close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2037.Избранные лекции по генетике человека и радиобиологии

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
В.П. Мясина, В.Н. Калаев
ИЗБРАННЫЕ ЛЕКЦИИ ПО ГЕНЕТИКЕ
ЧЕЛОВЕКА И РАДИОБИОЛОГИИ
Учебное пособие для вузов
Издательско-полиграфический центр
Воронежского государственного университета
2009
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Утверждено научно-методическим советом биолого-почвенного факультета 19 февраля 2009 г., протокол № 6
Рецензент канд. биол. наук, доцент Т.И. Рахманова
Учебное пособие подготовлено на кафедре генетики, цитологии и биоинженерии биолого-почвенного факультета Воронежского государственного
университета.
Рекомендовано для студентов 3-го курса очной формы обучения физического факультета Воронежского государственного университета.
Для специальности 010701 – Физика
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание
Предисловие
ГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА
1. Человек как объект генетических исследований
2. Методы генетики человека
2.1. Генеалогический метод
2.2. Близнецовый метод
2.3. Цитогенетические методы
2.4. Биохимические методы
2.5. Популяционно-статистический метод
3. Изменчивость у человека
3.1. Ненаследственная изменчивость
3.2. Наследственная изменчивость
3.2.1. Мутационный процесс у человека
3.2.2. Мутагенные факторы
3.2.3. Классификация мутаций
3.2.4. Генные мутации
3.2.5. Хромосомные мутации
3.2.6. Геномные мутации
3.2.7. Механизмы защиты генома от мутаций
4. Молекулярные методы обнаружения мутаций
5. Наследственные болезни
5.1. Эволюционные аспекты и генетический груз
5.2. Болезни, связанные с нарушением обмена веществ
5.3. Хромосомные (геномные) болезни
6. Медико-генетическое консультирование
ВВЕДЕНИЕ В РАДИОБИОЛОГИЮ
7. Радиобиология как наука
7.1. Основы биологического действия радиации
7.1.1. Эффект разведения
7.1.2. Соотношение прямого и косвенного действия
радиации при облучении клеток
7.2. Понятие о дозе. Единицы дозы
7.3. Виды биологического действия ионизирующего
излучения
7.4. Понятие о радиочувствительности
7.5. Молекулярный механизм действия радиации
7.6. Повреждение структуры ДНК хромосом, возникающие
под действием радиации
7.6.1. Генные мутации
7.6.2. Структурные перестройки хромосом
7.7. Модификация радиочувствительности
7.7.1. Радиопротекторы
3
5
6
6
7
7
11
13
14
15
16
16
18
19
20
21
23
24
25
27
27
32
32
34
39
40
42
42
43
44
44
46
48
48
49
52
52
52
55
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7.7.2. Принципы действия радиопротекторов
7.8. Интерпретация кривых доза-эффект
7.9. Теоретические представления о механизме
биологического действия ионизирующих излучений
7.9.1. Теория мишени
7.9.2. Теория непрямого действия радиации (теория Вейса
и Дейла)
7.9.3. Структурно-метаболическая теория
7.9.4. Теория первичных радиотоксинов и цепных реакций
7.10. Радиационный гормезис
Словарь терминов и основных понятий
Литература
4
58
59
61
61
62
63
64
64
67
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Предисловие
Раздел «Генетика человека и радиобиология» курса «Генетика, радиобиология и анатомия человека» является одним из комплексных курсов, необходимых при подготовке специалистов в области медицинской
физики. Основная трудность при изучении курса – объём общебиологической подготовки студентов-физиков, ограниченный базовыми знаниями
только школьного курса биологии. В связи с этим в структуру учебнометодического пособия включён словарь основных генетических и общебиологических понятий, предназначенный для оперативного повторения
учебного материала. При затруднениях, возникающих на данном этапе освоения спецкурса, студентам рекомендуется обратиться к детальному изложению общих вопросов в учебниках из списка литературы, которые отмечены звёздочками.
Цель курса – знакомство с принципами и методами генетики человека и радиобиологии как стимул к дальнейшему самостоятельному изучению студентами узкоспециальных вопросов, выходящих за рамки данного
спецкурса, но необходимых в профессиональной деятельности специалистов-физиков в области медицины.
Работа над учебным пособием заключается в изучении материала
дополнительно к лекционному, а также при подготовке к сдаче зачёта.
В учебно-методическом пособии использованы как опубликованные
материалы, так и открытые для свободного доступа электронные ресурсы,
авторам которых составители данного учебно-методического пособия выражают глубокую признательность и указывают в ссылках.
С уважением и пожеланиями успехов,
Валентина Павловна Мясина,
Владислав Николаевич Калаев
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА
1. Человек как объект генетических исследований
Генетика изучает процессы преемственности жизни на разных уровнях организации биологических систем: молекулярном, клеточном, организменном и популяционном.
Генетика человека базируется на законах и закономерностях классической генетики, которые имеют универсальное значение и применимы к человеку. Успехи теоретической генетики находят практическое
применение в диагностике, профилактике и лечении ряда наследственных патологий. Генетика человека – отрасль генетики, тесно связанная с
антропологией и медициной, условно подразделяется на антропогенетику, изучающую наследственность и изменчивость нормальных признаков человеческого организма, и медицинскую генетику, которая изучает
наследственную патологию (болезни, дефекты, уродства и др.). Генетика
человека связана также с эволюционной теорией, т. к. исследует конкретные механизмы эволюции человека и его место в природе, с психологией, философией, социологией. Наиболее интенсивно развиваются
такие направления генетики человека как цитогенетика, биохимическая
генетика, иммуногенетика, генетика высшей нервной деятельности, физиологическая генетика.
Из-за специфических особенностей человек, как объект генетических
исследований, долгое время был труден для изучения методами классической генетики. Для человека невозможны обычные манипуляции генетического анализа – целенаправленные скрещивания и искусственное получение мутаций, невозможно создать одинаковые контролируемые условия в
эксперименте, кроме того люди мало и медленно размножаются – смена
поколений происходит за 30 лет, в кариотипе человека большое число
морфологически сходных хромосом – 23 пары.
Поэтому до последнего времени генетические исследования на человеке заметно отставали от уровня знаний в области частной генетики других «удобных», модельных объектов – дрозофилы, кукурузы, кишечной
палочки. При использовании современных методов, разработанных молекулярной и клеточной биологией, генетика человека интенсивно развивается и достигла за короткий период больших успехов.
В 1986 году группа ученых в США начала работу над проектом,
позднее названным «Геном человека». Цель этого проекта заключалась в
том, чтобы представить в виде карты полную последовательность (геном)
ДНК человека. В 2001 году был опубликован первый предварительный набросок генома человека. Обнаружились некоторые удивительные факты.
Например, давно было известно, что большая часть ДНК человека
не входит в состав генов. Новые результаты показали, что ДНК человека
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
содержит удивительно небольшое количество генов, которые не организованы в одну длинную последовательность, а состоят из кодирующих
участков, экзонов, с вкраплениями некодирующих последовательностей – интронов. Выяснилось, что каждый ген человека кодирует несколько различных белков, а не один белок, как можно было предположить, основываясь на центральной догме молекулярной биологии.
Можно считать, что на первом этапе проекта «Геном человека» была
расшифрована книга жизни. На следующем этапе предстоит выяснить, что
представляют собой все гены, и как кодируемые ими белки объединяются,
образуя биологический портрет человека, что будет иметь грандиозные
последствия для медицины и благоденствия всего человечества.
2. Методы генетики человека
Основными методами являются: генеалогический, близнецовый, цитогенетический, популяционно-статистический, биохимический, метод генетики соматических клеток и молекулярно-генетический.
2.1. Генеалогический метод
Наиболее фундаментальный и самый старый метод генетики человека – генеалогический анализ, или метод анализа родословных (от греч.
genus – род). Этот метод опирается на генеалогию — учение о родословных. Его сутью является составление родословной и последующий ее
анализ. Впервые такой подход был предложен английским ученым
Ф. Гальтоном в 1865 г. Генеалогический метод широко используется для
решения как научных, так и прикладных проблем. Он позволяет выявить
наследственный характер признака и определить тип наследования. Наряду с этим метод дает возможность установить сцепленное наследование, определить тип взаимодействия генов и пенетрантность аллелей.
Генеалогический метод лежит в основе медико-генетического консультирования. Как правило, генеалогический метод используется в медикогенетическом консультировании в диагностических и прогностических
целях.
Метод включает два этапа: составление родословных и их генеалогический анализ.
Составление родословной начинается со сбора сведений о семье человека, называемого пробандом. Обычно это больной с изучаемым заболеванием. Дети одной родительской пары называются сибсами (братьясестры). В большинстве случаев родословная собирается по одному или
нескольким признакам. Родословная может быть полной или ограниченной. Чем больше поколений прослежено в родословной, тем она полнее и
тем выше шансы на получение полностью достоверных сведений. Сбор ге7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нетической информации проводится путем опроса, анкетирования, личного обследования семьи.
При составлении родословных применяют стандартные методики и
обозначения. В ряде случаев приводится легенда, т. е. пояснение к принятым обозначениям. Каждый член родословной имеет свой шифр, состоящий из римской цифры и арабской, обозначающих соответственно номер
поколения и номер индивидуума при нумерации поколений последовательно слева направо.
Для составления родословных используются следующие основные
символы и обозначения, представленные на рисунке 1.
Первоначально интерес был в основном к характеру наследования
таких признаков человека, как интеллект, специфическая одаренность, в
ряде случаев – даже социальное положение. Позже широкое распространение в генетических исследованиях человека получило изучение характера
наследования некоторых обычных признаков, например, цвет глаз, и оригинальных морфологических признаков. Известна, например, родословная
династии Габсбургов, где у многих членов императорского дома прослежено на протяжении шести столетий наличие узкой, выступающей вперед
нижней челюсти и характерной нижней губы.
Существуют следующие типы наследования морфологических признаков: аутосомно-доминантный; аутосомно-рецессивный; сцепленный с
Х-хромосомой (с полом) доминантный; сцепленный с Х-хромосомой (с
полом) рецессивный; голандрический.
Для заболеваний характерны те же типы наследования, что и для
нормальных морфологических признаков. При анализе родословных были
установлены доминантные и рецессивные признаки (таблица 1).
Частота возникновения наследственных аутосомно-рецессивных
болезней находится в прямой зависимости от степени распространенности мутантного гена среди населения. Частота таких болезней особенно
повышается в изолятах и среди населения с высоким процентом кровнородственных браков. Такие браки отрицательно влияют на потомство, на
это указывает тот факт, что умственная отсталость среди детей от родственных браков в 4 раза выше, чем в семьях с неродственными браками.
При аутосомно-рецессивном типе наследования (как и при аутосомнодоминантном) возможны различная степень экспрессивности и
пенетрантности признака. К заболеваниям с аутосомно-рецессивным типом наследования относятся многие болезни обмена веществ, среди которых фенилкетонурия, галактоземия, альбинизм, муковисцидоз и др.
Наследование заболеваний, сцепленных с полом, определяется тем,
что мутантный ген расположен в X или Y-хромосоме. У женщин имеются
две Х-половые хромосомы, а у мужчин — одна Х- и одна Y-хромосома. У
человека в Х-хромосоме локализовано более 200 генов.
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1
Доминантные и рецессивные признаки человека
Признак
Доминантный
Рецессивный
1
2
3
Глаза
Большие
Маленькие
Цвет глаз
Карие
Голубые
Разрез глаз
Прямой
Косой
Тип глаз
Монголоидный
Европеоидный
Острота зрения
Близорукость
Нормальное
Верхнее веко
Нависающее (эпи- Нормальное
кант)
Ямочки на щеках
Есть
Нет
Уши
Широкие
Узкие
Длинные
Короткие
Подбородок
Прямой
Отступающий
назад
Широкий
Узкий и острый
Выступающие зубы и челюсти
Имеются
Отсутствуют
Щель между резцами
Есть
Нет
Волосы
С мелкими завит- Вьющиеся, волками
нистые
Жесткие, прямые, Прямые, мягкие
«ежик»
Вьющиеся
Волнистые или
прямые
Поседение волос
В молодом возрасте После 40 лет
Облысение
У мужчин
У женщин
Белая прядь волос надо лбом
Имеется
Отсутствует
Рост волос по средней линии лба Есть
Нет
Мохнатые брови
Есть
Нет
Нижняя губа
Толстая и отви- Нормальная
сающая
Способность загибать язык назад Есть
Нет
Способность свертывать язык Есть
Нет
трубочкой
Зубы при рождении
Имеются
Отсутствуют
Кожа
Толстая
Тонкая
Цвет кожи
Смуглый
Белый
Веснушки
Есть
Нет
Кисть
С 6 или с 7 пальца- С 5 пальцами
ми
Преобладающая рука
Правая
Левая
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1
Узоры на коже пальцев
Антигены системы АВ0
Антигены резус
Голос (у женщин)
Голос (у мужчины)
Абсолютный музыкальный слух
Наследственная глухота
Продолжение таблицы 1
2
3
Эллиптические
Циркулярные
А, В
0
Rh(+)
Rh(–)
Сопрано
Альт
Бас
Тенор
Абсолютный слух Обычный слух
Нормальный слух Глухота
Рис. 1. Стандартные приемы и обозначения, используемые при составлении родословных
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
У женщин мутантный ген может находиться в обеих Х-хромосомах
или только в одной из них; в первом случае она гомозиготна, во втором —
гетерозиготна. Мужчины, являясь гемизиготными (имеют только одну
хромосому X), передают ее только дочерям и никогда — сыновьям. Любой
ген, как доминантный, так и рецессивный, локализованый в его Ххромосоме, обязательно будет проявляться. В этом главная особенность Хсцепленного наследования. Классическими примерами рецессивного, сцепленного с полом наследования, может служить гемофилия и дальтонизм.
2.2. Близнецовый метод
Близнецы – это два и более ребенка, зачатые и рожденные одной матерью почти одновременно. Термин «близнецы» используется по отношению к человеку и тем млекопитающим, у которых в норме рождается один
ребенок (детеныш). Различают однояйцевых и разнояйцевых близнецов.
Однояйцевые (монозиготные, идентичные) близнецы возникают на
самых ранних стадиях дробления зиготы, когда два или четыре бластомера
сохраняют способность при обособлении развиться в полноценный организм. Поскольку зигота делится митозом, генотипы однояйцевых близнецов, по крайней мере, исходно, совершенно идентичны. Однояйцевые
близнецы всегда одного пола.
Разнояйцевые (дизиготные, неидентичные) близнецы возникают при
оплодотворении двух или нескольких одновременно созревших яйцеклеток разными сперматозоидами, подобны обычным братьям и сестрам, могут быть как однополыми, так и разнополыми.
Частота рождения близнецов составляет около 1 %, из них 1/3 приходится на монозиготных.
Для исследований на близнецах очень важно установить достоверность
зиготности. В настоящее время используются следующие методы для ее установления. 1. Полисимптомный метод. Он заключается в сравнении пары
близнецов по внешним признакам (форма бровей, носа, губ, ушных раковин,
цвет волос, глаз и т. п.). Несмотря на очевидное удобство, это метод до известной степени субъективный и может давать ошибки. 2. Иммуногенетический метод. Более сложный, он основывается на анализе групп крови, белков
сыворотки крови, лейкоцитарных антигенов, чувствительности к фенилтиокарбамиду и др. 3. Достоверным критерием зиготности близнецов является
приживляемость небольших участков кожи при реципрокной трансплантации. У монозиготных близнецов пересаженные кусочки кожи успешно приживаются. 4. Метод дерматоглифики заключается в изучении папиллярных
узоров пальцев, ладоней и стоп. Узоры строго индивидуальны и не изменяются в течение жизни человека. Эти показатели используются в криминалистике и в судебной медицине для опознания личности и установления отцовства. Сходство дерматоглифических показателей у монозиготных близнецов
значительно выше, чем у дизиготных.
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Близнецовый метод дает возможность определить вклад генетических (наследственных) и средовых факторов (климат, питание, обучение,
воспитание и др.) в развитии конкретных признаков при сравнении степени сходства (конкордантности) и различия (дискордантности) у близнецов
разного типа, выросших в сходных или различающихся условиях.
Для признаков с высокой степенью конкордантности наследственные факторы имеют доминирующую роль в формировании. Если значение
коэффициента конкордантности примерно близко у монозиготных и дизиготных близнецов, то изменчивость признака определяется главным образом негенетическими факторами, т. е. условиями среды. В таблице 2 приведены примеры конкордантности по некоторым морфофизиологическим
признакам и заболеваниям у монозиготных и дизиготных близнецов.
С помощью близнецового метода было выявлено значение генотипа
и среды в патогенезе многих инфекционных болезней. Так, при заболевании корью и коклюшем ведущее значение имеют инфекционные факторы,
а при туберкулезной инфекции — существенное влияние оказывает генотип. Исследования, проводимые на близнецах, помогут ответить на такие
вопросы как: влияние наследственных и средовых факторов на продолжительность жизни человека, развитие одаренности, чувствительность к лекарственным препаратам и др.
Таблица 2
Примеры конкордантности по некоторым морфофизиологическим признакам
и заболеваниям у монозиготных (МБ) и дизиготных (ДБ) близнецов, %
Признаки
МБ
ДБ
Цвет глаз
99,5
28
Цвет волос
97,7
23
Форма губ
100
65
Форма ушей
98
20
Папиллярные линии
92
40
Маниакально-депрессивный психоз 73,1
15,2
Шизофрения
67
12,1
Эпилепсия
60,8
12,3
Сахарный диабет
84
37
Туберкулез
66,7
23
Ревматизм
47,3
17,3
Воспаление среднего уха
30,1
9,8
Косолапость
45,5
18,2
Врожденный вывих бедра
41,4
2,8
Корь
97,4
95,7
Коклюш
97,7
92
Ветряная оспа
92,8
89,2
Скарлатина
56,4
41,2
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.3. Цитогенетические методы
Цитогенетические методы используются, в первую очередь, при изучении кариотипов отдельных индивидов. Кариотип человека довольно хорошо
изучен (рис. 2). Применение дифференциальной окраски позволяет точно
идентифицировать все хромосомы. Общее число хромосом в гаплоидном наборе равно 23. Все хромосомы пронумерованы и распределены по классам.
Из них к классу А относятся хромосомы 1, 2, 3; к классу В – хромосомы 4, 5;
к классу С – хромосомы 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12; к классу D – хромосомы 13, 14,
15; к классу Е – хромосомы 16, 17, 18; к классу F – хромосомы 19, 20; к классу G – хромосомы 21, 22. Перечисленные хромосомы называются аутосомы,
они имеются и у мужчин, и у женщин. Двадцать третья хромосома является
половой хромосомой, она может быть представлена или X или Y-хромосомой.
Половые хромосомы у женщин представлены двумя X-хромосомами, а у
мужчин одной X-хромосомой и одной Y-хромосомой.
Изменение кариотипа, как правило, связано с развитием генетических заболеваний.
Благодаря культивированию клеток человека in vitro можно быстро
получить достаточно большой материал для приготовления препаратов.
Для кариотипирования обычно используют кратковременную культуру
лейкоцитов периферической крови.
Рис. 2. Кариотип человека в норме
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Цитогенетические методы используются и для описания интерфазных клеток. Например, по наличию или отсутствию полового хроматина
(телец Барра, представляющих собой инактивированные X-хромосомы)
можно не только определять пол индивидов, но и выявлять некоторые генетические заболевания, связанные с изменением числа X-хромосом.
Методы клеточной инженерии позволяют объединять различные типы клеток. Слияние клеток, принадлежащих к разным биологическим видам, называется соматической гибридизацией. В гибридных клетках один
из родительских наборов хромосом, как правило, реплицируется быстрее
другого, поэтому последний постепенно теряет хромосомы. Эти процессы
интенсивно протекают, например, в клеточных гибридах между мышью и
человеком – видами, различающимися по многим биохимическим маркерам. Если при этом следить за каким-либо биохимическим маркером, например ферментом тимидинкиназой, и одновременно проводить цитогенетический контроль, идентифицируя хромосомы в клонах, образующихся
после их частичной утраты, то, в конце концов, можно связать исчезновение хромосомы одновременно с биохимическим признаком. Это означает,
что ген, кодирующий этот признак, локализован в данной хромосоме. Так
было установлено, что тимидинкиназный ген у человека находится в 17-й
хромосоме.
Некоторая информация о локализации генов может быть получена при
анализе числовых и структурных мутаций хромосом, по встречаемости в
семьях хромосом с морфологическими вариациями и по учету наследственных признаков. Для этой же цели используют и частичные моносомии, возникающие в результате делеций. В конце 60-х годов был разработан метод
гибридизации in situ, в основе которого лежит специфичность комплементарных взаимодействий гена и его копии (иРНК, а также полученной с помощью
обратной транскрипции комплементарной ДНК). В настоящее время для картирования генов используют также рестрикционный анализ, позволяющий
характеризовать не только сам ген, но и его окружение.
2.4. Биохимические методы
Все многообразие биохимических методов делится на две группы.
а) Методы, основанные на выявлении определенных биохимических
продуктов, обусловленных действием разных аллелей. Проще всего выявлять аллели по изменению активности ферментов или по изменению какого-либо биохимического признака.
б) Методы, основанные на непосредственном выявлении измененных нуклеиновых кислот и белков с помощью гель-электрофореза в сочетании с другими методиками (блот-гибридизации, авторадиографии).
По совокупности данных можно заключить, что число генов у человека составляет около 30 тыс.; доля же избыточной ДНК в его геноме приближается к 80 %.
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Использование биохимических методов позволяет выявить гетерозиготных носителей заболеваний. Известно, что для большинства генов человека не характерно полное доминирование. Поэтому некоторые патологические признаки, обусловленные гомозиготностью по рецессивным генам, в той или иной мере проявляются и у гетерозигот. Например, у гетерозиготных носителей гена фенилкетонурии уровень фенилаланина в крови колеблется. Если увеличить содержание фенилаланина в пище, то такие
лица быстрее выводят эту аминокислоту с мочой, чем нормальные люди,
за счет более медленного ее усвоения. С помощью электрофоретического
метода диагностируется содержание как нормального, так и аномального
гемоглобина у гетерозиготных носителей гена серповидноклеточной анемии. В настоящее время существуют методы определения гетерозиготного
носительства для нескольких десятков наследственных болезней.
2.5. Популяционно-статистический метод
Жизнь отдельной особи ограничена во времени, и ее генотип сохраняется постоянным в течение всей жизни. Популяция в противоположность отдельной особи практически бессмертна; она может быть большой
или малой по численности, иметь обширный или ограниченный ареал и
внезапно или постепенно изменяться по своему генетическому составу от
поколения к поколению. Поэтому изучение генетики популяций неизбежно связано с изучением эволюции, которая с генетической точки зрения
является ни чем иным, как процессом кумулятивного изменения наследственных особенностей видов.
Природная популяция является элементарной единицей эволюционного процесса, а лучшее определение популяции принадлежит Н.В. Тимофееву-Ресовскому (1973), согласно которому под популяцией понимают
«совокупность особей определенного вида, в течение достаточно длительного времени (большого числа поколений) населяющих определенный
ареал, внутри которого практически осуществляется та или иная степень
панмиксии и нет заметных изоляционных барьеров, которая отделена от
соседних таких же совокупностей данного вида той или иной степенью
давления тех или иных форм изоляции», именно через популяцию осуществляется генетическая преемственность поколений, регуляция таких биологически важных свойств, как плодовитость, численность, устойчивость к
заболеваниям и, главное, микроэволюционный процесс.
Популяционная генетика человека – один из разделов генетики. Она
изучает поведение генов в популяциях и отвечает на ряд вопросов, в частности, как реализуются законы Менделя на уровне популяций и как влияют на генетическую структуру популяций такие факторы, как мутационный процесс, отбор, миграции, случайное изменение генных частот. Под
генетической структурой популяции в первую очередь понимают частоты
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
генов и генотипов, свойственные данной популяции. Генетическую структуру популяций можно характеризовать не только с генетической, но и демографической точек зрения. К демографическим показателям относятся:
численность, рождаемость, смертность, возрастная структура, род занятий,
экономическое состояние, географические и климатические условия жизни. Эти показатели важны при медико-генетической оценке популяционных закономерностей.
Генетическая структура популяций определяется системой браков и
факторами, изменяющими частоты генов. Следовательно, необходимо
знать коэффициент инбридинга и частоты генов в изучаемой популяции.
Возможно описание генетической структуры популяции через частоты генов наследственных заболеваний, а также системы полиморфизма ДНК,
белков и ферментов и определение частот соответствующих генов в популяционных выборках.
Хорошо изучена и описана структура таких популяций, как индейцы
Южной Америки, бушмены, аборигены Австралии и Новой Гвинеи и др.
Проведены исследования генетической структуры популяций и в ряде регионов России: эвенков средней Сибири, азиатских эскимосов и чукчей
побережья Берингова моря, лесных ненцев, хантов, тувинцев, ненцев,
эвенков, юкагиров, эскимосов, селькупов, южных алтайцев, якутов и др.
Однако такие популяции составляют незначительную часть и являются нетипичными для современного общества. Необходимо отметить, что в настоящее время ещё существуют переходные формы популяционных организаций, к которым можно отнести сельские популяции, новые города.
3. Изменчивость у человека
Изменчивость – способность живых организмов приобретать новые
признаки и свойства. Различают наследственную, или генотипическую,
изменчивость и ненаследственную, или модификационную, изменчивость.
3.1. Ненаследственная изменчивость
Модификационная изменчивость – это эволюционно закрепленные
реакции организма на изменения условий внешней среды при неизменном
генотипе. Такой тип изменчивости имеет две главные особенности. Вопервых, изменения затрагивают большинство или всех особей в популяции
и у всех них проявляются одинаково. Во-вторых, эти изменения обычно
имеют приспособительный характер. Как правило, модификационные изменения не передаются следующему поколению. Например, у некоторых
народов известны ритуалы, связанные с нанесением специфических повреждений: протыкание носовой перегородки или губ, удаление зубов
(клыков), уродование ступней или костей черепа. Подобные изменения,
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
как известно, не наследуются. Если изменения признака являются реакцией на действие определенного фактора и по выраженности не выходят за
пределы нормы реакции, то такие изменения называют модификационными. Наиболее четко модификационная изменчивость проявляется как реакция организма на изменения факторов среды: например, географических
условий проживания, интенсивности солнечной радиации, характера питания и т. д. Модификационная изменчивость имеет адаптивное (приспособительное) значение. В тех случаях, когда изменения появляются в результате действия большого количества факторов, их называют случайными.
Одним из проявлений модификационной изменчивости является феномен фенокопирования. Термин «фенокопия» был предложен для обозначения признаков, болезней или пороков развития, возникающих под воздействием определенных условий среды, но фенотипически (клинически)
похожих на такие же состояния, обусловленные генетическими факторами
(мутациями).
Таким образом, фенокопия – это признак, развивающийся под действием средовых факторов, но лишь копирующий наследственно обусловленный признак.
Окраска кожных покровов африканцев характеризуется выраженной
пигментацией, даже если человек не подвергается воздействию солнечных
лучей. Кожа европейцев, как правило, пигментирована лишь в слабой степени, но становится смуглой под действием солнечного света. Таким образом, загорелые, но наследственно светлокожие индивиды представляют
собой как бы «копии» генетически темнокожих людей.
Известно большое число клинических примеров, иллюстрирующих
ситуации, когда определенный фенотип может являться продуктом конкретного генотипа, а может быть фенокопией, т. е. развиваться под действием факторов среды. Например, слепота, обусловленная помутнением
хрусталика глаза (катаракта), может быть вызвана механическими повреждениями, или действием ионизирующего излучения, или в результате
внутриутробного поражения вирусом краснухи. Но развитие катаракты
может вызвать специфический ген без какого-либо внешнего воздействия.
Слабоумие может быть обусловлено специфическим генотипом (например, генной или геномной мутацией), но может развиться при отсутствии йода в рационе ребенка или в результате повреждающего воздействия
цитомегаловирусной инфекции на мозг плода во время внутриутробного
развития.
В некоторых случаях использованный термин отражает лишь наличие признака и не несет информации о причинах его возникновения. Известно, например, что понятие «микроцефалия» (от греч. mikros – малый +
kephale – голова) включает такие признаки, как уменьшенный размер черепа и головного мозга, умственная отсталость и определенные неврологические нарушения. Но микроцефалия может быть генетической, с пер17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вичным недоразвитием головного мозга, и вторичной, или негенетической,
обусловленной, например, ранним сращением черепно-мозговых швов. В
обоих случаях многие клинические проявления будут весьма схожи. Однако при выборе методов психолого-педагогической коррекции, терапии,
реабилитации и адаптации этих больных необходимо точное знание причины патологии в данной семье.
Сформировавшиеся новые признаки могут служить основой для эволюции вида при условии их наследования.
Явление изменчивости обеспечивает возможность естественного отбора. Однако для эволюции значима только наследуемая изменчивость,
поскольку различающиеся по генетической конституции особи обычно оставляют различное число потомков. Этим определяется основной механизм эволюции на основе естественного отбора.
3.2. Наследственная изменчивость
К наследственной изменчивости относят такие изменения признаков
организма, которые определяются генотипом и сохраняются в ряду поколений. Наследственная изменчивость слагается из мутационной и комбинативной изменчивости.
Сущность комбинативной изменчивости состоит в том, что при
слиянии двух гамет, отличающихся друг от друга по составу генов, образуются новые комбинации генов, которых не было у родителей. Различные
сочетания генов в генотипе гибридных поколений приводят к появлению у
них новых фенотипов. Вот почему дети почти никогда не повторяют отца
или мать, каждый ребенок генетически уникален, так как он получил свой
генотип из комбинации генов обоих родителей. Важнейший источник комбинативной изменчивости - независимое расхождение гомологичных хромосом в мейозе I. Рекомбинация генов, основанная на явлении перекреста
хромосом, – второй источник комбинативной изменчивости. Третий источник – случайное сочетание гамет при оплодотворении; четвертый –
взаимодействие генов.
Комбинативная изменчивость является главным источником наблюдаемого генетического разнообразия. Известно, что в геноме человека содержится примерно 30–40 тыс. генов. Около трети всех генов имеют более
чем один аллель, т. е. являются полиморфными. Однако даже при наличии
лишь небольшого числа локусов, содержащих по нескольку аллелей, только при рекомбинации (вследствие перемешивания генных комплексов)
возникает колоссальное множество уникальных генотипов.
Так, только при 10 генах, содержащих по 4 аллеля каждый, теоретическое число уникальных диплоидных генотипов составляет 10 миллиардов! Поскольку около одной трети генов в геноме человека являются полиморфными, то только за счет рекомбинации создается неисчерпаемое
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
генетическое разнообразие. В свою очередь неповторимость генетической
конституции во многом определяет уникальность и неповторимость каждого человека.
3.2.1. Мутационный процесс у человека
Мутационный процесс у человека и его роль в наследственной патологии значительны. 10 % болезней человека определяются патологическими генами либо генами, обусловливающими предрасположенность к наследственным болезням. Сюда не включены некоторые формы злокачественных опухолей, которые возникают в результате соматических мутаций.
Около 1 % новорожденных заболевают вследствие генных мутаций, из которых часть – вновь возникшие. Темп мутирования различных локусов в
генотипе человека, так же как у других видов, неодинаков. Известен локализованный в Х-хромосоме ген, вызывающий врожденные уродства, который мутирует с частотой 1 · 10–4 на гамету на поколение. Большинство других генов мутируют с частотой, в 102–103 раз меньшей.
Помимо того, один из 150 новорожденных несет структурную или
числовую (полиплоидия, анеуплоидия) мутацию хромосом. Эти мутации в
абсолютном большинстве возникают в половых клетках родителей. Абсолютное большинство хромосомных мутаций, в конце концов, приводит к
той или иной форме патологии. 50 % ранних абортов обусловлено хромосомными мутациями. Это связано с тем, что одна из 10 гамет человека является носителем структурных мутаций. В соматических клетках человека
частота хромосомных аберраций достигает 0,1–1 %. Приведенные расчеты
не касаются перестроек генотипа, обусловленных перемещением мобильных элементов, что также может приводить к мутационным событиям.
Между тем мобильность Alu-повторов и заключенных между ближайшими
повторами участков генома доказана экспериментально, причем темп ее
увеличивается с возрастом человека. Возраст родителей, особенно возраст
матерей, играет важную роль в увеличении частоты хромосомных, а возможно, и генных мутаций.
В настоящее время мутационный процесс у человека характеризуется тем, что протекает на фоне повышенной концентрации мутагенных факторов, созданной производственной деятельностью самого человека. Несмотря на обнадеживающие результаты поиска антимутагенов, их число
пока невелико по сравнению с количеством мутагенных загрязнителей
среды обитания человека. Поэтому важнейшая задача сегодняшнего дня –
выявление мутагенных свойств загрязнителей, особенно новых химических веществ (лекарств, пестицидов, пищевых добавок, различных видов
топлива и т. д.), и разработка методов технологии, позволяющих предотвратить возникновение опасных концентраций этих агентов.
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Работы по радиационной генетике человека, в которых активно участвовали многие отечественные ученые (Н.П. Дубинин, Ю.Я. Керкис
и др.), позволили сделать важное заключение о том, что не существует пороговой дозы ионизирующих излучений. Другими словами, индукция мутаций может быть достигнута при действии любых доз, а при увеличении
дозы пропорционально растет число мутаций.
Мутационный процесс у человека, как и у других организмов, обычно ведет к возникновению аллелей, отрицательно влияющих на здоровье.
3.2.2. Мутагенные факторы
Причинами, вызывающими мутации (нарушения структуры генов,
структуры хромосом или изменения их числа), могут быть различные факторы. Их обозначают как мутагены (от лат. mutatio + genos – происхождение).
По происхождению мутагены можно разделить на экзогенные (их
большинство, это многие факторы внешней среды) и эндогенные (образуются в процессе жизнедеятельности организма).
По природе возникновения различают: физические, химические и
биологические мутагены.
К физическим мутагенам относятся:
а) ионизирующие излучения (например, α-, β-, γ-излучения, рентгеновское излучение, нейтроны);
б) радиоактивные элементы (например, радий, радон, изотопы калия,
углерода и т. д. как источники ионизирующего излучения);
в) ультрафиолетовое излучение;
г) чрезмерно высокая или низкая температура.
Химические мутагены – самая многочисленная группа. К ним относятся:
а) сильные окислители или восстановители (например, нитраты, нитриты, активные формы кислорода);
б) алкилирующие агенты (например, йодацетамид);
в) пестициды (например, гербициды, фунгициды);
г) некоторые пищевые добавки (например, ароматические углеводороды, цикламаты);
д) продукты переработки нефти;
е) органические растворители;
ж) лекарственные препараты (например, цитостатики, ртутьсодержащие средства, иммунодепрессанты) и другие химические соединения.
К биологическим мутагенам относятся:
а) некоторые вирусы (например, кори, краснухи, гриппа);
б) продукты обмена веществ (например, продукты липопероксидации);
в) антигены некоторых микробов и паразитов.
События, приводящие к возникновению мутаций, называют мутационным процессом. Разделение мутационного процесса на спонтанный и
индуцированный в определенной степени условно.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.2.3. Классификация мутаций
Мутация (от лат. mutatio – изменение, перемена) – любое изменение
в последовательности ДНК. Обычно ДНК точно копируется при процессе
репликации и сохраняется неизменной между двумя последовательными
репликациями. Но изредка происходят ошибки, и последовательность ДНК
меняется – эти ошибки называются мутациями. Мутация это устойчивое
наследуемое изменение ДНК, независимо от его функциональной значимости. Это определение подразумевает изменение в первичной нуклеотидной последовательности, а изменения иного рода, например метилирование, обычно относят к эпигенетическим событиям.
Мутации в соматических клетках, возможно, вызывают процессы
старения, рак и другие, менее существенные изменения в организме. Мутации в половых клетках родителей наследуются детьми. Одни мутации
летальны, и они не могут передаваться следующему поколению, а другие
не столь опасны и сохраняются в потомстве.
Каждый локус характеризуется определенным уровнем изменчивости, т. е. присутствием различных аллелей, или вариантов последовательностей ДНК, у разных индивидуумов. Применительно к гену аллели разделяются на две группы – нормальные, или аллели дикого типа, при которых
функция гена не нарушена, и мутантные, приводящие к нарушению работы гена. В любых популяциях и для любых генов аллели дикого типа являются преобладающими. Под мутацией понимают все изменения в последовательности ДНК независимо от их локализации и влияния на жизнеспособность особи. Таким образом, понятие мутации является более широким
по сравнению с понятием мутантного аллеля.
В научной литературе часто встречающиеся в популяциях варианты
последовательностей генов, не приводящие к заметным нарушениям
функций, обычно рассматриваются как нейтральные мутации или полиморфизмы, тогда как понятия «мутация» и «мутантный аллель» зачастую
употребляются как синонимы.
Классификации мутаций могут быть проведены по разным параметрам, наиболее важным из которых являются молекулярные процессы их
возникновения.
Мутации могут охватывать участки ДНК разной длины. Это может
быть единственный нуклеотид, тогда мы будем говорить о точковой мутации, или же протяженный участок молекулы. Кроме того, учитывая характер изменений, мы можем говорить о заменах нуклеотидов, делециях,
вставках (инсерциях), инверсиях. Процесс возникновения мутаций называют мутагенезом. В зависимости от факторов, вызывающих мутации, их
разделяют на спонтанные и индуцированные. Спонтанные мутации возникают самопроизвольно на протяжении всей жизни организма в нормальных для него условиях окружающей среды. Спонтанные мутации в эука21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
риотических клетках возникают с частотой от 10–9 до 10–12 на нуклеотид
за клеточную генерацию.
Индуцированными называют мутации, возникающие в результате
мутагенных воздействий в экспериментальных условиях или при неблагоприятных воздействиях окружающей среды. Среди важнейших мутагенных факторов, прежде всего, необходимо отметить химические мутагены –
органические и неорганические вещества, вызывающие мутации, а также
ионизирующее излучение.
Между спонтанными и индуцированными мутациями нет существенных
различий. Большинство спонтанных мутаций возникает в результате мутагенного воздействия, которое не регистрируется экспериментатором.
Спонтанные мутации возникают при обычных физиологических состояниях организма без видимого дополнительного воздействия на организм внешних факторов. Спонтанные мутации могут возникать, например,
в результате действия химических соединений, образующихся в процессе
метаболизма; воздействия естественного фона радиации или УФизлучения; ошибок репликации и т. д.
Индуцированные мутации – это мутации, вызванные направленным
воздействием факторов внешней или внутренней среды. Индуцированный
мутационный процесс может быть контролируемым (например, в эксперименте с целью изучения действия механизмов и/или его последствий) и неконтролируемым (например, в результате облучения при выбросе радиоактивных элементов в среду обитания).
Мутации являются начальным звеном патогенеза наследственных
болезней. По типу клеток, в которых произошли изменения, мутации можно разделить на: а) гаметические, или генеративные, мутации в половых
клетках. Они наследуются и, как правило, обнаруживаются во всех клетках
потомков, ставших их носителями; б) соматические – мутации в неполовых клетках организма. Проявляются у того индивида, у которого они возникают. Они передаются только дочерним клеткам при делении и не наследуются следующим поколением индивида. Если соматическая мутация
возникает на ранних стадиях дробления зиготы (но не первого деления),
возникают клеточные линии с различными генотипами. Чем раньше в онтогенезе происходит соматическая мутация, тем больше клеток и соответственно тканей несут данную мутацию. Подобные организмы получили
название мозаичных.
По влиянию на организм можно выделить:
1) летальные мутации – это мутации, которые приводят к внутриутробной гибели или к смерти в младенческом возрасте. Например, такая геномная мутация, как моносомия по аутосомам, у человека несовместима с
нормальным развитием эмбриона;
2) полулетальные мутации – мутации, значительно снижающие жизнеспособность организма, приводя к ранней смерти. Продолжительность
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
жизни носителей полулетальных мутаций может значительно варьировать,
однако в любом случае они погибают до достижения половой зрелости
(например, при пигментной ксеродерме);
3) нейтральные мутации – мутации, не влияющие существенным образом на процессы жизнедеятельности;
4) благоприятные мутации – мутации, обеспечивающие организму
новые полезные свойства.
В соответствии с уровнем организации наследственных структур
различают генные, хромосомные и геномные мутации.
3.2.4. Генные мутации
Генные мутации представляют собой молекулярные, не видимые в
световом микроскопе изменения структуры ДНК. К мутациям генов относятся любые изменения молекулярной структуры ДНК, независимо от их
локализации и влияния на жизнеспособность. Некоторые мутации не оказывают никакого влияния на структуру и функцию соответствующего белка. Другая (большая) часть генных мутаций приводит к синтезу дефектного белка, не способного выполнять свойственную ему функцию. Именно
генные мутации обусловливают развитие большинства наследственных
форм патологии.
Наиболее частыми моногенными заболеваниями являются; муковисцидоз, гемохроматоз, адрено-генитальный синдром, фенилкетонурия, нейрофиброматоз, миопатии Дюшенна–Беккера и ряд других заболеваний.
Клинически они проявляются признаками нарушений обмена веществ (метаболизма) в организме. Мутация может заключаться:
1) в замене основания в кодоне, это так называемая миссенс-мутация
(от англ. mis – ложный, неправильный + лат. sensus – смысл) – замена нуклеотида в кодирующей части гена, приводящая к замене аминокислоты в
полипептиде;
2) в таком изменении кодонов, которое приведет к остановке считывания информации, это так называемая нонсенс-мутация (от лат. non – нет +
sensus – смысл) – замена нуклеотида в кодирующей части гена, приводит к
образованию кодона-терминатора (стоп-кодона) и прекращению трансляции;
3) нарушении считывания информации, сдвиге рамки считывания,
называемом фреймшифтом (от англ. frame – рамка + shift – сдвиг, перемещение), когда молекулярные изменения ДНК приводят к изменению триплетов в процессе трансляции полипептидной цепи.
Молекулярные изменения, затрагивающие от одного до нескольких
нуклеотидов, рассматривают как точечную мутацию.
Принципиальным и отличительным для генной мутации является то,
что она приводит к изменению генетической информации и может передаваться от поколения к поколению.
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Определенная часть генных мутаций может быть отнесена к нейтральным мутациям, поскольку они не приводят к каким-либо изменениям
фенотипа. Например, за счет вырожденности генетического кода одну и ту
же аминокислоту могут кодировать два триплета, различающихся только
по одному основанию. С другой стороны, один и тот же ген может изменяться (мутировать) в несколько различающихся состояний.
Например, ген, контролирующий группу крови системы АВ0, имеет
три аллеля: 0, А и В, сочетания которых определяют 4 группы крови.
Группа крови системы АВ0 является классическим примером генетической изменчивости нормальных признаков человека.
Именно генные мутации обусловливают развитие большинства наследственных форм патологии. Болезни, обусловленные подобными мутациями, называют генными, или моногенными, болезнями, т. е. заболеваниями, развитие которых детерминируется мутацией одного гена.
3.2.5. Хромосомные мутации
Хромосомные мутации – это структурные изменения отдельных хромосом, как правило, видимые в световом микроскопе. В хромосомную мутацию вовлекается большое число (от десятков до нескольких сотен) генов, что приводит к изменению нормального диплоидного набора. Несмотря на то, что хромосомные аберрации, как правило, не изменяют последовательность ДНК в специфических генах, изменение числа копий генов в геноме приводит к генетическому дисбалансу вследствие недостатка
иди избытка генетического материала. Различают две большие группы
хромосомных мутаций: внутрихромосомные и межхромосомные.
Внутрихромосомные мутации – это аберрации в пределах одной
хромосомы. К ним относятся делеции, дупликации, инверсии.
Делеции (от лат. deletio – уничтожение) – утрата одного из участков
хромосомы, внутреннего или терминального. Это может обусловить нарушение эмбриогенеза и формирование множественных аномалий развития
(например, делеция в регионе короткого плеча 5-й хромосомы, обозначаемая как 5р-, приводит к недоразвитию гортани, порокам сердца, отставанию умственного развития). Этот симптомокомплекс известен как синдром «кошачьего крика», поскольку у больных детей из-за аномалии гортани плач напоминает кошачье мяуканье.
Дупликации – удвоение (или умножение) какого-либо участка хромосомы. Например, трисомия по одному из коротких плеч 9-й хромосомы
обусловливает множественные пороки, включая микроцефалию, задержку
физического, психического и интеллектуального развития.
Инверсии. В результате двух точек разрывов хромосомы образовавшийся фрагмент встраивается на прежнее место после поворота на 180°. В
результате нарушается только порядок расположения генов
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Межхромосомные мутации, или мутации перестройки – обмен фрагментами между негомологичными хромосомами. Такие мутации получили
название транслокации.
Это: реципрокная транслокация – две хромосомы обмениваются
фрагментами; нереципрокная транслокация – фрагмент одной хромосомы
транспортируется на другую; «центрическое» слияние (робертсоновская
транслокация) – соединение двух акроцентрических хромосом в районе их
центромер с потерей коротких плеч.
Как внутрихромосомные (делеции, инверсии и дупликации), так и
межхромосомные (транслокации) аберрации и изохромосомы связаны с
физическими изменениями структуры хромосом, в том числе с механическими разломами.
Хромосомные мутации диагностируются цитогенетическими методами.
3.2.6. Геномные мутации
К геномным мутациям относятся анеуплоидии и изменение плоидности структурно неизмененных хромосом. Выявляются цитогенетическими
методами.
Геномные мутации в животном и растительном мире многообразны,
но у человека обнаружены только 3 типа геномных мутаций: тетраплоидия, триплоидия и анеуплоидия. При этом из всех вариантов анеуплоидий
встречаются только трисомии по аутосомам, полисомии по половым хромосомам (три-, тетра- и пентасомии), а из моносомий встречаются только
моносомия-Х.
Анеуплоидия – изменение (уменьшение – моносомия, увеличение –
трисомия) числа хромосом в диплоидном наборе, некратное гаплоидному
(2n + 1, 2n – 1 и т. д.).
Полиплоидия – увеличение числа наборов хромосом, кратное гаплоидному (3n, 4n, 5n и т. д.).
У человека полиплоидия, а также большинство анеуплоидий являются летальными мутациями.
К наиболее частым геномным мутациям относятся:
трисомия – наличие трех гомологичных хромосом в кариотипе (например, по 21-й паре, при синдроме Дауна, по 18-й паре при синдроме Эдвардса, по 13-й паре присиндроме Патау; по половым хромосомам: XXX,
XXY, XYY);
моносомия – наличие только одной из двух гомологичных хромосом.
При моносомии по любой из аутосом нормальное развитие эмбриона невозможно. Единственная моносомия у человека, совместимая с жизнью, –
моносомия по X-хромосоме – приводит к синдрому Шерешевского–
Тернера (45, Х0).
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Причиной, приводящей к анеуплоидии, является нерасхождение
хромосом во время клеточного деления при образовании половых клеток
или утрата хромосом в результате анафазного отставания, когда во время
движения к полюсу одна из гомологичных хромосом может отстать от всех
других негомологичных хромосом. Термин «нерасхождение» означает отсутствие разделения хромосом или хроматид в мейозе или митозе. Утрата
хромосом может приводить к мозаицизму, при котором имеется одна
эуплоидная (нopмальная) клеточная линия, а другая – моносомная.
Нерасхождение хромосом наиболее часто наблюдается во время
мейоза. Хромосомы, которые в норме должны делиться во время мейоза,
остаются соединенными вместе и в анафазе отходят к одному полюсу
клетки. Таким образом, возникают две гаметы, одна из которых имеет добавочную хромосому, а другая не имеет этой хромосомы. При оплодотворении гаметы с нормальным набором хромосом гаметой с лишней хромосомой возникает трисомия (т. е. в клетке присутствуют три гомологичные
хромосомы), при оплодотворении гаметой без одной хромосомы возникает
зигота с моносомией. Если моносомная зигота образуется по какой-либо
аутосомной (не половой) хромосоме, то развитие организма прекращается
на самых ранних стадиях развития.
Летальный, или дизморфогенетический эффект хромосомных аномалий обнаруживается на всех стадиях внутреутробного онтогенеза (имплантация, эмбриогенез, органогенез, рост и развитие плода). Суммарный вклад
хромосомных аномалий во внутриутробную гибель (после имплантации) у
человека составляет 45 %. При этом, чем раньше прерывается беременность, тем вероятнее, что это обусловлено аномалиями развития эмбриона,
вызванными хромосомным дисбалансом. У 2–4-недельных абортусов (эмбрион и его оболочки) хромосомные аномалии обнаруживают в 60–70 %
случаев. В 1 триместре беременности хромосомные аномалии встречаются
у 50 % абортусов. У плодов-выкидышей 2 триместра такие аномалии находят в 25–30 % случаев, а у плодов, погибших после 20 нед. беременности, в
7 % случаев.
Наиболее тяжелые формы по дисбалансу хромосомного набора
встречаются у ранних абортусов. Это полиплоидии (25 %), полные трисомии по аутосомам (50 %). Трисомии по некоторым аутосомам (1; 5; 6; 11;
19) встречаются крайне редко даже у элиминированных эмбрионов и плодов, что свидетельствует о большой морфогенетической значимости этих
аутосом. Данные аномалии прерывают развитие в доимплантационном периоде или нарушают гаметогенез.
Высокая морфогенетическая значимость аутосом еще более отчетливо выражена при полных аутосомных моносомиях. Последние редко обнаруживаются даже в материале ранних спонтанных абортов из-за раннего
летального эффекта такого дисбаланса.
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.2.7. Механизмы защиты генома от мутаций
Подавляющее большинство мутационных изменений генома нежелательно и сопровождается развитием различных патологических состояний
мутантной особи или отдельной соматической клетки. Жестко действующий естественный отбор, в частности, через систему иммунного надзора
элиминирует мутантные соматические клетки, опасные для существования
многоклеточного организма, например, предотвращая иногда развитие онкологических или аутоиммунных заболеваний. Генетическая информация
любого организма защищена от мутационных повреждений, что делает
мутации в жизненно важных локусах генома очень редкими.
Защита осуществляется на нескольких уровнях. Прежде всего, недопущение попадания химических мутагенов в жизненно важные локусы генома. Это достигается двумя путями. Во-первых, избыточные последовательности нуклеотидов ДНК, экранируя кодирующие последовательности
нуклеотидов в геноме эукариот, принимают удар большей части химических мутагенов на себя. Те же цели могут быть достигнуты за счет особой
пространственной организации ДНК в конкретных участках генома. Вовторых, в клетках имеются многочисленные высоко- и низкомолекулярные
ловушки мутагенов, важнейшими из которых являются: маннит, энкефалины, индолы, желчные кислоты и их производные, альфа-токоферол, аскорбиновая кислота, тирозин, серотонин, а также ряд других соединений
экзогенного и эндогенного происхождения.
Обе эти системы защиты не обладают 100%-й эффективностью. То
же можно сказать и о точности функционирования ферментных систем,
осуществляющих воспроизведение генетической информации. Поэтому
нарушения первичной структуры ДНК неизбежны, но большинство первичных повреждений не превращается в мутации благодаря функционированию систем репарации ДНК, которая осуществляется специальными
ферментными системами клетки. Ряд наследственных болезней (напр.,
пигментная ксеродерма) связан с нарушениями систем репарации.
4. Молекулярные методы обнаружения мутаций
Методы выявления мутаций довольно разнообразны и постоянно совершенствуются. В первую очередь, молекулярному анализу подвергают
те гены, повреждения которых сопровождаются развитием наиболее частых заболеваний. Исследования проводят либо в семьях высокого риска,
где уже имеются больные с тем или иным моногенным заболеванием с целью выявления гетерозиготных носителей, либо непосредственно в популяциях, где имеется большая выборка больных и можно предполагать высокую частоту гетерозиготных носителей мутаций. При этом выбор конкретных схем идентификации мутантных аллелей зачастую определяется
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
диагностическими возможностями лабораторий и стоимостью анализов.
Особое внимание уделяется поиску тех аллелей, которые встречаются в
популяциях с высокой частотой. Именно для таких мутаций разрабатываются более простые и эффективные методы молекулярной диагностики,
позволяющие тестировать больных и проводить скрининг гетерозигот среди их родственников или среди определенных групп населения.
Методы обнаружения мутаций предполагают обязательное секвенирование содержащих их сегментов ДНК с целью точной идентификации
нуклеотидных нарушений, оценки их фенотипического проявления и определения причастности к развитию болезни. Поэтому они редко используются в практической диагностике и при популяционном скрининге гетерозигот. После описания мутации появляется возможность ее анализа более простыми способами, не требующими секвенирования.
Мутации, изменяющие длину амплифицированных фрагментов, могут быть выявлены с помощью нативного электрофореза в полиакриламидном или агарозном гелях.
Из миссенс-мутаций наиболее просто диагностируются те замены нуклеотидов, которые приводят к исчезновению или образованию сайта узнавания для какой-нибудь из рестриктаз. Они выявляются по изменению длины
амплифицированного фрагмента ДНК после его обработки соответствующей
эндонуклеазой. Поэтому сразу после идентификации мутации проводится
компьютерный поиск возможных сайтов рестрикции в месте локализации
замены основания. Вероятность такого события довольно велика, так как для
каждой из нескольких сотен известных в настоящее время рестрикционных
эндонуклеаз сайтом узнавания служит своя специфическая последовательность ДНК, средние размеры которой составляют 5–6 нуклеотидов.
Важнейшей характеристикой мутантного аллеля является его корреляция с тяжестью течения заболевания, т. е. фенотипическое выражение
мутации в гомозиготном и в гетерозиготном состояниях, а также в компаунде с другими мутантными аллелями того же гена. Для многих моногенных болезней обнаружено большое число аллелей, которые по своему клиническому проявлению могут быть подразделены на различные группы: от
очень мягких, оказывающих незначительный повреждающий эффект, до
летальных или полулетальных, обусловливающих смерть пациентов в раннем возрасте. Таким образом, молекулярная диагностика мутаций может
иметь определяющее значение для прогнозирования развития заболевания
и выбора адекватной тактики лечения. Подобные скринирующие программы в настоящее время разработаны и успешно осуществляются во многих
странах для таких распространенных заболеваний, как серповидноклеточная анемия, муковисцидоз.
Метод ПЦР-опосредованного сайт-направленного мутагенеза. Если
естественных рестрикционных сайтов в месте мутации найти не удается, то
такие сайты могут быть созданы искусственно. В частности, разработана
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
методика создания с помощью ПЦР новых сайтов рестрикции в мутантных
аллелях, но не в аллелях дикого типа – метод ПЦР-опосредованного сайтнаправленного мутагенеза. Для этого амплифицируемый участок ДНК выбирают таким образом, чтобы 3'-конец одного из праймеров непосредственно примыкал к мутантному сайту. Именно этот праймер неполностью комплементарен матричной ДНК. В нем изменяют один из нуклеотидов с 3'конца так, чтобы в сочетании с нуклеотидом мутантного, но не нормального
сайта в этом месте образовывался сайт рестрикции для какой-нибудь из эндонуклеаз. Тогда после рестрикции и электрофореза продуктов амплификации геномной ДНК у индивидуумов, не содержащих данную мутацию, на
электрофореграмме будет присутствовать один нерестрицированный фрагмент, у гетерозигот появится два дополнительных фрагмента, соответствующих по длине рестрицированным сегментам ДНК, и у гомозигот по мутации будут присутствовать только эти два фрагмента.
ARMS (amplification refractory mutation system) – концептуально близкий к методу ПЦР-опосредованного сайт-направленного мутагенеза метод,
получивший название «амплификация рефракторной мутационной системы».
В основе метода лежит неспособность Taqi термофильной полимеразы к амплификации фрагмента при наличии несоответствия (mismatch) между матричной ДНК и 3'-концом одного из олигопраймеров. Суть метода заключается в одновременном проведении двух ПЦР, для каждой из которых одним из
праймеров служит аллель-специфическая мутантная или нормальная олигонуклеотидная последовательность соответственно. При этом в качестве второго праймера для проведения двух реакций выбирают одну и ту же олигонуклеотидную последовательность, так что в обоих случаях могут амплифицироваться участки ДНК одинаковой протяженности. Мутантный сайт в аллель-специфических праймерах расположен не в центре, а ближе к 3'-концу,
и чаще всего занимает предпоследнюю позицию. При определенных условиях, важнейшим из которых является концентрация ионов магния в растворе,
наличие сайта негомологичного спаривания в 3'-области праймера препятствует началу синтеза ДНК. Таким образом, при наличии мутации в исследуемой матричной ДНК амплифицированные фрагменты образуются только в
том случае, если в качестве аллель-специфического праймера выбирается мутантная последовательность, тогда как при использовании нормального олигонуклеотидного праймера ПЦР блокируется.
Метод нашел широкое применение для детекции мутаций при фенилкетонурии, бета-талассемии, муковисцидозе, при типировании генов
HLA-системы. Однако сложности в подборе праймеров и в выборе оптимального режима ПЦР ограничивают широкое применение этого метода.
Вместе с тем его несомненным преимуществом является возможность
применения полностью автоматического сканирования.
OLA (oligonucleotide ligation assay) – методы детекции состояния гена, основанные на дотировании синтетических олигонуклеотидных зондов.
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При проведении этих реакций специфические ДНК- или РНКпоследовательности исследуют путем использования их в качестве матрицы для ковалентного связывания двух пар олигонуклеотидных зондов.
ДНК-зонды для лигирования подбирают таким образом, чтобы они были
полностью комплементарны нормальному фрагменту ДНК в области локализации мутации, причем сама нуклеотидная замена должна находиться на
стыке двух праймеров. Обычно в один из зондов вводят радиоактивную
или флюоресцентную метку, а другой метят биотином.
После гибридизации при строго стандартных условиях синтезированные олигонуклеотидные последовательности сшивают ДНК-лигазами
из термофильных микроорганизмов. Такие ферменты работают при высоких температурах и сохраняют свою активность в условиях, необходимых
для проведения денатурации молекул ДНК. При наличии мутации в тестируемой молекуле ДНК на конце одного из зондов образуется сайт некомплементарного спаривания, непосредственно примыкающий к месту лигирования. Наличие терминального неспаренного основания в смежно расположенных последовательностях ДНК-зондов резко снижает скорость лигирования, и при определенных условиях проведения реакции сшивки между зондами в этом случае не происходит.
Метод включает несколько последовательных циклов гибридизации,
лигирования и денатурации. Начиная со второго цикла, матричной ДНК
для гибридизации зондов наряду с тестируемой пробой служат также дотированные последовательности. В дальнейшем проводят электрофоретический анализ меченых однонитевых фрагментов ДНК. Система успешно
апробирована на мутациях глобиновых генов при серповидно-клеточной
анемии и на мутации delF508 при муковисцидозе.
ASO-метод обнаружения мутаций (метод аллель-специфических
олигонуклеотидов – ASO) является универсальным методом детекции
замен оснований, который включает амплификацию фрагментов ДНК и
последующую дот- или слот-гибридизацию с мечеными аллельспецифическими олигонуклеотидами. Для этого синтезируют два типа
олигонуклеотидных последовательностей обычно размером 19 п.о., в которых мутантный сайт занимает центральное положение. Каждый из
этих олигонуклеотидных зондов комплементарен нормальному или мутантному вариантам ДНК соответственно. Условия гибридизации подбирают таким образом, чтобы дуплексы образовывались только при
полной комплементарности гибридных пар. В этих условиях амплифицированные фрагменты ДНК без мутации будут гибридизоваться только
с нормальным зондом, ДНК гомозигот по мутации – только с мутантным
и ДНК гетерозигот – с обоими олигонуклеотидами. Для уменьшения перекрестной аллель-специфической гибридизации в реакционную смесь
добавляют 30-кратный избыток конкурентного немеченого олигонуклеотидного ДНК-зонда.
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Разработаны удобные модификации метода ASO с использованием
аллель-специфических ДНК-зондов, меченных биотином или пероксидазой хрена.
Наиболее быстрым, экономичным и удобным методом сканирования
точечных мутаций является модифицированный вариант ASO, так называемая гибридизационная система обратного дот-блота (reverse dot-blot
hybridisation system). Метод позволяет одновременно скринировать сразу
много точечных мутаций и доступен автоматизации. В этом случае проводят гибридизацию меченых продуктов ПЦР, обычно представляющих собой отдельные экзоны, с фиксированными на нейлоновых фильтрах аллель-специфическими олигонуклеотидными зондами (ASO).
Предварительную иммобилизацию мутантных и нормальных
ASO-зондов на мембранах осуществляют за счет присоединения гомополимерных Т-хвостов с дезоксирибонуклеотидтрансферазой на конце. При этом
олигонуклеотидные последовательности остаются свободными и могут участвовать в гибридизации с мечеными амплифицированными фрагментами
ДНК. После отмывки несвязавшихся молекул ДНК радиоавтографические
или цветные пятна на фильтрах становятся заметными только в местах локализации олигонуклеотидов, полностью комплементарных тестируемой геномной ДНК. Реакцию обычно проводят в присутствии ионов тетраалкиламмония, уменьшающих зависимость температуры плавления от композиции
оснований. Это позволяет использовать одинаковые условия гибридизации
для различных олигонуклеотидов, т. е. вести поиск сразу нескольких типов
мутаций, локализованных в одном и том же экзоне гена.
Данный метод положен в основу разработки специальных систем,
предназначенных для одновременной детекции наиболее распространенных мутаций в исследуемом гене. Система представляет собой ленточный
фильтр (стрип) с нанесенными пятнами олигопраймеров, каждый из которых соответствует определенной мутации. Стрип помещают в раствор со
смесью тех меченых амплифицированных экзонов, которые могут содержать тестируемые мутантные аллели и создают условия для аллельспецифической гибридизации. Таким способом сканируют одновременно
42 мутации, ответственные за серповидно-клеточную анемию, 34 мутации – при муковисцидозе.
Метод разделения продуктов ПЦР в MDE-гелях. Очень простой метод обнаружения и идентификации мутаций в амплифицированных фрагментах ДНК основан на анализе характера электрофоретического разделения продуктов ПЦР в MDE- гидросвязывающих гелях в присутствии высоких концентраций мочевины. Эти гели способствуют формированию гетеродуплексов в процессе электрофореза, причем расположение дуплексов
очень специфично для различных мутантных аллелей, локализованных в
одном и том же амплифицированном фрагменте. Это позволяет не только
выявлять, но с высокой степенью вероятности идентифицировать извест31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ные мутации. В мультиплексном варианте методики возможен одновременный поиск мутаций в нескольких амплифицированных фрагментах.
Простота и высокая скорость анализа способствуют разработке на
основе разделения в MDE-гелях схем максимальной автоматизации процесса поиска и идентификации известных мутаций у пациентов и гетерозиготных носителей мутаций.
5. Наследственные болезни
5.1. Эволюционные аспекты и генетический груз
Человечество эволюционировало как группы изолированных популяций, длительное время проживающих в одних и тех же условиях окружающей среды, включая климатогеографические характеристики, характер
питания, возбудителей болезней, культурные традиция и т. д. Это привело
к закреплению в популяции специфических для каждой из них сочетаний
нормальных аллелей, наиболее адекватных условиям среды. В связи с постепенным расширением ареала обитания, интенсивными миграциями, переселением народов возникают ситуации, когда полезные в определенных
условиях сочетания конкретных нормальных генов в других условиях не
обеспечивают оптимальное функционирование некоторых систем организма. Это приводит к тому, что часть наследственной изменчивости, обусловленная неблагоприятным сочетанием непатологических генов, человека, становится основой развития так называемым болезням с наследственным предрасположением.
Кроме того, у человека как социального существа естественный отбор со временем протекал во все более специфических формах, что также
расширяло наследственное разнообразие. Так, полноценное обеспечение
потребностей в витамине С привело в процессе эволюции к утере гена
L-гулонолактоноксидазы, катализирующей синтез аскорбиновой кислоты.
В процессе эволюции человечество приобретало и нежелательные признаки, имеющие прямое отношение к патологии. Например, у человека в процессе эволюции появились гены, определяющие чувствительность к дифтерийному токсину и к вирусу полиомиелита.
Существует также механизм генетической изменчивости, связанный
с устойчивостью к некоторым заболеваниям. Известно, что гетерозиготное
носительство серповидно-клеточного гемоглобина (HbS) обеспечивает организму человека защиту от малярийного плазмодия (внутриклеточного
паразита эритроцитов). Несмотря на то, что гомозиготы по HbS страдают
тяжелой анемией и, как правило, погибают в раннем возрасте, носительство гена HbS становится полезным свойством для популяции в целом, и
частота мутантного гена может достигать высоких значений в условиях
эндемичной малярии.
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таким образом, у человека, как и у любого другого биологического вида, нет резкой грани между наследственной изменчивостью, ведущей к нормальным вариациям признаков, и наследственной изменчивостью, обусловливающей возникновение наследственных болезней. Это положение лежит в
основе одной из главных концепций медицинской генетики об эволюционном накоплении патологических мутаций в популяциях человека.
Наследственная изменчивость популяций человека, как поддерживаемая, так и уменьшаемая естественным отбором, формирует так называемый генетический груз.
Некоторые патологические мутации могут в течение исторически
длительного времени сохраняться и распространяться в популяциях, обусловливая так называемый сегрегационный генетический груз; другие патологические мутации возникают в каждом поколении как результат новых изменений наследственной структуры, создавая мутационный груз.
Отрицательный эффект генетического груза проявляется повышенной летальностью (гибель гамет, зигот, эмбрионов и детей), снижением
фертильности (уменьшенное воспроизводство потомства), уменьшением
продолжительности жизни, социальной дезадаптацией и инвалидизацией, а
также обусловливает повышенную необходимость в медицинской помощи.
С точки зрения практической медицины важно знать, что в основе
патогенеза некоторых болезней лежат мутации, и наследственные факторы
составляют одну из причин полигенных болезней.
Известно несколько тысяч наследственных заболеваний. Обычно это
моногенные заболевания, то есть связанные с дефектом одного генетического фактора. Проявление их подчиняется общим закономерностям реализации действия гена. Генетические заболевания можно разделить на геномные (изменяется число хромосом, например, при синдроме Дауна, или
трисомии 21), хромосомные (изменяется структура хромосом, например,
при синдроме «кошачьего крика») и молекулярные (изменяется последовательность нуклеотидов ДНК – большинство заболеваний, например, фенилкетонурия, гемофилия).
Заболевания с наследственным предрасположением зависят и от генотипа, и от среды, например: гипертоническая (ишемическая) болезнь,
сахарный диабет, ревматоидные заболевания, язвенные болезни желудка и
двенадцатиперстной кишки, многие онкологические заболевания, шизофрения и другие заболевания психики. Обычно это полигенные заболевания,
обусловленные сочетанием нескольких генетических дефектов. Факторами, способствующими развитию этих заболеваний, являются неправильное
питание, гиподинамия, различные вредные привычки, т. е. эти болезни
имеют мультифакториальную природу.
Отечественные генетики (Н.П. Бочков, А.Ф. Захаров и В.И. Иванов,
1984) предлагают следующую генетическую классификацию наследственных болезней. В первую очередь их подразделяют на моногенные и поли33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
генные. Для определения моногенных болезней решающее значение имеет
клинико-генеалогический анализ, т. е. установление на основе изучения
родословных сегрегации патологических состояний в поколениях в соответствии с законами Менделя. Моногенные заболевания, в свою очередь, в
зависимости от типа наследования разделяют на аутосомно-доминантные,
аутосомно-рецессивные и сцепленные с половыми хромосомами. Полигенные болезни — это в первую очередь болезни с наследственным предрасположением. К наследственным болезням относят и заболевания, которые обусловлены хромосомной патологией, хотя большинство из них не
передается по наследству. Хромосомные болезни возникают вследствие
числовых и структурных мутаций хромосом, когда имеется частичная трисомия или моносомия.
Как показали исследования в Канаде и США, у 6,8 % госпитализированных детей выявлены моногенные болезни, у 0,4–2,5 % – хромосомные
болезни, еще у 22–31 % – полигенные болезни. Общая распространенность
моногенных болезней равна примерно 1 %.
У 5,3 % людей в возрасте до 25 лет разовьется болезнь, обусловленная наследственными факторами (то есть моногенная, полигенная или
хромосомная болезнь). Если добавить к этому поздно проявляющиеся полигенные болезни, то в течение жизни примерно у 60 % людей развиваются болезни, связанные с наследственной предрасположенностью.
На фоне успешной борьбы с инфекциями наследственные факторы
приобретают все большее влияние на заболеваемость.
5.2. Болезни, связанные с нарушением обмена веществ
Различные нарушения обмена веществ обычно связаны с изменением
активности ферментов, гормонов или изменением структуры клеточных
мембран. Как правило, нарушения обмена веществ обусловлены изменениями в структуре гена – точковыми мутациями. Однако нужно иметь в
виду, что сходные нарушения обмена веществ могут быть обусловлены как
генетическими факторами, так и неблагоприятным воздействием среды.
Алкаптонурия – это аутосомно-рецессивное заболевание. Проявляется в виде артритов конечностей и позвоночника. Сопутствующим признаком является «мышиный» запах мочи у больных людей. Это первое заболевание, для которого была доказана его молекулярно-генетическая природа. В настоящее время установлено, что причиной алкаптонурии является неполное окисление гомогентизиновой кислоты.
Галактоземия – наследственное заболевание, при котором в крови
накапливается моносахарид галактоза; обусловлено отсутствием одного из
ферментов, участвующих в ее превращении в лучше усвояемую глюкозу.
Заболевание наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Ген галактозо1-фосфат-уридилтрансферазы локализуется на 9 хромосоме.
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В норме галактоза в кишечнике превращается в глюкозу и в таком виде утилизируется организмом. Если этот путь метаболизма галактозы, которая входит в состав материнского молока, нарушен, развивается симптомокомплекс, обусловленный отравлением организма галактозой, вследствие
чего наступает гипогликемия и нарушается аминокислотный обмен. По указанной причине при вскармливании материнским молоком ребенок заболевает галактоземией. При этом наблюдаются желтуха, диспепсические расстройства, поражение печени и селезенки, катаракты, а главное – умственная отсталость. Частота заболевания составляет 1 : 50 тыс. новорожденных;
частота носителей – 1 : 100. Диета, не содержащая молочного сахара, предотвращает развитие указанных симптомов (этот способ лечения может
рассматриваться как генотерапия). Галактоземия связана с недостаточной
активностью фермента галактозо-1-фосфатуридилтрансферазы. У рецессивных гомозигот активность фермента не превышает 10 % нормы, а иногда
полностью отсутствует; у гетерозигот активность фермента достигает 50 %
от нормы (таким образом, наблюдается неполное доминирование).
Муковисцидоз (МВ), или кистозный фиброз поджелудочной железы
относится к наиболее тяжелым наследственным заболеваниям. Характеризуется моногенным аутосомно-рецессивным типом наследования. В среднем 1 из 20 представителей белой расы является гетерозиготным носителем гена муковисцидоза. Частота среди новорожденных – 1 : 2000; ежегодно в странах СНГ рождается 2–2,5 тысячи детей с этим тяжелым, часто
ведущим к летальному исходу заболеванием. В последнее время продолжительность жизни этих больных увеличивается, и их удельный вес в популяциях возрастает. Ген МВ локализован на хромосоме 7 в области q31.
Дефект гена МВ обусловлен рядом мутаций, одна из которых является делецией трех нуклеотидов в экзоне 10 (ΔF508) , что приводит к утрате остатка фенилаланина в 508 положении трансмембранного регуляторного
белка. Муковисцидоз проявляется в кишечной форме (недостаточность
поджелудочной железы), легочной и смешанной форме.
Фенилкетонурия (ФКУ) – аутосомно-рецессивное заболевание, связанное с нарушением метаболизма аминокислоты фенилаланина: фенилаланин превращается не в тирозин (как у нормальных людей), а в фенилпировиноградную кислоту. В результате нарушается миелинизация мозга,
что приводит к нарушениям в развитии нервной системы, к слабоумию,
микроцефалии. Частота среди новорожденных – 1 : 10000, частота носителей – 1 : 50. При своевременном выявлении этого заболевания и назначении диеты с пониженным содержанием фенилаланина симптомы ФКУ
значительно смягчаются. Фенилкетонурия связана с различными мутациями в гене, контролирующем метаболизм фенилаланина. Одни мутации вызывают тяжелую форму ФКУ, другие – менее тяжелые формы.
Гемоглобинопатии – это нарушения структуры гемоглобина (гемоглобин – переносчик О2, СО2, К, Н; измененный гемоглобин не может нормаль35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
но выполнять свои функции). Распространены в регионах, неблагополучных
по малярии. Известны десятки молекулярно-генетических причин, ведущих к
нарушению структуры гемоглобина: точковые мутации, делеции, нарушения
процессинга мРНК. В странах Южной Европы широко распространены гемоглобинопатии под общим названием талассемия. Различают легкие и тяжелые формы этих заболеваний. Одной из форм гемоглобинопатий является
серповидноклеточная анемия – наиболее часто регистрируемая наследственная гемоглобинопатия, характеризующаяся умеренно выраженной хронической гемолитической анемией, рецидивирующими острыми болевыми кризами и повышенной восприимчивостью к инфекционным заболеваниям
вследствие образования патологического HbS. Заболевание диагностируют у
1 % афроамериканцев, встречают в Азербайджане и Дагестане.
На молекулярном уровне это дефект гена Нbβ, классическая мутация: HbS образуется в результате замены валина на глутаминовую кислоту
в положении 6 бета-цепи молекулы Нb. В венозном русле HbS полимеризуется с формированием длинных цепей, изменяющих форму эритроцитов
(становятся серповидными).
Серповидные эритроциты вызывают увеличение вязкости крови,
стаз; создают механическую преграду в мелких артериолах и капиллярах,
приводя к тканевой ишемии. Кроме того, серповидные эритроциты менее
устойчивы к механическим воздействиям, что приводит к их гемолизу.
Гомозиготы HbS/HbS умирают в раннем детстве. Гетерозиготы
HbA/HbS характеризуются слабо измененными эритроцитами. При этом
изменение формы эритроцитов значительно повышает устойчивость гетерозигот к малярии. Поэтому в тех регионах Земли, где свирепствует малярия (например, в Африке), отбор действовал в пользу гетерозигот. Таким
образом, серповидноклеточная анемия – это пример относительности «полезности» и «вредности» мутаций.
Наследственная гиперхолестеринемия – аутосомно-доминантное,
моногенное заболевание, причиной развития которого является нарушение
структуры или функции рецепторов к липопротеинам низкой плотности
(ЛПНП) на соматических клетках (печёночных и других) и/или их количества, или нарушения в структуре молекулы аполипопротеинов. Нарушение
рецепторов определяется наличием мутированного гена в локусе ЛПНП на
коротком плече 19-й аутосомной хромосомы или «апо В-3500 мутацией» –
нарушение структуры апо В-100 в положении 3500: Arg3500→Gln (2 хромосома); апо С мутации (19 хромосома) с аутосомно-доминантным типом
наследования. Наличие мутаций в локусе ЛПНП-рецептора встречается у
0,1 % лиц в общей популяции и 1 % больных с преждевременной ишемической болезнью сердца (ИБС). При этом распространённость в популяции
гетерозиготных форм, когда ребёнок получает мутантные гены от одного
из родителей, (1 : 500) гораздо выше гомозиготных (1 : 106). Гомозиготная
семейная гиперхолестеролемия – редкое явление. Вероятность брака двух
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
неродственных гетерозигот составляет 1 на 250 000, а шанс рождения у
них гомозиготного ребенка составляет один из четырех, исходя из этого её
теоретическая частота также составляет один шанс на миллион. Вероятность брака между гетерозиготами значительно возрастает при родственных браках. Известно около 700 видов данных мутаций. Апо В и апо Е мутации наблюдается реже. В среднем частота встречаемости семейной гиперхолестеринемии составляет 1 : 500.
Понимание метаболической основы гиперхолестеринемии основывается на знаниях типа генетической мутации рецептора ЛПНП.
Сахарный диабет (по определению ВОЗ) – это состояние хронической гипергликемии, которая может развиться в результате действия многих генетических экзогенных факторов, часто дополняющих друг друга.
Гипергликемия может быть обусловлена либо недостатком инсулина, либо
избытком факторов, которые противодействуют его активности. Инсулин
синтезируется β-клетками островкового аппарата поджелудочной железы.
Предшественниками инсулина являются препроинсулин и проинсулин. Из
последнего при отщеплении С-пептида образуется инсулин, который секретируется в кровь. Инсулин – белковый гормон, физиологический эффект
которого осуществляется при взаимодействии с рецепторами клеток.
Ген инсулина локализуется на коротком плече 11 хромосомы, а ген рецепторов инсулина – 19 хромосомы. Нарушение секреции, синтеза или связывания инсулина с рецепторами приводит к развитию сахарного диабета.
Обычно эти нарушения связаны с генетическими точечными мутациями. При
генетических мутациях, как правило, имеет место гиперинсулинизм.
При диабете типа 2 причиной нарушения углеводного обмена является
снижение связывания инсулина с рецепторами, уменьшение количества рецепторов. При диабете типа 1 причиной инсулиновой недостаточности является снижение синтеза и секреции инсулина, обусловленное прогрессирующим инсулитом. В основе инсулита лежит деструкция β-клеток, вызванная
либо вирусной инфекцией, либо аутоиммунными повреждениями.
Наследование диабета типа 1 является аутосомно-рецессивным.
У большинства больных с диабетом типа 1 можно выявить различные комбинации гаплотипов антигенов главного комплекса гистосовместимости II класса
HLA-DQ и HLA-DR. Наследование диабета типа 2 – аутосомно-доминантное.
При диагностике диабета типа 1 в начале заболевания, когда оно еще находится на доклинической стадии можно выявить аутоантитела к β-клеткам и к инсулину. Появление антител отмечается задолго до манифестации диабета.
Гемофилия – наследственное заболевание, связанное с нарушением
коагуляции (процесса свёртывания крови); при этом заболевании возникают кровоизлияния в суставы, мышцы и внутренние органы, как спонтанные, так и в результате травмы или хирургического вмешательства. При
гемофилии резко возрастает опасность гибели пациента от кровоизлияния
в мозг и другие жизненно важные органы, даже при незначительной трав37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ме. Больные с тяжёлой формой гемофилии подвергаются инвалидизации
вследствие частых кровоизлияний в суставы (гемартрозы) и мышечные
ткани (гематомы). Гемофилия относится к геморрагическим диатезам, обусловленным нарушением плазменного звена гемостаза (коагулопатия).
Гемофилия появляется из-за изменения одного гена в хромосоме X.
Различают три типа гемофилии (A, B, C).
Гемофилия А (рецессивная мутация в X-хромосоме) вызвана генетическим дефектом, отсутствием в крови необходимого белка – так называемого фактора VIII (антигемофильного глобулина). Такая гемофилия считается классической, она встречается наиболее часто, у 80–85 % больных гемофилией. Тяжёлые кровотечения при травмах и операциях наблюдаются
при уровне VIII фактора – 5–20 %.
Гемофилия B вызвана дефектным фактором крови IX (рецессивная
мутация в X-хромосоме). Нарушено образование вторичной коагуляционной пробки.
Гемофилия С вызвана дефектным фактором крови XI (аутосомная
рецессивная мутация), известна в основном у евреев-ашкенази.
Обычно болезнью страдают мужчины (наследование, сцепленное с
полом), женщины же выступают как носительницы гемофилии, которые
сами ей обычно не болеют, но могут родить больных сыновей или дочерей-носительниц. Самой известной носительницей гемофилии в истории
была королева Виктория; по-видимому, эта мутация произошла в её генотипе de novo, поскольку в семьях её родителей гемофилики не зарегистрированы. Теоретически, это могло бы произойти и в том случае, если бы отцом Виктории являлся в действительности не Эдуард Август, герцог Кентский, а какой-либо другой мужчина (больной гемофилией), однако никаких исторических свидетельств в пользу этого не существует. Гемофилией
страдал один из сыновей Виктории (Леопольд, герцог Олбани), а также ряд
внуков и правнуков (родившихся от дочерей или внучек), включая российского цесаревича Алексея Николаевича.
Ведущими симптомами гемофилии А и В являются повышенная кровоточивость с первых месяцев жизни; подкожные, межмышечные, субфасциальные, забрюшинные гематомы, обусловленные ушибами, порезами, различными
хирургическими вмешательствами; гематурия; обильные посттравматические
кровотечения; гемартрозы крупных суставов, с вторичными воспалительными
изменениями, которые приводят к формированию контрактур и анкилозов.
Для диагностики гемофилии применяется: определение времени
свёртываемости, добавление образцов плазмы с отсутствием одного из
факторов свёртывания.
Хотя болезнь на сегодняшний день неизлечима, её течение контролируется с помощью инъекций недостающего фактора свёртываемости
крови, чаще всего выделенного из донорской крови. Некоторые гемофилики вырабатывают антитела против замещающего белка, что приводит к
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
увеличению необходимой дозы фактора или применению заменителей, таких как свиной фактор VIII. В целом современные гемофилики при правильном лечении живут столько же, сколько и здоровые люди.
5.3. Хромосомные (геномные) болезни
Хромосомные болезни в большинстве случаев не наследуются. Нарушения числа или структуры хромосом возникают в гаметогенезе родителей. Наследственными болезнями их можно считать потому, что они
обусловлены явной патологией генетического аппарата.
Из хромосомных болезней наиболее детально изучен синдром Дауна, в
основе которого лежит трисомия значительного отрезка (чаще всего всей
длины) длинного плеча 21-й хромосомы. Больные дети с синдромом Дауна
рождаются с достаточно высокой частотой – 1 : 750. При этом, как и в случаях других хромосомных болезней, большое значение имеет возраст матери
как совокупный фактор, обусловливающий повышенную частоту нерасхождения хромосом в I делении мейоза. Однако в небольшом проценте случаев
обнаружены мозаичные формы синдрома Дауна. Некоторое количество
больных содержат клетки как нормальные, диплоидные, так и трисомные по
21-й хромосоме. Иногда регистрируется транслокационная форма синдрома
Дауна: при этом наблюдаются робертсоновские транслокации одной из 21-х
хромосом на какой-либо другой акроцентрик. Эти формы заболевания указывают и на то, что материал коротких плеч 21-х хромосом не определяет фенотипические признаки синдрома Дауна. Интересно, что при мозаичной
форме синдрома Дауна патология явно обусловлена трисомными клетками,
хотя они могут составлять лишь половину всех тканевых клеток, тогда как
остальные клетки будут диплоидными. Так, радиочувствительность хромосом лимфоцитов трисомной линии достоверно выше, чем диплоидной.
Главным морфологическим признаком болезни Дауна можно считать
монголоидный тип лица, однако более важно отметить умственную отсталость, проявляющуюся в широком диапазоне от полной идиотии до сравнительно легких степеней дебильности. При синдроме Дауна описаны пороки
сердца и крупных сосудов, органов пищеварительного тракта, снижение продолжительности жизни в 5–10 раз, черты преждевременного старения, отклонения в дерматоглифике, высокая частота злокачественных опухолей (особенно лейкозов), иммунодефицитные состояния, многочисленные врожденные
уродства, нарушения репарации первичных молекулярных повреждений ДНК.
Синдром Дауна наиболее ярко характеризует хромосомные болезни
с их многообразной симптоматикой. Кроме синдрома Дауна, существует и
множество других генетических заболеваний, связанных с изменением
числа хромосом.
– Трисомия по 13-й хромосоме (генотип 47, +13); синдром Патау.
Частота среди новорожденных – 1 : 5000.
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– Трисомия по 18-й хромосоме (генотип 47, +18); синдром Эдвардса.
Частота среди новорожденных – 1 : 10 000.
– Моносомия по Х-хромосоме (кариотип 45, Х0) – синдром Шерешевского–Тёрнера. Фенотип женский, но в соматических клетках тельца
Барра отсутствуют. Замедленное половое развитие, бесплодие, задержка в
росте. Частота – 1 : 5000 новорожденных.
– Дисомия по Х-хромосоме при наличии Y–хромосомы (кариотип 47,
XXY) – синдром Кляйнфельтера. Мужчины, в соматических клетках которых наблюдается одно тельце Барра. Реже встречаются генотипы: 48, XXYY,
48, XXXY. Замедленное половое развитие, бесплодие, высокий рост с нарушенными пропорциями тела (удлиненные конечности, узкая грудная клетка),
часто наблюдается умственная отсталость. Частота – 1 : 700 новорожденных.
6. Медико-генетическое консультирование
Медико-генетическое консультирование – специализированный вид
медицинской помощи – является наиболее распространенным видом профилактики наследственных болезней. Суть его заключается в определении
прогноза рождения ребенка с наследственной патологией, объяснении вероятности этого события консультирующимся и помощи семье в принятии
решения о дальнейшем деторождении.
Еще в конце 20-х годов С.Н. Давиденков в России впервые в мире организовал медико-генетическую консультацию при Институте нервнопсихиатрической профилактики. Он четко сформулировал задачи и методы
медико-генетического консультирования. Однако развитие данной области
профилактики и генетики человека в целом затормозилось в 30-х годах практически во всех развитых странах. Это было связано с тем, что в нацистской
Германии для обоснования геноцида использовали генетические концепции
и ввели насильственную стерилизацию как метод «оздоровления расы».
Термин «медико-генетическая консулътация» определяет два понятия:
1) консультация врача-генетика как врачебное заключение;
2) структурное подразделение в каком-либо звене здравоохранения
(при больнице, при объединении, поликлинике и др.).
Показаниями для медико-генетического консультирования являются:
1) рождение ребенка с врожденным пороком развития;
2) установленная или подозреваемая наследственная болезнь в семье
в широком смысле слова;
3) задержка физического развития или умственная отсталость у ребенка;
4) повторные спонтанные аборты, выкидыши, мертворождения;
5) близкородственные браки;
6) воздействие подозреваемых на тератогенность или известных тератогенов в первые 3 мес. беременности;
7) неблагополучное протекание беременности. В принципе каждая
супружеская пара должна пройти медико-генетическое консультирование
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
до планирования деторождения (проспективно) и безусловно после рождения больного ребенка (ретроспективно).
С осознанием роли генов в развитии болезней возросла потребность
в медико-генетическом консультировании. Риск иметь ребенка с наследственным заболеванием повышен, если:
– у родителей уже есть больной ребенок или болен один из близких
родственников;
– один или оба родителя входят в группу риска, например из-за гетерозиготности по мутантному гену;
– матери 35 или более лет, что повышает риск аутосомной трисомии.
Медико-генетическое консультирование включает определение вероятности рождения больного ребенка и информирование об этом будущих родителей, чтобы они могли принять обоснованное решение. Если в
семье есть больной с наследственным заболеванием, сначала нужно оценить надежность этого диагноза. Обычно это требует критического изучения имеющихся медицинских данных или дополнительного обследования
больных членов семьи. Затем информацию представляют в виде родословной, чтобы определить характер наследования в семье и его соответствие
данному заболеванию. В зависимости от типа заболевания ( моногенное,
полигенное или хромосомное) и достоверности диагноза надежность определения вероятности развития болезни в следующем поколении колеблется
от приблизительной до почти точной. Достоверность диагноза зависит от
того, характерна ли для этого заболевания множественная этиология, и
разработаны ли для него специфичные диагностические методы.
Для некоторых моногенных заболеваний имеются методы генодиагностики, которые прямо и однозначно определяют родительский генотип и
позволяют точно предсказать риск болезни в следующем поколении. Эти
методы используют и в пренатальной диагностике.
Аутосомно-рецессивные и Х-сцепленные заболевания, для которых
выявлено основное биохимическое нарушение, надежно выявляют с помощью анализа функциональной активности соответствующего белка, например, определения активности фермента.
Для многих аутосомно-доминантных заболеваний основное биохимическое нарушение не выявлено, и обследование родителей не дает точных результатов из-за изменчивой экспрессивности. Надежности и точности консультирования при этих заболеваниях очень способствует наличие сцепленных молекулярных маркеров (например, полиморфизм длин рестрикционных
фрагментов) и выявление генов, ответственных за заболевание.
Консультирование при многих распространенных полигенных болезнях (сахарный диабет, артериальная гипертония, атеросклероз, пороки
развития и психические заболевания) далеко от совершенства и улучшится
только с углублением представлений о взаимодействии генов и средовых
факторов в их патогенезе.
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВВЕДЕНИЕ В РАДИОБИОЛОГИЮ
7. Радиобиология как наука
Радиобиология – наука, изучающая закономерности и механизмы
действия ионизирующих излучений на биологические системы различной
сложности организации (от фагов до биоценозов). Поэтому она охватывает
все области биологии. Специфика ионизирующего излучения на биообъекты обусловлена большой энергией квантов излучения и частиц (α-частиц,
электронов, позитронов, протонов, нейтронов), значительно превосходящих энергию ионизации атомов, и способностью частиц проникать вглубь
облучаемого объекта. Ионизирующее излучение воздействует на все
структуры облучаемого объекта, составляющие их молекулы и атомы.
Современная радиобиология – самостоятельная комплексная дисциплина, имеющая собственные методы исследования и четко выделенные
отдельные направления: общая радиобиология; радиационная биохимия,
радиационная цитология, радиационная генетика, противолучевая защита
и терапия, космическая радиобиология, радиационная гигиена, радиобиология опухолей. Каждое это направление имеет свои конкретные задачи,
вытекающие из названия, для решения которых используются специальные радиобиологические методы анализа, что и объединяет их в одну общую дисциплину – радиобиологию.
Фундаментальной проблемой радиобиологии является вскрытие общих закономерностей биологического ответа на воздействие ионизирующего излучения. Для решения этой задачи необходимо, по выражению
Н.В. Тимофеева-Ресовского, понять и объяснить основной радиобиологический парадокс. Под последним подразумевается большое несоответствие
между ничтожной величиной поглощенной энергии и крайней степенью
выраженности реакций биообъекта, вплоть до летального эффекта.
Радиобиология – дисциплина экспериментальная: ни одно утверждение в ней не воспринимается серьезно, если оно лишено путей экспериментальной проверки. Другая ее особенность – стремление овладеть способами искусственного управления лучевыми реакциями биологического
объекта и человека с помощью различных модифицирующих средств.
Радиобиология надежно служит человеку в самых разнообразных
областях народного хозяйства. Исследования в области радиобиологии
лежат в основе практического применения радиации в лучевой терапии
злокачественных новообразований; на их базе разработаны эффективные
методы лечения лучевой болезни. В сельском хозяйстве используется
предпосевное облучение семян с целью повышения всхожести и урожайности многих культур. Достижения радиобиологии послужили теоретическим фундаментом для применения ионизирующего излучения в борьбе с
сельскохозяйственными вредителями. Методы радиационной генетики
широко используются для выведения новых сортов сельскохозяйственных
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
растений, для получения интересных и полезных изменений у животных,
на основе радиобиологических предпосылок организована лучевая стерилизация овощей, пищевых консервов, а также многих медицинских препаратов. Данные космической радиобиологии необходимы для прогнозирования и обеспечения безопасности полетов человека в космос. Многие открытия в области радиобиологии способствовали существенному развитию знаний об общих законах жизни.
7.1. Основы биологического действия радиации
Взаимодействие энергии излучения с веществом – это самый первый
физический «акт драмы», разыгрывающейся в клетке (а затем в ткани и во
всем организме). Какова судьба этих возбуждений и ионизированных молекул, какова дальнейшая последовательность событий, в чем состоят превращения простых молекул вещества и особенно макромолекул биологических полимеров? Иными словами мы рассмотрим следующий «акт», называемый химическим этапом лучевого поражения клетки.
В основе первичных радиационно-химических изменений молекул
могут лежать два механизма:
1. Прямое действие, когда данная молекула испытывает изменение
непосредственно при взаимодействии с излучением.
2. Косвенное действие – изменяемая молекула непосредственно не
поглощает энергию падающего излучения, а получает ее путем передачи
от другой молекулы.
Различия между прямым и косвенным действием наиболее четко выявляются при облучении растворов, в частности, водных.
По отношению к живым системам растворителем является вода.
Следовательно, косвенное действие радиации связано с изменением системы за счет поглощения энергии излучения молекулами воды и передачи ее
в какой-либо форме к молекулам биообъекта.
Рассмотрим процесс ионизации на примере простых веществ (воды).
Радиолиз воды
При действии ионизирующих излучений на воду происходят следующие реакции:
H2O→ H2+O+ē
Время жизни этих продуктов ~10-10 с.
H2O+ H2+O→ H3O++ OH •
OH • обладает окислительными свойствами.
•
H2+O + ē → H2O* → H + ۠ OH •
ē не может удалиться от H2+O далее чем на 2 нм. Время жизни радикалов H • и OH • ~10-5с.
ē + H2O → ēaq
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Акватированный электрон стабилен из-за потенциальной ямы. Время
его жизни ~10-3 с. Он обладает восстановительными свойствами и быстро
реагирует с S-S связями в биомолекулах. В присутствии O2 могут образовываться и другие продукты радиолиза:
H• + O2 → HO2•
•
Гидропероксидный радикал ( HO2 ) очень активен, в зависимости от
pH проявляет окислительные или восстановительные свойства
OH • + ۠ OH • → H2O2
HO2• + HO2• → H2O2 + 2 O•
Пероксид водорода и атомарный кислород – высокореакционноспособные соединения.
Продукты радиолиза воды накапливаются вдоль трека ионизирующей
частицы, образуя рой (скопления). Эти скопления первичных продуктов называют шпурами (или шпорами). Именно в шпуре происходит рекомбинация
первичных продуктов радиолиза воды. Те продукты, которым удалось выйти
за пределы шпура, вследствие своей высокой реакционной способности
взаимодействуют с молекулами биологического субстрата, способствуют образованию органических радикалов, которые в свою очередь являются высокореакционноспособными. Можно ли в таких системах различить относительную долю прямого и косвенного действия ионизирующего излучения?
Единственный способ, позволяющий ответить на поставленный вопрос, состоит в использовании так называемого эффекта разведения, который можно наблюдать при облучении растворов разной концентрации.
7.1.1. Эффект разведения
При косвенном действии независимо от разведения раствора постоянным остается абсолютное число поврежденных молекул, а изменяется
их отношение к числу неповрежденных молекул (рис. 3). Данное утверждение иллюстрирует опыт Фрикке. При облучении 1 л муравьиной кислоты в дозе 100 Грей выделялось 25 мкМ H2 независимо от содержания в
данном растворе 10-4 или 10-1 моль/л муравьиной кислоты.
При прямом действии число инактивированных молекул увеличивается с повышением концентрации раствора, а их отношение к числу неповрежденных молекул остается постоянным (рис. 4).
7.1.2. Соотношение прямого и косвенного действия радиации
при облучении клеток
Эффект разведения важен при изучении различных систем in vitro
(например, растворы макромолекул, вирусов, фагов и т. д.). Однако он неприменим при работе с крупными клетками. При разбавлении суспензии
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
величина повреждающей дозы не уменьшается. Но из этого не следует, что
действие излучения на клетки оказывается прямым, т. к. разведение не коснулось содержимого клетки, а свелось лишь к увеличению между ними
количества воды, радикалы которой прореагировали между собой, не проникнув в клетку на достаточную глубину.
Рис. 3. Абсолютное число инактивированных молекул вещества в зависимости
от его концентрации в растворе при прямом и косвенном действии радиации
(по Ярмоненко, 1984).
Обозначения: I – прямое действие; II – косвенное действие
Рис. 4. Количество инактивированных молекул вещества (в %) в зависимости от его
концентрации в растворе при прямом и косвенном действии радиации
(по Ярмоненко, 1984).
Обозначения: I – прямое действие; II – косвенное действие
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для разграничения прямого и косвенного действия излучения на клетку были предложены другие критерии. Например, любой радиационный эффект, изменяющийся под влиянием внешних факторов, является следствием
косвенного действия, поскольку повреждение, вызванное прямым действием,
возникает одновременно с ионизацией и не может быть модифицировано.
Отсюда усиление или ослабление радиационного повреждения различными
агентами длительное время рассматривалось как доказательство косвенного
действия. Впоследствии данное представление было опровергнуто, т. к. оказалось, что между первичным поглощением энергии и конечным химическим
изменением облучаемого субстрата имеется много стадий, на каждой из которых, как упоминалось, возможна реверсия.
На данный момент не проведены корректные эксперименты, позволяющие оценить относительную роль прямого и косвенного действия ионизирующей радиации.
Однако некоторые эксперименты с вирусами позволяют предположить, что при облучении клеток прямое действие играет существенную
роль (если не основную). Такие жизненно важные молекулы макромолекулы, как белки и нуклеиновые кислоты, повреждаются, по-видимому, в основном в результате прямого действия излучения. В пользу этого вывода
можно привести два доказательства:
1. Косвенное действие при облучении раствора ДНК проявляется при
ее концентрации менее 2 %, тогда как в ядре клетки концентрация ДНК составляет 10 % и более.
2. При облучении in vivo появление одного и того же количества повреждений биологических макромолекул наблюдается при дозах, на 2–3 порядка
превышающих те, которые вызывают повреждения при облучении тех же
макромолекул в разбавленных растворах. Снижение эффективности облучения in vivo объясняют тем, что большая часть продуктов радиолиза воды поглощается клеточными метаболитами и не доходит до биологически активных
макромолекул, иначе говоря, имеет место защитное действие примесей.
Существует несколько точек зрения на долю прямого и косвенного
воздействия радиации. Корыстов провел анализ существующих методов
оценки вклада косвенного действия радиации в гибель клеток и показал,
что ни один из известных способов не лишен артефактов. Согласно его
оценкам, на долю косвенного действия радиации приходится до 90 % от
общего вклада. По мнению Рябченко, на долю прямого действия радиации
приходится от 30 до 60 % в зависимости от объекта.
7.2. Понятие о дозе. Единицы дозы
Биологический эффект действия радиации при прочих равных обстоятельствах прежде всего определяется дозой облучения.
Самое общее представление о количестве энергии ионизирующего
излучения дает экспозиционная доза, под которой понимают ионизирую46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
щую способность излучения в воздухе. Эта доза измеряется количеством
образовавшихся зарядов. Единицей экспозиционной дозы в системе СИ
является 1 Кл/кг. Экспозиционная доза в 1 Кл/кг означает, что суммарный
заряд всех ионов одного знака, образованных в 1 кг воздуха, равен 1 Кл.
Широкое распространение имеет внесистемная единица экспозиционной дозы – рентген: 1 Р = 2,57976 × 10-7 Кл/кг, что соответствует образованию
2,08 × 109 пар ионов в 1 см3 воздуха при 0 ˚C и 760 мм ртутного столба.
Для более полной оценки биологического эффекта воздействия
ионизирующей радиации пользуются поглощенной дозой. Поглощенная
доза – это энергия любого вида излучения, поглощенная в единице массы среды, подвергнутой облучению. Поглощенная доза в системе СИ
измеряется в Дж/кг. Широко распространена внесистемная единица рад:
1 рад = 10-2 Дж/кг.
Для любого вида ионизирующих излучений поглощенная доза в
1 Дж/кг = 100 рад соответствует 1 Гр (Грей).
При экспозиционной дозе 1 Р поглощенная доза составляет 0,875 рад.
Различные виды ионизирующих излучений, несмотря на одинаковую
ионизацию в воздухе, могут оказывать различное биологическое действие.
Поэтому было введено понятие биологического эквивалента рентгена (бэр). Биологический эквивалент рентгена соответствует дозе любого
излучения, эквивалентного по своему биологическому действию 1 р рентгеновского излучения энергией 250 кэВ. Бэр является внесистемной единицей измерения эквивалентной дозы, используемой для оценки радиационной опасности хронического воздействия излучения.
Эквивалентная доза представляет собой поглощенную дозу с учетом
модифицирующих факторов.
В международной системе СИ единицей эквивалентной дозы является зиверт (Зв): 1 бэр = 0,01 зв.
Относительный биологический эффект излучения (ОБЭ) зависит от
линейной потери энергии (ЛПЭ). ОБЭ тем больше, чем больше ЛПЭ.
Для оценки действия радиоактивных изотопов кроме малоценных
доз, создаваемых ими как при внешнем облучении, так и при попадании
внутрь организма, измеряют их активность. Активность радиоактивных
изотопов определяют как число атомных ядер, распадающихся в препарате данного изотопа в единице времени. За единицу радиоактивности, получившую название беккерель (Бк), принято одно ядерное превращение в секунду. Внесистемной единицей активности радиоактивного изотопа является кюри (Ku). 1 Кu определяется как активность препарата, в котором в
1 с происходит 3,7 × 1010 актов распада. 1Бк = 2,7 × 10-11 Кu.
В радиобиологии различают следующие дозы, приводящих к гибели
животных в ранние и поздние сроки после воздействия ионизирующего излучения (радиации): летальная доза ЛД50/30 – доза, вызывающая гибель 50 %
животных за 30 дней. Выбор 30 дней для наблюдения за состоянием живот47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ных основывается на том факте, что острый период заболевания у млекопитающих обычно заканчивается к концу первого месяца после облучения.
При анализе радиочувствительности биообъектов (клетки, вирусные
частицы, макромолекулы и т. д.) пользуются дозой D37. При этой дозе радиации 37 % от исходного количества биообъектов оказываются непораженными. Значение D37 применяют для определения радиочувствительности (S) биосистем: S = 1/ D37.
7.3. Виды биологического действия ионизирующего излучения
Различают два вида биологического воздействия излучения:
1) нестохастический (детерминированный) вред излучения. Он
встречается при высоких дозах, для своего проявления имеет порог действия. Примерами могут служить ожоги кожи, лучевая болезнь с лихорадкой, умственная отсталость у новорожденных;
2) стохастический вред – вред, обнаруживающийся при наблюдении
за большими группами наблюдаемых объектов, подвергшихся когда-то облучению. Обнаруживается вероятностно у облученных объектов, долгое
время после облучения, проявляется в виде перерождения клеток (рак,
лейкемия, наследственные уродства у потомков облученных лиц). Стохастический эффект не имеет порога действия, поэтому любое, даже незначительное повышение уровня радиационного фона приводит к резкому увеличению доли генетического груза в популяции.
7.4. Понятие о радиочувствительности
Вскоре после открытия биологического действия ионизирующего
излучения было установлено, что любой живой объект может быть убит
этим агентом. Однако дозы излучения, приводящие разные объекты к гибели, различаются в очень широких пределах. Для одних (например, лимфоцитов) достаточно несколько десятков, тогда как для других (например,
некоторые одноклеточные) необходимы тысячи Грей. Иными словами, каждому биологическому виду свойственна своя мера чувствительности к
действию ионизирующей радиации, которая и характеризует его радиочувствительность.
Центральной проблемой радиобиологии является выявление радиочувствительности в биологических системах. Только оценив радиочувствительность каждого биологического объекта, можно корректно решать
вопросы управления и регулирования радиобиологических процессов.
Под радиочувствительностью понимают меру ответной реакции
биообъекта или биосистемы на воздействие разных доз ионизирующей радиации. Выделяют групповую и индивидуальную радиочувствительность.
Для определенного индивидуума радиочувствительность будет зависеть от
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пола, возраста и физиологического состояния. Кроме того, даже в одном
организме различные клетки и ткани очень сильно различаются по радиочувствительности, и наряду с чувствительными (кроветворная система,
эпителий слизистой тонкого кишечника) имеются устойчивые ткани (мышечная, нервная, костная), которые принято называть радиорезистентными. Еще в 1906 году, т. е. в самом начале изучения биологического действия ионизирующих излучений, французские исследователи И. Бергонье и
Л. Трибондо отметили, что радиочувствительность ткани прямо пропорциональна пролиферативной активности и обратно пропорциональна
степени дифференцированности составляющих ее клеток. Эта закономерность была сформулирована ими в виде правила, феноменологическое
значение которого не утратило своей роли и в настоящее время, несмотря
на некоторые исключения из него (например, лимфоциты).
Деление тканей на радиочувствительные и радиорезистентные весьма условно, т. к. зависит от избранного критерия; так, ткани, относящиеся
к радиорезистентным по непосредственным лучевым реакциям, оказываются весьма радиочувствительными по отдаленным последствиям (например, центральная нервная система).
Для термина «радиочувствительность» альтернативными являются
термины «радиоустойчивость», «радиорезистентность».
В качестве интегрального критерия радиочувствительности обычно
используют либо непосредственно степень выживаемости изучаемых объектов в результате облучения в определенных дозах, либо количественные
показатели поражения, которые в данном диапазоне доз однозначно связаны определенным соотношением с выживаемостью.
Наиболее часто с этой целью используют так называемую величину
ЛД50, характеризующую дозу излучения, вызывающую 50%-ю гибель биообъектов. Величины ЛД50 в природе различаются довольно значительно,
так, например, человек – 2,5–3,5 Гр, птицы – 8–20 Гр, змеи 80–200 Гр, покрытосеменные растения – 10–20 Гр, голосеменные растения – 4,5–6 Гр.
Самый радиоустойчивый объект – Micrococus radiodurans, размножающийся при дозе излучения ~106 Гр.
7.5. Молекулярный механизм действия радиации
Облучение вызывает различные повреждения ДНК и ее комплексов.
Это образование фотодимеров тимина, урацила, цитозина, смешанных димеров, гидратация цитозина и урацила; внутримолекулярные, внешнемолекулярные и межмолекулярные сшивки ДНК, сшивки ДНК-белок; разрывы сахарофосфатного остова нуклеиновых кислот. Различают одиночные
разрывы, когда связь между отдельными атомными группировками нарушается в одной из нитей двунитевой молекулы ДНК, и двойные, когда разрывы происходят сразу в двух цепях, что приводит к распаду молекулы на
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
куски. При любом разрыве нарушается считывание информации с молекулы ДНК и пространственная структура хроматина. Одиночные разрывы не
приводят к поломкам молекулы ДНК, т. к. ее фрагменты прочно удерживаются на месте водородными, гидрофобными и другими связями с противоположной нитью ДНК, и, кроме того, структура очень хорошо восстанавливается мощной системой репарации. Многие авторы поэтому склонны думать, что одиночные разрывы сами по себе (если не переходят в
двойные) не являются причиной гибели клеток.
Кроме образования разрывов, в облученной ДНК нарушается структура оснований, прежде всего тимина, что увеличивает число генных мутаций.
Пуриновые азотистые основания более фоторезистентны, чем пиримидиновые, поэтому нуклеиновые кислоты повреждаются преимущественно в результате фотохимических реакций с участием пиримидиновых оснований.
Димеризация тимина обнаружена в 1958 году Р. Бейкерсом и В. Берендсом. Сущность реакции фотодимеризации состоит в разрыве 5,6двойной связи у обеих вступающих во взаимодействие молекул тимина и
образовании циклобутанового кольца (рис. 4):
Рис. 4. Реакция димеризации тимина
Реакция фотодимеризации урацила аналогична фотодимеризации тимина
(рис. 5):
Рис. 5. Реакция димеризации урацила
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Фотодимеры цитозина неустойчивы и в темноте могут мономеризоваться или дезаминироваться с превращением в димеры урацила через стадию образования смешанного димера (рис. 6):
Рис. 6. Реакция димеризации цитозина
Данные повреждения устраняются деятельностью фермента дезоксириботидпиримидинфотолиазы (фотолиаза) при освещении видимым светом.
Сущность реакции гидратации под действием радиации заключается
в присоединении молекулы воды к пиримидиновому кольцу у 5,6-двойной
связи с ее разрывом (рис. 7):
Рис. 7. Реакция гидратации пиримидиновых азотистых оснований
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Макромолекулы нуклеиновых кислот под влиянием радиации претерпевают денатурационные изменения, которые являются следствием
разрушения кооперативной системы слабых нековалентных связей (водородных, гидрофобных) и частичным (локальным) или полным нарушением
ее двуспиральной структуры.
Сшивки нуклеиновая кислота-белок в составе рибонуклеопротеида и
дезоксирибонуклеопротеида под действием радиации происходят за счет
присоединения SH¯ и OH¯ групп аминокислот белков (гистонов) к пятому
(или шестому) углеродному атому азотистого основания ДНК (прежде всего тимина).
Не все повреждения, которые возникают в молекуле ДНК, приводят
к гибели клетки или нарушению исходной генетической информации (мутации), большая часть их восстанавливается системами репарации и не
приводит к серьезным нарушениям жизнедеятельности клетки. Эффективность систем репарации может проиллюстрировать следующий пример:
каждая клетка человека один раз в год испытывает попадание в свое ядро
(повреждение ДНК), а 1/5 клеток часть испытывает за этот же промежуток
времени два попадания.
7.6. Повреждения структуры ДНК хромосом, возникающие
под действием радиации
7.6.1. Генные мутации
Основную роль в гибели клетки от ионизирующего излучения играют повреждения ДНК, возникшие в клеточном ядре.
Радиация, помимо летального действия на клетку, оказывает сильное
влияние на наследственный аппарат клетки, вызывая мутации. Радиацию (ионизирующее излучение) относят к S-независимым мутагенам, т. е. для возникновения изменения наследственной информации (мутации) не требуется
прохождение клеткой S-фазы в интерфазе. Радиация как мутаген не имеет
порога действия. Т. о. любое повышение фона ионизирующих излучений в
результате испытаний ядерного оружия в атмосфере, аварийных ситуаций на
АЭС, приведет к увеличению генетического груза в популяциях человека
(увеличится частота встречаемости наследственных заболеваний).
7.6.2. Структурные перестройки хромосом
При действии на хромосомы ионизирующих излучений возникает
большое количество хромосомных перестроек. Хромосомные перестройки
возникают в результате двух актов: разрыва хромосомы и соединения разорванных концов. Разрыв образуется в результате непосредственного или опосредованного действия агента. Предполагается, что причиной разрыва хромосом является ионизация атомов в молекуле ДНК. Соединение разорванных
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
концов зависит от специфичности действия ионизирующего агента, от последующих изменений в клетке, возникших в результате его действия или
влияния дополнительных факторов среды. Индуцированные разрывы в хромосомах могут происходить как в одной точке, так и в двух, трех и т. д.
Структурные изменения вследствие двух одновременных разрывов называются двухударными. Одновременные перестройки происходят как в пределах
одной хромосомы, так и в разных хромосомах. Образование аберраций хромосом, индуцированных ионизирующими излучениями, зависит от стадии
митотического цикла, на которое приходится мутагенное (радиационное)
воздействие. При облучении клеток растений и животных в фазе G1 хромосома ведет себя как одна эффективная нить. Это значит, что единицей разрыва и обмена, являющихся цитогенетическими эффектами радиации, служит
целая хромосома. Согласно унинемной модели, это утверждение равносильно тому, что единицей разрыва и обмена в конечном итоге служит одна молекула ДНК. Перестройки хромосом, образующиеся при облучении в фазе
G1, называются аберрациями хромосомного типа.
Иная картина наблюдается при действии ионизирующих излучений
на клетки в постсинтетическом периоде G2. Здесь каждая хромосома представлена двумя хроматидами, и каждая из хроматид выступает как независимая характеристика разрыва и обмена. Поэтому в фазе G2 хромосома
реагирует на облучение как структура, состоящая их двух эффективных
нитей, а перестройки, возникающие в этой фазе, называются аберрациями
хроматидного типа.
В фазе синтеза ДНК (S-фазе) в ответ на действие ионизирующих излучений не формируются хромосомные и хроматидные аберрации (как, казалось бы, должно быть). Показано, что смена типа перестроек с хромосомного на хроматидный тип в действительности происходит за 1–2 часа
до начала фазы S. При облучении клеток в конце фазы G2 – начале профазы образуются перестройки своеобразной конфигурации, получившие название субхроматидных обменов, поскольку нить, соединяющая две расходящиеся в анафазе дочерние хромосомы, тоньше хроматиды. Мишенями
для формирования аберраций хромосом служат участки физиологических,
т. е. нормально возникающих в клетке, межхромосомных и внутрихромосомных контактов. Частными случаями таких контактов являются петли,
предшествующие образованию делеций, инверсий и кольцевых хромосом.
Контакты на молекулярном уровне представляют собой взаимодействие
повторяющихся нуклеотидных последовательностей, принадлежащих к
одному семейству. Вследствие различных комбинаций при перестройке
хромосом возникают концевые, внутренние и кольцевые дицентрические
делеции и взаимные транслокации. При хроматидных разрывах в зависимости от их числа (одинарные или двойные разрывы) возникают хроматидные и изохроматидные делеции, внутри- и межхромосомные обмены,
которые могут быть асимметричны и симметричны.
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Хромосомные и хроматидные перестройки, возникающие на разных
стадиях митоза, нарушают нормальный его ход и могут приводить к гибели клеток.
Частота возникновения разных хромосомных перестроек находится в
различной зависимости от дозы ионизирующей радиации. Частота хромосомных перестроек, происходящих в результате одиночных разрывов, находится в
линейной зависимости от дозы ионизирующей радиации. Частота двуцепочных (независимых одновременных) разрывов пропорциональна квадрату дозы.
Под влиянием ионизирующего облучения клеток увеличивается также
возможность нерасхождения хромосом, в результате чего появляются анеуплоидные и даже полиплоидные ядра. Неравномерное распределение хромосом
в митозе в облученных клетках объясняется, как правило, двумя причинами:
1) разрушение ахроматинового веретена;
2) слипание хромосом.
Возникновение нерасхождения хромосом зависит от дозы ионизации, стадии развития клеток, возраста, генотипа организма. Индуцируемый
радиацией мутагенез зависит от следующих фактов:
1) дозы и характера облучения;
2) особенностей организма;
3) типа облучения клеток;
4) условий среды в момент облучения;
5) физических особенностей разных видов излучения;
6) типа повреждений ДНК;
7) эффективности репарации.
Молекулярный механизм радиоактивного мутагенеза зависит от повреждений ДНК.
Под воздействием радиации могут происходить точковые мутации.
Различают два основных типа внутригенных мутационных изменений: замена оснований и мутации со сдвигом рамки, связанные с выпадением или
вставкой одного или нескольких оснований. Возможны мутации, связанные с изменением положения гена. Частота генных мутаций под действием
X-и γ-облучения в зависимости от дозы носит линейный характер. Это указывает на то, что они образуются одномоментно, т. е. один акт ионизации,
возникающий вдоль пути следования частицы или фотона, вызывает мутацию. Установлены основные закономерности мутационного процесса, вызванного ионизирующей радиацией:
1) действие ионизирующего излучения как мутагенного фактора имеет
универсальный характер и проявляется на всех биологических объектах;
2) мутационный процесс, вызванный ионизационным излучением,
ненаправленный, т. е. может затрагивать любые признаки организма и носить статистический характер;
3) радиация индуцирует те же типы мутаций, которые возникают и
при спонтанном мутагенезе.
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7.7. Модификация радиочувствительности
Проявление радиобиологического эффекта может изменяться под
влиянием факторов физической и химической природы, называемых модификаторами лучевого поражения. Вещества, введение которых животному, а
также добавление в культуральную среду или к биологическому объекту перед действием ионизирующего излучения вызывают значительное усиление
радиационного эффекта, получили название радиосенсибилизаторы (вещества, снижающие радиационный эффект – радиопротекторы).
Конечная цель исследований по вопросами модификации радиочувствительности – это нахождение путей активного и избирательного воздействия на радиочувствительность, т. е. ослабление или усиление в зависимости от необходимости. Наиболее активно проблема модификации радиочувствительности, точнее – овладение способами управления радиочувствительностью, начала развиваться после 1945 года и в последующий
период интенсивного испытания атомного оружия, когда возникла реальная угроза возникновения массовых лучевых поражений человека. Во всех
развитых странах мира внимание ученых в данный период было привлечено к поиску средств противолучевой защиты.
Радиочувствительность биообъектов (биосистем) можно модифицировать различными путями: изменением выходов первичных радиационнохимических реакций, дезактивацией свободных радикалов и других активных продуктов радиолиза, активацией или ингибированием репарационных, восстановительных процессов и т. п. Процесс модификации радиобиологических эффектов осуществляется на разных уровнях организации
клетки, охватывая разные этапы формирования лучевого поражения.
Рассмотрим механизм радиосенсибилизации на примере кислородного
эффекта. Кислородный эффект – это явление усиления лучевого поражения
организмов в присутствии кислорода (при повышенных его концентрациях)
по сравнению с поражением при облучении в условиях гипоксии и аноксии.
Кислородный эффект был описан Р. Шварцем в 1909 году. Это эффект обнаружен как в модельных системах, так и в экспериментальных на всех уровнях
биологической организации (субклеточном, клеточном, тканевом, органном и
организменном). При снижении содержания кислорода в биообъекте значительно ослабляются все биореакции (биохимические нарушения, мутации,
угнетение роста и развития) и повышается выживаемость облученных организмов. В настоящее время не выяснено, какие свойства кислорода ответственны за его радиомодифицирующее воздействие. Механизм защитного действия гипоксии объясняется тем, что при облучении в присутствии молекулы
кислорода, являющейся биорадикалом, образуются пероксидные радикалы,
которые усиливают действие ионизирующих излучений на жизненно важные
макромолекулы и структуры клеток и (или) ослабляют эффективность внутриклеточных защитных веществ.
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Количественным выражением изменения эффекта облучения под
влиянием кислорода служит ФИД (фактор изменения дозы), который в
данном случае называют коэффициентом кислородного усиления (ККУ).
Величина кислородного эффекта зависит главным образом от вида ионизирующего излучения и условий облучения. Наибольший кислородный
эффект наблюдается при действии рентгеновских и γ-лучей. С ростом
плотности ионизации кислородный эффект уменьшается, а при действии
наиболее плотно ионизирующих излучений, например, α-частиц, исчезает.
Практически сенсибилизирующее действие кислорода при облучении клеток проявляется только при его присутствии непосредственно в
момент облучения. Классическая зависимость кислородного эффекта от
концентрации кислорода впервые экспериментально была установлена
Л.Г. Греем и сотрудниками.
Выявлено, что при давлении кислорода, равном 159 мм ртутного столба
(20,92 % О2), радиочувствительность клеток максимальна, она близка к 3 и не
возрастает при повышении содержания кислорода до 100 % (рис. 8).
Рис. 8. Зависимость радиочувствительности клетки от концентрации кислорода
(% от атмосферного) и его парциального давления (мм ртутного столба при 37 °С)
(по Грею, 1953)
Кислородный эффект находит применение в лучевой терапии: повышение содержания кислорода в опухоли и создание гипоксических условий в окружающей ткани позволяют усиливать лучевое поражение опухолевых клеток с одновременным уменьшением повреждения здоровых
тканей. Т. о. кислород – универсальный радиомодифицирующий агент.
7.7.1. Радиопротекторы
Развитие ядерной энергетики поставило перед радиобиологией задачу – выработку эффективных средств противолучевой защиты. Одна из ре56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
альных возможностей повышения радиорезистентности организма на биологической основе состоит в использовании средств фармако-химической
защиты – протекторов, существенно уменьшающих поражающее действие
радиации. Под фармакологической защитой понимают введение в организм непосредственно перед облучением протектора, приводящее к повышению выживаемости.
Нет такого класса соединений, который бы со времени открытия этого явления Баком в 1949 году не был исследован на предмет поиска радиопротекторных средств. Можно привести множество препаратов, эффективных в противолучевой защите. Это цианистый натрий (А. Эрв), цистеин
(Г.М. Патт), цистеамин, цистамин (Бак), меркаптопропиламин (Романцев),
серотонин (Лангендорф), мексамин (Жеребченко, Суворов), аминоэтилимизотиуронин (Доэрти).
Несмотря на обилие испытанных средств, наиболее перспективные и
наиболее эффективные из них относятся к двум большим классам соединений – индолилалкиламинам и меркаптоалкиламинам.
Соединения, относящиеся к классу индолилалкиламинов, можно рассматривать как производные триптамина (рис. 9).
Рис. 9. Структурная формула триптамина
Триптамин при внутрибрюшинном введении мышам за 5–20 минут
перед облучением на 20–30 % повышает их выживаемость по сравнению с
контролем.
Меркаптоалкиламины относятся к серосодержащим соединениям.
Наиболее эффективен 2-меркаптоэтиламин (МЭА): HS-CH2-CH2-NH2.
Внутрибрюшинное введение мышам или крысам МЭА в количестве
150 мг/кг за 5–15 минут перед облучением их в минимальной летальной
дозе позволяют предотвратить гибель 10–80 % животных.
Однако практическое применение протекторов наталкивается на ряд
трудностей, связанных как с особенностью используемых соединений, так и с
малочисленностью сведений об их действии в разных условиях облучения.
Изучение возможности ослабления поражающего действия ионизирующих излучений, непосредственно связанное с конкретизацией представлений о сущности радиобиологического эффекта, представляет больше
возможностей для деятельности в области управления радиочувствительностью организма.
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7.7.2. Принципы действия радиопротекторов
Радиозащитный эффект протекторов обусловлен однонаправленными метаболическими изменениями на молекулярном уровне, наступающими под влиянием противолучевых агентов, независимо от их природы. К
этому сводятся все гипотезы о механизмах защиты. Их различия заключаются лишь в определении эндогенных факторов, осуществляющих это
опосредованное влияние.
На основании гипотез о противолучевой защите (сульфгидрильной
гипотезы, гипотезы «биохимического фона радиорезистентности», гипотезы увеличения объема репарации и развития неспецифических реакций
клеток) была предпринята попытка обобщить механизмы противолучевой
защиты. Результатом явилось создание общих принципов противолучевой
защиты.
Cхематически механизм противолучевой защиты представлен на рисунке 10.
Рис. 10. Общий механизм противолучевой защиты (по Эйдусу и Корыстову, 1984).
Обозначения даны в тексте
•
В мишени (М) под влиянием прямого (hυ) или косвенного ( OH )
действия радиации возникает два вида потенциальных повреждений: чув-
•
•
ствительные ( М о ) и нечувствительные ( М Н ) к кислороду. За кислородчувствительные повреждения конкурируют друг с другом кислород и тиолы (радиопротекторы, содержащие SH-группы), находящиеся около клеточных мишеней. Взаимодействие с тиолами модифицирует повреждение
в состояние МН, которое, в отличии от МО2 (фиксированное кислородом),
поддается дальнейшей ферментативной репарации (ФР). Если последнее
не происходит, то состояние МН оказывается также летальным, что имеет
место при облучении мутантов по репарации даже в присутствии протек58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
торов или в условиях аноксии. С ростом ферментативной репарации (один
из типов воздействия радиопротекторов) уменьшается летальность МН,
растет радиорезистентность.
7.8. Интерпретация кривых доза–эффект
Кривые выживания самых разных клеток при действии рентгеновского, γ- и любого другого редкоионизирующего излучения имеют одинаковую форму в системе полулогарифмических координат (дозу излучения
откладывают по шкале абсцисс в линейном масштабе, а выживаемость – на
оси ординат в логарифмическом). Кривая состоит из плеча и линейного
участка, начинающегося после дозы 3–5 Гр (рис. 11).
Рис. 11. Определение основных параметров кривой выживаемости
(по Ярмоненко и др., 1976)
При облучении системы плотноионизирующими излучениями кривые не имеют плеча. В линейных координатах они экспоненциальны, а в
полулогарифмических координатах прямолинейны. Такая зависимость
описывается уравнением вида:
N
= e
N 0
− D /D
0
,
где N – число выживших клеток из общего числа N0;
D0 – доза, при которой доля выживших клеток N/N0 = e-1 = 0,37.
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Т. о., при дозе излучения, равной D0, выживает 36,7 и погибает 63,3
клеток; это связано с тем, что взаимодействие излучения с веществом имеет вероятностный характер, и при облучении часть дозы расходуется на
уже пораженные клетки, которых, согласно распределению Пуассона, будет 36,7 %. Величина D0 служит показателем радиочувствительности клеток и определяется по кривой выживания как доза, при которой выживает ~ 37 % клеток от исходного количества. Иногда поэтому ее называют
D37, что в случае экспоненциальных кривых одно и то же, но для кривых,
имеющих плечо, величины D0 и D37 различны. Графическое представление
данных порождает гипотезу о существовании некой «критической дозы»,
при которой якобы погибают «все клетки», т. к. экстраполяция кривой выживаемости приводит к пересечению с осью абсцисс. На самом деле при
возрастании дозы излучения фракция выживших клеток (или вероятность
выживания) лишь асимптотически стремится к нулю.
Представление о критической дозе все же не лишено смысла в связи с
тем, что при облучении ткани, в которой клетки находятся в близком контакте друг с другом, те из них, которые пережили облучение, могут погибнуть за
счет автолиза и выхода ферментов из соседних клеток. Снижение фракции
выживших клеток до 10-6–10-7 от исходной (при этом в 1 см3 остается от 10 до
100 живых клеток) приводит к полной гибели всех клеток под действием
других, не связанных с облучением процессов, и соответствующая доза облучения может рассматриваться как критическая. Для клеток, не контактирующих друг с другом, представление о критической дозе неприменимо.
Кривые, имеющие плечо, описываются уравнением:
N
=1− (1− e−D/ D0 )n ,
N0
где n – экстраполяционное число, определяемое как значение ординаты в
месте ее пересечения с экстраполированным прямолинейным участком
кривой выживания. Здесь ее величина D0 также служит мерой исходной
радиочувствительности и определяется как приращение дозы, снижающей
выживаемость в e раз на прямолинейном участке кривой доза-эффект.
Плечо на кривой выживания определяет способность клеток восстанавливать жизнеспособность путем репарации от части нанесенного поражения.
Репараторные способности клетки исчерпываются после доз 3–5 Гр. Мерой способности клеток к репарации является величина плеча, оцениваемая квазипороговой дозой Dq. Она соответствует точке пересечения экстраполированного прямолинейного кривой выживания с прямой, параллельной оси абсцисс, проведенной на уровне 100 % выживаемости. При
уменьшении репараторной способности клеток, аноксии, плотноионизирующем излучениям: n→1; Dq→0 Гр.
Т. о., анализ кривых доза–эффект показывает, что выживаемость клеток определяется их радиочувствительностью, мерой которой служит величина D0.
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Кривые, количественно описывающие воздействие радиации на
клетки, имеют одну специфическую особенность. Даже при самых малых
дозах может быть зарегистрирован экстремальный эффект и гибель клетки
(с малой вероятностью), а с другой – и при очень больших дозах (с малой
вероятностью) могут сохраниться отдельные жизнеспособные клетки.
Т. о., радиация не имеет порога действия (как мутаген), и любое, даже самое незначительное, увеличение радиоактивного фона приведет к росту
генетически обусловленных заболеваний.
7.9. Теоретические представления о механизме биологического
действия ионизирующих излучений
В основе первичных радиационно-химических превращений молекул
лежат два механизма воздействия радиации: 1) прямое действие и 2) косвенное действие.
Эти механизмы были положены в основу теорий, объясняющих воздействие радиоактивных излучений на организм. При этом можно четко
наметить два направления в развитии теоретических представлений о лучевом поражении. Количественные гипотезы устанавливают общие, часто
формальные, но обязательно количественные закономерности, характеризующие первичные, пусковые механизмы радиобиологических реакций.
Другое направление включает в себя представления, стремящиеся
объяснить все многообразие сложных лучевых реакций биологических
объектов. Эти гипотезы носят качественный, описательный характер.
К количественным теориям относится теория мишени (в основу положен механизм прямого действия радиации), к качественным – теория
непрямого действия радиации, гипотеза первичных радиотоксинов и цепных реакций, структурно-метаболическая теория (две последние пытаются
комплексно оценить прямое и непрямое действие радиации).
7.9.1. Теория мишени
Эта гипотеза была развита в трудах Кроузерна, Н.В. ТимофееваРесовского, Циммера, Ли. Согласно данной теории, в клетке имеется определенный, чувствительный к радиации объем (мишень), попадание в который
ионизирующей частицы или кванта приводит к гибели ее. Действительно,
среди органоидов есть менее существенные и более существенные для жизни
структуры. Попадание ионизирующей частицы в мишень подчиняется закону
вероятности и вычисляется при помощи уравнения Пуассона:
an ×e−a
P(n) =
n!
где a – среднее число попаданий в мишень;
n – одно, два … n попаданий.
61
,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
По данной гипотезе, лучевая реакция проявляется при определенном
количестве совершенно случайных прямых попаданий кванта ионизирующего излучения. С возрастанием дозы облучения увеличивается вероятность попадания. Следовательно, лучевая реакция организма определяется
вероятностью необходимого количества попаданий. Попадания представляют собой акты ионизации или поглощения. Чем меньше доза, вызывающая биоэффект, тем больше мишень.
Математические расчеты, сделанные с помощью уравнения Пуассона, позволяют получать графики зависимости эффекта от дозы (кривые
«доза–эффект»). В некоторых случаях расчетные данные совпадают с экспериментальными.
Во всех случаях наблюдается закономерность: при самых малых дозах облучения уже обнаруживаются инактивированные клетки или молекулы, а при дозах, в сотни и тысячи раз больших, все еще обнаруживаются
объекты, не пораженные излучением.
Сторонники теории мишени пытались связать понятие мишени с какой-либо частью клетки: с ядром, ядрышком, геном. Н.В. ТимофеевРесовский утверждал, что мишенью является ген, в котором происходят
мутации. Однако объем гена составляет 250 мкм2, а по теории мишени ее
объем должен составлять 0,25 мкм2.
Теория мишени не может удовлетворительно объяснить такие факты,
как различная биологическая эффективность ионизирующих излучений,
радиочувствительность организмов, кислородный эффект, защитные действия химических веществ и т. д. Она не учитывает возможность пострадиационных восстановлений. Поэтому теория мишени дает не безупречной
математической интерпретации радиобиологических эффектов и применима в основном для анализа «высушенных» элементарных биологических
объектов (вирусов, фагов).
7.9.2. Теория непрямого действия радиации (теория Вейса и Дейла)
Теория непрямого действия радиации пытается объяснить конкретные физико-химические процессы, обусловливающие дальнейшие поражения живого объекта. Согласно этой теории, в водной фазе живого организма возникают химические продукты радиолиза воды: ионы, радикалы,
пероксиды. Они вступают во взаимодействие с органическими веществами
клетки и вызывают их изменение. В доказательство справедливости теории
приводят факты защиты от излучений химическими веществами, увеличение степени повреждения ионизирующей радиации при воздействии на увлажненные объекты (вирусы) по сравнению с сухими. Теория непрямого
действия объясняет наличие инкубационного периода при лучевом поражении следующим образом. Продукты радиолиза воды вызывают в биосубстрате возникновение химических реакций автокаталитического типа.
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Данная теория не в состоянии объяснить ряд известных фактов: какие
радикалы и пероксиды ответственны за развитие лучевого поражения, как участвуют в развитии лучевой болезни различные органические вещества клетки.
7.9.3. Структурно-метаболическая теория
Эта теория разработана членом-корреспондентом АН СССР
А.М. Кузиным. В ее основе лежит идея о том, что вслед за физическим поглощением энергии ионизирующих излучений в клетке развиваются не
только радиационно-химические процессы, но, благодаря включению биохимических механизмов усиления, возникают и дополнительные высокореакционные продукты, что приводит к повреждению биологически важных молекул и к образованию низкомолекулярных токсических метаболитов. В качестве последних выступают хиноны и ортохиноны – первичные
радиотоксины. Образование их начинается в момент облучения – это один
из первичных процессов, возникающих при действии радиации.
Схематически структурно-метаболическую теорию можно представить следующим образом.
1. Поглощение энергии ионизирующего излучения молекулами воды, белков, липидов и другими компонентами клетки. Образование ионов,
свободных радикалов, возбужденных молекул.
2. Возникновение первичных радиационно-химических реакций –
следов пероксидов, хинонов.
3. Сопряжение первичных радиационно-химических реакций с активацией и инактивацией ферментативных систем.
4. Искажение ферментативных химических реакций, ведущее к возрастанию количества биологически активных веществ, пероксиды ненасыщенных жирных кислот – первичных радиотоксинов. Они диффундируют к мембранам клетки, изменяя их проницаемость, влияют на ДНК, что
отражается на синтезе белков (измененные белки). При этом нарушаются
ферментативные процессы, возникают вторичные радиотоксины (холин,
гистамин), что приводит к развитию лучевой болезни.
Структурно-метаболическая теория не является общепризнанной
универсальной теорией биологического действия радиации, хотя она и
рассматривает лучевое поражение как нарушение характерной для клетки
в целом строгой упорядоченности, структурированности компонентов и
сопряженности и координированности биохимических реакций.
Структурно-метаболическая теория не может объяснить:
1) зависимости кинетики и концентрации накопления первичных
радиотоксинов от величины линейной потери энергии излучением, с которой связан относительный биологический эффект излучения;
2) количественных соотношений между накоплением первичных радиотоксинов в объекте и степенью его поражения;
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3) вряд ли можно согласиться с ведущей ролью первичных радиотоксинов в первичных процессах радиационного поражения, если время образования токсинов, согласно определению, смещается от момента облучения к ближайшим часам и даже нескольким суткам после облучения.
7.9.4. Теория первичных радиотоксинов и цепных реакций
Согласно этой теории, радиобиологический эффект можно объяснить за
счет возникновения в биосубстрате особых химических реакций аутокаталитического типа. В результате поглощения энергии излучения молекулами ткани происходит возбуждение атомов и молекул, возникают ионы, радикалы,
пероксиды – инициаторы окислительных реакций. Развивающиеся цепные реакции приводят к нарушению химических процессов в клетке, затем к нарушению функций органов и систем организма. Таким путем развивается лучевая болезнь. Причем, согласно данной теории, в первичных реакциях лучевого
поражения возможно как прямое действие радиации на органические молекулы, так и опосредованное (через продукты радиолиза воды). Авторы этой теории (Кудряшов Ю.Б., Тарусов Б.А.) придают определяющее значение в радиобиологическом эффекте цепным реакциям окислительного типа, возникающим в липидных компонентах клетки. Липиды богаты двойными связями, поэтому могут легко окисляться под влиянием активных продуктов, возникающих после облучения. В результате цепных окислительных реакций возникают липидные радиотоксины – гидропероксиды, эпоксиды, альдегиды и кетоны, – которые индуцируют развитие всех последующих событий в клетках,
включая поражение генетического аппарата.
Критика теории:
1) аналогия в действии липидных радиотоксинов и ионизирующих
излучений ограничена лишь определенным кругом явлений, но установлены принципиальные отличия (не выявлено мутагенного действия липидных радиотоксинов);
2) кинетика накопления липидных радиотоксинов количественно не
связана с линейной потерей энергии излучением;
3) отсутствуют четкие количественные временные характеристики
зависимости эффекта поражения биосистем от скорости образования липидных радиотоксинов при дозах облучения, которые различаются.
Обобщив полученные данные о влиянии радиации на живые организмы, Кудряшов и Гончаренко (1983) предложили схему формирования
лучевого токсического эффекта (рис. 12).
7.10. Радиационный гормезис
В течение нескольких десятилетий существуют два направления в
радиобиологии, спор между которыми никак не закончится чьей-либо победой. Причина – разные подходы к оценке влияния на биоту малых доз
радиации. Первый подход постулирует, что проблемы малых доз не суще64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ствует, и все закономерности действия больших доз можно экстраполировать на малые. Второй – малые дозы по эффекту принципиально отличаются от больших, поэтому методология их изучения должна отличаться от
общепринятой в современной радиобиологии.
Согласно первому подходу, отсутствия мутаций можно ожидать только
при полном отсутствии радиационного фона. Однако средняя годовая эффективная эквивалентная доза от естественных источников радиации составляет
2 мЗв, причем в разных районах земного шара эта величина варьирует от
0,3 мЗв в Европе и Японии до 250 мЗв в Бразилии, недалеко от Сан-Паулу.
Для сравнения: дозы радиации, излучаемой источниками, которые используются в медицине и составляют основную часть излучений техногенных источников радиации, составляют около 0,4 мЗв в год. Так что полностью освободиться от естественной радиации, а следовательно и избавиться полностью
от мутационного процесса, никогда не удастся.
Попытки поставить эксперименты, в которых организмы существовали бы в отсутствие радиационного фона, впервые были поставлены в
1965 году во Франции и продолжены А.М. Кузиным в СССР и Т. Лакки в
США. Снижение природного фона естественной радиации оказывало неблагоприятный эффект на рост и размножение клеток. Так, было показано
резкое увеличение числа аномалий развития у детенышей крыс, развивающихся в условиях пониженного радиационного фона, у инфузорий
снижалась скорость размножения, причем этот показатель восстанавливался после восстановления уровня естественного радиационного фона.
Понятие «радиационный гормезис» было введено в биологию в 80-е годы и, как в гомеопатии, постулировало, что если большие дозы радиации оказывают неблагоприятные эффекты на живые организмы – угнетают деление
клеток, рост и развитие, то малые дозы стимулируют практически все физиологические процессы. Конкретные величины малых доз зависят от видовой
характеристики, для млекопитающих они лежат в диапазоне до 0,5 Гр. Эксперименты свидетельствуют о том, что под влиянием малых доз ионизирующих
излучений естественная продолжительность жизни животных увеличивается
на 10–12 % по сравнению с адекватным контролем. Сторонники идеи радиационного гормезиса не без оснований считают, что атомная радиация является
естественным, постоянно действующим на организм фактором, без которого
нормальное существование невозможно, как невозможна жизнь без гравитации, магнитного поля или кислорода. А.М. Кузин предложил непротиворечивую гипотезу, объясняющую различные эффекты больших и малых доз облучения. Большие дозы облучения влияют на радиочувствительные ткани, в то
время как малые дозы изменяют регуляторные функции радиоустойчивых
тканей. Большие дозы вызывают в клетках патологические эффекты, поскольку кванты энергии разрушают ДНК, и этот процесс усиливается биологически
активными веществами клетки. Малые дозы эффектируют свойства мембран и
цитозоля, не затрагивая генетический аппарат.
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 12. Формирование лучевого токсического эффекта
(по Кудряшову, Гончаренко, 1983).
Обозначения: I ЛПР – первичные липидные радиотоксины;
II ЛПР – вторичные липидные радиотоксины
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Существование такого парадоксального явления, как радиационный
гормезис, подтверждено в разных лабораториях и на различных объектах.
γ-облучение в малых дозах стимулирует прорастание семян, вызывает увеличение вегетативной массы растений. Малые дозы активируют иммунную систему у разных видов животных и ключевые мембранносвязанные
ферменты, в частности, аденилатциклазу, активируют репарационные системы и, что немаловажно, повышают устойчивость клеток и организма к
последующим более высоким дозам облучения.
Словарь терминов и основных понятий
Активность радиоактивных изотопов – число атомных ядер, распадающихся в препарате данного изотопа в единицу времени.
Аллель – одно из возможных состояний гена, каждое из которых характеризуется уникальной последовательностью нуклеотидов.
Аллели множественные – серия различных аллелей одного гена, возникших мутационным путем и отличающихся друг от друга по своему
проявлению, но принадлежащих одному и тому же локусу. Напр., ген «А»
может мутировать в а, а1, а2, а3, а4 и т. д.
Анализирующее скрещивание – скрещивание с рецессивной гомозиготой (особь–анализатор), по результатам расщепления можно определить генотип анализируемого гибрида.
Анеуплоидия – явление, при котором клетки имеют несбалансированный набор хромосом.
Антимутагены – вещества, предупреждающие или снижающие действие мутагенов. Многие витамины – в частности фолиевая кислота и витамин Е являются универсальными антимутагенами.
Апоптоз – запрограммированная смерть клетки.
Аутосомы – все хромосомы кроме половых. В соматических клетках
каждая аутосома представлена дважды.
Банк генетический – хранилище семян, замороженных тканей, клеток растений и животных, пригодных для последующего воспроизведения.
Банк генов – набор генов данного организма, полученный на основе
рекомбинантных ДНК.
Библиотека генома – набор клонированных фрагментов ДНК, содержащих весь геном.
Биологический эквивалент рентгена – доза любого излучения, эквивалентного по своему биологическому действию 1 Р рентгеновского излучения энергией 250 кэВ.
Взаимодействие генов аллельное – взаимодействие генов одного локуса гомологичных хромосом (полное доминирование, неполное доминирование, кодоминирование).
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Взаимодействие неаллельных генов – совместное действие двух или
большего числа генов в формировании одного признака (комплементарное, эпистаз, полимерия, плейотропия).
Гамет чистота – закон чистоты гамет, согласно которому у диплоидных гибридных организмов каждая гамета может нести только один из
двух аллелей данного гена.
Ген – участок ДНК (у вирусов РНК), кодирующий синтез одной из
видов РНК. В его состав входят участки – промотор, палиндром, смысловая часть, состоящая из экзонов и интронов, а также участок терминации.
Интронные последовательности чаще встречаются у эукариот. По выполняемым функциям различают структурные и регуляторные гены.
Ген летальный – ген, вызывающий гибель организма.
Ген регуляторный – транскрибируется и служит сайтом узнавания
для ферментов и др. белков при репликации. Контролирует синтез репрессора, который ингибирует действие гена-оператора и т. о. регулирует
транскрипцию структурных генов в опероне.
Ген-супрессор – ген, подавляющий эффект мутаций в др. генах и
восстанавливающий фенотип дикого типа.
Генетика – наука, изучающая явление наследственности и изменчивости живых организмов.
Генетическая инженерия – генетическое конструирование новых
форм ДНК, клеток и организмов с помощью искусственного переноса генов.
Г. и. возникла в 1972 г., когда П. Берг создал рекомбинантную ДНК, включавшую в себя фрагменты лямбда-фага Е. coli. и вируса обезьян SV40.
Генетическая нестабильность – изменения локализации, структур и
числа копий генов в геноме в течение жизни.
Генетические карты – выявление всех генов, присутствующих в геноме организма и установление между ними расстояния.
Генетический груз – 1) среднее число летальных мутаций на особь;
2) число летальных и патологических мутаций в популяции.
Генетический код – система записи наследственной информации в
молекуле ДНК. Генетический код триплетен – три нуклеотида кодируют
одну аминокислоту.
Генетический прогноз – определение вероятности передачи наследственных признаков и заболеваний потомству.
Генотерапия – коррекция наследственной патологии путем введения
в соматические или половые клетки полноценных (функционально активных) генов вместо поврежденных генов.
Геногеография – направление генетики, изучающее причины и механизмы географического распространения определенного гена (генофонда) в ареале данного вида.
Геном – полная генетическая система клетки, определяющая характер
онтогенетического развития организма и наследственную передачу в ряду по68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
колений всех его структурных и функциональных признаков. Совокупность
генов в гаплоидной клетке. Понятие генома может быть применено к таксономической группе, виду, отдельной особи, клетке, микроорганизму или вирусу.
Генотип – совокупность ядерных генов организма.
Геномика – раздел генетики, изучающий геном различных организмов на молекулярном уровне.
Геномная дактилоскопия – идентификация личности по анализу
ДНК. Метод основан на полиморфизме тандемных последовательностей,
которые образуют «картину», специфическую для каждого индивидуума.
Используя ДНК-зонды к этим повторам можно одновременно наблюдать
наследование большого числа аллелей... Этапы метода: геномная ДНК рестриктируется эндонуклеазами, фрагменты разделяются при помощи гелевого электрофореза, переносятся на мембраны (нитроцеллюлозные фильтры) и гибридизуются с мечеными зондами, образуя полиморфные полосы
гибридизации. Получаемый набор вариабельных полос (широкие, узкие и
т. п.) и заключает в себе специфическую картину геномного «дактоотпечатка» (DNA fingerprint). Аллели, формирующие эту картину, стабильны в
зародышевых и соматических клетках и наследуются в соответствии с законами Менделя. Метод широко применяется при картировании геномов,
выяснении отцовства, в криминалистике.
Генетический маркер – ген, фенотипическое проявление которого
обычно легко определяется, и хромосомная локализация известна.
Ген-модификатор – ген, который при взаимодействии с другими генами, меняет их фенотипическое проявление.
Генофонд – совокупность аллелей, встречающихся у особей данной
популяции.
Гены мутабильные – гены, которые непрерывно и внезапно мутируют
в прямом и обратном направлении, как правило, на всех стадиях онтогенеза.
Гены-мутаторы – гены, способные в различной степени (до 10 раз)
повышать частоту мутирования других, но не всех генов, играют ведущую
роль в возникновении мутаций.
Гены, ограниченные полом – гены которые фенотипически проявляются только у одного пола и не проявляются у другого. Могут быть локализованы как в половых, так и в аутосомных хромосомах. Это гены определяющие – молочность, яйценоскость, комолость и др.
Гермафродит. Выделяют «истинных» гермафродитов у которых присутствуют ткани яичника и семенника и «ложных», у которых имеются гонады одного пола, при наличии внутренних и внешних признаков другого пола.
Гетерогаметный пол – особи этого пола, образуют разные по составу половых хромосом гаметы.
Гетерозигота – особь, содержащая доминантный и рецессивный аллели в соответствующем локусе гомологичных хромосом.
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Гетерозис – гибридная мощность первого поколения. Гибриды первого поколения по определенным признакам превосходят лучшую из родительских форм.
Гетерохроматин – генетически неактивные участки хромосом, постоянно находящиеся в конденсированном состоянии.
Гибридологический анализ – один из методов генетического анализа.
Система скрещиваний с последующим использованием статистического
учета распределения по фенотипическим классам потомков (гибридов).
Разработан Г. Менделем в 1868 году.
Голандрическое наследование – передача наследственной информации исключительно через самцов (от отца к сыну), вследствие локализации
генов на Y-хромосоме.
Гомогаметный пол – особи этого пола образуют одинаковые по составу половых хромосом гаметы.
Гомозигота – особь, несущая одинаковые аллели в данном локусе
гомологичных хромосом. Термин применим и по отношению к хромосомным перестройкам (гомозиготах по инверсиям, траслокациям и т. д.)
Группа сцепления – совокупность всех генов, локализованных в хромосоме.
гяРНК – гетерогенная ядерная РНК, первичный продукт гена, формирующийся в ядре.
Диплоид – организм с двумя гомологичными наборами хромосом.
Дискордантность – проявление у однояцевых близнецов различий в
каком-либо признаке.
ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота, биологическая макромолекула, носитель генетической информации.
Доминантность – способность аллелей полноценно проявиться в фенотипе, независимо от того, находятся они в гомо- или гетерозиготном состоянии.
Доминантный – преобладающий, господствующий; участие только
одного аллеля в определении признака у гетерозиготной особи. Доминантные аллели обозначаются прописными буквами А, В, С…
Дрейф генов – генетико–автоматические процессы, изменения частоты
генов в популяции в ряду поколений под действием случайных факторов.
Евгеника – раздел биологии о возможностях улучшения человека
генетическими методами. Принципы евгеники впервые были сформулированы Ф. Гальтоном в 1869 г. Прогрессивные ученые начала ХХ века
(Г. Меллер, Н. Кольцов, Ю. Филипченко, А. Серебровский) ставили перед
евгеникой гуманные цели, что послужило периодом бурного накопления
данных по наследованию признаков человека. Однако идеи евгеники были использованы для оправдания расизма фашистской Германией, что
дискредитировало не только евгенику как науку, но и сам термин.
Зигота – диплоидная клетка, образующаяся в результате слияния
яйцеклетки и сперматозоида.
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Зонд – определенная последовательность нуклеотидов ДНК, меченная радиактивно или нерадиактивно, используемая в молекулярной
генетики.
Изменчивость – всеобщее свойство организмов изменять свой фено–
и генотип, обеспечивая приспособляемость организма. Различают фенотипическую и генотипическую изменчивость.
Иммуногенетика – раздел генетики, изучающий генетическую обусловленность факторов иммунитета, наследование тканевых антигенов,
лейкоцитарных и эритроцитарных антигенов крови.
Инбридинг – близкородственное скрещивание, скрещивание организмов, имеющих общих предков.
Инверсия – мутация, при которой меняется последовательность генов
на каком-либо участке (хромосмная) или последовательность нуклеотидов
внутри гена (генная).
Интрон – транскрибируемый участок ДНК, который удаляется из
состава транскрипта при сплайсинге; в результате последовательности находящиеся по обе стороны от интрона (экзоны) объединяются.
Канцероген – физический или химический агент, индуцирующий раковую опухоль.
Кариотип – совокупность хромосом организма (диплоидный набор),
характеризующаяся их числом, формой и размерами.
Кислородный эффект – явление модификации лучевого поражения организмов в присутствии кислорода (при повышенных его концентрациях) по
сравнению с поражением при облучении в условиях гипоксии и аноксии.
Клеточная инженерия – метод генетического конструирования клеток нового типа путем слияния субклеточных структур (митохондрий, пластид и др.), соединения геномов разных видов и даже царств.
Комплементарность – последовательность соответствующих оснований в противоположных цепях ДНК (А–Т, Г–Ц).
Комплементарность генов – тип взаимодействия неаллельных генов,
обуславливающий развитие нового фенотипического признака.
Косвенное действие радиации – явление инактивации молекул, непосредственно не поглотивших энергию падающего излучения, а получивших ее путем передачи от другой молекулы.
Крисс-кросс наследование – передача признаков от отца к дочерям,
от матери – к сыновьям.
Кроссинговер – обмен идентичными участками (и аллелями генов)
между гомологичными хромосомами при их конъюгации, приводящий к
новой комбинации аллелей.
Лайон гипотеза – гипотеза, согласно которой в соматических клетках женских организмов млекопитающих инактивируется одна их двух Ххромосом. При этом инактивация Х-хромосомы отцовского или материнского происхождения осуществляется случайно.
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Летальная доза (ЛД50/30) – доза, вызывающая гибель 50 % животных
за 30 дней.
Линия чистая – организмы, гомозиготные по изучаемым признакам;
генотипические однородное потомство, полученное в ряду поколений от
гомозиготного самоопылителя либо от 2 раздельнополых особей путем
тесного инбридинга.
Локус – место положения гена в хромосоме.
Миссенс-мутация – точковая генная мутация приводящая к замене одной аминокислоты на другую. Например УУУ – фенилаланин, УГУ – цистеин.
Мобильные гены – «прыгающие гены» – структурно и генетически
дискретные фрагменты ДНК, способные перемещаться по геному клеток.
Мозаицизм – явление, связанное с присутствием у многоклеточного организма клеток, имеющих разный генотип. Например, у человека – различная
пигментация радужной оболочки глаз (один карий, другой – голубой), кожи и
волос (пегость). В медицинской генетике изучен хромосомный мозаицизм –
например, мозаичная форма синдрома Дауна – одна группа клеток и тканей
имеет нормальное число хромосом, а другая – лишнюю 21.
мРНК – матрица для синтеза белка у эукариот, образуется в ядре в
результате процесинга и сплайсинга и переходит в цитоплазму, где информация транслируется.
Модификация – фенотипические изменения признаков организма, возникающие под действием различных факторов среды и не связанные с изменением генотипа. Например УФ–лучи вызывают у человека усиление пигментации кожи – загар (причем у разных людей в разной степени). Модификации
являются изменениями в пределах нормы реакции, обусловленной генотипом.
Обычно модификации не передаются по наследству, однако существуют длительные модификации, которые после прекращения действия вызвавшего их
фактора исчезают постепенно, в течение нескольких поколений.
Моргана закон – гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются совместно (сцеплено).
Морганида – относительное расстояние между двумя генами на хромосоме, равное частоте рекомбинаций между этими генами. Одна морганида соответствует 100 % кроссоверов, 1 сантиморганида – 1 % кроссоверов. Чем больше расстояние между генами, тем выше процент кроссинговера и меньше сила сцепления.
Мутаген – фактор, увеличивающий частоту возникновения мутаций,
вызывающий изменения в ДНК. Различают физические, химические и
биологические мутагены. К физическим мутагенам относятся все виды ионизирующих излучений, ультрафиолет, высокие и низкие температуры,
высокое давление. К химическим мутагенам – алкилирующие соединения,
аналоги азотистых оснований нуклеиновых кислот, алкалоиды, ароматические углеводороды и др. К биологическим – вирусы. Все новые химиче72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ские соединения, которые используются в повседневной жизни человека и
лекарственные препараты проходят испытания на мутагенность.
Мутация – любое изменение в структуре генетического материала. Основные положения: мутация возникает внезапно, без всяких переходов; мутантные формы вполне устойчивы; мутации – изменения качественные, и в отличии
от ненаследственной изменчивости не образуют непрерывных рядов; мутации
возникают в различных направлениях (прямые и обратные) и могут быть как
полезными, так и вредными; одни и те же мутации могут возникать повторно.
Наследование – передача генетической информации в ряду поколений. В зависимости от локализации генов различают ядерное и цитоплазматическое наследование. В свою очередь, ядерное подразделяется на аутосомное и сцепленное с полом наследование.
Наследственность – свойство организмов обеспечивать материальную и функциональную преемственность между поколениями.
Неполное доминирование – тип аллельных взаимодействий, при котором гетерозигота имеет свое фенотипическое проявление.
Нестохастический (детерминированный) вред излучения – эффекты,
отмечаемые у всех облученных биообъектов, выявляемые, как правило,
при высоких дозах облучения (например, лучевые ожоги кожи, лучевая
болезнь с лихорадкой, умственная отсталость у новорожденных и т. д.).
Норма реакции – наследственно закрепленные пределы модификационной изменчивости при изменениях условий окружающей среды.
Обязательные гены, «гены домашнего хозяйства» – гены кодирующие жизненно важные функции, эксперссируются в клетках всех типов.
Онкогены – гены, обуславливающие превращение нормальных клеток эукариот в злокачественные (раковые). Онкогены принято обозначать
тремя малыми лат. буквами, образованными от названия опухоли. Например, src – саркома, erb – эритробластоз. Известно около 40 различных онкогенов. Получены антитела, в том числе моноклональные, а также ДНКзонды, что позволяет обнаруживать их иммунохимическими и генетическими методами на начальных этапах развития болезни.
Основной радиобиологический парадокс – большое несоответствие
между ничтожной величиной поглощенной энергии и крайней степенью
выраженности реакций биообъекта, вплоть до летального эффекта.
Отбор – в практической генетике и селекции процедура исключения
организмов с нежелательными признаками из группы организмов с желательными генотипами. Используется при создании новых пород животных
и сортов растений.
Относительный биологический эффект ионизирующего излучения –
показатель (коэффициент), с помощью которого определяют, во сколько раз
биологическое действие ионизирующих излучений данного типа (например,
альфа-, бета-частицы, нейтроны, протоны и т. д.) больше (или меньше) действия на тот же биологический объект стандартного излучения.
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Плейотропия – множественное действие гена, явление одновременного влияния одного наследственного фактора на несколько или значительное число признаков (полифения).
Поглощенная доза – это энергия любого вида излучения, поглощенная в единице массы среды, подвергнутой облучению.
Полигамия – система брачных отношений при которой одна особь
спаривается в течение сезона более чем с одним представителем противоположного пола.
Полимерия – наличие различных генов, оказывающих сходное воздействие на развитие одного и того же признака. По типу полимерии наследуются
преимущественно количественные признаки – скорость роста и масса животных, яйценоскость кур, интенсивность пигментации кожи у человека.
Полимеразная цепная реакция, ПЦР – процесс амплификации in vitro,
при котором фрагмент ДНК длиной до 15 Кб может быть амплифицирован до
108 копий. Вновь синтезируемые цепи ДНК могут служить матрицами в следующих циклах репликации. Принцип ПЦР – 1) нагревание ДНК, что приводит к образованию одноцепочной молекулы, которая служит матрицей; 2) инкубирование полученных матриц в присутствии ДНК-полимеразы, праймера и
нуклеотидов, что приводит к синтезу новых цепей ДНК; 3) все повторяется
сначала. Увеличение числа копий ДНК идет в геометрической прогрессии.
Полиморфизм – одновременное присутствие в популяции нескольких
форм гена или признака.
Полиплоид – организм, в клетках которого содержится больше двух
наборов хромосом. Полиплоиды характеризуются крупными размерами,
повышенным содержанием ряда веществ, устойчивостью к неблагоприятным факторам среды.
Полиплоидия – геномная мутация, приводящая к изменению числа
хромосом, кратного гаплоидному набору. Возникает в результате нарушения расхождения хромосом в мейозе под действием высокой или низкой
температуры, радиации, алкалоидов (типа колхицин), как в естественных
условиях, так и в эксперименте.
Половые хромосомы – хромосомы, различающиеся у двух полов,
обычно обозначаются: как Х и Y.
Половой хроматин – окрашивающееся тельце (инактивированная
Х-хромосома) в клеточном ядре, число которых всегда на единицу меньше,
чем число Х-хромосом. В клетках мужских особей половой хроматин отсутствует, кроме случаев хромосомных аномалий ХХY, ХХХY.
Популяция – совокупность особей определенного вида, в течение
достаточно длительного времени (большого числа поколений) населяющих
определенный ареал, внутри которого практически осуществляется та или
иная степень панмиксии и нет заметных изоляционных барьеров, которая
отделена от соседних таких же совокупностей данного вида той или иной
степенью давления тех или иных форм изоляции.
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Пренатальная диагностика – совокупность методов оценки состояния плода, проводится для выявления врожденных пороков развития и наследственных заболеваний плода. Основные методы пренатальной диагностики – ультразвуковое обследование беременных, анализ сывороточных
маркёрных белков, амниоцентез, кордоцентез, цитогенетический анализ
ворсинок хориона, доимплатационная диагностика генных и хромосомных
болезней.
Пробанд – лицо, с которого начинается составление родословной при
генеалогическом анализе, в родословной пробанд отмечается стрелкой.
Прогулка по хромосоме – метод выделения для секвенирования клонов из геномной библиотеки, содержащей фрагменты рестрикции с перекрывающимися последовательностями.
Прямое действие радиации – явление модификации молекул, непосредственно поглотивших энергию излучения.
Раса – группа людей, обладающих общими свойствами и признаками, обусловленными генетической конституцией, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство.
Радиационный гормезис – повышением жизнеспособности организмов под влиянием облучения в малых дозах.
Радиобиология – наука, изучающая закономерности и механизмы
действия ионизирующих излучений на биологические системы различной
сложности организации (от фагов до биоценозов).
Радиопротекторы – вещества, введение которых животному, а также добавление в культуральную среду или к биологическому объекту перед действием ионизирующего излучения, вызывают значительное снижение радиационного эффекта.
Радиосенсибилизаторы – вещества, введение которых животному, а
также добавление в культуральную среду или к биологическому объекту
перед действием ионизирующего излучения, вызывают значительное усиление радиационного эффекта.
Радиочувствительность – мера ответной реакции биообъекта или
биосистемы на воздействие разных доз ионизирующей радиации.
Рекомбинация – перегруппировка генов при образовании гамет у
гибридов, а также перегруппировка задатков родителей. Эти явления приводят к новым сочетаниям признаков у потомства.
Рецессивный аллель – аллель, проявление которого подавляется другими аллелями данного гена. Рецессивные аллели обозначаются строчными буквами а, б, с и т. д.
Реципрокное скрещивание – система прямых и обратных скрещиваний в гибридологическом анализе. Применяется для выяснения локализации наследственных факторов, в Х-хромосоме и цитоплазме.
Сибсы (сиблинги) – потомки одних родителей, родные братья и
сёстры.
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Синдром генетический – генетически контролируемый комплекс
многих совместно возникающих признаков, который часто возникает как
плейотропное проявление одного гена.
Стохастический вред излучения – вероятностные эффекты радиационного поражения, выявляемые при анализе больших групп анализируемых биообъектов (например, возникновение злокачественных новообразований у облученных лиц).
Сцепление – связь между генами, исключающая возможность их независимого наследования, обусловлена локализацией генов в одной и той
же хромосоме.
Сцепление с Х-хромосомой – явление, относящееся к генам, локализованным в Х-хромосоме. Обычно их называют генами, сцепленными с полом.
Тератогены – вещества, вызывающие врожденные пороки развития.
Трансгенный организм – организм, в геном которого перенесена чужеродная ДНК методами генной инженерии.
Транслокация – обмен участками между негомологичными хромосомами.
Фенокопии – ненаследственное изменения фенотипа, сходное с проявлением определенных мутаций.
Фенотип – совокупность внешних признаков организма на данном
этапе онтогенеза, формирующихся под влиянием внешней среды.
Хромосомы – самовоспроизводящие элементы ядра, видимые в период деления клетки, имеют определенную форму и структуру.
Шпур (или шпора) – скопления первичных продуктов радиолиза воды вдоль трека ионизирующей частицы.
Эквивалентная доза – поглощенная доза с учетом модифицирующих
факторов.
Экзоны – фрагменты прерывистого гена эукариот, несущие информацию о последовательности аминокислот в полипептиде и прерываемые
интронами, сохраняются в зрелой мРНК.
Экспозиционная доза – ионизирующая способность излучения в воздухе, измеряемая количеством образовавшихся зарядов.
Эпигенетические изменения – изменение фенотипа особи, без изменения его генотипа.
Эпистаз – вэаимодействие неаллельных генов, при котором один из
них (ген-супрессор, или ингибитор) подавляет фенотипическое проявление
другого гена.
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Литература
1. Албертс Б. Молекулярная биология: в 3 т. ; пер. с англ. /
Б. Албертс, Д. Брей, Дж. Льюис, М. Рэфф, К. Робертс, Дж.Д. Уотсон. – М. :
Мир, 1993.
2. Афонин А.А. Генетика. http://afonin–59–bio.narod.ru/2_heredity/
2_heredity.htm
3. Бочков Н.П. Клиническая генетика / Н.П. Бочков. – М. : Медицина, 1997. – 450 с.
4. Бочков Н.П. Медицинская генетика / Н.Г. Бочков. – М. : Мастерство, 2001.
5. Гинтер Е.К. Медицинская генетика : учебник / Е.К. Гинтер. – М. :
Медицина, 2003.
6. Дубинин Н.П. Проблемы радиационной генетики / Н.П. Дубинин. – М. : Госатомиздат, 1961. – 468 с.
7. Кудряшов Ю.Б. Основы радиационной биофизики / Ю.Б. Кудряшов, Б.С. Беренфельд. – М. : Изд-во Моск. гос. ун-та, 1982. – 304 с.
8. Кузин А.М. Природный радиоактивный фон и его значение для
биосферы Земли / А.М. Кузин. – М. : Наука, 1991. – 116 с.
9. Кузин А.М. Структурно-метаболическая гипотеза в радиобиологии / А.М. Кузин. – М. : Наука, 1986. – 288 с.
10. Фогель Ф. Генетика человека : в 3 т. / Ф. Фогель, А. Мотульски. –
М. : Мир, 1990.
11. Ярмоненко С.П. Радиобиология человека и животных / С.П. Ярмоненко. – М. : Высш. шк., 1984. – 375 с.
12. Электронный учебник «Генетика человека» ttp://www.niib.
sfedu.ru/textbook.php?cmd=rus/uchebnaya_literatura/genetika_cheloveka
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Учебное издание
Мясина Валентина Павловна,
Калаев Владислав Николаевич
ИЗБРАННЫЕ ЛЕКЦИИ ПО ГЕНЕТИКЕ ЧЕЛОВЕКА
И РАДИОБИОЛОГИИ
Учебное пособие для вузов
Редактор И.Г. Валынкина
Подписано в печать 16.04.2009. Формат 60×84/16. Усл. печ. л. 4,7.
Тираж 50 экз. Заказ 505.
Издательско-полиграфический центр
Воронежского государственного университета.
394000, г. Воронеж, пл. им. Ленина, 10. Тел. 208-298, 598-026 (факс)
http://www.ppc.vsu.ru; e-mail: pp_center@ppc.vsu.ru
Отпечатано в типографии Издательско-полиграфического центра
Воронежского государственного университета.
394000, г. Воронеж, ул. Пушкинская, 3. Тел. 204-133
78
Документ
Категория
Книги
Просмотров
138
Размер файла
1 427 Кб
Теги
лекция, человек, генетика, избранные, радиобиологии, 2037
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа