Научная работа: Гены в нашей жизни. Современные возможности и достижения генетики Влияние наследственности на агрессивность и преступность
Введение………………………………………………………………………
Исследование генома человека ……………………………………………
Прогресс генетики …………………………………………………………
Достижения и проблемы современной генетики ………………………
Медико-генетическое консультирование ………………………………
Проблема клонирования животных и человека …………………………
Генетика и проблема рака …………………………………………………
Генетический мониторинг …………………………………………………
Заключение …………………………………………………………………
Литература …………………………………………………………………
Введение
Генетика представляет собой одну из основных, наиболее увлекательных и вместе с тем сложных дисциплин современного естествознания. Место генетики среди биологических наук и особый интерес к ней определяются тем, что она изучает основные свойства организмов, а именно наследственность и изменчивость.
В результате многочисленных – блестящих по своему замыслу и тончайших по исполнению – экспериментов в области молекулярной генетики современная биология обогатилась двумя фундаментальными открытиями, которые уже нашли широкое отражение в генетике человека, а частично и выполнены на клетках человека. Это показывает неразрывную связь успехов генетики человека с успехами современной биологии, которая все больше и больше становится связана с генетикой.
Первое – это возможность работать с изолированными генами. Она получена благодаря выделению гена в чистом виде и синтезу его. Значение этого открытия трудно переоценить. Важно подчеркнуть, что для синтеза гена применяют разные методы, т.е. уже имеется выбор, когда речь пойдет о таком сложном механизме как человек.
Второе достижение – это доказательство включения чужеродной информации в геном, а также функционирования его в клетках высших животных и человека. Материалы для этого открытия накапливались из разных экспериментальных подходов. Прежде всего, это многочисленные исследования в области
вирусогенетической теории возникновения злокачественных опухолей, включая обнаружение синтеза ДНК на РНК-матрице. Кроме того, стимулированные идеей генетической инженерии опыты с профаговой трансдукцией подтвердили возможность функционирования генов простых организмов в клетках
млекопитающих, включая клетки человека.
Без преувеличения можно сказать, что, наряду с молекулярной генетикой, генетика человека относится к наиболее прогрессирующим разделам генетики в целом. Ее исследования простираются от биохимического до популяционного, с
включением клеточного и организменного уровней.
XX век стал веком величайших открытий во всех областях естествознания, веком научно-технической революции, которая изменила и облик Земли, и облик ее обитателей. Возможно, одной из основных отраслей знания, которые будут определять облик нашего мира в следующем веке, является генетика. С этой сравнительно молодой наукой всегда было связано немало споров и противоречий, но последние достижения генетики и генной инженерии, которая вполне может считаться самостоятельной дисциплиной, в
таких областях, как исследование генома человека и клонирование, хотя и открыли широкие перспективы развития биотехнологий и лечения различных заболеваний, сделали возможным изменение самой сущности человека, породив
тем самым множество вопросов этического, даже, скорее, философского, характера. Имеет ли человек право изменять то, что создано природой? Имеет ли право исправлять ее ошибки и, если да, то где та грань, которую нельзя переступать? Не обернутся ли научные знания катастрофой для всего
человечества, как это случилось, когда была открыта энергия атома, уничтожившая Хиросиму, Нагасаки и Чернобыль? На эти вопросы все отвечают по-разному, поэтому в своей работе я попытаюсь не только рассказать о самих проблемах научной этики, связанных с генетикой, но и по возможности
отразить различные точки зрения на эти проблемы.
Виталий Кушниров
Начнем с простых истин. В природе существование биологических видов сопровождается естественным отбором, то есть гибелью генетически не вполне совершенных индивидуумов. Это позволяет видам совершенствоваться и эволюционировать. Заметим, что без отбора не было бы не только совершенствования, но и самой жизни, ни в каких ее формах. И для того, чтобы мы, такие красивые и умные, могли сидеть сейчас перед компьютером, размышляя о всякой всячине, погибли миллиарды, нет, мириады ближайших родственников наших предков.
Но отбор необходим и просто для поддержания имеющегося уровня генетических качеств. Неточное копирование генетической информации является фундаментальным законом природы, а большинство изменений, возникающих при копировании, неблагоприятны. Отсеять их можно только отбором.
Человек, несомненно, оказался весьма удачным творением природы, намного превзошедшим прочих обитателей биосферы по своим возможностям. Это позволило ему отменить естественный отбор, вследствие чего генетическая эволюция человека практически прекратилась. Развитие человека сосредоточилось в иных областях, в культуре и технологиях. Но генетическая основа человека в отсутствие отбора деградирует, и можно спорить лишь о том, насколько быстро это происходит и как скоро ее качество станет неприемлемо низким. Процесс уже зашел довольно далеко. К настоящему времени большинство людей имеет большие или малые, скрытые или явные генетические дефекты. Полностью здоровых людей очень мало. Например, как говорит статистика, их мало среди армейских призывников, то есть юношей в возрасте их физического расцвета.
Заметим, что часто отбор не просто отсутствует, а он негативен, то есть лучшие люди погибают первыми. В средневековой Европе красивых женщин считали ведьмами и жгли на костре. А ведь красота – не абстрактная эстетическая категория. То, что мы воспринимаем, как красоту, есть набор признаков, говорящих о физическом (и генетическом) благополучии организма. В нашей стране в сталинское время отправляли в лагеря – и на смерть – тех, кто был умен, активен, смог чего-либо добиться. Кулаков, интеллигенцию, военачальников. В наше время наблюдается отрицательная корреляция между умом и плодовитостью: более способные делают карьеру и реже заводят детей. И таких примеров множество.
Надо сказать, что природа все же оставила нам некоторые механизмы генетического очищения. Мутации, нарушающие жизненно важные функции клеточного уровня, отсекаются на стадии половых клеток, которые имеют единичный генетический набор, и потому плохой ген не может быть компенсирован его хорошей копией. Многие мутации, нарушающие работу организма (а не отдельных клеток), отсекаются на эмбриональной стадии, когда младенец не может зачаться или дотянуть до рождения. Но это происходит лишь в крайних случаях – когда сумма генетических ошибок становится несовместимой с жизнью. Человек стал активно вмешиваться в отбор на этих этапах, и это не очень хорошо. Идет борьба за снижение младенческой смертности, и этот показатель давно уже стал критерием оценки качества работы здравоохранения. Развиваются технологии искусственного зачатия для тех, у кого оно не происходит естественным путем. Отношение к этим процедурам, по крайней мере, не должно быть однозначно позитивным. Следует понимать, что таким образом рождаются генетически более слабые дети. При этом почти никто не задумывается, что мы оказываем нашим потомкам медвежью услугу, передавая им нарастающий груз генетических дефектов.
Генетические перспективы человека
Таким образом, очевидно, что генофонд человечества заметно ослаблен и продолжает деградировать. Поскольку вредные мутации возникают в сотни раз чаще, чем полезные, деградация должна идти намного быстрее эволюционного совершенствования. То, что шлифовалось миллион лет, можно растратить за несколько тысяч, или еще быстрее.
Где же выход? Опишу два. То, что можно сделать на нынешнем уровне медицины, и что – в близком будущем.
Решения, доступные сейчас . Родители с ослабленной генетикой, с серьезными наследуемыми заболеваниями должны отказаться от рождения собственных детей. Если болен отец – пусть его дело сделает проверенный здоровый донор. Если мать – процедура сложнее – искусственное оплодотворение с донорской яйцеклеткой.
В общем, рецепты просты, но ими мало кто пользуется. Вероятно, потому, что в обществе отсутствует понимание важности вопроса и доминируют стереотипы значимости генетического родства. Большинство родителей считают, что лучше плохое, но свое. Некоторые другие проблемы на этом пути, опять же, связаны со стереотипами. Например, донор, мать или отец, могут начать претендовать на своего биологического потомка. А ведь их вклад – всего лишь половая клетка, которая при ином раскладе была бы не востребована и погибла. (Напомню, в человеке триллионы клеток). В целом же, пока еще даже рано говорить о возможных проблемах – было бы хорошо, если бы общество хотя бы задумалось и осознало необходимость каких-то действий по улучшению генетики.
Будущее. А вот в будущем, причем довольно близком, нас ожидают весьма интересные возможности. (Во многом ради них и была написана статья). Я бы сказал – произойдет две революции. Первая – мы прочтем всё, что записано в наших хромосомах, и научимся это понимать. Вторая – воспользуемся этим, чтобы исправить все найденные ошибки.
Первая из революций достаточно уверенно просматривается, как следствие развития технологий чтения хромосомной ДНК (секвенирования ). Развития, которое вполне можно назвать революционным по его скорости, по новизне и изяществу возникающих технических решений.
Чтобы не перегружать текст, я выделил описание развития методов секвенирования в . Возможно, не все осилят технические детали, а для кого-то, наоборот, эти детали уже известны. Но прочесть рекомендую, потому что это один из достойнейших эпизодов в творческой истории человечества, настоящий фейерверк изобретений.
Вкратце, та статья о следующем. До недавнего времени технологии секвенирования были относительно малопроизводительны, и более подходили для анализа отдельных генов, чем геномов . (Один ген содержит 1 – 5 тыс. нуклеотидов, геном человека, все содержимое его двойного набора хромосом – 2 х 3 миллиарда нукл.) Но в последнее десятилетие наметился радикальный прогресс. Были разработаны методы и приборы, позволяющие готовить одновременно и «в одной пробирке» миллионы образцов ДНК, а затем одновременно же их анализировать. Каждый такой образец – это локализованная колония одинаковых молекул ДНК. Нуклеотидные последовательности в этих приборах считываются с помощью фотокамеры, в виде миллионов флуоресцентных или люминесцентных мерцающих световых точек – сигналов, поступающих от колоний. Все это позволило повысить скорость секвенирования в тысячи, а то и в миллионы раз, и определять миллиарды нуклеотидов в день. И уже появляются приборы следующего поколения, способные читать единичные молекулы ДНК. Стоимость геномного секвенирования падает фантастически быстро, почти троекратно каждый год. Это позволяет рассчитывать, что в недалеком будущем, лет через 10, каждый сможет прочесть свой геном за вполне скромные деньги, за 1000 долларов или еще дешевле.
Осмысление генома
В результате такого развития секвенирования лет примерно через 20, или еще быстрее, будут определены миллионы человеческих геномов. Это позволит, посредством статистического анализа, определить, какие варианты генов (или их сочетания) отвечают за те или иные наши особенности, недостатки и склонность к разным болезням. Как говорят генетики, установить соответствие между генотипом и фенотипом (набором наблюдаемых признаков).
Геном человека содержит от 20 до 25 тысяч генов , кодирующих белки или функциональные РНК. У разных людей каждый ген может иметь десятки вариантов, называемых аллелями. Большинство из них вполне хороши, но некоторые, и таких тоже немало, содержат мутации, ухудшающие работу генного продукта, белка или РНК. Вариантные отличия могут относиться как к кодирующей области гена, так и к регуляторной промоторной области, определяющей, когда, где и в каком количестве должен синтезироваться продукт данного гена. Например, несвоевременное включение генов, определяющих развитие организма, может приводить к дефектам его строения, т.е. уродствам.
Несмотря на то, что молекулярные функции большей части генов известны, оценить «качество» гена теоретически, т.е. исходя из его последовательности, можно лишь приблизительно и в самых простых случаях, когда имеется явный дефект какой-либо функции организма, и виден дефект соответствующего гена. Трудность предсказаний связана, в частности, с тем, что многие гены определяют (или влияют на) более чем одну функцию, а многие признаки определяются более чем одним геном.
Поэтому эффективной альтернативой представляется эмпирический подход: статистика. Сопоставление большого количества геномов и соответствующих им фенотипических характеристик позволит достоверно определить, какие аллели являются «плохими», и какие недостатки определяют. Это знание позволит интерпретировать индивидуальные геномы, определять, какие плохие аллели (или их комбинации) есть у каждого в геноме. Это могут быть гены, определяющие склонность к болезням, тяжелым, как рак или диабет, или более легким. Можно ожидать и еще много интересного. Например, какие гены определяют агрессивность или мягкость характера, эгоизм и альтруизм, склонность к пьянству и многое другое.
Отмечу два технических обстоятельства. Первое, что наличие у нас двойного генетического набора позволяет замаскировать большинство бракованных аллелей, но эти аллели могут проявиться в следующих поколениях. Второе, что бо льшая часть человеческого генома (до 98%) ничего не кодирует , и, вероятно, не играет какой-либо роли. Сравнение геномов поможет прояснить этот вопрос, и, если роли нет, задача сравнения станет менее объемной.
Персональная медицина и другие последствия
Первое из существенных применений знания индивидуального генома – персональная медицина. Зная индивидуальные генетические слабости, будет возможно отодвигать появление наследственных болезней, или даже предотвращать их. Если предполагается высокая вероятность возникновения, например, диабета или болезни Альцгеймера, вам пропишут определенные лекарства и диету, при которых эта болезнь разовьется гораздо позже или не возникнет вовсе. Другие лекарства тоже будут назначать с учетом ваших генных особенностей и предрасположенностей. Знание генетических наклонностей поможет воспитывать детей и выбирать им профессию.
Кстати, многие дефектные варианты генов уже известны, а их выявление, производимое более простым способом, уже доступно и стоит недорого. В этом методе вариантные особенности генов (одно-нуклеотидные замены, SNP) выявляют посредством гибридизации ДНК человека со специально подобранными ДНК-праймерами. Такие праймеры, в количестве до миллиона наименований, закреплены на ДНК-чипе. Сигнал усиливают при помощи полимеразной цепной реакции (ПЦР ) с флуоресцентными праймерами, происходящей прямо на чипе, и затем фиксируют фотокамерой. Один из пионеров направления, компания 23andMe (Вики ), берет за такой анализ от 200 до 400 долларов. При этом выявляется предрасположенность к 100 тяжелым наследственным заболеваниям, таким, как Альцгеймер или диабет. В качестве бесплатного приложения – выявление родства , даже дальнего. Для тестирования не надо сдавать кровь, достаточно плюнуть в специальную пробирку. В 2008 году журнал Time назвал сервис ДНК-тестирования 23andMe «изобретением года». Компания полагает , что в перспективе она будет выполнять такой анализ на основе геномного секвенирования. Любопытно, что возглавляет компанию жена основателя Google Сергея Брина. (Он – король двоичного кода, она – четверичного).
Вероятно, поначалу наличие генетической информации может вызывать различные моральные проблемы в обществе, если она станет публичной. И это естественно – ведь по сути это более интимная информация, чем, скажем, фотография «ню». Знание ваших генетических недостатков, генетической склонности к болезням, к агрессии или эгоизму может затруднить устройство на работу или получение страховки. Обладателей геномов с асоциальными наклонностями, возможно, станут избегать. А может, наоборот, наличие генов агрессии станет смягчающим обстоятельством в суде? По логике нынешнего судопроизводства это вполне возможно. Окажется, что Чикатило не виноват, просто у него гены такие. Но я все же думаю, что все подобные проблемы решаемы.
Кстати, деятельность 23andMe разрешена законом лишь в половине штатов США, поскольку компания отправляет результаты тестирования пациенту, а не доктору, как принято.
Рафинирование генома
И вот мы знаем, какие из наших генов плохи. Что делать дальше? Здесь возможны решения различного уровня сложности. Самое простое – проверять геном человеческих эмбрионов на ранних стадиях развития, и прерывать беременность в случае плохого прогноза (но какой прогноз считать достаточно плохим?). Морально более приемлемым способом было бы проведение всех манипуляций до внедрения эмбриона в матку. Такой подход во многом напоминал бы современную технологию экстракорпорального оплодотворения (ЭКО). Описанные методы способны предотвратить самое тяжелое – рождение детей с явными физическими недостатками. И это уже большое достижение.
Но предположим, мы хотим избавиться от плохих генов – раз и навсегда. Чтобы наши потомки были здоровыми, красивыми и умными. Удивительно, но не все признают важность этой задачи. Мне приходилось встречать и такие мнения: Если мелкий дефект – не беда. Уже придумали или придумают от этого какую-нибудь таблетку. Даже если более серьезные дефекты – не проблема. Многие гении родились с дефектами. Эйнштейн и Ньютон были аутистами, Гете родился недоношенным и больным. А Стивен Хокинг и вовсе большинство своих трудов написал в инвалидной коляске. Так что пусть все будет, как есть.
Максим Каммерер - человек будущего. Улучшенная генетика налицо. (Обитаемый остров, братья Стругацкие, фильм - Ф. Бондарчук)
По-моему, это благодушие и благоглупость. Мне ближе позиция неполиткорректного Джеймса Уотсона: «Некоторые говорят, что если мы сделаем всех девушек красавицами, это будет ужасно. Я думаю, это было бы великолепно». Полагаю, что улучшение генетики человека – цель исключительно важная и благородная. В результате, мы будем редко бывать у доктора и долго жить, у нас всегда будет хорошее самочувствие, настроение и высокая работоспособность. Мне кажется даже, что генетическая предпосылка таланта, вплоть до гениальности, проста: отсутствие генетических отягощений, особенно связанных с работой мозга. Чтобы мысли летали, а не ползали. Остальное – детали воспитания и образования.
Помимо улучшения здоровья, есть и другая важная сторона. Скорее всего, через гены можно будет определять и характер будущего человека. Будет ли он добрым или агрессивным, эгоистом или альтруистом. Из добрых альтруистов можно создать идеальное общество, в котором будет мало внутренних противоречий и борьбы, которое будет справедливо, эффективно и комфортно для жизни. То есть, можно создать не только здорового человека, но и здоровое общество.
Чтобы этого добиться, необходимо заменить некачественные гены на их хорошие варианты. А плохих генов у каждого найдутся десятки, если не сотни (в зависимости от строгости подхода). Изменение генов у человека возможно уже сейчас, но технология весьма далека от совершенства и для нашей задачи потребуются ее принципиальные улучшения.
Во-первых, есть проблемы с адресностью доставки. Сейчас в большинстве случаев просто забрасывают в клетку хороший ген, безадресно. А нам надо попасть в нужное место хромосомы и заместить там «плохой» ген. Порядок генов в хромосоме должен быть сохранен, поскольку иначе гены будут теряться в следующих поколениях в результате кроссинговера (+англ .). (Это процесс, предшествующий образованию половых клеток, при котором родительские хромосомы обмениваются гомологичными участками, т.е. одинаково расположенными и несущими сходные гены. Так природа тасует генетические «карты» перед каждой «игрой» – новой жизнью.)
Направить ген в нужное место хромосомы принципиально возможно. Например, для клеток простейших эукариот, дрожжей, такая задача давно решена, и сейчас с ней справится любой студент. При этом большую часть работы выполняет дрожжевая система рекомбинации ДНК. На практике, вы вводите в клетку фрагмент ДНК, концевые участки которой идентичны какому-то месту на хромосоме, а середина может отличаться. ДНК сама находит комплементарное место на хромосоме, а клеточные механизмы вставляют ее вместо похожей старой. Но в клетках человека такой механизм работает плохо, ДНК попадает преимущественно в случайные места. В частности, потому, что его геном в 500 раз больше. Чтобы обеспечить адресность такого механизма в клетках животных, ему в помощь используют специально разработанные ферменты, нуклеазы, способные распознать любую произвольно заданную последовательность ДНК (1 , 2 ).
В целом, процедура замены одного гена пока довольно сложна и трудоемка, а случаи замены многих генов мне неизвестны. Для практического использования процедуру замены придется существенно усовершенствовать и упростить. Впрочем, этому не видно принципиальных препятствий, и разработка такой технологии едва ли займет более 50 лет.
Но, вероятно, главной проблемой будет не создание технологии рафинирования генома, а ее принятие обществом, которое, конечно же, сочтет ее нарушением морали, этики или еще чего-нибудь. Почему? – да как бы чего не вышло. Сейчас изменение генома человека запрещено, например, Конвенцией о биомедицине и правах человека 2005 года (статья 13, текст довольно безграмотный). Показательна эволюция отношения к евгенике , учению об улучшении наследственных свойств человека (т.е. к теме данной статьи). Оно было в целом благоприятным, от древних греков и до середины 20 века. Но затем евгеника приглянулась нацистам, и теперь ее часто ассоциируют с их бесчеловечными идеями. Однако эпизод с нацистами это, скорее, лишь повод для неприятия евгеники. А причина в подсознательном страхе перед прогрессом, основанном на невежестве и предположении, что любое изобретение будет, прежде всего, использовано во вред. Границы страха и невежества иллюстрирует история с ГМО : большинство населения убеждено, что даже овощи нельзя модифицировать. Хотел бы ошибиться, но надежды мало, что человечество станет существенно умнее через 50 лет.
Но идея все равно пробьет себе дорогу. Генетически улучшенные люди появятся, несмотря на запрет, и все увидят, что они хороши. Им будут завидовать, хотя и подсознательно бояться их. Но зависть возьмет верх, и все большее число людей захотят иметь таких детей. Затем найдутся страны, которые разрешат улучшение генома. Дольше всех будут держаться фундаментально-религиозные общества. В результате, они сильно отстанут в своем развитии. И слава Богу, должна же быть какая-то плата за ретроградство.
Тема генетического рафинирования неоднократно встречалась в фантастике (как правило, в негативном ключе). Например, в фильме Гаттака (1997). А вот обоснованных прогнозов мне встречать не случалось. Между тем, приводимый мною сценарий просматривается достаточно уверенно, и будет удивительно, если он не сбудется. Просто потому, что у человечества нет другого пути.
Для проведения исследовательской работы на странице можно подобрать актуальные темы проектов по генетике
для учеников 9, 10 и 11 класса общеобразовательной школы. Данные исследовательские проекты необходимо выполнять под руководством учителя биологии - руководителя проекта.
Представленные темы проектов по генетике не являются окончательными и могут быть видоизменены при согласовании с руководителем проекта. Главное, чтобы выбранная тема для проекта была интересна и соответствовала уровню знаний автора.
Изложенные ниже темы исследовательских работ по генетике также подойдут для самостоятельного изучения учащимися 9, 10 и 11 классов генетики и подготовки к факультативным занятиям по данному предмету.
В предложенных темах исследовательских проектных работ по генетике поднимаются такие вопросы, как история и теория науки генетики, генетические особенности развития, генетический фонд нации, наследственные заболевания, єволюция человека и др.
Также в темах проектов по генетике предусматривается использование в исследовательской работе учащегося следующих понятий: геном, ген, генотип, генетика, клонирование, мутации, геномика и т.д. Школьник должен иметь углубленные знания по биологии.
Темы проектов дают возможность рассматривать школьникам такие понятия, как мигрирующий геном, нанотехнологии, искусственные органы, а также исследовать природу старения. Важно очень внимательно подойти к выбору темы проектной работы в области генетики, необходим будет совет преподавателя.
Темы проектов по генетике
Темы исследовательских работ для учащихся по генетике:
Анализ генома человека на разных уровнях его организации.
Будут ли расшифрованы генетические основы разума?
Влияние генов на предрасположенность к артериальной гипертонии.
Вредные и полезные мутации
Выявление причин отрицательно влияющих на генотип человека.
Г. Мендель и его вклад в развитие генетики.
Генетика и человек.
Генетика: современный подход.
Генетические особенности индивидуального развития.
Генетический фонд нации
Генотипическая обусловленность интеллекта и составляющих психофизиологических параметров.
Генотип-средовое соотношение в формировании некоторых признаков человека.
Изучение признака наследования в моей семье используя генеалогический метод.
Искусственные органы - проблема и перспективы.
Исследование проблем морфологического строения учеников школы.
Классические генетические эксперименты.
Клонирование животных. Проблемы и перспективы.
Методы генетических исследований человека.
Мигрирующий геном - что это такое?
Мир нанотехнологий - возможности применения в биологии и медицине.
Мукополисахаридозы.
Мутагены, канцерогены, аллергены, антимутагены.
Наследование признака дальтонизма в генотипе человека?
Наследственные болезни.
Наследственные заболевания. Классификация.
Научные и этические проблемы клонирования.
Окружающая среда, факторы биотической и абиотической природы, влияющие на генотип человека.
Откуда мы? (к проблеме возникновения жизни)
Последствия влияния факторов окружающей среды на генотип человека.
Почему мы не похожи друг на друга? (иммунологические аспекты)
Протеомика, геномика, метаболомика - новые направления в биологии.
Русская школа генетики.
Современные взгляды на природу старения.
Создание и разработка новых сортов растений.
Сравнительный анализ состояния окружающей среды и частоты рождения детей с врожденной и наследственно обусловленной патологией.
Становление и развитие генетики.
Человек и окружающая среда - итоги эволюции человеческого общества на сегодняшний день.
Эволюция человека - возможные результаты.
Научно- исследовательская работа
“Гены в нашей жизни”.
Гл. 1. Обзор литературы
1. Геном человека
2. Генетика и проблемы рака
3. Влияние наследственности на агрессивность и преступность
4. Устойчивость к действию алкоголя, никотина, наркотиков
5. Влияние наследственности на интеллект
Гл. 2. Практическая работа
Заключение
Введение
Люди интересуются генетикой давно, правда, не всегда они называли вопросы наследования определенных признаков генетикой. Проще говоря, издревле человека интересовало, почему дети, как правило, похожи на своих родителей? И почему у ребенка вдруг могут проявиться черты далекого предка?
Генетика (от греческого genesis, что значит происхождение) – это наука о наследственности и изменчивости живых организмов, обитающих на планете Земля. Почему на планете Земля? Потому что не известно, существует ли жизнь в той или иной форме еще где-либо во Вселенной.
«Не из каждого дерева можно выточить Меркурия» – сказал Пифагор. Или как мы сегодня сказали бы, существует некая первичная, базовая индивидуальность, определяющая дальнейшее развитие человека. С древних времен люди пытались классифицировать типы человеческого характера. С античных времен существует физиогномика – учение о распознавании природных индивидуальных особенностей, в частности характера, по физическим характеристикам человека, по его внешнему облику. В середине XVII века итальянский врач К. Бальдо опубликовал первую работу по графологии «Рассуждения о способе узнавать обычаи и качества писавшего по его письму». Изучение почерка для самых разных задач, в том числе и психодиагностических, продолжается и теперь. Большинство психодиагностических показателей описаны еще Аристотелем и Гиппократом. Так что же в человеческом характере заложено изначально, а что формируется под влиянием среды? И, наконец, как взаимодействуют эти факторы в формировании тех или иных психологических функций. Этот вопрос поставила Анна Анастази в своей работе 1958 года «Среда, наследственность и вопрос «как»».
Первая работа по генетике психологических признаков «Наследственный гений» Ф. Гальтона вышла в 1869 году и посвящена родословной выдающихся людей. Иначе говоря, в ней использован генеалогический метод. Он основан на простой логике: если какой либо признак кодируется в генах, то, чем ближе родство, тем более похожими друг на друга должны быть люди. Но само по себе семейное исследование, без объединения с другими методами, имеет очень низкую разрешающую способность. Будучи объединенными, с близнецовым методом, семейные данные позволяют уточнить тип наследственной передачи – аддитивный или доминантный, или контролировать средовые переменные и т.д.
Первая попытка использовать близнецов для решения проблемы «природа и воспитание» принадлежит Френсису Гальтону. Увлечение близнецами было довольно характерным явлением для того времени. Например, Э.Торндайк исследовал 15 пар близнецов и их единорожденных братьев и сестер. Результаты исследования привели Торндайка к выводу о выраженной наследуемости психических особенностей. Современный близнецовый метод выглядит следующим образом. Существуют два типа близнецов – гомозиготные и гетерозиготные. Гомозиготные близнецы развиваются из одной яйцеклетки, оплодотворенной одним сперматозоидом, то есть из одной зиготы. В норме из одной зиготы у человека развивается один плод, но по каким то причинам, до сих пор не совсем ясным науке, иногда на ранних стадиях деления зигота дает начало двум эмбриональным структурам, из которых в дальнейшем развиваются два полноценных организма. При этом каждый эмбрион получает точно половину родительских генов. Гомозиготные близнецы – единственные на Земле люди, имеющие одинаковый набор генов. Гетерозиготные близнецы с точки зрения генетики – сиблинги, родные братья и сестры, они развиваются из двух оплодотворенных яйцеклеток, то есть двух зигот. Отличие от нормы у гетерозиготных близнецов только в том, что они одновременно развиваются и рождаются. Как и все сиблинги, гетерозиготные близнецы имеют 50% общих генов. Постулируется равенство средовых воздействий в парах гомозиготных и гетерозиготных близнецов, так как они из одной семьи, одного возраста и пола, развиваются в одной и той же среде и, следовательно, ее влияние на близнецовые пары одинаково. Что позволяет выделить и оценить влияние фактора наследственности.
Существует так же метод, называемый методом приемных детей. Лонгитюдное исследование приемных детей проводили Техасский и Колорадский Университеты, завершившие свои исследования в 1949 году. Сейчас метод приемных близнецов является теоретически наиболее чистым методом психогенетики, обладающим максимальной разрешающей способностью. Логика его проста: в исследование включаются дети, максимально рано отданные на воспитание чужим людям-усыновителям, их биологические родители и приемные. С первыми дети имеют, как родственники первой степени, приблизительно 50% общих генов, но не имеют никакой общей среды; со вторыми, наоборот, имеют общую среду, но не имеют общих генов. Больший удельный вес генетических детерминант проявится в большем сходстве ребенка со своими биологическими родителями. Если же превалируют средовые воздействия, то, напротив, ребенок будет больше похож на родителей-усыновителей.
Цель работы: Изучение влияния наследственности и среды на развитие различных признаков у человека используя метод анализа близнецов.
Глава 1. Обзор литературы
Геном человека
Международные проект «Геном человека» был начат в 1988 г. Это один из самых трудоемких и дорогостоящих проектов в истории науки. Если в 1990 г. на него было потрачено около 60 млн. долларов в целом, то в 1998 г. одно только правительство США израсходовало 253 млн. долларов, а частные компании – и того больше. В проекте задействованы несколько тысяч ученых из более чем 20 стран. С 1989 г. в нем участвует и Россия, где по проекту работает около 100 групп. Все хромосомы человека поделены между странами-участницами, и России для исследования достались 3-, 13- и 19-я хромосомы.
Основная цель проекта – выяснить последовательность нуклеотидных оснований во всех молекулах ДНК человека и установить локализацию, т.е. полностью картировать все гены человека. Проект включает в качестве подпроектов изучение геномов собак, кошек, мышей, бабочек, червей и микроорганизмов. Ожидается, что затем исследователи определят все функции генов и разработают возможности использования полученных данных.
Что же представляет собой основной предмет проекта – геном человека?
Известно, что в ядре каждой соматической клетки (кроме ядра ДНК есть еще и в митохондриях) человека содержится 23 пары хромосом, каждая хромосома представлена одной молекулой ДНК. Суммарная длина всех 46 молекул ДНК в одной клетке равна приблизительно 2 м, они содержат около 3,2 млрд. пар нуклеотидов. Общая длина ДНК во всех клетках человеческого тела (их примерно 5х1013) составляет 1011 км, что почти в тысячу раз больше расстояния от Земли до Солнца.
Как же помещаются в ядре такие длиннющие молекулы? Оказывается, в ядре существует механизм «насильственной» укладки ДНК в виде хроматина - уровни компактизации (рис. 1).
Рисунок 1. Уровни упаковки хроматина
Первый уровень предполагает организацию ДНК с гистоновыми белками – образование нуклеосом. Две молекулы специальных нуклеосомных белков образуют октамер в виде катушки, на которую наматывается нить ДНК. На одной нуклеосоме размещается около 200 пар оснований. Между нуклеосомами остается фрагмент ДНК размером до 60 пар оснований, называемый линкером. Этот уровень укладки позволяет уменьшить линейные размеры ДНК в 6–7 раз.
На следующем уровне нуклеосомы укладываются в фибриллу (соленоид). Каждый виток составляет 6-7 нуклеосом, при этом линейные размеры ДНК уменьшаются до 1 мм, т.е. в 25-30 раз.
Третий уровень компактизации – петельная укладка фибрилл – образование петельных доменов, которые под углом отходят от основной оси хромосомы. Их можно увидеть в световой микроскоп как интерфазные хромосомы типа «ламповых щеток». Поперечная исчерченность, характерная для митотических хромосом, отражает в какой-то степени порядок расположения генов в молекуле ДНК.
Если у прокариот линейные размеры гена согласуются с размерами структурного белка, то у эукариот размеры ДНК намного превосходят суммарные размеры значимых генов. Это объясняется, во-первых, мозаичным, или экзон-интронным, строением гена: фрагменты, подлежащие транскрипции – экзоны, перемежаются незначащими участками – интронами. Последовательность генов сначала полностью транскрибируется синтезирующейся молекулой РНК, из которой затем вырезаются интроны, экзоны сшиваются и в таком виде информация с молекулы иРНК считывается на рибосоме. Второй причиной колоссальных размеров ДНК является большое количество повторяющихся генов. Некоторые повторяются десятки или сотни раз, а есть и такие, у которых встречается до 1 млн. повторов на геном. Например, ген, кодирующий рРНК повторяется около 2 тыс. раз.
Еще в 1996 г. считалось, что у человека около 100 тыс. генов, сейчас специалисты по биоинформатике предполагают, что в геноме человека не более 60 тыс. генов, причем на их долю приходится всего 3% общей длины ДНК клетки, а функциональная роль остальных 97% пока не установлена.
Каковы же достижения ученых за десять с небольшим лет работы над проектом?
Первым крупным успехом стало полное картирование в 1995 г. генома бактерии Haemophilus influenzae. Позднее были полностью описаны геномы еще более 20 бактерий, среди которых возбудители туберкулеза, сыпного тифа, сифилиса и др. В 1996 г. картировали ДНК первой эукариотической клетки – дрожжей, а в 1998 г. впервые был картирован геном многоклеточного организма – круглого червя Caenorhabolitis elegans. К 1998 г. установлены последовательности нуклеотидов в 30 261 гене человека, т.е. расшифрована примерно половина генетической информация человека.
Полученные данные позволили впервые реально оценить функции генов в организме человека (рис. 2).
Рисунок 2. Примерное распределение генов человека по их функциям
1 – производство клеточных материалов; 2 – производство энергии и ее использование; 3 – коммуникации внутри и вне клеток; 4 – защита клеток от инфекций и повреждений; 5 – клеточные структуры и движение; 6 – воспроизводство клеток; 7 – функции не выяснены
В таблице 1 приведены известные данные по количеству генов, вовлеченных в развитие и функционирование некоторых органов и тканей человека.
Таблица 1
Название органа, ткани, клетки Количество генов
1. Слюнная железа17
2. Щитовидная железа 584
3. Гладкая мускулатура 127
4. Молочная железа 696
5. Поджелудочная железа1094
6. Селезенка1094
7. Желчный пузырь 788
8. Тонкий кишечник 297
9. Плацента1290
10. Скелетная мышца 735
11. Белая кровяная клетка 2164
12. Семенник 370
13. Кожа 620
14. Мозг 3195
15. Глаз 547
16. Легкие 1887
17. Сердце 1195
18. Эритроцит 8
19. Печень 2091
20. Матка 1859
За последние годы были созданы международные банки данных о последовательностях нуклеотидов в ДНК различных организмов и о последовательностях аминокислот в белках. В 1996 г. Международное общество секвенирования приняло решение о том, что любая вновь определенная последовательность нуклеотидов размером 1–2 тыс. оснований и более должна быть обнародована через Интернет в течение суток после ее расшифровки, в противном случае статьи с этими данными в научные журналы не принимаются. Любой специалист в мире может воспользоваться этой информацией.
В ходе выполнения проекта «Геном человека» было разработано много новых методов исследования, большинство из которых в последнее время автоматизировано, что значительно ускоряет и удешевляет работу по расшифровке ДНК. Эти же методы анализа могут использоваться и для других целей: в медицине, фармакологии, криминалистике и т.д.
Остановимся на некоторых конкретных достижениях проекта, в первую очередь, конечно, имеющих отношение к медицине и фармакологии.
В мире каждый сотый ребенок рождается с каким-либо наследственным дефектом. К настоящему времени известно около 10 тыс. различных заболеваний человека, из которых более 3 тыс. – наследственные. Уже выявлены мутации, отвечающие за такие заболевания, как гипертония, диабет, некоторые виды слепоты и глухоты, злокачественные опухоли. Обнаружены гены, ответственные за одну из форм эпилепсии, гигантизм и др. В таблице 2 приведены некоторые болезни, возникающие в результате повреждения генов, структура которых полностью расшифрована к 1997 г.
Таблица 2
Название болезни
1. Хpoнический грануломатоз
2. Кистозный фиброз
3. Болезнь Вильсона
4. Ранний рак груди/яичника
5. Мышечная дистрофия Эмери-Дрейфуса
6. Атрофия мышц позвоночника
7. Альбинизм глаза
8. Болезнь Альцгеймера
9. Наследственный паралич
10. Дистония
Вероятно, в ближайшие годы станет возможной сверхранняя диагностика тяжелых заболеваний, а значит, и более успешная борьба с ними. Сейчас активно разрабатываются методы адресной доставки лекарств в пораженные клетки, замены больных генов здоровыми, включения и выключения боковых путей метаболизма за счет включения и выключения соответствующих генов. Уже известны примеры успешного применения генотерапии. Так, например, удалось добиться существенного облегчения состояния ребенка, страдающего тяжелым врожденным иммунодефицитом, путем введения ему нормальных копий поврежденного гена.
Кроме болезнетворных генов обнаружены еще некоторые гены, имеющие прямое отношение к здоровью человека. Выяснилось, что существуют гены, обуславливающие предрасположенность к развитию профессиональных заболеваний на вредных производствах. Так, на асбестовых производствах одни люди болеют и умирают от асбестоза, а другие устойчивы к нему. В будущем возможно создание специальной генетической службы, которая будет давать рекомендации по поводу возможной профессиональной деятельности с точки зрения предрасположенности к профессиональным заболеваниям.
Оказалось, что предрасположенность к алкоголизму или наркомании тоже может иметь генетическую основу. Открыто уже семь генов, повреждения которых связаны с возникновением зависимости от химических веществ. Из тканей больных алкоголизмом был выделен мутантный ген, который приводит к дефектам клеточных рецепторов дофамина – вещества, играющего ключевую роль в работе центров удовольствия мозга. Недостаток дофамина или дефекты его рецепторов напрямую связаны с развитием алкоголизма. В четвертой хромосоме обнаружен ген, мутации которого приводят к развитию раннего алкоголизма и уже в раннем детстве проявляются в виде повышенной подвижности ребенка и дефицита внимания.
Интересно, что мутации генов не всегда приводят к негативным последствиям – они иногда могут быть и полезными. Так, известно, что в Уганде и Танзании инфицированность СПИДом среди проституток доходит до 60–80%, но некоторые из них не только не умирают, но и рожают здоровых детей. Видимо, есть мутация (или мутации), защищающая человека от СПИДа. Люди с такой мутацией могут быть инфицированы вирусом иммунодефицита, но не заболевают СПИДом. В настоящее время создана карта, примерно отражающая распределение этой мутации в Европе. Особенно часто (у 15% населения) она встречается среди финно-угорской группы населения. Идентификация такого мутантного гена могла бы привести к созданию надежного способа борьбы с одним из самых страшных заболеваний нашего века.
Выяснилось также, что разные аллели одного гена могут обуславливать разные реакции людей на лекарственные препараты. Фармацевтические компании планируют использовать эти данные для производства определенных лекарств, предназначенных различным группам пациентов. Это поможет устранить побочные реакции от лекарств, точнее, понять механизм их действия, снизить миллионные затраты. Целая новая отрасль – фармакогенетика – изучает, как те или иные особенности строения ДНК могут ослабить или усилить воздействие лекарств.
Расшифровка геномов бактерий позволяет создавать новые действенные и безвредные вакцины и качественные диагностические препараты.
Конечно, достижения проекта «Геном человека» могут применяться не только в медицине или фармацевтике.
По последовательностям ДНК можно устанавливать степень родства людей, а по митохондриальной ДНК – точно устанавливать родство по материнской линии. Разработан метод «генетической дактилоскопии», который позволяет идентифицировать человека по следовым количествам крови, чешуйкам кожи и т.п. Этот метод с успехом применяется в криминалистике – уже тысячи людей оправданы или осуждены на основании генетического анализа. Сходные подходы можно использовать в антропологии, палеонтологии, этнографии, археологии и даже в такой, казалось бы, далекой от биологии области, как сравнительная лингвистика.
В результате проведенных исследований появилась возможность сравнивать геномы бактерий и различных эукариотических организмов. Выяснилось, что в процессе эволюционного развития у организмов увеличивается количество интронов, т.е. эволюция сопряжена с «разбавлением» генома: на единицу длины ДНК приходится все меньше информации о структуре белков и РНК (экзоны) и все больше участков, не имеющих ясного функционального значения (интроны). Это одна из больших загадок эволюции.
Раньше ученые–эволюционисты выделяли две ветви в эволюции клеточных организмов: прокариоты и эукариоты. В результате сравнения геномов пришлось выделить в отдельную ветвь архебактерии – уникальные одноклеточные организмы, сочетающие в себе признаки прокариот и эукариот.
В настоящее время также интенсивно изучается проблема зависимости способностей и талантов человека от его генов. Главная задача будущих исследований – это изучение однонуклеотидных вариаций ДНК в клетках разных органов и выявление различий между людьми на генетическом уровне. Это позволит создавать генные портреты людей и, как следствие, эффективнее лечить болезни, оценивать способности и возможности каждого человека, выявлять различия между популяциями, оценивать степень приспособленности конкретного человека к той или иной экологической обстановке и т.д.
Напоследок необходимо упомянуть об опасности распространения генетической информации о конкретных людях. В связи с этим в некоторых странах уже приняты законы, запрещающие распространение такой информации, и юристы всего мира работают над этой проблемой. Кроме того, проект «Геном человека» иногда связывают с возрождением евгеники на новом уровне, что тоже вызывает тревогу специалистов.
Анализ генома человека завершен.
В Вашингтоне 6 апреля 2000 г. состоялось заседание комитета по науке Конгресса США, на котором д-р Дж.Крейг Вентер заявил, что его компания, Celera Genomics, завершила расшифровку нуклеотидных последовательностей всех необходимых фрагментов генома человека. Он ожидает, что предварительная работа по составлению последовательностей всех генов (их около 80 тыс., и они содержат примерно 3 млрд. «букв» ДНК) будет завершена через 3–6 недель, т.е. гораздо раньше, чем планировалось. Скорее всего, окончательная расшифровка генома человека будет завершена к 2003 г.
Компания Celera включилась в исследования по проекту «Геном человека» 22 месяца назад. Используемые ею подходы сначала подвергались критике со стороны так называемого открытого консорциума участников проекта, однако завершенный ею в прошлом месяце подпроект по расшифровке генома плодовой мушки показал их действенность.
На этот раз никто не критиковал прогнозы К.Вентера, сделанные им в присутствии советника президента США по науке д-ра Н.Лэйна и представителя консорциума, крупнейшего специалиста по секвенированию генома д-ра Роберта Ватерстона.
Предварительная карта генома будет содержать около 90% всех генов, но, тем не менее, она будет большим подспорьем в работе ученых и врачей, поскольку позволит довольно точно отыскивать необходимые гены. Д-р Вентер заявил, что теперь собирается использовать свои 300 секвенаторов для анализа генома мыши, знание которого поможет понять, как работают гены человека.
Расшифрованный геном принадлежит мужчине, поэтому содержит как X-, так и Y-хромосомы. Имя этого человека не известно, и это не имеет значения, т.к. обширные данные по индивидуальной изменчивости ДНК собраны и продолжают собираться как компанией Celera, так и консорциумом исследователей. Между прочим, консорциум использует в своих исследованиях генетический материал, полученный от различных людей. Д-р Вентер охарактеризовал полученные консорциумом результаты как 500 тыс. расшифрованных, но не упорядоченных фрагментов, из которых очень трудно будет составить целые гены.
Д-р Вентер заявил, что после того, как структура генов будет определена, он устроит конференцию для того, чтобы привлечь сторонних экспертов к установлению положения генов в молекулах ДНК и определению их функций. После этого другие исследователи получат бесплатный доступ к данным по геному человека.
Между Вентером и консорциумом исследователей велись переговоры о совместной публикации полученных результатов, причем один из основных пунктов соглашения должен был предусматривать, что патентование генов возможно лишь после точного определения их функций и положения в ДНК.
Однако переговоры были прерваны из-за разногласий по поводу того, что считать завершением расшифровки генома. Проблема состоит в том, что в ДНК эукариот, в отличие от ДНК прокариот, есть фрагменты, которые не поддаются расшифровке современными методами. Размеры таких фрагментов могут быть от 50 до 150 тыс. оснований, но, к счастью, эти фрагменты содержат очень немного генов. В то же время и в участках ДНК, богатых генами, есть фрагменты, которые также не могут быть пока расшифрованы.
Определение положения и функций генов предполагается осуществить с помощью специальных компьютерных программ. Эти программы будут анализировать структуру генов и, сравнивая ее с данными по геномам других организмов, предлагать варианты их возможных функций. По мнению компании Celera, работу можно считать завершенной, если гены определены практически полностью и точно известно, как расшифрованные фрагменты располагаются на молекуле ДНК, т.е. в каком порядке. Этому определению удовлетворяют результаты Celera, в то время как результаты консорциума не позволяют однозначно определить положение расшифрованных участков относительно друг друга.
Компания Celera предполагает после составления полной карты генома человека сделать эти данные доступными для других исследователей по подписке, при этом для университетов плата за пользование банком данных будет очень низкой, 5–15 тыс. долларов в год. Это составит серьезную конкуренцию базе данных Genbank, принадлежащей университетам.
Участники заседания комитета по науке резко критиковали такие компании, как Incyte Pharmaceuticals и Human Genome Sciences, которые каждую ночь копировали данные консорциума, доступные по Интернету, а затем подавали заявки на патентование всех генов, обнаруженных ими в этих последовательностях.
На вопрос, не могут ли данные о геноме человека быть использованы для создания биологического оружия нового типа, например, опасного только для некоторых популяций, д-р Вентер ответил, что гораздо большую опасность представляют данные по геномам болезнетворных бактерий и вирусов. На вопрос одного из конгрессменов, не станет ли теперь реальностью целенаправленное изменение человеческой расы, д-р Вентер ответил, что для полного определения функций всех генов может потребоваться около ста лет, а до тех пор о направленных изменениях в геноме говорить не приходится.
Напомним, что в декабре 1999 г. исследователи Великобритании и Японии объявили об установлении структуры 22-й хромосомы. Это была первая декодированная хромосома человека. Она содержит 33 млн. пар оснований, и в ее структуре остались нерасшифрованными 11 участков (около 3% длины ДНК). Для этой хромосомы определены функции примерно половины генов. Установлено, например, что с дефектами этой хромосомы связано 27 различных заболеваний, среди которых такие, как шизофрения, миелоидная лейкемия и трисомия 22 – вторая по значению причина выкидышей у беременных.
В то время британские ученые резко критиковали методы секвенирования, используемые компанией Celera, считая, что они потребуют слишком длительного времени для расшифровки последовательностей и определения взаимного расположения их фрагментов. Тогда на основе известного объема декодированного материала делались прогнозы, что следующими будут картированы 7-, 20- и 21-й хромосомы.
Через неделю после объявления о завершении расшифровки нуклеотидных последовательностей в геноме человека, состоялось собрание Американской ассоциации за прогресс в науке, на которой министр по энергетике США Билл Ричардсон объявил, что ученые Объединенного института генома определили структуры 5-, 16- и 19-й хромосом человека.
Эти хромосомы содержат примерно 300 млн. пар оснований, что составляет 10–15 тыс. генов, или около 11% генетического материала человека. Пока удалось картировать 90% ДНК этих хромосом – остались не поддающиеся дешифровке участки, содержащие незначительное число генов.
На картах хромосом обнаружены генетические дефекты, которые могут приводить к некоторым заболеваниям почек, раку простаты и прямой кишки, лейкемии, гипертонии, диабету и атеросклерозу.
По словам Ричардсона, ближе к лету информация о структуре хромосом будет доступна всем исследователям бесплатно.
Генетика и проблема рака
Достижения генетики и молекулярной биологии последних десятилетий оказали огромное влияние на понимание природы инициализации и прогрессии злокачественных образовании. Окончательно установлено, что рак представляет собой гетерогенную группу заболеваний, каждое из которых вызывается комплексом генетических нарушений, определяющих свойство неконтролируемого роста и способность к метастазированию. Эти современные знания открыли принципиально новые возможности в диагностике и лечении злокачественных новообразований.
Влияние конкретных генетических нарушений, лежащих в основе опухолевого роста, позволило обнаружить специфические молекулярные маркеры и разработать на их основе тесты ранней диагностики опухолей.
Известно, что неопластические трансформация клеток происходит в результате накопления наследуемых (герминативных) и приобретенных (соматических) мутаций в протоонкогенах или генах-супрессорах. Именно эти генетические нарушения с первую очередь могут быть использованы для обнаружения злокачественных клеток в клиническом материале.
Наиболее подходящим субстратом молекулярной диагностики является ДНК, т.к. она длительно сохраняется в образцах тканей и может быть легко размножена с помощью т.н. полимеразной цепной реакции (ПЦР). Это позволяет осуществлять диагностику даже при наличии минимального количества исследуемого материала.
Помимо определения мутаций в онкогенах и генах-супрессорах в диагностических целях используют изменения, выявляемые в повторяющихся последовательностях ДНК, т.н. микро сателлитах.
При сравнении парных образцов опухоли и нормальных тканей может быть выявлено выпадение одного из аллелей в опухоли (потеря гетерозиготности (ПГ), что отражает наличие хромосомных делеций, лежащих в основе инактивации генов-супрессоров.
Микросателлитная нестабильность (МН) особенно характерна для наследуемой формы неполипозного рака толстой кишки. Она, однако, обнаруживается при многих других видах опухолей и проявляется как в инактивации генов-супрессоров, так и в делециях анонимных некодирующих последовательностей ДНК.
В целом, обнаружение клинических образцах ПГ и/или МН указывает на присутствие клеток, несущих искаженную информацию, свойственную опухолевому росту. Мутации в онкогенах и генах-супрессорах обнаруживаются также при использовании в качестве исходного материала клеточной РНК, которую превращают в реакцию обратной транскрипции в комплиментарную (С)-ДНК и амплифицируют с помощью ПЦР. Данный метод (RT-ПЦР) широко применяют для выявления экспрессии генов в различных тканях.
Известно, что нормальные и опухолевые клетки различаются по экспрессии многих сотен генов, поэтому разработаны современные методы серийного анализа экспрессии, основанные на технологии микрочипов и позволяющие оценивать сотни и даже тысячи генов одновременно.
Одним из новых перспективных молекулярных маркеров опухоли является телоизомераза, рибонуклеопротеиновый фермент, наращивающий нуклеотидные последовательности на концах хромосом (теломерах) активность данного фермента постоянно присутствует в более чем 90% опухолей и практически не обнаруживается в нормальных тканях. Несмотря на несомненную перспективность и высокую точность методов молекулярной диагностики, вопрос об их специфичности и чувствительности сохраняет свою актуальность. Это связано с тем, что опухоли всегда состоят из смеси нормальных и злокачественных клеток, поэтому выделяемая из них ДНК также гетерогенна, что необходимо учитывать при решении вопроса о применимости молекулярных тестов.
Тем не менее, методики, базирующиеся на ПЦР, технологически исключительно чувствительны и способны обнаруживать специфические генетические нарушения задолго до формирования морфологически определяемой опухоли.
В настоящее время сформировалось несколько направлений использования молекулярных тестов в онкологии.
1) Раннее выявление опухолей наиболее часто основывается на определении мутаций ras и p53, обнаружение которых позволяет в некоторых случаях судить о стадии опухолевого процесса. Информативным ранним маркером рака толстой кишки служат мутации гена АРС, обнаруживаемые более чем в 70% аденом. Микросателлитные маркеры высоко эффективны в ранней диагностике рака мочевого пузыря и простаты. Широкий спектр опухолей может быть диагностирован с использованием протоколов активности телоизомеразы.
2) Метастазирование и распространенность опухоли также могут оцениваться с применением молекулярных тестов. Наиболее часто для этих целей используют RT-PCR метод выявления изменений экспрессии генов в опухолевых клетках.
3) Анализ цитологических и гистологических препаратов с помощью молекулярных тестов находит все более широкое применение. Примером может служить определение HPV вирусов при раке шейки матки, а также применение молекулярных тестов для выявления мутаций онкогенов непосредственно на гистологических срезах.
4) Промежуточные биомаркеры служат для выявления клональных и генетических изменений, позволяющих предсказать появление опухолей. Эти маркеры успешно используются для оценки эффективности онкопротекторов на популяционном уровне.
5) Генетическое тестирование онкологического риска стало возможным в связи с открытием генов предрасположенности к онкологическим заболеваниям, что оказалось особенно актуальным для оценки риска среди членов так зазываемых "высоко раковых" семей.
ДНК-тестирование успешно применяется при различных наследуемых опухолях: ретинобластоме, полипозе кишечника, множественных эндокринных опухолях второго типа (MEN2) вслед за клонированием генов предрасположенности к раку молочной железы и яичников (BRCA I BRCA 2) развернулось широкое обследование групп риска семейного рака данных локализаций.
Одна из существенных проблем, возникающих при диагностике семейной предрасположенности к РМЖ, касается социальных и психологических последствий выявления у пациентов данных мутаций.
Однако при правильной организации генетического консультирования и соблюдения этических норм и принципа конфиденциальности применения молекулярных тестов в группах риска, безусловно, полезно и необходимо.
В заключение следует подчеркнуть, что внедрение современных методов молекулярной диагностики в широкую онкологическую практику неизбежно потребует серьезного технического перевооружения существующих клинических лабораторий, а также специально подготовленного персонала. Сами методы диагностики при этом должны пройти масштабные клинические испытания с учетом принципов рандомизации.
Влияние наследственности на агрессивность и преступность
Данные о влиянии наследственности на агрессивность были получены при исследовании одной голландской семьи, в трех поколениях которой 14 мужчин (дяди, братья, племянники) проявляли нарушения поведения (попытки поджогов, эксгибиционизм и др.), импульсивную агрессивность и умственную отсталость. Исследование началось с того, что одна из женщин этой семьи обратилась за консультацией к врачу, так как опасалась за здоровье своих будущих детей.
Изучение родословной показало, что это не просто дурной характер, а заболевание, связанное с Х-хромосомой: оно передавалось через женщин, которые при этом были вполне здоровыми, и проявлялось только у мужчин.
Из крови членов исследуемой семьи выделили ДНК и определили, что все больные имеют общий участок Х-хромосомы, в котором расположен ген моноаминоксидазы А, одного из ферментов, разрушающего моноамины (серотин, дофамин, норэпинефрин и др.). У всех обследованных больных мужчин из этой семьи имелась точечная мутация в гене моноаминоксидазы А. В результате мутации кодон ЦАГ, кодирующий аминокислоту глутамин, превратился в кодон ТАГ – сигнал остановки синтеза белка. Из-за отсутствия моноаминоксидазы содержание дофамина и серотонина у больных было значительно выше нормы. У здоровых мужчин эта мутация отсутствовала, а у женщин – носительниц мутации в Х-хромосоме вторая хромосома была нормальной и обеспечивала синтез моноаминоксидазы.
При введении такой же мутации в ген моноаминоксидазы А мышей они превращались в безумных убийц, атакуя других мышей без всякого повода. Однако автор исследования голландской генетик Ганс Бруннер не считает, что он открыл «ген агрессивности». Ведь даже в одной семье, у мужчин, имеющих одну и ту же мутацию, степень агрессивности и спектр нарушений поведения значительно различались. Поведение – слишком сложная система, чтобы считать, что какая-либо его форма определяется одним конкретным геном.
Устойчивость к действию алкоголя, никотина, наркотиков
Гены, определяющие пристрастие к алкоголю или курению, пока не найдены. Однако люди различаются по устойчивости к действию этих веществ, и некоторые молекулярные механизмы формирования зависимости или устойчивости известны.
Устойчивость к действию алкоголя связана с активностью ферментов алькогольдегиддрогеназы и ацетальдегиддегидрогеназы. Активность этих ферментов у разных людей различается, что обуславливает их большую или меньшую устойчивость к действию спиртного. Выявлено участие дофаминовой и серотониновой систем в формировании зависимости от алкоголя. Известны три механизма формирования зависимости от никотина. Никотин достигает мозга и связывается с белком, называемым нейрональным никотиновым ацетилхолиновым рецептором, который участвует в процессах обучения и формирования памяти. В норме этот белок активируется ацетилхолином, естественным нейромедиатором, но по неизвестной причине реагирует и на растительный яд – никотин. При действии никотина на этот рецептор улучшается кратковременная память и облегчается концентрация внимания. Другой механизм стимуляции мозга никотином – освобождение дофамина – тот же самый, через который действуют наркотики кокаин, амфетамин и морфин. Кроме того, дым сигарет содержит вещество, ингибирующее моноаминоксидазу. У курильщиков ее содержание на 40 % ниже нормы. Это приводит к усилению действия моноаминов: дофамина, серотина, норэпинерина. Ингибиторы моноаминоксидаз используют как антидепрессанты. Другими словами, курение может делать людей менее депрессивными. Курение позволяет человеку чувствовать себя умнее, лучше, счастливее. Не удивительно, что люди не прекращают курить, не смотря на ухудшение здоровья.
Обнаружено, что существуют различные гены, влияющие на формирование зависимости от никотина, и гены, повышающие устойчивость к курению. Хотя 80 % курильщиков пытаются избавиться от вредной привычки, только 70 % достигают успеха (такой же уровень при потреблении героина). Однако даже если попытка бросить курить не удалась, а перерыв составил несколько дней – это были дни, когда курильщик не разрушал своего здоровья.
Влияние наследственности на интеллект
По разным оценкам от 5 до 20-30 % детей имеют трудности в обучении или неспособны к усвоению школьной программы. Чаще всего встречается неспособность к чтению – дислексия.
Понятно, когда ребенок с умственной отсталостью не может научиться читать. Но есть дети, которые при нормальном уровне умственного развития не способны усвоить правила, соединяющие написанные слова и их разговорные аналоги, плохо различают буквенные и небуквенные символы.
Определить, «виноваты» ли в этом гены, помогло исследование близнецов. В случае монозиготных близнецов оба ребенка страдают дислексией в 84 %, для дизиготных совпадение не превышает 30 %. Следовательно, нарушение имеет наследственный характер. К настоящему времени на трех хромосомах найдены участки, связанные с дислексией. Мутации в пока еще не известном гене на хромосоме 6 затрагивают фонологические и орфографические умения. Чтение отдельных слов связано с одним из участков хромосомы 15. Еще один ген расположен на хромомсоме 2. Конечно, столь сложные умения, как чтение или счет, не могут определяться одним каким-то геном, но мутация в этих генах затрагивают различные звенья процесса обучения.
Интересные результаты получены на мышах. Мутанты по гену рецептора глутамата, также являющегося нейромедиатором, обладали пониженной способностью к запоминанию расположения предметов, при том, что другие способности у них не были нарушены.
Дальнейшие исследования генов, определяющие умственные способности, позволяют рано диагностировать их нарушения и использовать специальные учебные программы для тех детей, которые в этом нуждаются, а не ждать, когда ребенок безнадежно отстанет от своих сверстников и у него появятся вторичные эмоциональные проблемы и нарушения поведения.
Практическая работа
Для изучения наследственности человека и влияния условий среды на формирование признаков человека я провела индивидуальное тестирование между монозиготными близнецами. Тестирование проводилось между ученицами пятого класса Имамовой Динарой и Имамовой Ильнарой, а также между ученицами шестого класса Зиялтдиновой Гульназ и Зиялтдиновой Ляйсан. Тестирование проводилось на определение уровня умственного развития детей младшего школьного возраста, состояния опосредственной памяти и формирование личностных особенностей.
Тест 1. Диагностика опосредственной памяти
Ребенку последовательно одно за другим зачитываются следующие слова и выражения:
Дом. Палка. Дерево. Прыгать высоко. Солнце светит. Веселый человек. Дети играют в мяч. Лодка плывет по реке. Коша ест рыбу.
После прочтения ребенку каждого слова или словосочетания экспериментатор делает паузу на 20 секунд. В это время ребенок должен успеть изобразить на данном ему листе бумаги что-нибудь такое, что в дальнейшем позволит ему вспомнить нужные слова и выражения. Если за отведенное время ребенок не успел сделать запись или рисунок, то экспериментатор прерывает его и зачитывает очередное слово ил выражение.
Как только эксперимент закончен, экспериментатор просит ребенка, пользуясь сделанными им рисунками или записями, вспомнить те слова и выражения, которые ему были зачитаны.
Оценка результатов
За каждое правильно воспроизведенное слово или словосочетание ребенок получает 1 балл. Приблизительно правильное воспроизведение оценивается в 0,5 балла, а неверное – в 0 баллов.
Максимальная общая оценка, которую ребенок может получить в этой методике, равна 10 баллам. Такую оценку ребенок получит тогда, когда правильно вспомнит все без исключения слова и выражения. Минимально возможная оценка – 0 баллов. Она соответствует тому случаю, если ребенок не мог вспомнить по своим рисункам и записям ни одного слова или не сделал ни к одному слову рисунка или записи.
10 баллов – очень высоко развитая опосредственная слуховая память.
8-9 баллов – высоко развитая опосредственная слуховая память.
4-7 баллов – средне развитая опосредственная слуховая память.
2-3 балла – низко развитая опосредственная слуховая память.
0-1 балл – слабо развитая опосредственная слуховая память.
| З. Лейсан | З. Гульназ | Верный ответ | И. Ильнара | И. Динара |
| 1 б. | 1 б. | Дом | 1 б. | 1 б. |
| 1 б. | 1 б. | Палка | 1 б. | 1 б. |
| 1 б. | 1 б. | Дерево | 1 б. | 1 б. |
| 1 б. | 0,5 б. | Прыгать высоко | 1 б. | 1 б. |
| 1 б. | 1 б. | Солнце светит | 1 б. | 1 б. |
| 1 б. | 1 б. | Веселый человек | 1 б. | 1 б. |
| 1 б. | 0,5 б. | Дети играют в мяч | 0,5 б. | 0,5 б. |
| 0,5 б. | 1 б. | Часы стоят | 0 б. | 0 б. |
| 1 б. | 1 б. | Лодка плывет по реке | 1 б. | 0,5 б. |
| 1 б. | 1 б. | Кошка ест рыбу | 1 б. | 1 б. |
| 9,5 б. | 9 б. | Итог | 8,5 б. | 8 б. |
Вывод: Опосредственная память первой пары у З. Ляйсан 9,5; у З. Гульназ 9 баллов и второй пары близнецов 8,5 и 8 балла. В большинстве случаев ответы близнецов совпадают, у обоих пар близнецов высокоразвитая опосредственная память.
Тест 2. Методика для определения уровня умственного развития детей
І. Необходимо выбрать одно из слов, заключенных в скобки, которое правильно закончит начатое предложение
а) У сапога есть … (шнурок, пряжка, подошва, ремешки, пуговица).
б) В теплых краях обитает … (медведь, олень, волк, верблюд, тюлень).
в) В году … (24; 3; 12; 4; 7) месяцев.
г) Месяц зимы … (сентябрь, октябрь, февраль, ноябрь, март).
д) Самая большая птица … (ворона, страус, сокол, воробей, орел, сова).
е) Розы это … (фрукты, овощи, цветы, деревья).
ж) Сова всегда спит … (ночью, утром, днем, вечером).
з) Вода всегда … (прозрачная, холодная, жидкая, белая, вкусная).
и) У дерева всегда есть … (листья, цветы, плоды, корень, тень).
к) Город России … (Париж, Москва, Лондон, Варшава, София).
ІІ. В каждой строке написано пять слов, из которых четыре можно объединить в одну группу и дать ей название, а одно слово к этой группе не относится. Это «лишнее» слово надо найти и исключить его.
а) Тюльпан, лили, фасоль, ромашка, фиалка.
б) Река, озеро, море, лист, болото.
в) Кукла, медвежонок, песок, мяч, лопата.
г) Киев, Харьков, Москва, Донецк, Одесса.
д) Тополь, береза, орешник, липа, осина.
е) Окружность, треугольник, четырехугольник, указка, квадрат.
ж) Иван, Петр, Нестеров, Макар, Андрей.
з) Курица, петух, лебедь, гусь, индюк.
и) Веселый, быстрый, грустный, вкусный, осторожный.
Оценка и интерпретация результатов
Если ответ на первое задание правильный, требуется доказать свою мысль. При правильном доказательстве ответ оценивается в 1 балл, при неправильном – 0,5 балла. Если ответ был неверный, он оценивается в 0 баллов.
При обработке результатов исследования для каждого ребенка подсчитывается сумма баллов, полученных за выполнение отдельных субтестов, и общая балльная оценка за два субтекста в целом. Максимальное количество баллов, которое может набрать обследуемый за решение двух субтекстов – 20 (100 % оценки успешности).
Оценка успешности (ОУ) решения словесных субтекстов определяется по формуле
где Х – сумма баллов, полученных испытуемым.
4 уровень: 800-100 % ОУ;
3 уровень: 79-65 % ОУ;
2 уровень: 64-50 % ОУ;
1 уровень: 49 % и ниже.
| З. Лейсан | З. Гульназ | Верный ответ | И. Динара | И. Ильнара |
| 0 б. | 0 б. | Подошва | 1 б. | 1 б. |
| 1 б. | 1 б. | Верблюд | 1 б. | 1 б. |
| 1 б. | 1 б. | 12 | 1 б. | 1 б. |
| 1 б. | 1 б. | Февраль | 0 б. | 0 б. |
| 1 б. | 1 б. | Страус | 1 б. | 1 б. |
| 1 б. | 1 б. | Цветы | 0 б. | 0 б. |
| 0 б. | 0 б. | День | 1 б. | 1 б. |
| 1 б. | 0 б. | Жидкая | 0 б. | 0 б. |
| 1 б. | 1 б. | Корень | 0 б. | 0 б. |
| 1 б. | 0 б. | Москва | 1 б. | 1 б. |
| З. Лейсан | З. Гульназ | Верный ответ | И. Динара | И. Ильнара |
| 1 б. | 1 б. | Фасоль | 1 б. | 1 б. |
| 1 б. | 1 б. | Мост | 1 б. | 1 б. |
| 0 б. | 0 б. | Песок | 0 б. | 1 б. |
| 0 б. | 0 б. | Москва | 0 б. | 0 б. |
| 1 б. | 1 б. | Орешник | 0 б. | 1 б. |
| 1 б. | 1 б. | Указка | 1 б. | 1 б. |
| 1 б. | 1 б. | Нестеров | 1 б. | 1 б. |
| 1 б. | 1 б. | Лебедь | 1 б. | 1 б. |
| 1 б. | 1 б. | Число | 1 б. | 1 б. |
| 1 б. | 1 б. | Вкусный | 1 б. | 1 б. |
Вывод: У первой пары близнецов Зиялтдинова Лейсан набрала 16 баллов, а Зиялтдинова Гульназ – 13 баллов. Следовательно, оценка успешности Лейсан равна:
Оценка успешности Гульназ равна:
Итак, оценки успешности первой пары высоки – 80 % и 70 %, чему соответствуют 4 и 3 уровни ОУ.
У второй пары близнецов Имамова Динара набрала 12 баллов, а Имамова Ильнара - 15 баллов. Оценка успешности Динары равна:
Оценка успешности Ильнары равна:
ген наследственность близнец
Оценки успешности второй пары близнецов равны 60 и 75 %, чему соответствуют 3 и 2 уровни ОУ.
Тест 3. Исследование личностных особенностей младших школьников.
Данный тест разработан Р.Б. Кэттэлом и Р.В. Коаном. Он содержит 12 шкал для измерения степени выраженности черт личности, функционально независимая природа которых установлена в ряде факторно - аналитических исследований. Ниже приводится краткая интерпретация каждой из 12 шкал опросника.
1. Фактор А (холодность - доброжелательность). Высокие оценки свидетельствуют об открытом, общительном поведении, низкие - об обособленности, холодности.
2. Фактор С (эмоциональная неустойчивость - стабильность). Высокие оценки свидетельствуют о спокойности, уравновешенности, разумности поведения, низкие - о капризности, непостоянстве, уклонении от трудностей, переменчивости в отношениях и интересах.
3. Фактор D (уравновешенность - возбудимость). Школьниц, получивших высокие оценки, Легко вывести из рабочего состояния, они обижаются на замечания, бурно реагируют на неудачи. Низкие оценки характеризуют эмоциональную безмятежность и спокойствие.
4. Фактор E (покорность - независимость). Ребенок, получившие высокую оценку по шкале активен, деятелен, неустойчив и упрям, при низкой оценке- более послушен.
5. Фактор F (озабоченность - беспечность). Высокая оценка по шкале характеризует оптимизм, живость, самоуверенность, низкая - рассудительность, осторожность и предупредительность.
6. Фактор G (Низкая - высокая добросовестность). Шкала измеряет в какой мере ребенок включен систему ценностей, характерную для мира взрослых.
7. Фактор H (робость смелость). Как и фактор А, фактор Hизмеряет степень общительности ребенка. Однако если школьниц с высокой оценкой по фактору А общительна потому, что любит находится среди людей, то школьница с высокой оценкой по шкале Н общительна потому, что легко и смело взаимодействуют с людьми. Ребенок с низкой оценкой испытывает чувство неловкости и неуверенности, избегает общения, скопления людей.
8. Фактор I (твердость - мягкосердечность). Высокие оценки свидетельствуют об утонченности, романтичности, богатом воображении, низкие- о твердости, суровости и мужественности.
9. Фактор Q3 (энергичность - сдержанность). Дети с высокой оценкой по шкале склонны держатся обособленно, более критичны и требовательны к другим, в то время как дети с низкой оценкой более свободны в проявлении своих чувств, охотно действуют в согласии с групповыми интересами.
10. Фактор N (наивность - хитрость). Школьницы получившие высокую оценку, могут быть охарактеризованы социально ловкие и расчетливые, с низкой оценкой - более наивные, сентиментальные и доверчивые.
11. Фактор О (самоуверенность - подавленность). Высокие оценки по фактору О могут являться следствием невроза, депрессии или психической травмы.
12. Фактор Q4 (расслабленность - напряженность). Высокая оценка свидетельствует о возбуждении, суетливости, немотивированном беспокойстве. Низкая - о спокойствии, вялости, полной самоудовлетворенности.
Ответы Зиялтдиновой Ляйсан
| 1 | + | - | 16 | + | - | 31 | + | - | 46 | - | + |
| 2 | - | + | 17 | - | + | 32 | - | + | 47 | - | + |
| 3 | + | - | 18 | - | + | 33 | + | - | 48 | + | - |
| 4 | - | + | 19 | - | + | 34 | + | - | 49 | - | + |
| 5 | + | - | 20 | - | + | 35 | + | - | 50 | + | - |
| 6 | - | + | 21 | + | - | 36 | + | - | 51 | - | + |
| 7 | + | - | 22 | - | + | 37 | - | + | 52 | + | - |
| 8 | + | - | 23 | + | - | 38 | + | - | 53 | + | - |
| 9 | - | + | 24 | - | + | 39 | + | - | 54 | - | + |
| 10 | - | + | 25 | - | + | 40 | + | - | 55 | + | - |
| 11 | + | - | 26 | + | - | 41 | + | - | 56 | - | + |
| 12 | + | - | 27 | - | - | 42 | - | + | 57 | - | + |
| 13 | + | - | 28 | - | + | 43 | + | - | 58 | - | + |
| 14 | - | + | 29 | - | + | 44 | + | - | 59 | + | - |
| 15 | - | - | 30 | - | + | 45 | + | - | 60 | + | - |
Ответы Зиялтдиновой Гульназ
| 1 | + | - | 16 | + | - | 31 | + | - | 46 | - | + |
| 2 | - | + | 17 | - | + | 32 | - | + | 47 | - | + |
| 3 | - | + | 18 | - | + | 33 | - | + | 48 | + | - |
| 4 | - | + | 19 | - | + | 34 | + | - | 49 | - | + |
| 5 | + | - | 20 | + | - | 35 | + | - | 50 | - | + |
| 6 | - | + | 21 | + | - | 36 | + | - | 51 | - | + |
| 7 | + | - | 22 | - | + | 37 | - | + | 52 | + | - |
| 8 | + | - | 23 | + | - | 38 | + | - | 53 | - | + |
| 9 | - | + | 24 | - | + | 39 | + | - | 54 | - | + |
| 10 | - | + | 25 | - | + | 40 | + | - | 55 | - | + |
| 11 | + | - | 26 | + | - | 41 | + | - | 56 | - | + |
| 12 | + | - | 27 | - | - | 42 | - | + | 57 | - | + |
| 13 | + | - | 28 | - | + | 43 | + | - | 58 | - | + |
| 14 | - | + | 29 | - | + | 44 | + | - | 59 | + | - |
| 15 | - | - | 30 | - | + | 45 | + | - | 60 | + | - |
Ответы Имамовой Ильнары
| 1 | - | + | 16 | - | + | 31 | - | + | 46 | - | + |
| 2 | + | - | 17 | + | - | 32 | - | + | 47 | - | + |
| 3 | - | + | 18 | + | - | 33 | + | - | 48 | - | + |
| 4 | - | + | 19 | - | - | 34 | - | + | 49 | + | - |
| 5 | - | + | 20 | - | + | 35 | - | + | 50 | - | + |
| 6 | - | + | 21 | + | - | 36 | + | - | 51 | + | - |
| 7 | + | - | 22 | + | - | 37 | + | - | 52 | - | + |
| 8 | + | - | 23 | + | - | 38 | - | + | 53 | + | - |
| 9 | + | - | 24 | + | - | 39 | + | - | 54 | - | + |
| 10 | - | + | 25 | - | + | 40 | - | + | 55 | + | - |
| 11 | - | + | 26 | + | - | 41 | - | + | 56 | - | + |
| 12 | + | - | 27 | - | - | 42 | - | + | 57 | + | - |
| 13 | - | + | 28 | - | + | 43 | - | + | 58 | - | + |
| 14 | - | + | 29 | - | + | 44 | - | + | 59 | - | + |
| 15 | - | + | 30 | + | - | 45 | - | + | 60 | + | - |
Ответы Имамовой Динары
| 1 | - | + | 16 | - | + | 31 | - | + | 46 | - | + |
| 2 | + | - | 17 | + | - | 32 | - | + | 47 | - | |
| 3 | - | + | 18 | + | - | 33 | + | - | 48 | - | |
| 4 | - | + | 19 | - | - | 34 | + | - | 49 | - | |
| 5 | - | + | 20 | - | + | 35 | - | + | 50 | + | |
| 6 | - | + | 21 | + | - | 36 | + | - | 51 | + | |
| 7 | + | - | 22 | + | - | 37 | + | - | 52 | - | |
| 8 | - | + | 23 | + | - | 38 | - | + | 53 | + | |
| 9 | + | - | 24 | + | - | 39 | + | - | 54 | - | |
| 10 | - | + | 25 | + | - | 40 | - | + | 55 | + | |
| 11 | - | - | 26 | + | - | 41 | - | + | 56 | - | |
| 12 | + | - | 27 | - | - | 42 | - | + | 57 | + | |
| 13 | - | + | 28 | - | + | 43 | - | + | 58 | - | |
| 14 | - | + | 29 | - | + | 44 | - | + | 59 | - | |
| 15 | - | - | 30 | - | + | 45 | - | + | 60 | + |
Вывод: По ключу к опроснику Кэттэля сравним результаты опроса между сестрами-близнецами.
Ключ к опроснику
| 1 | + | - | A | 16 | - | + | D | 31 | + | - | G | 46 | + | - | O |
| 2 | - | + | A | 17 | + | - | E | 32 | + | + | H | 47 | - | + | G |
| 3 | + | - | C | 18 | + | - | F | 33 | - | + | I | 48 | + | - | H |
| 4 | - | + | C | 19 | - | + | N | 34 | + | - | O | 49 | + | - | I |
| 5 | + | - | A | 20 | + | - | D | 35 | + | - | G | 50 | - | + | O |
| 6 | - | + | C | 21 | - | + | E | 36 | + | - | H | 51 | - | + | Q4 |
| 7 | + | - | A | 22 | - | + | F | 37 | - | + | I | 52 | + | - | Q4 |
| 8 | + | - | C | 23 | + | - | N | 38 | + | - | O | 53 | - | + | Q4 |
| 9 | - | + | A | 24 | - | + | D | 39 | + | - | G | 54 | + | - | Q4 |
| 10 | + | - | C | 25 | + | + | E | 40 | - | + | H | 55 | - | + | Q3 |
| 11 | + | - | N | 26 | - | + | F | 41 | + | - | I | 56 | + | - | Q4 |
| 12 | - | + | D | 27 | - | - | N | 42 | - | + | O | 57 | + | - | Q3 |
| 13 | + | - | E | 28 | + | - | D | 43 | - | + | G | 58 | + | - | Q4 |
| 14 | - | + | F | 29 | + | - | E | 44 | + | - | H | 59 | - | + | Q3 |
| 15 | - | - | N | 30 | + | - | F | 45 | + | - | I | 60 | - | + | Q4 |
Для более удобного сравнения составим таблицу:
| З. Ляйсан | З. Гульназ | Факторы | И. Динара | И. Ильнара |
| 5 факторов из 5 | 5 факторов из 5 | A | 1 фактор из 5 | 1 фактор из 5 |
| 3 факторов из 5 | 3 факторов из 5 | C | 2 фактора из 5 | 2 фактора из 5 |
| 2 фактора из 5 | 2 фактора из 5 | D | 1 фактор из 5 | 1 фактор из 5 |
| 2 фактора из 5 | 2 фактора из 5 | E | 1 фактор из 5 | 2 фактора из 5 |
| 2 фактора из 5 | 2 фактора из 5 | F | 1 фактора из 5 | 3 фактора из 5 |
| 4 фактора из 5 | 4 фактора из 5 | G | 3 фактора из 5 | 3 фактора из 5 |
| 4 фактора из 5 | 4 фактора из 5 | H | 3 фактора из 5 | 3 фактора из 5 |
| 2 фактора из 5 | 4 фактора из 5 | I | - | 1 фактор из 5 |
| 1 фактора из 5 | 3 фактора из 5 | Q3 | 1 фактора из 5 | 2 фактора из 5 |
| 5 факторов из 5 | 5 факторов из 5 | N | 1 фактора из 5 | 3 фактора из 5 |
| 2 фактора из 5 | 4 фактора из 5 | O | 2 фактора из 5 | 2 фактора из 5 |
| - | 1 фактор из 5 | Q4 | - | 1 фактор из 5 |
Вывод: По получившемся результатам опроса можно охарактеризовать характер каждой пары близнецов. По опроснику Кэттэля Зиялтдинова Ляйсан: общительная, уравновешаная, Эмоционально безмятежная, активная, настойчивая, добросовестная, легко взаимодействует с людьми, романтичная, любит совместные действия, ловкая, иногда впадает в депрессию, в основном спокойная и самоудовлетворенная.
Характер сестры, Гульназ, задумчива, богата воображениями, индивидуалистична, критична и требовательна к другим.
Немного отличаются в характере вторая пара близнецов сестры Имамовы. По опроснику Кэттэля Имамова Ильнара: обособленная, переменчива в отношениях и интересах, спокойная, послушная, добросовестная, легко взаимодействует с людьми, мужественная, более свободная в проявлении своих чувств, ловкая, самоуверенная и самоудовлетворенная т. Не учитывая мелких различии, можно сказать, что характер ее сестры Динары почти такой же. Она более осторожна, предупредительная, эмоциональная и безмятежная. Итак был проведен тест для исследования личностных особенностей младших школьников разработанный Кэттэлем и Р.В. Коаном, по которому выяснилось, что личностные особенности в характерах монозиготных близнецов очень сходны, но имеются различия. Это показывает влияние условии среды на формирование характера человека.
В практической части научной работы я должна была выяснить роль наследственности и среды в развитии признаков близнецов, в данном случае у учениц пятого и шестого классов сестер Зиялтдидовых и Иммовых. Выполнив практическую работу на самом деле можно обнаружить что, монозиготные близнецы характеризуются большой степенью сходства (конкордантностью) по многим признакам.
При доказательстве своих ответов они опирались на одни и те же факты, используя жесты и мимику. Следовательно, гены играют значительную роль в процессе умственного развития у школьников.
Таким образом, признаки, отличающиеся высоким уровнем конкордантности, в данном случае показатели умственного развития, в значительной или преобладающей степени детерминируются генетическими факторами и мало подвержены влиянию условии среды. Признаки характеризующиеся высокой дискордантностью, личностные особенности напротив, в основном определяются влиянием среды. Проведенная мною работа потверждает важный вывод, любой признак человеческого организма есть результат действия генов и условий среды.
Заключение
Едва ли найдутся люди, которым совершенно безразлична судьба их собственных детей. Забота о ближайших потомках должна начинаться не после их появления на свет, а задолго до этого момента, еще во время планирования семьи. По статистическим данным, из каждых 200 младенцев один появляется на свет с хромосомными аномалиями, некоторые из которых в состоянии исковеркать всю его будущую жизнь. Более того, практически у каждого взрослого человека во всех клетках тела, включая половые, существуют несколько измененных генов, мутации в которых негативно влияют на их работу. Как скажутся такие гены на умственных способностях и на внешнем облике ребенка, если он получит другие дефектные гены от второго родителя? В США свыше 20 млн. человек, то есть почти каждый десятый, уже страдают от унаследованных расстройств здоровья, которые в разных условиях и по-разному могут проявляться в течение всей жизни. В других странах, независимо от экономического статуса, положение наверняка не лучше.
Единственное, что мы можем сделать, чтобы что-то противопоставить сложившейся ситуации – отдавать себе отчет в серьезности положения и предпринимать разумные усилия для того, чтобы на свет не появлялись дети с тяжелыми наследственными патологиями. Реальный шанс для этого существует, но для этого надо быть, прежде всего, хорошо информированным о возможности собственных генетических заболеваниях или мутантных генах, которые могут стать их причиной у потомства. Подобную информацию можно получить в центрах медико-генетичесого консультирования. При этом врач не в праве навязывать свою волю пациентам, он может и должен лишь информировать их о возможных опасностях и последствиях проявления генетически врожденных заболеваний у потомства. Любопытно, что первая в мире подобная консультативная служба была организованна именно в России, в Институте нервно-психиатрической профилактики еще в конце 20-х годов XX века талантливым биологом С.Н. Давиденковым. К сожалению, трагические последствия геноцида, который осуществляла гитлеровская Германия во время второй мировой войны, несколько затормозила развитие сети подобных консультаций, поскольку политика нацизма долгие годы бросала зловещую тень на любые попытки исправления наследственности человека.
На всем протяжении существования психогенетики как науки исследователи проявляли особый интерес к природе так называемых неадаптивных форм развития (дизонтогенеза). Спектр исследуемых фенотипов простирался от тяжелых, редко встречающихся расстройств: например, аутизм и детская шизофрения, до часто встречающихся типов поведения, незначительно отклоняющихся от нормы: например, специфическая неспособность к математике.
Современная статистика, собранная Всемирной Организацией Здоровья, свидетельствует о том, что каждый десятый ребенок, проживающий в развитых странах, подвержен риску девиантного модуса развития.
Результаты психогенетических исследований, проведенные разными методами, говорят о существовании первичной, «исходной», индивидуальности, задаваемой нашей наследственностью. Уникальность генотипа каждого человека, высокая индивидуализированность многих психологически значимых средовых факторов, ковариация и взаимодействие одного и другого – вот те силы, которые формируют бесконечное многообразие людей. Необходимо помнить, что психогенетические данные говорят о причинах именно различий между людьми, то есть о происхождении популяционной изменчивости (межиндивидуальной вариативности), и ее выводы не могут быть перенесены на оценки индивидуально- психологических особенностей конкретного человека.
Все это говорит о существенной роли генотипа в формировании самых разных компонентов и уровней в структуре человеческой индивидуальности. «Генетические влияния в поведении так вездесущи и всепроникающи, что оправдано изменение в акцентах. Не спрашивай, что наследуемо, спрашивай, что не наследуется» - так пишут авторы знаменитой книги «Генетика поведения».
Список использованной литературы
1. А.П. Акифьев. Генетика и судьбы. Москва, 2001 г.
2. С.Ю. Афонькин. Секреты наследственности человека. Санкт- Петербург, 2002 г.
3. А.А. Богданов, Б.М. Медников. Власть над геном. Москва, 1989 г
4. И.В. Равич-Щербо, Т.М. Марютина, Е.Л. Григоренко. Психогенетика. Аспект-пресс, 1999 г.
5. Р.С. Немов. Психология. Москва, 2000 г.
6. В.А. Сонин. Психодиагностическое познание профессиональной деятельности. Санкт-Петербург, 2004 г.
7. Л.В. Реброва. Биология в школе. Москва, 2001 г.
Генетика стремительно развивается. Ученые говорят, что перед ними открываются возможности, которые раньше воспринимались не иначе, как фантастические и абсолютно не реальные. Еще сравнительно недавно снимались фильмы о том, как в обществе будущего люди отправляются в специальные центры, чтобы выбирать внешность будущего ребенка. Сегодня исследователи говорят, что это возможно.
Василий Панкратов, научный сотрудник лаборатории нехромосомной наследственности Института генетики и цитологии НАН Беларуси. Фото Настасьи Ровдо.
Василий Панкратов работает научным сотрудником лаборатории нехромосомной наследственности Института генетики и цитологии НАН Беларуси. Совместно с коллегами он занимается популяционной генетикой человека, изучает с этой точки зрения группы людей. Население Минска, Минской области, Беларуси, Восточной Европы, Евразии или всего мира - это все популяции.
«Во-первых, нас интересует, насколько генетически различные популяции схожи или не схожи. К примеру, с кем генетически схожи белорусы: с русскими, поляками или еще с кем-то. Во-вторых, мы хотим понять, как генофонд, совокупность генетического материала, меняется во времени. Какие факторы на это влияют, какие закономерности здесь есть, - объясняет Василий Панкратов. - Таким образом мы сможем в какой-то степени изучать историю. К примеру, как образовалась та или иная этническая группа, как изменялась численность людей в популяции, какие специфические заболевания были ей свойственны».
С кем белорусы схожи генетически
Белорусы похожи на своих соседей, говорит ученый. Однако генофонд в Восточной Европе до такой степени перемешан, что сказать, с какими из соседей у нас схожесть наиболее выраженная, чрезвычайно сложно.
«Если мне дадут образец ДНК жителя Восточной Европы, то максимум, что можно сказать, - это что он с вероятностью 60% является белорусом и с вероятностью 40% - русским. А в большинстве случаев будет по 25 процентов, что он поляк, белорус, украинец или русский.
Может быть, точно определять этническое происхождение по ДНК станет возможным в будущем, когда мы будем располагать гораздо большей выборкой образцов, для которых проанализирована вся ДНК, а не только отдельные ее фрагменты, и мы сможем заметить даже мелкие различия».
Фото pi.tedcdn.com
Ранее в Институт генетики и цитологии мог обратиться любой желающий для того, чтобы узнать, кем были его предки. Однако к настоящему времени эту услугу перестали оказывать.
«Дело в том, что большинству жителей Беларуси после такого анализа скажут: «Вы типичный житель Беларуси». Или еще шире: «Вы типичный житель Восточной Европы, и ваши предки, скорее всего, несколько тысячелетий жили на этой территории». И для большинства это будет не то, чего они ждали, - говорит Василий Панкратов. - Как по мне, генетический анализ на определение происхождения имеет смысл тогда, когда есть, к примеру, семейная легенда.
Однажды к нам пришел человек, который исследовал архивы, изучал семейную историю, и хотел проверить гипотезу о том, что одна из его прабабушек была марийкой и происходила с Урала. Мы сделали анализ, и результаты соответствовали этой гипотезе. Его вариант «женской» ДНК, которая передается по прямой женской линии, более характерен для Сибири, чем для Беларуси. Это еще не доказательство, но это факт, который подкрепляет его гипотезу».
Фото pi.tedcdn.com
Еще год тому назад Василий Панкратов, работая над диссертацией, исследовал генофонд белорусских татар. Выяснилось, что у белорусских татар треть составляют варианты ДНК, которые встречаются в настоящее время в Сибири, Монголии, на Алтае, в Средней Азии. Несмотря на то, что татары длительное время проживают на территории Беларуси, они до сих пор сохранили генетический след своих предков. Более того, их «материнская» ДНК, то есть передающаяся от матери, имеет около 30 процентов общего с азиатскими популяциями.
«Это значит, что мужчины-воины татары, которые пришли на наши земли, не только брали белорусок в жены. Некоторые из них пришли со своими семьями. Более сложные анализы показали, что сначала происходило смешение между мигрантами азиатского происхождения с местным населением, а спустя какое-то время образовался определенный барьер - и они перестали смешиваться. Иначе говоря, с течением времени они, скорее всего, стали бы очень похожими на белорусов. И это соответствует тому, что мы знаем: Витовт сначала дал добро на браки между татарами и местными женщинами, а через какое-то время был введен запрет на межконфессиональные браки. Поскольку татары были мусульманами, то, соответственно, не могли сочетаться браком с местным населением. Именно ввиду этого барьера они и сохранили свою генетическую идентичность», - объясняет генетик.
Фото si.wsj.net
В настоящее время Василий Панкратов занимается новым проектом, который связан не с отбором материала, а с анализом накопленного, причем не только нашей страной, но и другими. Здесь фокус исследователей шире, они намерены выяснить, насколько генетическое прошлое жителей Восточной Европы отличается от Западной.
Ученые пытаются работать и с древней ДНК, которую можно выделять из останков - тех же костей или зубов.
«Наша страна климатически не очень благоприятна, поскольку останки лучше сохраняются либо на севере, в вечной мерзлоте, либо в пещерах с соответствующим микроклиматом. Тем не менее, положительные результаты имеются, - уверяет Василий Панкратов. - У нас есть археологические материалы, из которых удалось взять ДНК. Мы сможем выяснить конкретнее, как менялся генофонд во времени не через какие-то математические анализы и статистики, а сравнив то, что имеем сейчас, с тем, что было несколько столетий или тысячелетий назад».
Как меняется ДНК
Весь мир вокруг нас состоит из химических веществ. Они разные, поэтому и состоящие из них предметы, материалы разные. ДНК - тоже химическое вещество, причем с очень длинными молекулами. Часто говорят «цепочка ДНК», так как эти длинные молекулы состоят из маленьких «кирпичиков». Одна хромосома человека может быть длиной около 2 сантиметров, что для молекулы очень много. Эта одна хромосома может включать десятки миллионов «кирпичиков». А одна клетка человеческого организма содержит ДНК длиной около двух метров, при этом количество блоков-«кирпичиков» будет достигать 6 миллиардов.
ДНК отвечает за то, какие мы есть. Не на сто процентов, но в большой степени, отмечает генетик. Она определяет цвет глаз, волос, кожи, особенности здоровья, влияет на психические черты и даже склонности к той или иной деятельности. Например, математические или лингвистические способности в определенной степени зависят от ДНК.
«Когда мы говорим об изменении ДНК, используем слово «мутация». Большинство мутаций, которые происходят у людей, никак не влияет на здоровье или внешность. Кстати, их-то мы и используем для наших исследований, поскольку на них не влияет среда, в которой живут люди. Конечно, мутации бывают вредными, они происходят в тех частях ДНК, которые все-таки за что-то отвечают. И еще реже происходят полезные мутации», - говорит Василий Панкратов.
Фото cargocollective.com
Три полезные мутации
Несколько тысяч лет тому назад в Европе люди стали разводить коров и пить молоко, рассказывает генетик. Мы хорошо знаем, что обычно млекопитающие пьют молоко в детском возрасте, а потом утрачивают эту способность. Вопрос: как люди научились пить молоко? Когда возникла мутация, которая привела к тому, что способность усваивать молоко не пропала с возрастом? Ведь дальше, в результате естественного отбора, те, кто имел эту способность, с большей вероятностью выживали в сложных условиях, когда попросту нечего было есть.
«Мы знаем, что среди современных людей не все могут пить молоко, - говорит ученый. - Большинство европейцев может, а большинство азиатов - нет, поскольку у них из-за этого возникают проблемы с желудком. Можно сказать, что люди, которые сегодня не могут пить молоко, менее эволюционно продвинутые. В Азии же не было того животноводства, при котором бы получали молоко с целью потреблять его в пищу, поэтому, это свойство не являлось полезным. Там же, где начали разводить коров и потреблять молоко, способность усваивать молоко стала полезной и распространилась на всю популяцию».
Исследователь приводит и другой пример. Есть люди, генетически устойчивые к СПИДу. Это значит, что произошла мутация, благодаря которой вирус не может размножаться в клетках таких людей. Их в европейской популяции около одного процента.
«С точки зрения классической эволюционной теории мы понимаем почему. Не так уж много людей погибает от СПИДа. Если бы началась тотальная эпидемия, тогда бы эта мутация оказалась очень полезной. Люди, выжившие благодаря ей, передавали бы ее последующим поколениям. Все-таки ситуация со СПИДом в Европе не настолько острая, поэтому доля этой мутации невысока», - говорит ученый.
Или еще один пример.
«Если кто-то бывал в горах на большой высоте, тот знает, что большинству людей, особенно тем, кто привык жить внизу, находиться там сложно. Не хватает кислорода, трудно дышать, болит голова, тошнит. А вот, к примеру, тибетцы живут в горах долгое время, и выяснилось, что они приспособлены к этим условиям генетически, - объясняет Василий Панкратов. - У них есть мутации, которые позволяют им жить и комфортно себя чувствовать на большой высоте. Если белорусы поедут жить в Тибет, то, хотя они и приспособятся к низкой концентрации кислорода, но за счет большого количества эритроцитов в крови это повлечет негативные последствия. Ведь если красных клеток слишком много, возникает высокий риск того, что они застрянут в сосудах и спровоцируют инсульт или инфаркт».
Генетик отмечает, что мутации происходят все время. Каждый из нас отличается от родителей примерно на 60 букв. Правда, эти 60 букв - из шести миллиардов.
Генетика будущего
Исследователь говорит, что уже сейчас белорусские генетики, проанализировав только отдельные части ДНК, могут определить, какие лекарства могут навредить человеку. С учетом этого можно планировать лечение, причем не только подбирать правильные лекарства, но и определять правильную дозу.
Уже сейчас белорусские генетики могут сказать, является ли человек носителем тех или иных генетических заболеваний.
«Половину генетического материала мы получаем от матери и половину - от отца. То есть каждый ген, за что бы он ни отвечал, представлены двумя копиями - от матери и от отца. Некоторые люди получают одну нормальную копию, а другую - с вредной мутацией. Сами они здоровы, но являются носителями. И если два таких человека заведут ребенка, то он может родиться больным, - рассказывает Василий Панкратов. - Чаще всего к нам обращаются люди, у которых в семье бывали случаи генетического заболевания. Они хотят узнать, каков риск того, что ребенок родится больным».
Генетик отмечает, что сегодня можно проводить диагностику здоровья ребенка еще до его рождения, проверить, нет ли у него генетических заболеваний, еще когда женщина беременна. Делали это и раньше, но более сложными, неприятными и болезненными методами. Теперь же у беременной женщины берут кровь из вены, отделяют ДНК матери от ДНК ребенка и проводят анализ.
«Далее мы подходим к черте, когда наши возможности сталкиваются с вопросами этики. Например, мы выяснили, что и муж, и жена, являются носителями какого-то заболевания. Они понимают, что с вероятностью 25 процентов в них родится больной ребенок. Тем не менее они хотят ребенка, и хотят, чтобы он был здоровым. Теперь, с помощью достижений генетики и экстракорпорального оплодотворения, мы можем получить несколько эмбрионов, каждый из них проверить на наличие этого заболевания, выбрать здоровый эмбрион и подсадить его в матку. В результате женщина родит здорового ребенка», - рассказывает ученый.
А дальше начинается научная фантастика, которая, как уверяет исследователь, становится действительностью. Он приводит в пример фильм «Гатака», снятый в 1997 году, в котором рассказывается об обществе будущего, где еще до беременности родители идут в центр и заказывают ребенка, мол, «хочу высокого блондина с голубыми глазами» и далее в том же духе.
«Мы пока еще не знаем, каковы генетические основы всех признаков человека, но мы знаем много.
Технологии уже позволяют взять зиготу, одну клетку, из которой в дальнейшем образуется эмбрион, а потом и человек, и генетически изменить ее почти что как угодно, - утверждает Василий Панкратов. - Конечно, не получится создать супермена со стальной кожей, но в пределах тех признаков, которые встречаются у людей, можно сделать какие угодно изменения. Можем выбрать цвет глаз, волос, повлиять на рост человека, его склонности.
И прежде всего, можем избавить от заболеваний, которые либо полностью являются генетическими, либо имеют генетический компонент. При условии, что мы знаем, какой именно ген и в каком направлении мы хотим изменить, технически это вполне возможно. Ограничения преимущественно этические. И я думаю, мое поколение столкнется с тем, что придется решать, хотим ли мы этого».