Наследственная тромбофилия из-за полиморфизма генов. Генетический полиморфизм, его биологические, медицинские и социальные аспекты

Полиморфизм человеческих популяций. Генетический груз .

Классификация полиморфизма.

Генетический полиморфизм популяций человека.

Генетический груз.

Генетические аспекты предрасположенности к заболеваниям.

Естественный отбор может:

Стабилизировать вид;

Приводить к новообразованию видов;

Способствовать разнообразию.

Полиморфизм – существование в единой панмиксной популяции двух и более резко различающихся фенотипов. Они могут быть нормальными или аномальными. Полиморфизм – явление внутрипопуляционное.

Полиморфизм бывает:

Хромосомный;

Переходный;

Сбалансированный.

Генетический полиморфизм наблюдается, когда ген представлен более чем одним аллелем. Пример – системы групп крови.

Хромосомный полиморфизм – между особями имеются различия по отдельным хромосомам. Это результат хромосомных аббераций. Есть различия в гетерохроматиновых участках. Если изменения не имеют патологических последствий – хромосомный полиморфизм, характер мутаций – нейтрален.

Переходный полиморфизм – замещение в популяции одного старого аллеля новым, который более полезен в данных условиях. У человека есть ген гаптоглобина - Нр1f, Hp 2fs. Старый аллель - Нр1f, новый - Нр2fs. Нр образует комплекс с гемоглобином и обусловливает слипание эритроцитов в острую фазу заболеваний.

Сбалансированный полиморфизм – возникает, когда ни один из генотипов преимущества не получает, а естественный отбор благоприятствует разнообразию.

Все формы полиморфизма очень широко распространены в природе в популяциях всех организмов. В популяциях организмов, размножающихся половым путем, всегда есть полиморфизм.

Корень «морфизм» предполагает рассмотрение строения.

Сейчас под термином «полиморфизм» понимают любой признак, который детерминирован генетически и не являющийся следствием фенокопии. Очень часто имеются 2 альтернативных признака, тогда говорят о диморфизме. Например, половой диморфизм.

До середины 60-х годов ХХ века (точнее 1966) для изучения полиморфизма использовали мутации с морфологическим признаком. Они случаются с небольшой частотой, приводят к серьезным изменениям, а потому, очень заметны.

Тимофеев – Рисовский « о цветочных морфах берлинской популяции божьей коровки…». 8 типов окраски. 3 более часто встречаются (черные пятна на красном фоне) – красные морфы, если наоборот – черные морфы. Определил, что красные – доминантные, а черные – рецессивные. Красных больше зимой, черных – летом. Наличие полиморфизма в популяции носит приспособительный характер.

Изучают окраску садовой улитки в Европе.

В 1960г Хабби и Левонтин предложили использовать метод электрофореза для определения морф белков человека и животных. Происходит распределение белков по слоям благодаря заряду. Метод очень точен. Пример – изоферменты. У организмов одного и того же вида есть несколько форм ферментов, катализирующих одну химическую реакцию, но различающихся по строению. Активность их также варьирует. Отличны и их физико-химические свойства.16% локусов структурных генов – полиморфны. У глюкозы-6-фосфатазы 30 форм. Часто есть сцепление с полом. В клинике давно различают лактатдегидрогеназы (ЛДГ), которых существует 5 форм. Этот фермент осуществляет превращение глюкозы в пируват, концентрация того или иного изофермента в разных органах различает, на чем основана лабораторная диагностика заболеваний.

Беспозвоночные животные полиморфнее, чем позвоночные. Чем полиморфнее популяция, тем более она эволюционно пластична. В популяции большие запасы аллелей не обладают максимальной приспособленностью в данном месте в данное время. Эти запасы встречаются в небольшом количестве и гетерозиготном состоянии. После изменений условий существования они могут стать полезными и начать накапливаться – переходный полиморфизм. Большие генетические запасы помогают популяции реагировать на окружающую среду. Одним из механизмов, поддерживающих разнообразие – превосходство гетерозигот. При полном доминировании – нет проявления, при неполном доминировании наблюдается гетерозис. В популяции отбор поддерживает генетически неустойчивую гетерозиготную структуру, и такая популяция содержит 3 типа особей (АА, Аа, аа). В результате действия естественного отбора происходит генетическая гибель, снижающая репродуктивный потенциал популяции. Численность популяции падает. Поэтому генетическая гибель – бремя для популяции. Ее также называют генетическим грузом.

Генетический груз – часть наследственной изменчивости популяции, определяющая появление менее приспособленных особей, подвергающихся избирательной гибели в результате естественного отбора.

Существует 3 типа генетического груза.

Мутационный.

Сегрегационный.

Субституционный.

Каждый тип генетического груза коррелирует с определенным типом естественного отбора.

Мутационный генетический груз - побочное действие мутационного процесса. Стабилизирующий естественный отбор удаляет вредные мутации из популяции.

Сегрегационный генетический груз – характерен для популяций, использующих преимущество гетерозигот. Удаляются хуже приспособленные гомозиготные особи. Если обе гомозиготы летальны – половина потомков погибает.

Субституционный генетический груз – происходит замена старого аллеля новым. Соответствует движущей форме естественного отбора и переходному полиморфизму.

Генетический полиморфизм создает все условия для протекающей эволюции. При появлении нового фактора в среде популяция способна адаптироваться к новым условиям. Например, устойчивость насекомых к различным видам инсектицидов.

Впервые генетический груз в популяции человека был определен в 1956г в Северном полушарии и составил 4%. Т.е. 4% детей рождались с наследственной патологией. За последующие годы было введено более миллиона соединений в биосферу (более 6000 ежегодно). Ежедневно – 63000 химических соединений. Растет влияние источников радиоактивного излучения. Структура ДНК нарушается.

3% детей в США страдают от врожденной умственной отсталости (даже не обучаются в средней школе).

В настоящее время число врожденных отклонений увеличилось в 1,5 – 2 раза (10%), а медицинские генетики говорят о цифре – 12-15%.

Вывод: беречь окружающую среду.

Полиморфизм по группам крови.

Антигены групп крови приобретают все большее значение в медицине. В некоторых случаях при переливании крови возникает агглютинация – результат взаимодействия антигена донора и антител реципиента.

В системе АВО 4 группы крови. Каждый человек относится только к одной группе.

3 аллеля -А, В, О.

JªJª, JªJ° - А

JªJв, Jв J° - В

Все популяции людей полиморфны по группам крови, но у каждой популяции частоты встречаемости будут разными. В Швеции часта О группа. Среди индейцев полностью отсутствует В группа. Параллельный полиморфизм по группам крови по системе АВО обнаружен и человекообразных обезьян. Вывод: полиморфизм возник раньше возникновения человеческого вида, а значит, уже предок человека имел разные группы крови.

Есть связь между группами крови заболеваниями.

О группа. Ревматизм редок, но язва желудка и 12-перстной кишки, встречается в популяциях чаще, если они находились долгое время в изоляции. Например – аборигены, индейцы, коренное население Австралии. У них имел место естественный отбор, причина его – инфекционные заболевания – холера, туберкулез, сифилис.

Алкоголизм – важный фенотипический признак. Бывает острый и хронический. Чаще проявляется у мужчин. Долгое время считалось, что алкоголизм развивается в условиях среды, вклад наследственности не учитывался. Однако оказалось, генотип важен.

Например, в случае взятия ребенка из детского дома в семью, получены следующие результаты:

Истинный и приемный родители алкоголики – 46% детей алкоголики, а не алкоголики – 8%.

Истинный родитель алкоголик, приемный нет – 50% алкоголики.

Истинный – не алкоголик, приемный алкоголик – 14%.

У человека существуют 2 изофермента, расщепляющие этиловый спирт – алкогольдегидрогеназы. Есть АДН1 и АДН2. Чем быстрее идет расщепление спирта, тем хуже человек переносит алкоголь, т.к. в результате реакции образуется альдегид, обладающий токсическими свойствами. АДГ1 менее активна по сравнению с АДГ2, поэтому люди с АДГ2 не переносят алкоголь.

Однако есть другой фермент, который осуществляет расщепление альдегида и от его активности также зависит переносимость человеком алкоголя.

Генетический полиморфизм широко распространен и лежит в основе наследственной предрасположенности к заболеваниям. Однако болезни наследственных предрасположений проявляются лишь при взаимодействии генов и среды. Условия среды – недостаток или избыток питательных веществ, наличие психогенных факторов, токсических веществ и др. Клиническое течение болезней может быть разнообразно. Чем больше воздействие факторов среды, тем больше лиц больных с предрасположенностью к данному заболеванию. Болезни протекают тяжелее (гипертония, ревматизм, сахарный диабет и другие),

Есть моногенные и полигенные болезни.

Моногенные болезни наследственного предрасположения – наследственные заболевания, проявляющиеся из-за мутации одного гена или проявляющиеся при действии определенного фактора среды (аутосомно-рецессивные или сцепленные с Х-хромосомой).

Проявляются при воздействии факторов:

Физических;

Химических;

Пищевых;

Загрязнения среды.

Парамиотомия – в сырую погоду происходят тонические спазмы мышц при холоде, под влиянием тепла – проходят. Болезнь связана с термочувствительным белком. Реакция проявляется в младенчестве и не изменяется на протяжении жизни человека.

Пигментная ксеродерма - веснушчатая кожа особого типа. Проявляется в 4-6 лет. Дети не переносят УФ-свет возникают злокачественные опухоли, такие дети умирают от метастаз еще до 15 лет. Не переносят также и гамма-лучей.

Синдром Блюма. Пигментная «бабочка» на лице, маленький рост, удлиненная голова. Евреи, поляки, беларусы, австрийцы. Погибают до 18 лет. Не переносят УФ-облучения, гамма-лучей.

Альфа-1 антитрипсин при загрязнении воздуха, табачном дыме проявляется острой закупоркой бронхов или циррозом печени.

У европеоидов люди, не переносящие молоко, составляют 10-20%, в Африке – 70-80%.

Влияние лекарственных средств: сульфаниламидные препараты провоцируют заболевания крови.

Есть полигенные болезни наследственного происхождения – такие болезни, которые возникают при действии многих факторов (мультифакториальные) и в результате взаимодействия многих генов. Установить диагноз в таком случае очень сложно, т.к. действует много факторов, и появляется новое качество при взаимодействии факторов.

Широкий полиморфизм помогает популяции приспосабливаться к условиям среды. У здоровых людей нет противоречия между средой и генотипом, если возникает это противоречие - проявляются болезни наследственного предрасположения. Любые классификации болезней включают группу подобных заболеваний.

Генетический полиморфизм - это состояние, при котором наблюдается длительное разнообразие генов, но при этом частота наиболее редко встречающегося гена в популяции больше одного процента. Поддержание его происходит за счет постоянной мутации генов, а также их постоянной рекомбинации. Согласно исследованиям, которые провели ученые, генетический полиморфизм получил широкое распространение, ведь комбинаций гена может быть несколько миллионов.

Большой запас

От большого запаса полиморфизма зависит лучшая адаптация популяции к новой среде обитания, и в таком случае эволюция происходит намного быстрее. Произвести оценку всего количества полиморфных аллелей, используя традиционные генетические методы, нет практической возможности. Связано это с тем, что наличие определенного гена в генотипе осуществляется за счет скрещивания особей, которые имеют различные фенотипические особенности, определяемые геном. Если знать, какую часть в определенной популяции составляют особи, имеющие различный фенотип, то становится возможным установить количество аллелей, от которых зависит формирование того или иного признака.

Как все начиналось?

Генетика стала бурно развиваться в 60-е годы прошлого столетия, именно тогда стал применяться или ферментов в геле, который позволил определить генетический полиморфизм. Что это за метод? Именно при помощи него вызывается перемещение белков в электрическом поле, которое зависит от размера перемещаемого белка, его конфигурации, а также суммарного заряда в разных участках геля. После этого, в зависимости от расположения и числа пятен, которые появились, проводится идентификация определившегося вещества. Чтобы оценить полиморфизм белка в популяции, стоит исследовать приблизительно 20 или большее количество локусов. Затем с использованием математического метода определяется количество а также соотношение гомо- и гетерозигот. По данным исследований, одни гены могут быть мономорфными, а другие - необычайно полиморфными.

Виды полиморфизма

Понятие полиморфизма чрезвычайно широкое, оно включает в себя переходный и сбалансированный вариант. Зависит это от селективной ценности гена и естественного отбора, который давит на популяцию. Помимо этого, он может быть генным и хромосомным.

Генный и хромосомный полиморфизм

Генный полиморфизм представлен в организме аллелями в количестве более одного, ярким примером этого может стать кровь. Хромосомный представляет собой различия в пределах хромосом, который происходит за счет аберраций. При этом в гетерохроматиновых участках есть различия. В случае отсутствия патологии, которая приведет к нарушению или гибели, такие мутации носят нейтральный характер.

Переходный полиморфизм

Переходный полиморфизм возникает в том случае, когда в популяции происходит замещение аллеля, который когда-то был обычным, другим, который обеспечивает своего носителя большей приспосабливаемостью (это также называется множественным аллелизмом). При данной разновидности есть направленный сдвиг в процентном содержании генотипов, за счет него происходит эволюция, и осуществляется ее динамика. Явление индустриального механизма может стать хорошим примером, который охарактеризует переходный полиморфизм. Что это такое, показывает простая бабочка, которая с развитием промышленности сменила белый цвет своих крыльев на темный. Данное явление начали наблюдать в Англии, где более чем 80 видов бабочек из бледно-кремовых цветов стали темными, что впервые подметили после 1848 года в Манчестере в связи с бурным развитием промышленности. Уже в 1895 году более 95% пядениц приобрели темную окраску крыльев. Связаны такие перемены с тем, что стволы деревьев стали более закопченными, и светлые бабочки стали легкой добычей дроздов и малиновок. Перемены произошли за счет мутантных меланистических аллелей.

Сбалансированный полиморфизм

Определение "полиморфизм сбалансированный" характеризует отсутствие сдвига любых числовых соотношений различных форм генотипов в популяции, которая находится в стабильных условиях среды обитания. Это означает, что из поколения в поколение соотношение остается одним и тем же, но может незначительно колебаться в пределах той или иной величины, которая является постоянной. В сравнении с переходным, сбалансированный полиморфизм - что это? Он в первую очередь является статикой эволюционного процесса. И. И. Шмальгаузен в 1940 году дал ему также название равновесного гетероморфизма.

Пример сбалансированного полиморфизма

Наглядным примером сбалансированного полиморфизма может стать наличие двух полов у многих моногамных животных. Связано это с тем, что у них есть равноценные селективные преимущества. Соотношение их в пределах одной популяции всегда равное. При наличии в популяции полигамии селективное соотношение представителей обоих полов может быть нарушено, в таком случае представители одного пола могут либо полностью уничтожиться, либо устраняются от размножения в большей степени, чем представители противоположного пола.

Другим примером может стать групповая принадлежность крови по системе АВ0. В этом случае частота различных генотипов в различных популяциях может быть различной, но наравне с этим из поколения в поколение она не меняет своего постоянства. Проще говоря, ни один генотип не имеет селективного преимущества перед другим. По данным статистики, мужчины, имеющие первую группу крови, имеют большую ожидаемую продолжительности жизни, чем остальные представители сильного пола с другими группами крови. Наравне с этим, риск развития язвенной болезни 12-перстной кишки при наличии первой группы выше, но она может перфорироваться, и это станет причиной смерти в случае позднего оказания помощи.

Генетическое равновесие

Данное хрупкое состояние может нарушаться в популяции как следствие возникающих они при этом должны быть с определенной частой и в каждом поколении. Исследования показали, что полиморфизмы генов системы гемостаза, расшифровка которых дает понять, эволюционный процесс способствует данным изменениям или, наоборот, противодействует, крайне важны. Если проследить ход мутантного процесса в той или иной популяции, то можно также судить о ее ценности для адаптации. Она может быть равна единице, если в процессе отбора мутация не исключается, и препятствий к ее распространению нет.

Большинство случаев показывают, что ценность таких генов менее единицы, а в случае неспособности таких мутантов к размножению и вовсе все сводится к 0. Мутации такого рода отметаются в процессе естественного отбора, но это не исключает неоднократное изменение одного и того же гена, что компенсирует элиминацию, которая осуществляется отбором. Тогда достигается равновесие, мутировавшие гены могут появляться или, наоборот, исчезать. Это приводит к сбалансированности процесса.

Пример, который может ярко охарактеризовать происходящее, - серповидноклеточная анемия. В данном случае доминантный мутировавший ген в гомозиготном состоянии способствует ранней гибели организма. Гетерозиготные организмы выживают, но они более восприимчивы к заболеванию малярией. Сбалансированный полиморфизм гена серповидноклеточной анемии можно проследить в местах распространения данного тропического заболевания. В такой популяции гомозиготы (особи с одинаковыми генами) элиминируются, наравне с этим действует отбор в пользу гетерозигот (особей с разными генами). За счет происходящего разновекторного отбора в генофонде популяции происходит поддержание в каждом поколении генотипов, которые обеспечивают лучшую приспосабливаемость организма к условиям среды обитания. Наравне с наличием гена серповидноклеточной анемии в есть и другие разновидности генов, характеризующие полиморфизм. Что это дает? Ответом на этот вопрос станет такое явление, как гетерозис.

Гетерозиготные мутации и полиморфизм

Гетерозиготный полиморфизм предусматривает отсутствие фенотипических изменений при наличии рецессивных мутаций, даже если они несут вред. Но наравне с этим они могут накапливаться в популяции до высокого уровня, который может превышать вредные доминантные мутации.

эволюционного процесса

Эволюционный процесс является непрерывным, и обязательным его условием есть полиморфизм. Что это - показывает постоянная приспосабливаемость той или иной популяции к среде своего обитания. Разнополые организмы, которые обитают в пределах одной группы, могут быть в гетерозиготном состоянии и передаваться из поколения в поколение на протяжении многих лет. Наравне с этим фенотипического проявления их может и не быть - за счет огромного запаса генетической изменчивости.

Ген фибриногена

В большинстве случаев исследователями рассматривается полиморфизм гена фибриногена как предшествующее состояние для развития ишемического инсульта. Но в данный момент на первый план выходит проблема, при которой генетические и приобретенные факторы способны оказывать свое влияние на развитие данного заболевания. Данная разновидность инсульта развивается за счет тромбоза артерий головного мозга, а, изучая полиморфизм гена фибриногена, можно понять многие процессы, влияя на которые, недуг можно предупредить. Связи генетических изменений и биохимических показателей крови в данный момент учеными недостаточно изучены. Дальнейшие исследования позволят влиять на ход заболевания, изменять его течение или просто предупреждать его на ранней стадии развития.

) двух или нескольких различных наследственных форм, находящихся в динамическом равновесии в течение нескольких и даже многих поколений. Чаще всего Г. п. обусловливается либо варьирующими давлениями и векторами (направленностью) отбора в различных условиях (например, в разные сезоны), либо повышенной относительной жизнеспособностью гетерозигот (См. Гетерозигота). Один из видов Г. п. - сбалансированный Г. п. - характеризуется постоянным оптимальным соотношением полиморфных форм, отклонение от которого оказывается неблагоприятным для вида, и автоматически регулируется (устанавливается оптимальное соотношение форм). В состоянии сбалансированного Г. п. у человека и животных находится большинство генов. Различают несколько форм Г. п., анализ которых позволяет определять действие отбора в природных популяциях.

Лит.: Тимофеев-Ресовский Н. В., Свирежев Ю. М., О генетическом полиморфизме в популяциях, «Генетика», 1967, № 10.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Генетический полиморфизм" в других словарях:

генетический полиморфизм - Долговременное существование в популяции двух и более генотипов, частоты которых достоверно превышают вероятность возникновения соответствующих повторных мутаций. [Арефьев В.А., Лисовенко Л.А. Англо русский толковый словарь генетических терминов… … Справочник технического переводчика

Genetic polymorphism генетический полиморфизм. Долговременное существование в популяции двух и более генотипов, частоты которых достоверно превышают вероятность возникновения соответствующих повторных мутаций. (Источник: «Англо русский толковый… …

генетический полиморфизм - genetinis polimorfizmas statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Genetiškai skirtingų dviejų ar daugiau vienos rūšies formų egzistavimas populiacijoje, kurio negalima laikyti pasikartojančiomis mutacijomis. atitikmenys: angl. genetic … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

генетический полиморфизм - genetinis polimorfizmas statusas T sritis augalininkystė apibrėžtis Ilgalaikis buvimas populiacijoje dviejų ar daugiau genotipų, kurių dažnumas labai viršija pasikartojančių mutacijų radimosi tikimybę. atitikmenys: angl. genetic polymorphism rus … Žemės ūkio augalų selekcijos ir sėklininkystės terminų žodynas

Генетический полиморфизм - долговременное существование в популяции двух и более генотипов, частоты которых достоверно превышают вероятность возникновения соответствующих повторных мутаций … Словарь по психогенетике

Полиморфизм в биологии, наличие в пределах одного вида резко отличных по облику особей, не имеющих переходных форм. Если таких форм две, явление называется диморфизмом (частный случай ‒ половой диморфизм). П. включает различие внешнего облика… …

I Полиморфизм (от греч. polýmorphos многообразный) в физике, минералогии, химии, способность некоторых веществ существовать в состояниях с различной атомной кристаллической структурой. Каждое из таких состояний (термодинамических фаз),… … Большая советская энциклопедия

Полиморфизм уникального события, англ. unique event polymorphism/UEP в ДНК генеалогии означает генетический маркер, соответствующий одной чрезвычайно редко возникающей мутации. Полагают, что все носители такой мутации наследуют ее от… … Википедия

Прерывистая изменчивость по гомологичным аллелям одного и того же генного локуса, на которой основывается стабильность популяции. Чувствительность организмов к разным факторам окружающей среды дифференцирована, генотипически детерминирована,… … Экологический словарь

Polymorphism полиморфизм. Cуществование в скрещивающейся группировке (в популяции) генетически различающихся особей; П. может иметь негенетический (модификационный) характер например, в зависимости от плотности популяции (см. ) … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

Комбинация греческих слов poly (что означает несколько) и morph (значение формы), полиморфизм - это термин, используемый в генетике для описания нескольких форм одного гена, который существует у индивидуума или среди группы индивидуумов. Что такое генетический полиморфизм? Там, где мономорфизм означает наличие только одной формы и диморфизма, существуют только две формы, термин полиморфизм является очень специфическим термином в генетике и биологии, относящимся к множественным формам гена, котор

Комбинация греческих слов poly (что означает несколько) и morph (значение формы), полиморфизм - это термин, используемый в генетике для описания нескольких форм одного гена, который существует у индивидуума или среди группы индивидуумов.

Что такое генетический полиморфизм?

Там, где мономорфизм означает наличие только одной формы и диморфизма, существуют только две формы, термин полиморфизм является очень специфическим термином в генетике и биологии, относящимся к множественным формам гена, который может существовать.

Термин не распространяется на характерные черты с непрерывным изменением, такие как высота (даже если это может быть наследуемым аспектом). Вместо этого полиморфизм относится к формам, которые являются прерывистыми (имеют дискретную вариацию), бимодальными (имеющими или включающими два режима) или полимодальными (множественными режимами). Например, ушные вкладыши либо прикреплены, либо они не являются, это либо / или ситуацией, и не подобной высоте, которая не является установленным числом.

Полиморфизм изначально использовался для описания видимых форм генов, но теперь этот термин используется для включения критических режимов, таких как типы крови, которые требуют анализа крови для расшифровки. Кроме того, этот термин иногда используется неправильно для описания явно разных географических рас или вариантов, но полиморфизм относится к тому факту, что множественные формы одного гена должны одновременно занимать одно и то же место обитания (что исключает географические, расовые или сезонные морфы.)

Генетический полиморфизм относится к возникновению двух или более генетически определенных фенотипов в определенной популяции (в пропорциях, при которых самые редкие характеристики не могут поддерживаться только повторной мутацией). Полиморфизм способствует разнообразию и сохраняется в течение многих поколений, потому что ни одна форма не имеет общего преимущества или недостатка по сравнению с другими с точки зрения естественного отбора.

Разве это так же, как мутация?

Мутации сами по себе не классифицируются как полиморфизмы. Полиморфизм - это вариация последовательности ДНК, которая является общей для населения. С другой стороны, мутация представляет собой любое изменение последовательности ДНК вдали от нормы (подразумевая, что нормальная аллель протекает через популяцию и что мутация меняет этот нормальный аллель на редкий и ненормальный вариант.)

В полиморфизм, существуют две или более одинаково приемлемые альтернативы и классифицируются как полиморфизм, наименьшая общая аллель должна иметь частоту 1% или более в популяции. Если частота ниже этого, аллель считается мутацией.

Полиморфизм и ферменты

Исследования секвенирования генов, как это сделано для проекта генома человека, показали, что на уровне нуклеотидов ген, кодирующий специфический белок, может иметь ряд различий в последовательности.Эти различия не изменяют общий продукт, достаточно значительный для получения другого белка, но могут оказывать влияние субстратной специфичности и удельной активности (для ферментов), эффективности связывания (для факторов транскрипции, мембранных белков и т. Д.) Или других функций и функций, Например, в человеческой расе существует много различных полиморфизмов CYP 1A1, одного из многих ферментов цитохрома P450 печени.

Хотя ферменты в основном представляют одну и ту же последовательность и структуру, полиморфизмы в этом ферменте могут влиять на то, как люди метаболизируют наркотики. Полиморфизмы CYP 1A1 у людей, где в экзоне 7 аминокислота Isoleucine заменена Валином, была связана с курением, связанным с курением.

Использование генетических полиморфизмов было одной из сильных сторон deCODE Genetics, компании, которая сосредоточилась на определении генетических факторов риска для различных заболеваний.

Источники:

Форд, Э. Б. 1975. Экологическая генетика (4-е изд.). Лондон: Chapman & Hall

Форд, Э. Б. (1940). «Полиморфизм и таксономия». В Джулиане Хаксли (ред.). Новая систематика . Оксфорд: Clarendon Pr. С. 493-513. ISBN 1-930723-72-5.

Шеппард, Филипп М. 1975. Естественный отбор и наследование (4-е изд.) Лондон: Хатчинсон.

ЛЕКЦИЯ № 17

По медицинской биологии и генетике

Для студентов 1 курса

Лечебного, медико-профилактического и медико-диагностического

Факультетов

Тема: «ПОПУЛЯЦИОННО - ВИДОВОЙ УРОВЕНЬ

ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОГО.

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПОЛИМОРФИЗМ ПОПУЛЯЦИИ ЧЕЛОВЕКА».

Время - 90 мин.

Учебные и воспитательные цели:

1. Знать экологическую и генетическую характеристики популяций.

2. Ознакомить с особенностями популяционной структуры человечества.

3. Указать на влияние элементарных эволюционных факторов на популяцию человека.

4. Ознакомить с частотой наследственных заболеваний в человеческих популяциях.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Бекиш О.-Я. Л. Медицинская биология. Курс лекций для студентов мед. ВУЗов. - Витебск, 2000 с. 296-309.

2. Биология /Под ред.В.Н. Ярыгина/ 1-я книга - М.: Вш,1997. с. 32-49.

3. О.-Я. Л. Бекиш, Л.А. Храмцова. Практикум по мед. биологии. - Изд. «Белый Ветер», 2000 - с. 135-141.

МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

1. Мультимедийная презентация.

РАСЧЕТ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ

Слайд 3

Виды живых организмов представлены популяциями. Популяция – достаточно многочисленная совокупность особей одного вида в течение длительного времени населяющих определенную территорию, внутри которой осуществляется свободное скрещивание и которая изолирована от соседних совокупностей особей.

Популяция представляет экологическое, морфофизиологическое и генетическое единство особей вида. В эволюционном процессе она является неделимой единицей, т.е. является самостоятельной эволюционной структурой. Популяция является элементарной эволюционной единицей.

Эволюционируют не особи, а группы особей - популяции. Это самая мелкая из групп, способная к самостоятельной эволюции. Популяции характеризуются экологическими и генетическими особенностями.

Слайд 4

Экологическаяхарактеристика - величина занимаемой территории, плотность, численность особей, возрастная и половая структура, популяционная динамика.

Слайд 5

Генетическая характеристика - генофонд популяции (полный набор генов популяции). Генофонд описывают в частотах встречаемости аллельных вариантов генов или концентрации.

Слайд 6

Генофонд популяции характеризуется:

1) Единством . Единство генофонда популяции заключается в стремлении вида, как закрытой системы, сохранять свою однородность по наследственным свойствам.

2) Генетическим полиморфизмом. Природные популяции гетерогенны, они насыщены мутациями. При отсутствии давления внешних факторов эта гетерогенность находится в определенном равновесии.

3) Динамическим равновесием генов .

Слайд 7

В популяцию входят особи как с доминантными так и рецессивными признаками, не находящимися под контролем естественного отбора. Однако, доминантная аллель не вытесняет рецессивную. Обнаруженная закономерность называется законом Харди-Вайнберга для идеальной популяции. Это популяция с большой численностью, свободным скрещиванием (панмиксия), отсутствием мутаций, миграций и естественного отбора.

В идеальной популяции соотношение генотипов доминантных гомозигот АА , гетерозигот Аа и рецессивных гомозигот аа остаются постоянным:

Слайд 8

Если частота гена А равна р , а частота гена а равна q , то их концентрация Ар + аq = 1.

Сочетание гамет дает распределение генотипов по формуле:

Формула закона Харди-Вайнберга:

(Ар + аq)(Ар + аq) = АА р 2 + 2Аа рq + ааq 2 = (Ар + аq) 2 = 1

Величины р 2 , 2рq и q 2 - остаются постоянными этим объясняется тот факт, что особи с рецессивными признаками сохраняются наряду с доминантными. Соотношение гомо- и гетерозигот не меняется при разных вариантах реципрокных скрещиваний:

Закон Харди-Вайнберга:

«В панмиксной большой популяции, где нет отбора, мутаций, миграций, наблюдается постоянство распределения гомо- и гетерозигот. Зная частоту рецессивного гена, можно по формуле определить частоту доминантного аллеля и наоборот».

Слайд 9

В генетике человека, популяция – это группа людей, занимающих определенную территорию и свободно вступающих в брак. По численности они бывают большие и малые. Крупные популяции человека состоят не из одной, а нескольких антропологических групп, отличающихся по происхождению и рассеянных на больших территориях. Такие популяции включают более 4 тыс. человек. Человеческая популяция не является панмиксной, а представляет огромную совокупность многочисленных замкнутых групп.

Слайд 10

Эволюционные факторы, действующие на популяции людей, приводят к изменению генофонда. Влияние элементарных эволюционных факторов на изменение генофонда человеческих популяций сводится к действию мутационного процесса, миграциям, дрейфу генов, естественному отбору.

Слайд 11

Мутационный процесс является постоянно действующим элементарным эволюционным фактором. Он обеспечивает изменчивость популяции по отдельным генам. Мутации являются элементарным эволюционным материалом. Частота возникновения отдельных спонтанных мутаций находится в пределах 10 -4 - 10 -8 . Давление мутационного процесса определяется изменением частоты аллеля по отношению к другому. Мутационный процесс постоянно поддерживает гетерогенность популяции, однако численность преобладания гетерозигот Аа над гомозиготами аа существенна, так как большинство патологических мутаций рецессивно. Учитывая большое количество генов у человека, следует предположить, что до 10% его гамет несут мутантные гены. Доминантные мутации проявляются уже в первом поколении и подвергаются действию естественного отбора сразу. Рецессивные - накапливаются, проявляются фенотипически только в гомозиготном состоянии. Накопление мутантных аллелей создает гетерогенность популяции и способствует комбинативной изменчивости. Средняя степень гетерозиготности у человека составляет 6,7%, а в целом у позвоночных - 6,0%. Учитывая, что у человека имеется около 32000 структурных генов, то это означает, что каждый человек гетерозиготен более чем по 2000 локусам. При этом, теоретически возможное число различных типов гамет составляет 2 2150 . Такое число гамет не может образоваться не только у отдельного человека, но и у всего человечества за все время его существования. Это значение значительно больше числа протонов и нейтронов во Вселенной.

Насыщенность популяции рецессивными генами снижает приспособленность особей и называется генетическим грузом. Наличием генетического груза в человеческих популяциях объясняется появлением 5% потомков с генетическими дефектами.

Слайд 12

Дрейф генов - это колебания частот генов в ряду поколений, вызываемые случайными причинами, например малочисленностью популяций. Дрейф генов – процесс совершенно случайный и относится к особому классу явлений, называемых ошибками выборки. Общее правило состоит в том, что величина ошибки выборки находится в обратной зависимости от величины выборки . Применительно к живым организмам это означает, что чем меньше число скрещивающихся особей в популяции, тем больше изменений, обусловленных дрейфом генов, будут претерпевать частоты аллелей.

Случайный рост частоты одной какой-либо мутации обычно обусловливается преимущественным размножением в изолированных популяциях. Это явление называется «эффектом родоначальника» . Он возникает, когда несколько семей создают новую популяцию на новой территории. В ней поддерживается высокая степень брачной изоляции, что способствует закреплению одних аллелей и элиминацию других. Последствия «эффекта» - неравномерное распределение наследственных заболеваний человеческих популяций на земле.

Случайные изменения частот аллелей, подобные тем, которые обусловлены «эффектом родоначальника», возникают и в случае, если в популяции в процессе эволюции происходит резкое сокращение численности.

Дрейф генов приводит к:

1) изменению генетической структуры популяций: усилению гомозиготности генофонда;

2) уменьшению генетической изменчивости популяций;

3) дивергенции популяций.

Слайд 13

Изоляция - это ограничение свободы скрещивания. Она способствует дивергенции - разделению популяций на отдельные группы и изменению частот генотипов. В человеческих популяциях более существенной является эколого-этологическая изоляция. Она включает религиозные, морально-этические ограничения браков, сословное, клановое, имущественное, профессиональное и другие. Изоляции популяций приводят к родственным бракам - инбридингу и дрейфу генов. Родственные браки бывают:

1) инцестные (запретные) - между родственниками первой степени;

2) кровнородственные - между родственниками второй и третьей степенью.

Они приводят к проявлению рецессивных патологических генов в гомозиготном состоянии, что способствует смертности.

Слайд 14

Эффект близкородственных браков в Японии по данным W. J. Schull и J. V. Neel

Слайд 15

Миграция или поток генов - это перемещение особей из одной популяции в другую и скрещивание иммигрантов с представителями местной популяции. Поток генов не изменяет частот аллелей у вида в целом, однако в локальных популяциях они могут измениться, если исходные частоты аллелей в них различны. Достаточно даже незначительной миграции, такой как одна особь на тысячу за поколение, для предотвращения дифференциации популяций умеренной величины.

Слайд 16

Естественный отбор выполняет в человеческих популяциях функцию стабилизации генофонда, а также поддержания наследственного разнообразия. Основное назначение действия естественного отбора сохранение особей с полезными и гибель с вредными признаками, а также дифференциальное размножение (вклад особи в генофонд популяции при избирательном размножении).

Частота некоторых генов в популяции человека меняется под влиянием отбора. Подтверждением действия отбора в популяциях человека служат факты спонтанных абортов и перинатальной смертности у человека. Так более 42% спонтанных абортов происходит вследствие летального эффекта хромосомных аномалий. Хромосомные аномалии вызывают спонтанные аборты, которые достигают в течение первого триместра беременности 70%, во втором – 30%, в третьем – 4%. Перинатальная смертность в 6,2% случаев обусловлена хромосомной патологией. Среди мертворождений - 6% имеют летальные хромосомные аномалии.

Действие отбора обеспечивает способность организма вносить вклад в генетический состав будущего поколения. Это осуществляется двумя путями:

1) отбор на выживаемость;

2) использование генетических факторов, влияющих на размножение.

Изменение в генофондах популяций всегда происходит под влиянием сложного комплекса эволюционных факторов. Важное значение имеет соотношение отбора и давлений мутаций. Если данный аллель поддерживается отбором, тогда носители этого аллеля, как более приспособленные, характеризуются преимущественным размножением. В результате отбор вытесняет все другие аллели. Естественный отбор в человеческих популяциях действует как против гомозигот (доминантных и рецессивных), так и гетерозигот.

Слайд 17

Слайд 18

Влияние элементарных эволюционных факторов на генетическое разнообразие популяций.

Слайд 19

Генетический полиморфизм популяций человека.

Полиморфизм (многоформность) - любое разнообразие форм одного и того же вида организмов. Полиморфизм является наиболее универсальным явлением жизни. Дж. Б.С. Холдейн назвал человека самым полиморфным видом на Земле. У человека полиморфны практически все признаки (цвет глаз, волос, форма носа и черепа, группа крови и т.д.). Полиморфизм может быть результатом как дискретной внутрипопуляционной изменчивости наследственного характера, так и может определяться нормой реакции.

Слайд 20

Генетический полиморфизм возникает благодаря закреплению в популяции разных мутаций. Поэтому его классифицируют на: генный, хромосомный и геномный.

Слайд 21

Генный полиморфизм обусловлен наличием двух или более аллелей. Например, способность людей ощущать вкус фенилтиомочевины определяется доминантным аллелем (ТТ, Тt ), рецессивные гомозиготы (tt ) – его не ощущают. Наследование групп крови определяют три аллели - А, В, О. Хромосомный полиморфизм связан с хромосомными аберрациями, а геномный - с изменением наборов хромосом в кариотипе (гетероплоидия).

Слайд 22

Полиморфные генетические системы по их предполагаемой природе включают в себя три группы полиморфизмов: транзиторный, нейтральный, балансированный.

Слайд 23

Транзиторный полиморфизм объясняется сменой генетического состава популяции по рассматриваемому локусу. Один новый аллель в изменившихся условиях среды становится более выгодным и заменяет "исходный". Такой полиморфизм не может быть стабильным потому, что благодаря естественному отбору рано или поздно "исходный" аллель будет вытеснен новым и популяция будет мономорфной по "новому" аллелю. Скорость такого процесса нельзя заметить на протяжении жизни одного поколения.

Слайд 24

При нейтральном полиморфизме из-за случайных стохастических процессов (дрейф генов, эффект основателя) происходит случайное изменение частот аллелей. Например, возникновения различий в адаптивно-индифферентных признаках (приросшая или свободная мочка уха). Изменения генных частот по этим признакам осуществляется по механизму дрейфа генов, чем и объясняется нейтральный тип их эволюции.

Слайд 25

Балансированный полиморфизм - это полиморфизм, обусловленный сложным балансом между отбором против обеих гомозигот в пользу гетерозиготы. Рецессивный генотип подвергается более сильной элиминации, чем доминантный. Различия в скорости элиминации двух этих генотипов поддерживают постоянное, стабильное равновесное существование в популяции обеих аллелей с собственной для каждого частотой. Этим и объясняется стабильность такого полиморфизма. Наиболее полно изучены системы сбалансированного полиморфизма, связанные с отбором по малярии - аномальных гемоглобинов, талассемии, недостаточности эритроцитарного фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. Стабильность этих полиморфизмов исчезает в связи с успехами борьбы с малярией. Балансированный полиморфизм превращается в транзиторный. Однако для снижения генных частот теперь уже полностью патологических генов, поскольку нет нужды в защите от малярии, должно пройти несколько десятков поколений.

Большое число открытых к настоящему времени полиморфных систем у человека со значительным числом аллелей приводит к тому, что практически каждый человек обладает уникальным набором генов, что позволяет говорить о биохимической и иммунологической индивидуальности личности. Это имеет большое значение в медицинской практике, особенно в судебной экспертизе.

Обычно наследственная предрасположенность носит мультифакториальный характер и определяется множеством генов с преобладающим эффектом одного или нескольких генов. Для установления этих генов пользуются биохимическими и иммунологическими методами антропогенетики. В настоящее время описано более 130 полиморфных генных локусов, кодирующих полиморфные белки. Это белки-ферменты, антигены, транспортные белки и т.д. Высказываются суждения, что около одной трети структурных генов человека должны иметь множественные аллели, т.е. кодировать полиморфные продукты метаболизма. В таком большом выборе для генетической рекомбинации заложена возможность возникновения индивидов с неблагоприятными сочетаниями генов, определяющих наследственную предрасположенность к заболеваниям. Учитывая генетический полиморфизм, для конкретного определения генетического фактора предрасположения к болезни сравнивают частоту встречаемости тех или иных полиморфных белков (антигенов) при данной болезни и в контрольной группе здоровых людей. Имеются многочисленные сведения по ассоциациям болезней с иммунологическими маркерами - антигенами групп крови АВО , системы HLA, с гаптоглобинами крови и с секретором. В частности, установлена предрасположенность людей со 2 группой (А ) крови к раку желудка, толстой кишки, яичника, шейки матки, ревматизму, ишемической болезни сердца, тромбоэмболиями и т.д. Люди с 1 группой крови (О ) предрасположены к заболеваниям язвенной болезни желудка и 12-перстной кишки и т.д.