass er nicht die von den Elterntieren erworbenen Fähigkeiten erbt, sondern aufgrund der vererbten Art der Nervenaktivität die Fähigkeit zu trainieren.

In den meisten Fällen sind Modifikationen angemessen Charakter, d.h. der Grad der Manifestation des Symptoms hängt direkt von der Art und Dauer der Wirkung eines bestimmten Faktors ab. Somit trägt die Verbesserung der Tierhaltung zu einer Erhöhung des Lebendgewichts der Tiere, der Fruchtbarkeit, der Milchleistung und des Fettgehalts der Milch bei. Modifikationen sind getragen adaptiv, adaptiv Charakter. Dies bedeutet, dass ein Individuum als Reaktion auf sich ändernde Umweltbedingungen solche phänotypischen Veränderungen aufweist, die zu seinem Überleben beitragen. Ein Beispiel ist der Gehalt an Erythrozyten und Hämoglobin bei Personen, die sich hoch über dem Meeresspiegel befinden. Adaptiv sind jedoch nicht die Modifikationen selbst, sondern die Fähigkeit des Körpers, sich je nach Umweltbedingungen zu verändern.

Eine der Haupteigenschaften von Modifikationen ist ihre Massencharakter. Dies liegt daran, dass derselbe Faktor bei Personen, die genotypisch ähnlich sind, ungefähr dieselbe Veränderung verursacht.

Die Modifikationsvariabilität wird durch externe Faktoren verursacht, aber ihre Grenze und der Grad der Ausprägung des Merkmals werden durch den Genotyp gesteuert. Eineiige Zwillinge sind also phänotypisch ähnlich und reagieren sogar gleich auf unterschiedliche Erkrankungen (z. B. leiden sie meistens an denselben Krankheiten). Aber die Umgebung beeinflusst die Bildung von Zeichen erheblich. Zum Beispiel zeigen eineiige Zwillinge in unterschiedlichen Klimazonen Sommersprossen in unterschiedlichem Maße. Bei Tieren kann eine starke Verschlechterung der Ernährung bei einigen zu Gewichtsverlust und bei anderen zum Tod führen. Bei einer Person mit ebenso verbesserter Ernährung nimmt das Körpergewicht eines Hypersthenikers in geringerem Maße stark zu - ein Normastheniker, während sich die Masse eines Asthenikers möglicherweise überhaupt nicht ändert. Dies deutet darauf hin, dass der Genotyp nicht nur die Veränderungsfähigkeit des Organismus, sondern auch seine Grenzen steuert. Das Änderungslimit wird aufgerufen Reaktionsrate . Es ist die Reaktionsgeschwindigkeit und nicht die Modifikationen selbst, die vererbt wird, d.h. die Fähigkeit, das eine oder andere Merkmal zu entwickeln, wird vererbt. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist ein spezifisches quantitatives und qualitatives Merkmal des Genotyps, d.h. eine bestimmte Kombination von Genen im Genotyp und die Art ihrer Wechselwirkung. Genkombinationen und Interaktionen umfassen:

polygene Bestimmung von Merkmalen, wenn einige der Polygene, die die Entwicklung eines quantitativen Merkmals steuern, abhängig von den Bedingungen von einem heterochromatischen Zustand in einen euchromatischen Zustand übergehen können und umgekehrt (die Grenze der Modifikation wird in diesem Fall durch die Anzahl bestimmt von Polygenen im Genotyp);

Änderung der Dominanz bei Heterozygoten, wenn sich die äußeren Bedingungen ändern;

verschiedene Arten der Interaktion von nicht allelischen Genen;

Mutationsexpression.

Unterscheide Zeichen von weit(Gewicht, Ertrag usw.), eng(z. B. Fettanteil in Milch, Kükenzahl bei Vögeln, Blutproteine ​​beim Menschen) und eindeutige Reaktionsnorm(die meisten qualitativen Merkmale: Tierfarbe, menschliche Haar- und Augenfarbe usw.).

Manchmal sind Individuen einer bestimmten Art solchen schädlichen Faktoren ausgesetzt, denen sie im Verlauf der Evolution nicht begegnet sind, und ihre Toxizität ist so groß, dass sie die Möglichkeit einer durch die Reaktionsgeschwindigkeit bestimmten Veränderungsvariabilität des Organismus ausschließt. Solche Mittel können tödlich sein oder darauf beschränkt sein, Entwicklungsfehlbildungen hervorzurufen. Deformitäten oder Anomalien der Entwicklung werden als Morphosen bezeichnet. Morophose - Dies sind verschiedene Verstöße gegen Morphogeneseprozesse während der Morphogenese, die zu einer starken Veränderung der morphologischen, biochemischen, physiologischen Zeichen und Eigenschaften des Organismus führen. Beispiele für Morphosen sind Defekte in der Entwicklung von Flügeln und Gliedmaßen bei Insekten, Missbildungen des Panzers bei Mollusken und Missbildungen in der physischen Struktur von Säugetieren. Ein Beispiel für Morphosen beim Menschen ist die Geburt von Kindern ohne Gliedmaßen, mit Darmverschluss, einem Tumor der Oberlippe, der 1961 in Deutschland und einigen Ländern Westeuropas und Amerikas fast den Charakter einer Epidemie annahm. Ursache für die Missbildungen war, dass Mütter in den ersten drei Schwangerschaftsmonaten Thalidomid als Beruhigungsmittel einnahmen. Es ist bekannt, dass eine Reihe anderer Substanzen (Teratogene oder Morphogene) Missbildungen in der menschlichen Entwicklung verursachen. Dazu gehören Chinin, das Halluzinogen LSD, Drogen und Alkohol. Morphosen sind neue Reaktionen des Körpers auf ungewöhnliche schädliche Umweltfaktoren, die keine historische Grundlage haben. Phänotypisch unterscheiden sie sich stark von Modifikationen: if Änderung ist also eine Veränderung im Grad der Ausprägung eines Merkmals Morphose- Dies ist ein stark verändertes, oft qualitativ neues Zeichen.

Morphose tritt auf, wenn schädliche Stoffe (Morphogene) die frühen Prozesse der Embryonalentwicklung beeinflussen. Die Embryogenese ist in mehrere Stadien unterteilt, in denen die Differenzierung und das Wachstum bestimmter Organe und Gewebe durchgeführt werden. Die Entwicklung eines Merkmals beginnt mit einem kurzen Zeitraum, der als „kritisch“ bezeichnet wird. Während dieser Zeit ist der Körper durch eine hohe Empfindlichkeit und eine Abnahme der reparativen (wiederherstellenden) Fähigkeiten gekennzeichnet. Bei Exposition gegenüber Morphogenen während kritischer Perioden ändert sich der übliche Entwicklungspfad der Anlage, da in diesem Fall eine induzierte Repression der für ihre Bildung verantwortlichen Gene auftritt. Die Entwicklung dieses oder jenes Organs springt sozusagen von einem Weg zum anderen. Dies führt zu Abweichungen von der normalen Entwicklung des Phänotyps und zur Bildung von Missbildungen. Embryogenesestörungen sind manchmal spezifischer Natur, da ihre phänotypische Ausprägung vom Entwicklungsstadium des Organismus zum Zeitpunkt der Exposition abhängt. Verschiedenste Giftstoffe können gleiche oder ähnliche Anomalien hervorrufen, wenn der Körper einer genau definierten Entwicklungszeit ausgesetzt ist, wenn die Empfindlichkeit der entsprechenden Gewebe und Organe erhöht ist. Einige Morphogene (chemische Substanzen) können aufgrund ihrer Strukturmerkmale durch gezielte Wirkung in einer bestimmten Entwicklungsperiode spezifische Morphosen hervorrufen.

Morphosen sind von Natur aus nicht anpassungsfähig, da die Reaktion des Körpers auf die Faktoren, die sie anzeigen, normalerweise unzureichend ist. Die Häufigkeit induzierter Morphosen und die Empfindlichkeit von Organismen gegenüber schädlichen Morphogenen wird durch den Genotyp gesteuert und ist bei verschiedenen Individuen derselben Art unterschiedlich.

Morphosen sind Mutationen oft phänotypisch ähnlich und werden in solchen Fällen als Phänokopien. Die Mechanismen des Auftretens von Mutationen und Phänokopien sind unterschiedlich: Eine Mutation ist eine Folge einer Änderung der Struktur eines Gens, und eine Phänokopie ist das Ergebnis einer Verletzung der Implementierung von Erbinformationen. Phänokopien können auch aufgrund der Unterdrückung der Funktion bestimmter Gene auftreten. Anders als Mutationen werden sie nicht vererbt.

Biologie [Ein vollständiger Leitfaden zur Vorbereitung auf die Prüfung] Lerner Georgy Isaakovich

3.6.1. Variabilität, ihre Arten und biologische Bedeutung

Variabilität- Dies ist eine allgemeine Eigenschaft lebender Systeme, die mit Veränderungen des Phänotyps und Genotyps verbunden sind, die unter dem Einfluss der äußeren Umgebung oder als Folge von Veränderungen des Erbmaterials auftreten. Unterscheiden Sie zwischen nicht erblicher und erblicher Variabilität.

Nicht erbliche Variabilität . Nicht erblich, oder Gruppe (definiert), oder Modifikationsvariabilität- dies sind Veränderungen des Phänotyps unter dem Einfluss von Umweltbedingungen. Die Modifikationsvariabilität beeinflusst nicht den Genotyp von Individuen. Der Genotyp bestimmt, während er unverändert bleibt, die Grenzen, innerhalb derer sich der Phänotyp ändern kann. Diese Grenzen, d.h. Möglichkeiten zur phänotypischen Ausprägung eines Merkmals genannt Reaktionsrate und vererbt. Die Reaktionsnorm legt die Grenzen fest, innerhalb derer sich ein bestimmtes Merkmal ändern kann. Unterschiedliche Zeichen haben eine unterschiedliche Reaktionsgeschwindigkeit - breit oder eng. So ändern sich beispielsweise Zeichen wie Blutgruppe und Augenfarbe nicht. Die Form des Säugetierauges ändert sich unwesentlich und hat eine enge Reaktionsgeschwindigkeit. Die Milchleistung von Kühen kann in Abhängigkeit von den Bedingungen der Rasse über einen ziemlich weiten Bereich variieren. Andere quantitative Merkmale können ebenfalls eine breite Reaktionsgeschwindigkeit haben - Wachstum, Blattgröße, Anzahl der Körner pro Kolben usw. Je größer die Reaktionsgeschwindigkeit, desto mehr Möglichkeiten hat ein Individuum, sich an Umweltbedingungen anzupassen. Aus diesem Grund gibt es mehr Personen mit einer durchschnittlichen Ausprägung eines Merkmals als Personen mit extremen Ausprägungen. Dies wird durch ein Beispiel wie die Zahl der Zwerge und Riesen beim Menschen gut veranschaulicht. Es gibt wenige von ihnen, während es tausendmal mehr Menschen mit einer Körpergröße im Bereich von 160-180 cm gibt.

Die phänotypischen Manifestationen eines Merkmals werden durch die kumulative Interaktion von Genen und Umweltbedingungen beeinflusst. Modifikationsveränderungen werden nicht vererbt, haben aber nicht unbedingt Gruppencharakter und manifestieren sich nicht immer bei allen Individuen einer Art unter gleichen Umweltbedingungen. Modifikationen sorgen dafür, dass das Individuum an diese Bedingungen angepasst wird.

erbliche Variabilität (kombinativ, mutational, unbestimmt).

Kombinationsvariabilität tritt während des sexuellen Prozesses als Ergebnis neuer Kombinationen von Genen auf, die während der Befruchtung, Überkreuzung, Konjugation, d.h. in Prozessen, die von Rekombinationen (Umverteilung und Neukombinationen) von Genen begleitet werden. Durch kombinative Variabilität entstehen Organismen, die sich von ihren Eltern in Genotyp und Phänotyp unterscheiden. Einige kombinatorische Änderungen können für eine Person schädlich sein. Für die Art sind kombinatorische Veränderungen im Allgemeinen sinnvoll, weil. führen zu genotypischer und phänotypischer Diversität. Dies trägt zum Überleben von Arten und ihrem evolutionären Fortschritt bei.

Mutationsvariabilität verbunden mit Änderungen in der Sequenz von Nukleotiden in DNA-Molekülen, Deletionen und Insertionen großer Abschnitte in DNA-Molekülen, Änderungen in der Anzahl von DNA-Molekülen (Chromosomen). Solche Änderungen werden aufgerufen Mutationen. Mutationen werden vererbt.

Zu den Mutationen gehören:

– genetisch- Veränderungen in der Sequenz von DNA-Nukleotiden in einem bestimmten Gen und damit in der von diesem Gen kodierten mRNA und dem Protein verursachen. Genmutationen sind sowohl dominant als auch rezessiv. Sie können zum Auftreten von Anzeichen führen, die die Lebenstätigkeit des Organismus unterstützen oder unterdrücken;

– generativ Mutationen betreffen Keimzellen und werden während der sexuellen Fortpflanzung übertragen;

– somatisch Mutationen wirken sich nicht auf Keimzellen aus und werden bei Tieren nicht vererbt, während sie bei Pflanzen während der vegetativen Vermehrung vererbt werden;

– genomisch Mutationen (Polyploidie und Heteroploidie) sind mit einer Änderung der Chromosomenzahl im Zellkaryotyp verbunden;

– chromosomal Mutationen sind mit Umordnungen in der Struktur von Chromosomen, einer Änderung der Position ihrer Abschnitte aufgrund von Brüchen, dem Verlust einzelner Abschnitte usw. verbunden.

Die häufigsten Genmutationen, bei denen es zu einer Veränderung, einem Verlust oder einer Einfügung von DNA-Nukleotiden im Gen kommt. Mutierte Gene übermitteln unterschiedliche Informationen an den Ort der Proteinsynthese, was wiederum zur Synthese anderer Proteine ​​und zur Entstehung neuer Merkmale führt. Mutationen können unter dem Einfluss von Strahlung, ultravioletter Strahlung, verschiedenen chemischen Mitteln auftreten. Nicht alle Mutationen sind wirksam. Einige von ihnen werden während der DNA-Reparatur korrigiert. Phänotypisch treten Mutationen auf, wenn sie nicht zum Tod des Organismus geführt haben. Die meisten Genmutationen sind rezessiv. Von evolutionärer Bedeutung sind phänotypisch manifestierte Mutationen, die Individuen entweder Vorteile im Kampf ums Dasein verschafften oder umgekehrt unter dem Druck der natürlichen Selektion ihren Tod verursachten.

Der Mutationsprozess erhöht die genetische Vielfalt von Populationen, wodurch die Voraussetzungen für den Evolutionsprozess geschaffen werden.

Die Häufigkeit von Mutationen kann künstlich erhöht werden, was für wissenschaftliche und praktische Zwecke genutzt wird.

BEISPIELE FÜR AUFGABEN

Teil SONDERN

A1. Modifikationsvariabilität wird verstanden als

1) phänotypische Variabilität

2) genotypische Variabilität

3) Reaktionsgeschwindigkeit

4) alle Änderungen in der Funktion

A2. Geben Sie die Eigenschaft mit der größten Reaktionsrate an

1) die Form der Flügel einer Schwalbe

2) die Form eines Adlerschnabels

3) Hasenhäutungszeit

4) die Menge an Wolle in einem Schaf

A3. Geben Sie die richtige Aussage an

1) Umweltfaktoren haben keinen Einfluss auf den Genotyp eines Individuums

2) Nicht der Phänotyp wird vererbt, sondern die Fähigkeit, ihn zu manifestieren

3) Modifikationsänderungen werden immer vererbt

4) Modifikationsänderungen sind schädlich

A4. Nennen Sie ein Beispiel für eine genomische Mutation

1) das Auftreten von Sichelzellenanämie

2) das Auftreten von triploiden Kartoffelformen

3) die Schaffung einer schwanzlosen Hunderasse

4) die Geburt eines Albino-Tigers

A5. Bei einer Änderung der Sequenz von DNA-Nukleotiden in einem Gen,

1) Genmutationen

2) Chromosomenmutationen

3) genomische Mutationen

4) kombinative Umlagerungen

A6. Ein starker Anstieg des Prozentsatzes an Heterozygoten in einer Kakerlakenpopulation kann zu Folgendem führen:

1) eine Zunahme der Anzahl von Genmutationen

2) die Bildung diploider Gameten bei einer Reihe von Individuen

3) chromosomale Umlagerungen bei einigen Mitgliedern der Bevölkerung

4) Änderung der Umgebungstemperatur

A7. Ein Beispiel ist die beschleunigte Hautalterung von Landbewohnern im Vergleich zu Stadtbewohnern

1) Mutationsvariabilität

2) Kombinationsvariabilität

3) Genmutationen unter dem Einfluss von ultravioletter Strahlung

4) Modifikationsvariabilität

A8. Die Hauptursache für chromosomale Mutationen kann sein

1) Austausch eines Nukleotids in einem Gen

2) Änderung der Umgebungstemperatur

3) Verletzung meiotischer Prozesse

4) Insertion eines Nukleotids in ein Gen

Teil B

IN 1. Welche Beispiele veranschaulichen die Modifikationsvariabilität?

1) menschliche Bräune

2) Muttermal auf der Haut

3) die Dichte des Fells eines Kaninchens derselben Rasse

4) Steigerung der Milchleistung bei Kühen

5) Sechsfinger beim Menschen

6) Hämophilie

IN 2. Geben Sie Ereignisse im Zusammenhang mit Mutationen an

1) eine mehrfache Erhöhung der Chromosomenzahl

2) Wechseln der Unterwolle eines Hasen im Winter

3) Aminosäureaustausch in einem Proteinmolekül

4) das Auftreten eines Albinos in der Familie

5) Wachstum des Wurzelsystems eines Kaktus

6) die Bildung von Zysten in Protozoen

VZ. Ordnen Sie das Merkmal, das die Variabilität charakterisiert, seinem Typ zu

Teil Mit

C1. Welche Möglichkeiten gibt es, eine künstliche Erhöhung der Mutationshäufigkeit zu erreichen und warum sollte man dies tun?

C2. Finden Sie Fehler im angegebenen Text. Repariere sie. Geben Sie die Anzahl der Sätze an, in denen Fehler gemacht wurden. Erklären Sie sie.

1. Die Modifikationsvariabilität wird von genotypischen Veränderungen begleitet. 2. Beispiele für Modifikationen sind das Aufhellen der Haare nach langer Sonneneinstrahlung, die Erhöhung der Milchleistung der Kühe bei gleichzeitiger Verbesserung der Fütterung. 3. Informationen über Modifikationsänderungen sind in Genen enthalten. 4. Alle Modifikationsänderungen werden vererbt. 5. Die Manifestation von Modifikationsänderungen wird durch Umweltfaktoren beeinflusst. 6. Alle Anzeichen eines Organismus sind durch die gleiche Reaktionsgeschwindigkeit gekennzeichnet, d.h. die Grenzen ihrer Variabilität.

Aus dem Buch Finanzmanagement Autor Daraeva Julia Anatoljewna

4. Finanzmarkt, seine Arten und Bedeutung Der Finanzmarkt ist ein Finanzmechanismus, der von Vermittlern auf der Grundlage von Angebot und Nachfrage nach Kapital implementiert wird, das zwischen Kreditgebern und Kreditnehmern umverteilt wird. In der Praxis ist dies ein Satz

Aus dem Buch Great Soviet Encyclopedia (BI) des Autors TSB

Aus dem Buch Great Soviet Encyclopedia (FROM) des Autors TSB

Aus dem Buch Great Soviet Encyclopedia (OK) des Autors TSB

Autor Schtscherbatych Juri Viktorowitsch

Aus dem Buch Service Dog [Guide to Training Specialists in Service Dog Breeding] Autor Krushinsky Leonid Viktorovich

Aus dem Buch Ökologie von Mitchell Paul

Aus dem Buch Sozialwissenschaften: Spickzettel Autor unbekannter Autor

1. BIOLOGISCH UND SOZIAL IM MENSCH Der Mensch ist ein facettenreiches und mehrdimensionales Wesen, das biologische und soziale Merkmale vereint. Die Religion schreibt dem Menschen einen göttlichen Ursprung zu, die Wissenschaft spricht vom Ursprung des Menschen aus der Tierwelt.

Aus dem Buch Biologie [Ein vollständiger Leitfaden zur Vorbereitung auf die Prüfung] Autor Lerner Georgy Isaakovich

3.4. Genetik, ihre Aufgaben. Vererbung und Variabilität sind Eigenschaften von Organismen. Genetische Grundbegriffe Die in der Prüfungsarbeit geprüften Hauptbegriffe und Konzepte: allelische Gene, Kreuzungsanalyse, Geninteraktion, Gen, Genotyp,

Aus dem Buch Homöopathisches Handbuch Autor Nikitin Sergej Alexandrowitsch

3.6. Variabilität von Merkmalen in Organismen: Modifikation, Mutation, kombinativ. Arten von Mutationen und ihre Ursachen. Der Wert der Variabilität im Leben der Organismen und in der Evolution. Reaktionsgeschwindigkeit Die wichtigsten in der Prüfungsarbeit getesteten Begriffe und Konzepte: Zwillingsmethode,

Aus dem Buch Die Psychologie der Liebe und des Sex [Populäre Enzyklopädie] Autor Schtscherbatych Juri Viktorowitsch

3.8. Züchtung, ihre Aufgaben und praktische Bedeutung. Die Lehren von N.I. Vavilov über die Zentren der Vielfalt und Herkunft von Kulturpflanzen. Das Gesetz der homologen Reihen in der erblichen Variabilität. Verfahren zur Züchtung neuer Pflanzensorten, Tierrassen, Mikroorganismenstämme.

Aus dem Buch kenne ich die Welt. Geheimnisse des Menschen Autor Sergejew B. F.

4.4.5. Blume und ihre Funktionen. Blütenstände und ihre biologische Bedeutung Eine Blüte ist ein modifizierter generativer Spross, der der Samenvermehrung dient. Anhand der Blütenstruktur werden Pflanzen einer bestimmten Familie zugeordnet. Die Blüte entwickelt sich aus einer generativen Knospe.

Aus dem Buch des Autors

6.2. Entwicklung evolutionärer Ideen. Der Wert der Werke von K. Linnaeus, der Lehren von J.-B. Lamarck, die Evolutionstheorie von Ch. Darwin. Das Verhältnis der Triebkräfte der Evolution. Elementare Faktoren der Evolution. Formen der natürlichen Auslese, Formen des Existenzkampfes. Das Verhältnis der Triebkräfte der Evolution.

Aus dem Buch des Autors

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Biologische Waffen In den letzten Jahrzehnten ist der Begriff „biologische Waffen“ zu einem festen Bestandteil der Medien geworden. Es fühlte sich an wie etwas völlig Neues und Anderes. Inzwischen scheinen biochemische Waffen die ersten gewesen zu sein