Сценарий урока по биологии на тему "Генетика и здоровье" (10 класс)

34. Генетика и здоровье

Одно из современных направлений медицины – клиническая генетика, занимается изучением наследственных заболеваний человека. В 1956 году Джо Хин Тио и Альберт Леван определили хромосомный набор или кариотип человека. Ими установлено, что ядро соматической клетки человека содержит 23 пары хромосом.  В 1960-е годы появился метод дифференцированного окрашивания хромосом, который позволил составить генетическую карту человека. Ученым удалось расшифровать полную нуклеотидную последовательность ДНК человека, однако точная локализация каждого гена на 46 хромосомах не установлена. Решение этой важнейшей задачи позволит эффективно бороться с наследственными болезнями. Наследственные патологии возникают в результате нарушения структуры ДНК -   генных, хромосомных или геномных мутаций. Такие заболевания могут тысячелетиями передаваться от предков к потомкам, сохраняясь в популяции. Мутации, вызывающие заболевания, могут возникать и de novo (т.е вновь) в гаметах, участвующих в оплодотворении, и в клетках генетически здорового зародыша. В настоящее время более 4000 заболеваний человека классифицируются как наследственные, но не более 500 из них достаточно подробно изучены. Клинические проявления генетических заболеваний могут быть очень разнообразными – от косметических дефектов, не влияющих на функции организма, до тяжёлых поражений систем и органов организма, приводящих к летальному исходу. Механизмы возникновения наследственных заболеваний в настоящее время не достаточно изучены, поэтому не существует и их общепринятой классификации. По типу наследования выделяют следующие группы генных заболеваний: ·                        аутосомные (доминантные и рецессивные), ·                        сцепленные с полом (X –сцепленные доминантные,    X –сцепленные рецессивные, Y – сцепленные). Аутосомные заболевания возникают в результате мутаций в аутосомах. Мутации в половых хромосомах приводят к заболеваниям, сцепленным с полом. Если мутация затрагивает доминантный ген, и он подавляет проявление аллельного рецессивного гена, говорят об аутосомно-доминантном наследовании. Примером аутосомно-доминантного заболевания является синдром Марфана – заболевание соединительных тканей организма человека. Синдром Марфана является довольно редким заболеванием, которое встречается примерно у 1 из 5000 человек. Исследователи выявили, что болезнь обусловлена мутацией гена белка фибриллина в 15-й хромосоме. Люди с синдромом Марфана часто обладают высоким ростом, отличаются астеническим телосложением. Пальцы их рук и ног обычно длинные и тонкие, часто непропорционально длинные по сравнению с размерами туловища; череп удлиненный, глубоко посаженные глаза, маленькая челюсть, неправильный рост зубов. У людей с синдромом Марфана повышено содержание адреналина в крови и это делает их невероятно трудоспособными. Считается, что этим заболеванием страдали такие известные личности, как Авраам Линкольн, Ганс Христиан Андерсен, Корней Чуковский, Николо Паганини. Ещё один пример аутосомно-доминантного заболевания – полидактилия – развитие дополнительных пальцев. Аутосомно-рецессивные заболевания возникают в результате мутации, возникшей в рецессивном гене аутосомы. Проявляется такое заболевание только в том случае, когда организм гомозиготен по данному признаку. У гетерозиготного организма нормальный доминантный ген подавляет действие патологического рецессивного гена, и заболевание не проявляется. Однако, человек с одним рецессивным геном является носителем заболевания, которое может проявиться через несколько поколений. К аутосомно-рецессивным заболеваниям относится альбинизм – врождённое отсутствие пигментации волос, кожи и радужной оболочки глаза. Тяжёлым наследственным заболеванием аутосомно-рецессивного типа является фенилкетонурИя. Возникновение этого заболевания связано с мутацией гена, кодирующего фермент, синтезирующий тирозин из фенилаланина. В результате фенилаланин и его токсические продукты накапливаются в организме, что приводит к тяжёлому поражению центральной нервной системы, которое проявляется в виде нарушения умственного развития. При рождении ребёнка в роддомах на 3-4 сутки берут анализ крови для обнаружения врожденных заболеваний обмена веществ. На этом этапе возможно обнаружение фенилкетонурии, и, как следствие, возможно раннее начало лечения для предотвращения необратимых последствий. При своевременной диагностике патологических изменений можно полностью избежать, если с рождения и до полового созревания ограничить поступление в организм фенилаланина с пищей. Для этого необходимо полностью исключить из рациона ребёнка молочные, мясные, рыбные продукты, а также некоторые растительные белки. Если причиной заболевания стала мутация гена, расположенного в половой хромосоме (X или Y), то такое заболевание классифицируют как сцепленное с полом. При Х-сцепленном типе наследования мутантный ген расположен в Х-хромосоме. Наиболее известными Х-сцепленным рецессивным заболеванием является гемофилия. Мутантные гены локализованы в длинном плече Х-хромосомы. Известно, что при гемофилии наблюдается нарушение свертывания крови, и самые незначительные порезы могут привести больного без специальной гематологической помощи к летальному исходу. Самой известной носительницей гемофилии в истории была английская королева Виктория; по-видимому, эта мутация произошла в её генотипе, поскольку в семьях её родителей гемофилики не зарегистрированы. Гемофилией страдал один из сыновей Виктории, а также ряд внуков и правнуков (родившихся от дочерей или внучек), включая российского царевича Алексея Николаевича. По этой причине данное заболевание получило такие названия: «викторианская болезнь» и «царская болезнь». К Х-сцепленным рецессивным заболеваниям относят дальтонизм. Дальтонизм, или цветовая слепота, – особенность зрения, проявляющаяся в неспособности различать цвета или цветовые оттенки. Для проявления дальтонизма у мужчины, достаточно единственной материнской хромосомы с геном дальтонизма. А женщина будет дальтоником, только получив одновременно указанный ген от матери и бабушки по отцовской линии. Соответственно, частота проявления дальтонизма у мужчин 2-8%, а у женщин всего 0,4%. Вот так выглядит репродукция картины Поля Гогена, выполненная художником с нормальным зрением. А так воспроизвёл картину художник, страдающий дальтонизмом. По Х-сцепленному доминантному типу наследуется Синдром Ретта - психоневрологическое наследственное заболевание, встречающееся почти исключительно у девочек с частотой 1:10000 — 1:15000. Проявляется болезнь в виде тяжёлой умственной отсталости у девочек. До полутора лет девочка развивается нормально, но потом начинает утрачивать речевые, моторные и предметно-ролевые навыки. В редких случаях наблюдается отцовский или голандрический тип наследования, обусловленный присутствием мутаций в генах Y-хромосомы. При этом болеют и передают через Y-хромосому свое заболевание сыновьям только мужчины.  В отличие от аутосом и Х-хромосомы Y-хромосома несет сравнительно мало генов, немногим менее 100. Большинство из них обусловливают развитие организма по мужскому типу, участвуют в контроле сперматогенеза, роста тела и зубов. Y-сцепленные заболевания, как правило, являются результатом мутаций, возникших de novo, то есть, непосредственно у самого организма. Мутациями в одном из генов, расположенных в Y-хромосоме, обусловлены некоторые формы ихтиоза (рыбья кожа) с совершенно безобидным признаком – оволосением ушной раковины. При хромосомных мутациях происходит изменение размеров или нарушение структуры хромосом. Они часто приводят к патологическим нарушениям в организме При делеции части 5-й хромосомы возникает синдром Лежёна, или синдром кошачьего крика. Дети, страдающие этим заболеванием, обладают характерным криком, напоминающим мяуканье кошки. Этот крик происходит из-за проблем с гортанью и нервной системой. Заболевание сопровождается затруднённым сосанием и глотанием, существенной задержкой развития речевых и двигательных функций, проблемами с поведением, нетипичными чертами лица. Синдром Лангера-Гидиона возникает в результате микроделеции хромосомы длинного плеча хромосомы 8. Основными клиническими признаками заболевания являются: тонкие и редкие волосы, бульбообразный нос, конические эпифизы фаланг пальцев, множественные хрящевые экзостозы. Кроме этих признаков больные имеют ряд микроаномалий: широкие редкие бро­ви, глубоко посаженые глаза, нарушение прорезыва­ния и расположения зубов, большие и низко располо­женные ушные раковины. У новорожденных бывает избыточная кожа. Отмечается умственная отсталость различной степени, задер­жка речевого развития. Отличительная черта геномных мутаций – изменение числа хромосом в кариотипе. Геномные мутации одни из самых страшных. Они ведут к таким заболеваниям, как синдром Дауна, синдром Клайнфельтера и др. Синдром Патау (трисомия по 13-й хромосоме). Популяционная частота 1 на 7800. Для синдрома Патау характерны следующие при­знаки: микроцефалия, расщелина верхней губы и неба, низко поса­женные деформированные ушные раковины, полидак­тилия, флексорное положение пальцев рук, выпуклые ногти, попе­речная ладонная складка, стопа-качалка. Из пороков внутренних ор­ганов отмечены врожденные пороки сердца, незавершенный поворот кишечника, поликистоз почек, удвоение мочеточника. Глубокая идиотия. Дети, в основном, умирают в воз­расте до 1 года. Синдром Дауна (трисомия 21-й хромосомы). Наиболее часто встречаю­щийся хромосомный синдром: популяционная частота составляет 1 случай на 600-700 новорожденных детей. Частота рождения детей с данным синдромом зависит от возраста матери и резко увеличива­ется после 35 лет. Основными диагностическими признаками синдрома являются: типичное плоское лицо, монголоидный разрез глаз, откры­тый рот, аномалии зубов, короткий нос и плоская пе­реносица, избыток кожи на шее, короткие конечности, поперечная четырех-пальцевая ладонная складка (обезьянья борозда). Из по­роков внутренних органов часто отмечаются врожденные пороки сер­дца и желудочно-кишечного тракта, которые и определяют продолжительность жизни больных. Умственная отсталость обычно сред­ней степени тяжести. Дети с синдромом Дауна часто ласковые и при­вязчивые, послушные и внимательные. Синдром ШерешЕвского-ТЕрнера (моносомия Х-хромосомы). Это единственная форма моносомии у человека, которая может быть выявлена у живорожденных. Популяционная частота 1 на 3000 ново­рожденных. Основными клиническими признаками заболевания являются: крыловидные кожные складки на шее, короткая шея с низкой линией роста волос, отеки кистей и стоп новорожденных, бочкооб­разная грудная клетка. У больных выявляются половой ин­фантилизм, бесплодие, гиперпигментация кожи, снижение зрения и слуха. Часто встречаются врожденные пороки сердца и почек. Ин­теллектуальное развитие в пределах нормы. Синдром Клайнфельтера. Популяционная частота 1 на 1000 мальчиков. Цитогенетические варианты синдрома могут быть различны: 47 хромосом в кариотипе – одна лишняя Х- хромосома - XXY; 48 хромосом в кариотипе, 49 хромосом – лишние 3 хромосомы - XXXXY. Больные высокого роста с непропорционально длинными конечностями, выраженной гинеко­мастией и оволосением по женскому типу. В детстве отличаются хруп­ким телосложением, а после 40 лет страдают ожирением, бес­плодны. Коэффициент интеллекта ниже 80. В настоящее время благодаря успехам генетики в целом и существенному прогрессу теоретической и клинической медицины многие наследственные болезни успешно лечатся. Однако любую болезнь лучше предупредить, чем лечить. Ведущую роль в профилактике наследственных болезней играет медико–генетическое консультирование. Современные методы исследования позволяют значительно снизить риск возникновения генетических заболеваний.