X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Введение

Даная тема актуальна в современном мире тем, что на динамику численности и генных заболеваний популяции большое влияние оказывают миграци, т. е. обмен индивидуумов популяций. Это происходит при переселении их из одного местообитания в другое.

Цель: Подробно изучить популяционные различия наследования генных заболеваний человека, для четкого представления мутационного процесса создающего новые аллели.

Задачи: Для изучения данной темы придется разобрать такие аспекты как: особенности человеческой популяции, популяционная генетика, мутационный процесс, естественный отбор, миграция, дрейф генов, инбридинг, ассортативные браки.

Особенности человеческой популяции.

Популяция человека в генетике – это группа людей, занимающая определенную территорию и свободно вступающая в брак. Крупные популяции человека обычно состоят не из одной, а из нескольких антропологических групп, отличающихся по происхождению и рассеянных на больших территориях.

Малые популяции, численность которых колеблется от 1500 до 4000 человек, называются демы (демос – народ). Они характеризуются малым процентом лиц, происходящих из других групп (1-2%), высокой частотой внутригрупповых браков (80-90%), небольшим приростом населения (приблизительно 20% за 25 лет).

Популяции численностью не более 1500 человек называются изолятами. В них представители других групп составляют 1%, частота внутригрупповых браков свыше 90%. Естественный прирост населения за 25 лет ниже 20%. Изолят существует 4 поколения 100 лет, в нем все члены являются троюродными братьями и сестрами. Изолятами у человека являются географические, социальные, религиозные и др. факторы.

Популяция человека:

1) относится к численно возрастающей (биологический прогресс),

2) в ней снижено движение отбора,

3) разрушены брачные изоляты и возможны отдаленные процессы гетерозиса,

4) похожесть среды обитания, устранение первичных причин расовых различий,

5) оздоровление среды, допускающая полное фенотипическое выражение признака (увеличение роста, скорость созревания),

6) замена одних болезней другими (вместо инфекционных и алиментарных на первое место вышли сердечно - сосудистые и онкологические).

Популяция человека характеризуется с генетической и демографической точки зрения.¹ К демографическим характеристикам популяции относятся: размер популяции, смертность, рождаемость, возрастная структура, род занятий, экономическое состояние, географические и климатические условия жизни.

Генетическая структура популяции характеризуется системой браков, факторами, изменяющими частоту генов и коэффициент инбридинга, частотой генов и генотипов.

Механизмы определяющие генетическую структуру популяции делятся на 2 группы:

поддерживающие равновесие;

нарушающие равновесие.

Взаимодействие между этими механизмами определяет стабильность популяции.

В популяции происходит постоянная передача генов из поколения в поколение и существуют механизмы поддерживающие равновесие генных частот - это Закон равновесного состояния или закон Харди-Вайнберга. Он был открыт в 1908 году английским математиком Харди и немецким врачом Вайнбергом.

Закон: относительные доли генотипов остаются постоянными из поколения в поколение при условии панмиксии (случайное скрещивание) в достаточно большой популяции, в которой отсутствует отбор.

Закон Харди-Вайнберга справедлив для идеальной популяции, в которой отсутствует естественный отбор и постоянная частота генов, т.е. в состоянии покоя.

Популяция в состоянии, когда в ней:

отсутствуют мутационные процессы

отсутствует естественный отбор

большой размер

репродуктивные процессы, определяющие состояние популяции разбиваются на 2 большие категории, влияющие на генетический профиль популяции путем изменения:

частот генов (естественный отбор, мутация, случайный дрейф генов, миграция).

частот генотипов (ассортативность и инбридинг).

Популяционная генетика

Популяционная генетика человека изучает характеристики популяций человека, их генетическую структуру (генофонд), т.е. распределение аллелей отдельных генов в группах людей и факторы, нарушающие равновесие генов в генофонде (т.е. закономерности изменения этого распределения во времени и по территории, причины неравномерного распределения аллелей).

Это позволяет прогнозировать количество некоторых наследственных заболеваний в поколениях и целенаправленно планировать медицинские мероприятия.

Вариабельность распространения аллелей в популяциях людей зависит от действия различных факторов. Различают популяционные факторы, влияющие на изменение:

- частот аллелей (генных частот) –относительной частоты встречаемости определенного аллеля (доминантного или рецессивного) в популяции;

- частот генотипов (генотипических частот) относительной частоты встречаемости определенного генотипа в популяции.

На изменение частот аллелей в популяции влияют мутации, миграция, естественный отбор и генетический дрейф.²

Мутационный процесс

Мутационный процесс создает новые аллели, но действие его не направленно. В силу этого он не приводит к выраженному преобладанию концентрации одних аллелей над другими, а лишь поставляет материал для отбора. Современный человек в повседневной жизни испытывает воздействие химических, физических и других факторов, обладающих мутагенным эффектом, в результате которого могут возникнуть мутации, снижающие жизнеспособность популяции в целом. Эта часть наследственной изменчивости популяции, называется генетическим грузом – насыщенность популяции рецессивными генами, снижающими приспособленность отдельных особей к среде обитания по сравнению со всей популяцией. Так в среднем, около 13 человек из 1000 являются носителями рецессивного аллеля фенилкетонурии, при этом частота индивидуумов страдающих фенилкетонурией (рецессивных гомозигот) составляет 4 чел. на 100 тыс. Современные человеческие популяции несут огромный генетический груз: по последним оценкам, на 1 млн. новорожденных - 638 тыс. имеют какие-либо врожденные патологии. В современном обществе действие естественного отбора ослабевает, потому что благодаря достижениям современной медицины люди с врожденными патологиями приобретают право на жизнь (выхаживание глубоконедоношенных детей). Но генетический груз популяции при этом усиливается – это так называемый дисгенный эффект медицины. Наличие генетического груза является непосредственным следствием генетического полиморфизма и своеобразной платой за экологическую и эволюционную гибкость.³

Естественный отбор

Естественный отбор в силу воздействия на фенотипы организмов комплекса факторов, осуществляется по многим направлениям. Естественный отбор в человеческой популяции потерял видообразовательную функцию (преобладает стабилизирующий отбор), но выполняет функцию стабилизации генофонда и поддержания наследственного разнообразия (генетического полиморфизма). В результате естественного отбора аллели (признаки), повышающие выживаемость и репродуктивную способность человека , накапливаются в ряду поколений, изменяя генетический состав популяций в биологически целесообразном направлении. Так формируются генофонды, сбалансированные по набору и частотам аллелей, обеспечивающих в данных условиях достаточную выживаемость популяции.

Миграция

Миграция населения и сопутствующие ей метисация (вступление людей в смешанные браки) и поток генов приводят к изменению частоты аллелей в популяциях (в донорскую популяцию могут привноситься гены заболеваний, которые ранее в ней не встречались), повышению генетической изменчивости. Эти процессы проявляются в неравномерном распределении по планете некоторых заболеваний, тяжести их протекания в разных человеческих популяциях, индивидуальных особенностях развития патологических процессов, различиях в реакциях на лечебное воздействие.

Дрейф генов

Дрейф генов – это случайное, неадаптивное (не обусловленные действием ЕО) изменение соотношения аллелей в малых популяциях. В большой популяции колебания частот аллелей из поколения в поколение малы и незначительны. В малой популяции наблюдаются резкие колебания генных частот и велика вероятность утраты редких аллелей, или повышение их концентрации не зависимо от их биологической ценности. Чем меньше популяция, тем быстрее происходит изменение частоты аллелей. Дрейф генов может иметь место в популяциях из одного географического района, но изолированных в репродуктивном отношении от других. До XVII в. большинство людей жило в составе малых популяций, находящихся в репродуктивной изоляции, что способствовало дрейфу генов. Так, частота встречаемости второй группы крови достигает у индейцев племени черноногих 80%, а у индейцев из штата Юта – всего 2%. Дрейф генов может привести популяцию в гомозиготное состояние. Вопреки ЕО, в популяции могут сохраняться аллели, снижающие жизнеспособность особей (аутосомно-рецессивных патологий). Такой результат проявления дрейфа генов называется «эффектом родоначальника (основателя)». Так в изолированном поселении амиши в штате Пенсильвания (США) обнаружена высокая частота встречаемости карликовости в сочетании с полидактилией (наследуется аутосомно-рецессивно).

Частота встречаемости генотипов в популяции подвержена влиянию определенных типов скрещивания, в том числе инбридинга и ассортативного подбора супружеских пар.

Инбридинг

Инбридинг - близкородственные браки, обусловленные социально-психологическими, религиозными, имущественными и другими факторами. Известно, что у христиан браки запрещены с родственниками до третьей степени родства, а мусульман – до второй. Выделяют 3 формы инбридинга:

- инцестные браки - между родственниками первой степени родства (братья и сестры, родители и дети), запрещены законом во многих странах;

- близкородственные браки в изолятах;

- близкороственные браки в больших популяциях.

Близкородственные браки увеличивают долю гомозигот и проявляют в фенотипе потомков редкие рецессивные патологические аллели. Дети, рожденные в близкородственных браках часто имеют врожденные аномалии, наследственные заболевания и др. Например, в королевстве Норвегия вступление в брак с «не норгами» запрещалась, в результате среди норгов увеличилась частота встречаемости болезни Дауна.⁴

Ассортативные браки

Ассортативные браки (фр. assorti – подобранный) – браки, при которых выбор брачного партнера неслучаен. При ассортативных браках обнаруживается тенденция к большому сходству некоторых фенотипических черт у брачных партнеров (дебилы вступают в брак с дебилами), что служит причиной увеличения частоты встречаемости ряда психических заболеваний (шизофрения, неврозы, алкоголизм, олигофрения). Таким образом, формируются субпопуляции с повышенным риском заболеваемости потомства. Таким образом, отклонения от панмиксии (в форме имбридинга и ассортативных браков) ведут к изменению частоты некоторых генов в популяции, в результате возникает понижение приспособленности потомства (инбрендная депрессия) и снижение жизнеспособности данной популяции. Различия в генетической и демографической структуре разных популяций обуславливают и различия в особенностях распространения в них наследственных болезней. Частота встречаемости наследственных болезней колеблется у разных этнических групп в разных географических зонах. Например, в странах Западной Европы и России наиболее распространенными являются заболевания: галактоземия (1:20 000 - 1:40 000); гистидинемия (1:17 000); муковисцидоз – 1:1200 - 1:5000; гиперлипопротеинемия достигает 1:100-1:200; гемофилия – 1:10 000; гипотиреоз – 1:7000; синдром мальабсорбции – 1:3000; адреногенитальный синдром – 1:5000. Встречаемость фенилкетонурии составляет: в России 1:7900 новорожденных; в Белоруссии, Чехии, Словакии и Польше до 1: 210851; в Японии 1:100 000; в Австрии – 1:12 000; в Финляндии-1:43000.

Хорошо известны примеры накопления отдельных наследственных болезнейне только в малых изолированных популяциях, но и в значительных по численности этнических группах. Так, распространенность заболеваний Тея-Сакса, Нимана-Пика, Гоше характерна для популяций евреев-ашкенази; семейная средиземноморская лихорадкичаще встречается у армян, проживающих компактно в Сирии (г.Алеппо). Финляндия представляет собой изолят, где смешанным бракам препятствуют большое количество географических преград (озёр и островов), что приводит к увеличению частоты встречаемости такого редкого заболевания, как, нефротический синдром. На атолле Пенгелан в Тихом океане в 1927 году численность популяции составляла 1000 человек. После эпидемии брюшного тифа, завезенного исследователями, осталось лишь 30 человек. К 2005 году количество жителей увеличилось до 2000, среди которых у 5% (1 человек из 20) наблюдалась цветовая слепота (ахромотоксия) в результате эффекта родоначальника. В одном изолированном племени Туркмении, которое изначально произошло от 4 семей, в 1850 году насчитывалось 1000 человек, в 2005 году - 20000. Жители этой страны страдают от своеобразного ожирения и врожденной катаракты: дети рождаются с весом более 5 килограммов, к 5 месяцам достигают 15. Хорея Генингтона в США была завезена 3-мя англичанами. В настоящее время больны 7000 людей. На побережье Югославии и острове Млет распространен специфический кератоз (1:2000), при котором кожа на ладонях и стопах больных имеет уплотнения. В Юго-западной части Тихого океана в королевстве Тонга все жители являются потомками одной семьи и страдают от сахарного диабета и ожирения.

Наиболее важным фактором, определяющим генетическую структуру среднеазиатских популяций, является высокий коэффициент инбридинга, (составляет 0,01%, что выше, чем частота большинства генов, обуславливающих рецессивные заболевания в популяции). Основную часть генетического груза наследственной патологии глаз в этих регионах составляют: аутосомно-рецессивные заболевания – 8 больных на 10 000 населения; аутосомно-доминантные и Х-сцепленные рецессивные встречаются реже – 1 больной на 10 000 населения. Изолированные заболевания органа зрения (без сопутствующей патологии других органов и систем) с аутосомно-рецессивным и аутосомно-доминантным типами наследования отмечены с частотой 5,4 больных на 10 000 населения. Примерно с такой же частотой встречались наследственные глазные заболевания, входящие в состав синдромов (5,5 больных на 10 000 населения), т.е. сочетались с поражением других органов и систем или были результатом наследственных нарушений различных видов обмена веществ, патологии соединительной ткани.

Наиболее часто встречающимся среди аутосомно-рецессивных изолированных заболеваний глаз является болезнь зрительно-нервного аппарата – 2,4 человек на 10 000 населения. Распространенность аутосомно-доминантных изолированных болезней – 1,6:10000.

На втором месте по частоте встречаемости наблюдаются врожденные катаракты обоих глаз (помутнение хрусталика) в сочетании с микрофтальмом (уменьшение глазного яблока) – 0,7 человек на 10 000 населения;врожденные катаракты в сочетании с микрокорнеа (малый диаметр роговицы – 9,5 мм при рождении, менее 11 мм – у взрослого) обоих глаз – 1 человек на 10 000 населения. При обследовании больных с аутосомно-рецессивным типом наследования, абиотрофия выявлена у 39,2% из 2000 человек; с аутосомно-доминантным – у 12%; сцепленным с Х-хромосомой – 2,2% больных. Спорадические случаи составили 46,6%.

На третьем месте находятся врожденные глаукомы (повышенное внутричерепное давление с последующим поражением зрительного нерва). Распространенность глауком колеблется в пределах 1:10000-1:12000. Развитие наследственной глаукомы связано с копиями гена CYP1B1, «семейства» цитохромов Р450. При наличии или образовании новых изолятов возможно накопление отдельных нозологических форм заболеваний. Например, амавроза Лебера в Гиссарском районе Таджикистана встречается в основном в кишлаках, где живут узбеки из рода «барлос».

В популяциях Средней Азии генетически детерминированная системная патология установлена у 51,6% жителей. В целом для популяций с высокой частотой кровно-родственных браков характерным результатом является инвалидность по наследственным заболеваниям глаз (10 человек на 10 000 населения). Наиболее частые среди них аутосомно-рецессивные синдромы Лоуренса-Барде-Бидля-Муна; лейкодистрофия, синдром Ушера. Синдром Лоуренса характеризуется наличием различных форм абиотрофий, ожирения, гипогенитализма, полидактилий, умственной отсталости в сочетании с неврологической симптоматикой (спастические параплегии, судороги), могут быть пороки развития сердца, мозга. Лейкодистрофия имеет несколько форм, главными признаками заболевания являются: атрофия зрительного нерва, нистагм, прогрессирующая потеря психомоторных навыков. При синдроме Ушера с рождения выявляется атрофия зрительного нерва и нейросенсорная глухота разной степени. Повышенная частота встречаемости болезни Гоше отмечена в популяциях евреев и считается еврейским наследственным заболеванием. Распространённость составляет 1:100000. Развивается заболевание в результате недостаточности фермента глюкоцереброзидазы, которая приводит к накоплению глюкоцереброзида во всех органах (селезёнке, печени, почках, лёгких, головном и спинном мозге), вызывая интоксикацию. Ген болезни локализован на длинном плече первой хромосомы. Выделяют детскую и ювенильную формы болезни. Детская форма проявляется в первые месяцы жизни задержкой умственного и физического развития, увеличением живота, печени и селезенки, затруднением глотания, спазмом гортани. Возможна дыхательная недостаточность, судороги; смерть наступает на первом году жизни. Ювенильная форма болезни Гоше поражает детей различного возраста и носит хронический характер. Заболевание проявляется, как правило, на первом году жизни. Возникает пигментация кожи (коричневые пятна), остеопороз (снижение плотности кости), переломы, деформация костей. Наследуется аутосомно-рецессивно.

Муковисцидоз – системное наследственное заболевание, обусловленное мутацией гена трансмембранного регулятора муковисцидоза. Характеризуется изменением в гене белка, участвующего в переносе ионов хлора через клеточную мембрану. Это приводит к нарушению выработки слизи, патологии потовых желёз, секреции эндокринных желез, поражению желудочно-кишечного тракта, половых органов, дыхательной системы (хронического бронхита, эмфиземы легких, полисегментарной пневмонии). Прогноз неблагоприятный. Летальность составляет 50-60 %, среди детей раннего возраста – выше. Частота встречаемости муковисцидоза оценивается в пределах от 1 на 2500 до 1 на 4000 новорожденных. Наследуется аутосомно-рецессивно. Встречается в России с частотой 1:4900, в Европе у представителей белой расы – 1:5100, поэтому включено в число наследственных болезней, подлежащих неонатальному скринингу. В Башкортостане выявлено девять мутаций гена, «европейская» мутация найдена у русских и татар, а «тюркская» – у татар и башкир. Монголоидные предки башкир в виде тюркских кочевников начали проникать на Южный Урал с востока в 1-м тысячелетии н.э., а к концу 1-го тысячелетия заняли всю Башкирию, уничтожив автохтонные европеоидные народы. Миграция населения, когда в Приуралье и Поволжье начали проникать с востока монголоидные предки татар, тюркские кочевники, являющиеся предками современных евреев, привела к широкому распространению болезни.

Частота встречаемости заболевания Вильсона-Коновалова составляет 30 случаев на миллион. География болезни Вильсона (наследование аутосомно-рецессивное) охватывает весь мир. типу. У некоторых народов заболевание встречается чаще, например, у жителей Сардинии и китайцев, редко у жителей Африки. У евреев-ашкенази её частота в тридцать раз превышает среднемировую. В некоторых этнических группах, наряду с широко известными, можно обнаружить «молодые» мутации, свойственные только данным этносам. Например, у представителей татарской национальности выявлена мутация, которая нигде больше не встречается. Молекулярно-генетический анализ позволил исследователям предположить её тюркское происхождение. Болезнь Вильсона-Коновалова связана с генной мутаций, вызывающей нарушение обмена меди и её накопление в организме человека. В результате токсического действия меди поражаются клетки головного мозга, печени. Если медь снижающая терапия начата на ранних стадиях заболевания при незначительных проявлениях неврологического симптома, состояние больных может нормализоваться. В запущенных случаях, этого не происходит.

Подагра относится к наследственным болезням, связанным с нарушением пуринового и пиримидинового обмена. Встречаемость заболевания у мужчин составляет 5-13,6 случаев на 1000 человек, у женщин – 1,5-6,4 случаев на 1000, популяции в общем – 0,27. Распространена подагра в наиболее развитых странах среди материально благополучных людей и связана со значительным употреблением продуктов, богатых пуринами (мясо, рыба), алкогольных напитков и курении. При подагре происходит избыточный синтез мочевой кислоты, её солей в организме и накопление уратов в хрящевых и других тканях. Семейная предрасположенность подагры подтверждается изучением многочисленных родословных. Клиническая картина подагры в ХХ веке отличается от подагры, описанной ранее: вместо острых приступообразных форм наблюдается хроническое течение. Поражаются коленные, голеностопные суставы, а также суставы пальцев рук, локтей, запястий. Помимо острых приступов боли могут наблюдаться резкие изменение настроения, тошнота, изжога, повышенная возбудимость. Тип наследования - аутосомно- доминантный.⁵

Заключение

Основная группа заболеваний, обусловленных генными мутациями, появляется за счет миграции населения, дрейфа генов. Основой для объединения их в одну группу служат этиологическая генетическая характеристика и соответственно закономерности наследования в семьях и популяциях. Вариабельность распространения аллелей в популяциях людей зависит от действия различных факторов. Различают популяционные факторы, влияющие на изменение частот аллелей в популяции: мутации, миграция, естественный отбор и генетический дрейф.

Список использованной литературы

Научно-практический журнал «Медицинская генетика», Главный редактор: Гинтер Е. К., д.м.н., профессор академик РАН, 2015г. с.10-12

http://poznayka.org/s85774t1.html

http://vmede.org/sait/?page=6&id=Genetika_klin_bo4kov_2011&menu=Genetika_klin_bo4kov_2011

http://alexmed.info/2017/07/31/генетика-популяции-популяционно-ста/

journal Mechanisms of unreduced gamete formation in flowering plantsD. B. Loginova, O. G. Silkova Pages 741-756.

Код для цитирования: Скопировать