Генетика медицинская

Гене'тика медици'нская, раздел генетики человека , изучающий наследственные заболевания и методы их предупреждения, диагностики и лечения. Существование заболеваний, передающихся по наследству ( гемофилия и др.), а также тот факт, что браки между родственниками увеличивают частоту появления в потомстве наследственных заболеваний, были известны давно. В начале 20 в. исследовалась главным образом соотносительная роль наследственности и среды в происхождении не только нормальных, но и патологических признаков человека. В России Г. м. зародилась лишь при Советской власти и значительного развития достигла в 30-е гг. В Медико-генетическом институте, возглавлявшемся С. Г. Левитом, успешно изучалось наследование сахарного диабета, язвенной и гипертонических болезней и др. С. Н. Давиденков и его школа всесторонне исследовали наследственные болезни нервной системы.

  При изучении наследственных болезней Г. м. пользуется всеми методами генетики человека: генеалогическим (заключается в составлении родословной, что позволяет выявить соотношение между здоровыми и больными членами семьи пробанда, т. е. больного, для которого составляется родословная), близнецовым (см. Близнецы ), цитологическим, биохимическим, иммунологическим. В 60-х гг. 20 в. большое значение приобрели цитогенетические методы исследования (хромосом полового хроматина) и биохимические тесты. Выяснилось, что наследственные болезни зависят от изменений в хромосомах половых клеток, - это могут быть изменения структуры генов, хромосомные перестройки ( делеции , транслокации , дупликации и др.) или количественные изменения в хромосомном наборе (добавление или потеря одной или нескольких хромосом). Так, нарушением числа или структуры хромосом - половых или аутосом - обусловлены синдром Тернера - Шерешевского, Дауна болезнь , синдромы Клайнфельтера и «кошачьего крика», трисомии 18 (Эдвардса) и D (Патау) и др. При др. наследственных заболеваниях обнаружить видимые дефекты в хромосомном наборе не удаётся. В таких случаях, по-видимому, происходят генные мутации или неблагоприятное сочетание различных генов. Проявление некоторых наследственных болезней зависит от средовых факторов, которые могут способствовать развитию наследств. предрасположения или полностью его подавить. В задачу Г. м. входит выявление соответствующих условий среды (в т. ч. лечебных средств, диеты и др.). Успехи в развитии Г. м. сделали возможными предупреждение и лечение ряда наследственных болезней. Один из эффективных методов такого предупреждения - медико-генетическое консультирование с предсказанием риска появления больного в потомстве лиц, страдающих данным заболеванием или имеющих больного родственника. Достижения биохимической генетики раскрыли первичные (молекулярные) дефекты при многих наследственно обусловленных аномалиях обмена веществ, что способствовало развитию методов экспресс-диагностики, позволяющих быстро и рано выявлять больных и лечить многих прежде неизлечимые наследственные болезни. Так, например, подбором специальной диеты возможно предупредить развитие фенилкетонурии (фенилпировиноградной олигофрении ) и некоторых др. наследственных болезней. В иных случаях лечение состоит во введении в организм извне веществ, не образующихся в нём в результате генетического дефекта. Многие генетические дефекты исправляются своевременным хирургическим вмешательством или педагогической коррекцией. Во многих странах организованы клиники и научные институты, занимающиеся изучением наследственной патологии человека; в СССР - институт медицинской генетики АМН СССР. Ежегодно публикуется около 3 тыс. работ о Г. м. Вопросы Г. м. освещают журналы «Acta geneticae medicae et gemellologiae» (Roma, с 1952); «American Journal of Human Genetics» (Baltimore, 1949); «Annals of Human Genetics» (L., 1954); «Journal de genetique humaine» (Geneve, с 1952); «Journal of Medical Genetics» (L., с 1964); «Excerpta medica, Section. 22, Human genetics» (Amst., с 962). В СССР статьи по Г. м. публикуются во многих медицинских и биологических журналах (например, журнал «Генетика», «Цитология», «Цитология и генетика»).

  Е. Ф. Давиденкова.

Генетика микроорганизмов

Гене'тика микрооргани'змов, раздел общей генетики , в котором объектом исследования служат бактерии, микроскопические грибы, актинофаги, вирусы животных и растений, бактериофаги и др. микроорганизмы. До 40-х гг. 20 в. считалось, что, поскольку у микроорганизмов нет ядерного аппарата и мейоза, на них не распространяются Менделя законы и хромосомная теория наследственности . С начала 40-х гг. микроорганизмы становятся объектом интенсивных генетических исследований. Именно на них были решены многие кардинальные вопросы современные генетики. Так, первое указание на то, что материальным носителем наследственности служит дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), было получено в опытах на пневмококках (американские генетики О. Т. Эйвери, К. Мак-Леод и М. Маккарти). Примерно в то же время были начаты интенсивные генетические исследования на хлебной плесени - нейроспоре. Изучение многочисленных биохимических мутантов нейроспоры (Дж. У. Бидл и Э. Л. Тейтем, США) привело к установлению очень важного положения: «один ген - один фермент» (ныне это положение более точно формулируется так: «один ген - одна полипептидная цепь»). Генетические исследования микроорганизмов особенно интенсивно стали развиваться после того, как американские генетики С. Лурия М. Дельбрюк показали на кишечной палочке (Escherichia coli), что и бактерии подчиняются мутационным закономерностям (см. Изменчивость , Мутации ). Ранее существовавшее представление об адекватной, адаптивной изменчивости у бактерий возникло вследствие методической ошибки, заключавшейся в изучении культуры как единицы изменчивости. Был предложен новый принцип изучения изменчивости у бактерий - клональный анализ, т. е. изучение потомства одной клетки - родоначальницы клона . Важной вехой в развитии Г. м. явился разработанный американскими генетиками Дж. и Э. Ледербергами метод реплик, или отпечатков, позволивший доказать, что мутации возникают у бактерий независимо от условий культивирования, и, кроме того, значительно упростивший приёмы отбора вариантов микроорганизмов с желаемыми свойствами. Оказалось, что в больших популяциях бактериальных клеток мутации возникают спонтанно. В 1946 был открыт половой процесс у бактерий ( конъюгация ), что позволило применить для их исследования генетический анализ . В результате установлены наличие у бактерий рекомбинации , существование у них генетических групп сцепления и построены генетические карты их хромосом. Почти одновременно был открыт парасексуальный процесс грибов (Г. Понтекорво, Великобритания), что расширило возможности генетического анализа грибов, не имеющих полового цикла размножения. Вскоре в генетические исследования были вовлечены бактериофаги и др. вирусы (в частности, вирус табачной мозаики - ВТМ). Был открыт эффект переноса генетической информации от одной бактериальной клетки к другой при посредстве бактериофага - генетической трансдукция , что положило начало изучению генетических взаимоотношений в системе «фаг - бактерия» (Дж. Ледерберг, Н. Зиндер, США). Вслед за тем была обнаружена рекомбинация у фагов (А. Херши и М. Дельбрюк, США). Если использование бактерий в качестве объекта генетических исследований резко повысило разрешающую способность генетическиого анализа, то благодаря фагам удалось перейти к изучению явлений наследственности на молекулярном уровне. Большое значение имели исследования ВТМ (немецкие генетики Г. Шустер и А. Гирер), позволившие вызвать генетический эффект в опытах с чистой рибонуклеиновой кислотой (РНК), которая сохраняла инфекционность и при нанесении на листья табака вызывала в клетках образование полноценных частиц ВТМ.

  Исходя из общих принципов исследования генетических процессов у микроорганизмов, для каждой группы разработаны специальные методы изучения с учётом их особенностей.

  Генетические механизмы у грибов и водорослей, сохранивших половой процесс, имеют ряд особенностей. Главная из них состоит в том, что продукты мейоза (споры) остаются соединёнными в определенном порядке, и после раздельного высева этих спор можно непосредственно изучать генотип каждого продукта мейоза. Этот метод, называемый тетрадным анализом , дополняет статистические методы изучения процесса расщепления. Применение генетич        еского анализа к организмам, у которых отсутствует половой процесс, стало возможным после открытия у них парасексуальных процессов, отличающихся большим разнообразием. Так, у несовершенных грибов при срастании гиф, принадлежащих двум генетически различным штаммам, происходит объединение и затем слияние двух гаплоидных ядер в одно диплоидное; в этой системе изредка возможен обмен генетическим материалом.

  Особенность полового процесса у бактерий состоит в том, что в клетку-реципиент передаётся, как правило, только часть генетического материала из клетки-донора, в результате чего образуется частично диплоидная зигота (т. н. мерозигота). У бактерий известно несколько механизмов передачи генетического материала. Наиболее совершенная форма полового процесса у бактерий - конъюгация, детально изученная у кишечной палочки. Конъюгация происходит при непосредственном контакте между двумя клетками, если в одной из них присутствует специфический половой фактор, или фактор скрещиваемости (фертильности, плодовитости), половой фактор (см. Эписомы ) содержит ДНК и может существовать в клетке либо автономном, либо в интегрированном состоянии (включенным в первом случае при конъюгации в клетку-реципиент переходит только половой фактор. Во втором случае половой фактор способствует направленному переносу генетического материала из клетки-донора в клетку-реципиент. Как правило, при этом происходит передача только части генома донора и лишь крайне редко передаётся вся хромосома донора вместе включенным в неё половым фактором. Между фрагментом донорной ДНК и ДНК реципиента может произойти обмен гомологичными генетическими участками - кроссинговер , приводящий к возникновению рекомбинантов, т. е. клеток с изменённым сочетанием признаков. Генетический анализ рекомбинантов кишечной палочки позволил установить у неё существование одной группы сцепления, определить линейное расположение большого числа генов в её хромосоме и построить кольцевую генетическую карту (см. Генетические карты хромосом ). Перенос генетического материала при конъюгации - строго ориентированный процесс, при котором последовательность передачи генов (а значит, и вероятность их участия в кроссинговере) целиком зависит от расположения генов в хромосоме и точки интеграции (включения) полового фактора. При переходе полового фактора в автономное состояние гены, расположенные на хромосоме рядом с точкой интеграции, могут объединиться с половым фактором и в дальнейшем передаваться с ним как единое целое, превращая клетки-реципиенты в диплоиды по данному генетическому участку. Этот процесс переноса генов совместно с половым фактором, называется сексдукцией , также может привести к возникновению рекомбинантов. Др. механизм возникновения рекомбинантов у бактерий - трансдукция - осуществляется при посредстве т. н. умеренных бактериофагов, которые способны к особому виду симбиоза с бактериями - лизогении . В лизогенных бактериях ДНК умеренного фага интегрирована с ДНК бактериальной клетки и реплицируется одновременно с ней. Такая скрытая форма присутствия фага ( профаг ) может сохраняться в течение многих клеточных поколений, однако изредка профаг переходит в вегетативное состояние (т. е. начинает размножаться) и разрушает бактерию. При этом возможны захват небольшого фрагмента ДНК клетки-хозяина и последующий его перенос в др. клетку, в которой перенесённый участок генома может вступить в генетический обмен с гомологичной областью клетки-реципиента. Обычно при трансдукции прогены, расположенные в непосредственной близости от места локализации профага в хромосоме бактерии. Однако некоторые фаги осуществляют трансдукцию, при которой любой участок генома бактерии с равной вероятностью может быть перенесён в др. клетку. Иногда сам процесс лизогенизации, т. е. включения умеренного фага в геном бактерии, может сопровождаться приобретением клеткой новых свойств (см. Лизогенная конверсия ), например вирулентности. Ещё один тип полового процесса у бактерий, называемый трансформацией , -перенос генетического материала без посредства полового фактора или умеренного бактериофага с последующим возникновением рекомбинантов (вследствие генетического обмена между проникшим в клетку фрагментом ДНК и ДНК клетки-реципиента). Особенности генетических механизмов у вирусов бактерий - бактериофагов- делают их весьма удобной моделью для изучения воспроизведения и функционирования генетического материала. Они очень просто устроены, быстро размножаются и имеют очень короткий жизненный цикл; поэтому генетика бактериофагов, в особенности фагов Т2, Т4и l, исследована весьма детально. Бактериофаги скрещивают, заражая бактерии смесью двух или нескольких мутантов фага. В этом случае, кроме исходных фаговых частиц, появляются рекомбинанты с измененными сочетаниями признаков. С помощью рекомбинационного анализа удалось построить генетические карты для ряда бактериофагов. Оказалось, что молекула ДНК фага является его хромосомой. Изучение тонкой структуры гена, проведённое на фаге Т4(С. Бензер, США), показало существование большого числа участков внутри гена, способных изменяться (мутировать) с разной частотой под действием различных мутагенов .

  Генетика вирусов животных и растений в значительной мере основывается на успехах в области генетики бактериофагов, но из-за технических трудностей еще не получила достаточного развития. Возможность получения рекомбинантов была показана у ДНК-содержащих вирусов группы оспы - осповакцины (при смешанном заражении клеток различными представителями этой группы), у вируса герпеса (между различными вариантами этого вируса), а также, между обезьяньим опухолеродным вирусом SV40и различными представителями аденовирусов. У РНК-содержащих вирусов животных показана возможность получения рекомбинантов между мутантами вируса ящура и полиомиелита, а также между различными вариантами вируса гриппа. Последнее открытие имеет особое значение, т. к. показывает возможные пути изменчивости этого вируса в природе. Из вирусов растений лучше всего изучен вирус табачной мозаики (ВТМ). В частности, полностью расшифрована последовательность аминокислот в белке ВТМ; удалось установить характер аминокислотных замещений, возникающих в белках оболочки у разных мутантов ВТМ. Работы, выполненные на ВТМ, явились важным этапом в изучении как механизма мутагенеза, так и природы генетического кода.

  В связи с развитием новой отрасли народного хозяйства - микробиологической промышленности - возникла прикладная Г. м., называется также селекцией и микроорганизмов. В сферу исследований были вовлечены новые формы микроорганизмов: пенициллы (Penicil humchrysogenum), актиномицеты (Actinomyces streptomycini, Act. rimosus и др.), актинофаги. У пенициллов и аспергиллов открыт парасексуальный процесс, у актиномицетов изучен механизм рекомбинации, открыты генетическая рекомбинация у актинофагов, генетическая трансдукция у актиномицетов. Проведены обширные исследования индуцированной изменчивости количественных признаков у актиномицетов.

  В Советском Союзе в работе по селекции микроорганизмов применяются такие генетические методы, как получение индуцированных мутаций, гибридизация и заражение актиномицетов актинофагами. В итоге выведены высокоактивные штаммы, позволившие во много раз увеличить производство антибиотиков, аминокислот, витаминов и др. биологически активных веществ.

  В связи с возрастающим значением Г. м. и необходимостью развития микробиологической промышленности в 1968 в Москве был организован Всесоюзный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов Главмикробиопрома, ставший ведущим научным центром в этой области. Проблемы генетики и селекции микроорганизмов разрабатываются и в др. научных учреждениях Москвы (Институт эпидемиологии и микробиологии им. Н. Ф. Гамалеи АМН СССР, институт общей генетики и институт атомной энергии им. И. В. Курчатова АН СССР), Ленинграда (Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе АН СССР, кафедра генетики ЛГУ), Киева, Еревана и др. Г. м. сыграла важную роль в развитии современный генетики, дополнив ряд положений генетики высших организмов. Г. м., в свою очередь, стала основой для развития молекулярной генетики .

  Лит.:Хэйс У., Генетика бактерий и бактериофагов, пер. с англ., М., 1965; Гольдфарб Д. М., Введение в генетику бактерий, М., 1966; Захаров И. А. и Квитко К. В. Генетика микроорганизмов, Л., 1967; Алиханян С. И., Современная генетика, М., 1967, его же, Селекция промышленных микроорганизмов, М., 1968; Браун В., Генетика микроорганизмов, Л., 1967; Алиханян С. И., Современная генетика, М., 1967; его же. Селекция промышленных микроорганизмов М., 1968; Браун В., Генетика бактерий, пер. с англ., М., 1968; Генетические основы селекции микроорганизмов, М., 1969.

  С. И. Алиханян, А. Н. Майсурян.

Генетика поведения

Гене'тика поведе'ния, область науки о поведении, основывающаяся на законах генетики и изучающая, в какой степени и каким образом различия в поведении определяются наследственными факторами. Основные методы исследования Г. п. на экспериментальных животных - селекция в сочетании с инбридингом (близкородственное скрещивание), при помощи которых изучаются механизмы наследования форм поведения, на человеке - статистический и генеалогический анализ в сочетании с близнецовым и цитогенетическим методами.

  Зависимость поведения от наследственных факторов - генное управление и контроль поведения - исследуется на различных уровнях организации живого: в биоценозах, популяциях, сообществах, на уровне организма, а также на физиологическом (орган, ткань, клетка) и молекулярном уровнях, Исследования Г. п. имеют существенное значение для учения об индивидуальных различиях высшей нервной деятельности и выявления относительной роли врожденных и индивидуально приобретённых особенностей поведения, для объяснения роли генетически обусловленных особенностей поведения животных в популяции (для общественных животных - в стаде, стае и т.п.), а также для создания экспериментальных моделей нервных болезней.

  Лит.:Крушинский Л. В., Генетика и феногенетика поведения животных, в кн.: Актуальные вопросы современной генотики, М., 1966; Гэйто Дж., Молекулярная психобиология, пер. с англ., М., 1969; Falconer D. S., Introduction to quantitative genetics, N. Y., 1960; Fuller J. L., Thornpson W. R., Behavior genetics, N. Y. - L., 1960.

  Л. Г. Романова.

Генетика растений

Гене'тика расте'ний, раздел генетики , изучающий наследственность и изменчивость высших растений (генетические исследования грибов и водорослей обычно относят к генетике микроорганизмов ), Для генетического изучения растений, кроме методов, которыми пользуются в др. областях генетики (в частности гибридологического анализа ), применяют следующие методы. С помощью моносомного анализа определяют роль каждой хромосомы в наследовании и развитии различных признаков растений. Этим методом (разработанным на дурмане) пользуются при изучении ряда аллополиплоидов (некоторых пшениц, хлопчатника), а также диплоидов (ячменя). Большое значение в Г. р. приобретает экспериментальный мутагенез который даёт огромное разнообразие новых форм, используемых в селекции, и ценный материал для изучения генетики отдельных видов растений. С помощью мутантов составляют генетические карты хромосом ; на них исследуют действие изменённого гена (в гомо- и гетерозиготном состоянии) на развитие отдельных признаков в разных условиях среды, на физиологические и биохимические особенности растений. Изучение мутантов способствует выяснению эволюции того или иного вида. К методам исследования эволюции растений относятся также гибридизация и анализ конъюгации хромосома в мейозе у гибридов (неродственно хромосомы не конъюгируют). Важный метод - искусственный ресинтез существующих видов путём гибридизации и последующего удвоения числа хромосом (см. Полиплоидия ). Значительную роль в эволюции растений, в том числе многих культурных (пшеницы, овса, хлопчатника, картофеля, плодовых и др.), играет аллополиплоидия . После открытия действия алкалоида колхицина, препятствующего расхождению удвоившихся хромосом к разным полюсам клетки, для получения новых, иногда очень ценных форм широко используется автополиплоидия . Сочетая методы отдалённой гибридизации и цитогенетики , изучают роль отдельных хромосом (и их участков) в наследовании признаков и разрабатывают приёмы, позволяющие получать вставки участков хромосом диких растений, обусловливающие развитие ценных признаков (например, устойчивости к ржавчине), в хромосомы культурных растений. Роль ядра и цитоплазмы в наследовании и развитии признаков исследуют, применяя отдалённую гибридизацию и анализируя природу мужской цитоплазматической стерильности, используемой при получении гетерозисных форм. В Г. р. широко исследуются апомиксис и явление самонесовместимости, т. е. неспособности растений к самооплодотворению, а также генетические особенности растений само- и перекрёстноопылителей, вегетативно и апомиктически размножающихся форм. В Г. р. всё больше проникают идеи и методы молекулярной биологии (гибридизация ДНК, ДНК - РНК, изучение изозимов и др.). Методы популяционной генетики и биометрии применяют в Г. р. для разграничения генотипических и паратипических элементов в общей фенотипической изменчивости признаков, что усиливает эффективность искусственного отбора. Все эти методы используют для улучшения хозяйственно ценных свойств с.-х. растений: урожайности, устойчивости к неблагоприятным условиям среды, ряда биохимических и технологических особенностей растения (или его зерна), особенностей развития (озимость, яровость, раннеспелость и т.д.). Из высших растений генетически наиболее изучены кукуруза, арабидопсис (растение семейства крестоцветных, «растительная дрозофила» - модельный объект генетических исследований), горох, томаты, ячмень. У этих растений методами гибридизации установлена локализация генов и составлены карты хромосом. Интенсивно изучается цитогенетика мягкой пшеницы - сложного 42-хромосомного аллополиплоида, возникшего в процессе эволюции при естественной гибридизации трёх разных злаков с последующим удвоением числа хромосом у гибридов. Вклад Г. р. в селекцию огромен. Это, например, использование гетерозиса в селекции кукурузы на основе мужской стерильности; введение высокоурожайным гибридам и сортам кормового ячменя генов, обеспечивающих высокое содержание лизина в зерне; создание низкорослых неполегающих высокоурожайных сортов пшеницы с использованием генов карликовости («зелёная революция» в Индии и др. странах); выведение урожайных и сахаристых триплоидных гибридов сахарной свёклы.

  Лит.:Вавилов Н. И., Избр. произв., т. 1, Л., 1967; Мичурин И. В., Соч., т. 1-4, М., 1948; Брюбейкер Дж. Л., Сельскохозяйственная генетика, пер. с англ., М., 1966; Эллиот Ф., Селекция растений и цитогенетика, пер. с англ., М., 1961; Мюнтцинг А., Генетика, пер. с англ., М., 1967; Уильямс У., Генетические основы и селекция растений, пер. с англ., М., 1968: Цитогенетика пшеницы и ее гибридов, М., 1971; Генетические основы селекции растений, М., 1971.

  В. В. Хвостова.

Генетика человека

Гене'тика челове'ка, отрасль генетики, тесно связанная с антропологией и медициной. Г. ч. условно подразделяют на антропогенетику, изучающую наследственность и изменчивость нормальных признаков человеческого организма, и генетику медицинскую , которая изучает его наследственную патологию (болезни, дефекты, уродства и др.). Г. ч. связана также с эволюционной теорией, т.к. исследует конкретные механизмы эволюции человека и его место в природе, с психологией, философией, социологией. Из направлений Г. ч. наиболее интенсивно развиваются цитогенетика, биохимическая генетика, иммуногенетика, генетика высшей нервной деятельности, физиологическая генетика.

  В Г. ч. вместо классической гибридологического анализа применяют генеалогический метод, который состоит в анализе распределения в семьях (точнее, в родословных) лиц, обладающих данным признаком (или аномалией) и не обладающих им, что раскрывает тип наследования, частоту и интенсивность проявления признака и т.д. При анализе семейных данных получают также цифры эмпирического риска, т. е. вероятность обладания признаком в зависимости от степени родства с его носителем. Генеалогическим методом уже показано, что более 1800 морфологических, биохимических и др. признаков человека наследуется по законам Менделя (см. Генетика ). Например, тёмная окраска кожи и волос доминирует над светлой; пониженная активность или отсутствие некоторых ферментов определяется рецессивными генами, а рост, вес, уровень интеллекта и ряд др.