Мы знаем, что большая часть генетического материала дублируется: один мы получаем от отца, второй – от матери. Многие гены несут отличающуюся информацию и по-разному реализуют свои проявления в организме (именно поэтому мы все разные). Какой ген будет проявляться, если есть две копии? Проявится ли заболевание, если один ген патологически изменен, а второй нормален? Это как раз вопрос типа наследования.
Гены – это участки ДНК. Иногда, а именно при делении клеток, ДНК организуется в структуры, похожие на колбаски, – их называют хромосомами. ДНК не всегда находится в составе хромосом, большинство из которых похожи на букву Х. Обычно ДНК в составе ядра клетки не организована в хромосомах, а находится в разобщенном состоянии, так как участвует в процессе репликации. Хромосомы формируются только на время деления клетки.
Однако хромосомы удобны генетикам для упорядочивания – при обсуждении гена указывается, на какой именно хромосоме он расположен. Это многое упрощает и систематизирует, позволяет группировать гены, которые могут быть вовлечены в клиническую картину того или иного заболевания, когда кусок хромосомы куда-то пропадает, когда есть лишние участки хромосом или целые хромосомы.
В норме у человека 46 хромосом: 23 достались нам от отца и 23 – от матери. Есть пара хромосом, определяющих пол человека, их называют половыми. Хромосомы, не определяющие пол человека, называют аутосомными.
Каждый ген аутосомных хромосом имеет гомологичную (соответствующую ему) пару на хромосоме, доставшейся от другого родителя. Девочки имеют гомологичные гены и в гомологичных половых Х-хромосомах, это и делает их девочками.
Мы обсудим типы наследования заболеваний, но и нормальные признаки так же наследуются. Разберем типы мутаций на арифметическом примере сложения. В нашем случае 1.0 ≥ проявление заболевания.
Аутосомно-доминантный тип наследования заболевания
Тип наследования, при котором для возникновения заболевания, достаточно, чтобы один ген из пары генов на неполовых хромосомах был патологически изменен. Второй аналогичный ген из пары может быть нормальным:
1,0 + 0 = 1,0
Аутосомно-рецессивный тип наследования заболевания
Это тип наследования, при котором заболевание возникает, только если изменены два гена. Если изменен один ген, для возникновения заболевания этого недостаточно:
0,5 + 0,5 = 1,0
Забегая вперед, отметим, что тяжелые наследственные заболевания чаще всего аутосомно-рецессивные. Это легко объясняется тем, что живые организмы с аутосомно-доминантными заболеваниями имеют меньше шансов на продолжение рода в условиях естественного отбора: вероятность рождения потомства с проявлением заболевания у носителя патологичного гена в случае доминантного наследования составляет 50 %, а в случае рецессивного крайне мала (необходима встреча с парной мутацией в гомологичном гене).
Итак, заболевание, определяющееся рецессивным геном, может возникнуть только в том случае, когда два родителя носят в себе рецессивный ген, отвечающий за возникновение заболевания. Это маловероятная случайная ситуация. Факт, что гены именно рецессивные и не проявляют себя, если имеется только одна копия, и объясняет тот феномен, что большинство заболеваний не встречаются в прошлых поколениях. Если бы была возможность отследить все поколения очень далеко в прошлом, вероятно, подобные заболевания все же были бы.
Известный популяризатор науки британец Ричард Докинз в своей книге The Magic of Reality приводит интересные размышления о том, какова вероятность, что наши гены встречались в прошлом, то есть, возможно, имели общего предка, от которого мы произошли, после чего опять встречаемся и образуем пары. Он пишет, что, если рассмотреть любого коренного британца, скорее всего, у него с автором есть один общий предок, который жил несколько столетий назад. Если взять для рассмотрения коренного жителя Америки или Тасмании, скорее всего, окажется, что единый общий предок жил несколько десятков тысяч лет назад. Если взять представителя народа бушменов из пустыни Калахари, то придется еще больше углубиться в прошлое. Поскольку обычно знания любого человека о своих предках все же ограниченны и даже родословные всемирно известных монархов, потрясающие своей точностью и обширностью, теряются на фоне длинной ленты времен, утверждение, что ни у кого в роду такого заболевания не было, очень смелое.
В любом случае аутосомно-рецессивное заболевание тем и проявляется, что в роду его нет и оно просто результат случайной встречи двух носителей рецессивного патологического гена.
Генетики считают, что многие люди несут в себе гены различных заболеваний, не проявляющихся лишь потому, что случайная встреча двух патологичных гомологичных генов не произошла. В настоящее время возможно определить носителя известных патологических генов с помощью проверки всего генома человека, однако это по-прежнему дорогое удовольствие.
В современном мире, где население некоторых городов достигает нескольких миллионов, а миграция облегчена открытыми границами и развитым транспортом, гены перемешиваются очень активно и вероятность встречи партнера с тем же рецессивным геном незначительна.
Факт, что большинство признаков передаются рецессивно, объясняет то, что заболевание не обязательно должно быть у тех предков, которых мы помним, вероятность этого очень мала. Исключения могут составлять ограниченные популяции людей, то есть такие, в которых в силу сложившихся обстоятельств происходят близкородственные браки и рецессивные гены встречаются чаще. Ярким примером можно считать трагедию на острове Пингелап, где после тайфуна погибла бóльшая часть жителей, и это привело к близкородственным бракам и распространению цветовой слепоты. Этот случай мы опишем в отдельной главе, посвященной цветовому зрению.
Наследование, связанное с полом. Х-сцепленное рецессивное наследование. Х-сцепленное доминантное наследование
Мы уже обсудили, что женственность связана с наличием двух Х-хромосом. Мужчины имеют только одну Х-хромосому, вторую называют Y. Отец может передать своему ребенку как Х, так и Y— хромосому, мать – только Х. Если отец передаст Х-хромосому, плод будет формироваться как девочка, так как набор половых хромосом будет XX, а если он передаст Y-хромосому, родится мальчик. Если ген, определяющий заболевание, находится на X-хромосоме, у мальчиков он приведет к заболеванию, поскольку второго гомологичного гена нет. Став отцом, мальчик будет передавать этот ген только девочкам, у которых вряд ли будут проявляться симптомы заболевания (есть вторая Х-хромосома).
Мы обсудили особенности половой генетики человека, у животных пол может детерменироваться иначе. При Х-сцепленном доминантном наследовании с наличием одного измененного гена заболевание проявляется у девочек. Это редкий тип наследования, и в этой книге мы не будем его рассматривать.
Геном митохондрий
Митохондрии – это органеллы, вырабатывающие энергию для клетки. Считается, что в прошлом митохондрия была бактерией, которая попала в клетку, но не исчезла, а стала ее частью. Именно поэтому митохондрии содержат свою ДНК и, поскольку они отвечают за энергию, большинство заболеваний, связанных с митохондриальным геномом, – нейромышечные дегенеративные. Среди глазных заболеваний можно выявить такие, как наружная прогрессирующая офтальмоплегия и некоторые типы амавроза Лебера.
