Министерство здравоохранения и социального развития РФ
Кировская государственная медицинская академия
Кафедра медицинской биологии и генетики
Оглавление
Предисловие……………………………………………………………………..4
Методические указания………………………………………………………....5
Глава 1. Предмет генетики…………………………………………………….6
Глава 2.Этапы развития генетики……………………………………………...8
2.1.Доменделевские представления о наследственности…………………….8
2.2. Классический этап развития генетики…………………………………..12
2.2.1. Изучение закономерностей наследственности
и изменчивости на организменном уровне………………………………….12
2.2.2. Изучение закономерностей наследственности
и изменчивости на клеточном уровне……………………………………….18
2.3. Молекулярный этап развития генетики. Генная инженерия…………...24
2.4. Краткий очерк развития генетики в России……………………………..34
2.4.1. Достижения генетики в 20-40 гг. ХХ века…………………………….34
2.4.2. Репрессии и погромы генетики………………………………………..57
2.4.3. Возрождение отечественной генетики………………………………...66
Глава 3. История развития генетики человека. Значение генетики
для медицины………………………………………….....................................74
Заключение…………………………………………………………………….85
Тестовые задания ……………………………………………………………..90
Ответы на тестовые задания………………………………………………….95
Литература…………………………………………………….……………….98
ПРЕДИСЛОВИЕ
Данное пособие предназначено для студентов медицинских вузов. Пособие включает два основных раздела: собственно история развития генетики и значение генетики для современной медицины. Издание данного пособия продиктовано тем, что ограниченность лекционных часов по разделу генетики (10) не позволяет в должной мере уделить время для освящения данных вопросов в лекционном курсе. К сожалению, в основной учебной литературе вопрос по истории развития генетики практически не рассматривается. Вместе с тем, использование исторического подхода в изучении генетики как теоретической базы современной медицины, необходимо для формирования генетического мышления современного врача. В нашей стране история развития генетики была полна драматических событий. Репрессии, которые обрушились на генетику и генетиков в конце 30-х годов и продолжались вплоть до конца 50-х годов, на много лет задержали развитие генетики в нашей стране и лишили генетического образования целое поколение врачей. Ученые с мировым именем Н.И. Вавилов, Н.К. Кольцов и другие были репрессированы, а многие из них погибли. Поэтому знание трагической истории генетики в нашей стране способствует формированию у студентов нравственных и подлинно научных подходов к своей будущей профессиональной деятельности.
Важным для студентов является и раздел «Значение генетики для медицины». В данном разделе приводится краткая история медицинской генетики в целом и медицинской генетики в России; сформулированы задачи и основные генетические методы диагностики наследственной и врожденной патологии. Представлены задачи и современные методы молекулярной медицины, базирующиеся на достижениях молекулярной генетики и генной инженерии, которые в основной учебной литературе освещены недостаточно.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Учебное пособие «История развития генетики. значение генетики для медицины» предназначено для студентов 1 и 4 курсов лечебного и педиатрического факультетов.
Цель учебного пособия: формирование знаний по истории развития генетики в целом и отечественной генетики в частности, формирование знаний по современным методам диагностики и профилактики наследственных и врожденных болезней.
Учебное пособие включает задачи: изучение основных этапов развития генетики как науки, изучение становления генетики в России, изучение основных достижений генетики и возможности их использования для решения задач диагностики, лечения и профилактики современной, в том числе молекулярной, медицины.
Необходимыми для изучения темы смежными дисциплинами (базисные знания) являются: органическая химия (строение и роль белков, нуклеиновых кислот), биохимия (процессы биосинтеза белка), микробиология (характеристика основных особенностей строения и жизнедеятельности микроорганизмов).
Согласно учебной программе длительность изучения темы «История развития генетики. значение генетики для медицины» составляет 5 часов для студентов 1 курса лечебного и педиатрического факультетов, 4 часа для студентов 4 курса лечебного и педиатрического факультетов. По данной теме для студентов 1 курса читается лекция. Разбор темы осуществляется на практическом занятии. Самостоятельная работа студентов включает в себя посещение медицинской библиотеки, подготовку докладов к практическим занятиям, семинарам, заседаниям студенческого научного общества, а также решение ситуационных задач и тестов.
В результате изучения дисциплины студенты должны знать: этапы развития и основные достижения генетики, современные генетические подходы к диагностике, лечению и профилактике наследственных болезней.
Студенты должны уметь: применять генетический подход к решению задач диагностики и профилактики наследственных болезней.
Глава 1
Глава 2
ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ГЕНЕТИКИ
КЛАССИЧЕСКИЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ГЕНЕТИКИ
Классический этап развития генетики обычно подразделяют на два периода:
1) изучение закономерностей наследственности и изменчивости на организменном уровне;
2) изучение закономерностей наследственности и изменчивости на клеточном уровне.
Краткий очерк развития генетики в России
И.А.Рапопорт
М.М.Завадовский
С.И.Алиханян
И.А.Поляков
П.М.Жуковский
И.И.Шмальгаузен
А.Р.Жебрак
Глава 3.
Заключение
Современная генетика устремлена вперед. Проблемы, которые предстоит ей решать уже в недалеком будущем, намного сложнее тех, которые она решала до сих пор. Если ХХ век был веком физики, подарившим человечеству массу ценнейших изобретений и открытий, то ХХ1 будет веком биологии, а точнее, веком генетики, поскольку уже в ближайшее время есть все основания ожидать самых удивительных открытий в науке о наследственности и изменчивости живых организмов, начиная от самых примитивных (вирусы и бактерии) и кончая наиболее сложными (млекопитающие). Последние годы ХХ века ознаменовались огромными успехами в расшифровке геномов разных организмов: в 1996 году был полностью расшифрован геном дрожжей, в 1998 – геном аскариды, в 2000 – геном дрозофилы и более 600 геномов разных бактерий. На рубеже ХХ - ХХ1 веков мы стали свидетелями эпохального события – расшифровки тонкой структуры генома человека. Впервые человеческий разум проник в святая святых Живой Природы – в структуру наследственного аппарата, в котором закодирована не только вся программа индивидуального развития человека, но и вся история человека как биологического вида (его филогенез), а также история самого человечества как совокупности рас и этнических групп (его этногенез). Проект «Геном человека» явился наиболее ярким достижением науки ХХ века, имеющим огромное фундаментальное и практическое значение. В рамках этого проекта и как его продолжение возникли новые направления фундаментальной науки, в том числе сравнительная геномика и функциональная геномика, достижения которых позволяют решать важнейшие теоретические и практические задачи.
В рамках первого направления уже получены принципиально новые данные о происхождении человека, его эволюции, возникновении рас и их этногенезе. Генетический анализ разных существующих популяций и этносов, сравнение полученных данных с результатами анализа ДНК останков первобытных людей, позволили по-новому взглянуть на эволюцию человека. В частности, практически доказано, что неандертальцы представляют собой тупиковую ветвь эволюции и не являются прародителями современного человека. Первые следы Человека Разумного обнаружены в Африке и имеют возраст около 500 000 лет. Любопытно, что анализ митохондриальной ДНК, позволяющий проследить филогенез материнской линии, позволил доказать реальное существование прародительницы Евы, жившей в Африке около 200 000 лет назад.
Особый интерес вызывает сравнение геномов разных классов и таксономических групп с целью создания новой системы классификации живых организмов на основе знания ДНК. Ранние находки молекулярной генетики (наличие ДНК практически у всех живых организмов, универсальность генетического кода, общие свойства записи и передачи наследственной информации) заложили серьезную основу для признания глубокого внутреннего единства жизни на всех ее эволюционных уровнях. Человек, хотя и не без основания претендующий на вершину эволюционной иерархии благодаря удивительным свойствам своего мозга, в действительности, на уровне ДНК, РНК и белков мало отличается от других организмов, особенно от млекопитающих. Примерно 2300 белков дрожжей аналогичны или близки по структуре белкам человека, у аскариды известно 6000 общих с человеком белков, а у дрозофилы – 7000. Более 20% мышиного генома близко по структуре геному человека, несмотря на то, что человека и мышь разделяют примерно 75 млн. лет. Другие примеры эволюционной «консервации» генов еще более впечатляют. Так, первичная нуклеотидная последовательность гена SRY – главного детерминирующего пол гена на Y-хромосоме всех млекопитающих и человека, очень напоминает ген фактора, определяющего пол у бактерий! Высококонсервативные ДНК-связывающие домены генов – регуляторов (так называемых факторов транскрипции), направляющих ранние стадии эмбриогенеза человека, у всех млекопитающих практически идентичны и во многом напоминают таковые у представителей других классов (насекомых, рыб, амфибий и т.д.). Таким образом, исследования геномов показывают, что жизнь действительно очень рациональна и экономична: все новые гены возникают из старых и что эволюция – это не столько процесс эволюции генов, сколько эволюция регуляторных систем работы генома.
Основной задачей функциональной геномики является выяснение функций и расшифровка генных продуктов, прежде всего, белков (протеомика). Существующие и активно разрабатываемые методы протеомики позволяют изучать экспрессионные профили многих тысяч генов и использовать полученную информацию в молекулярной медицине. Диагностика болезней по функциональному дефекту профилей многих белков или по конкретному продукту конкретного гена и составит основу молекулярной медицины. Помимо исследования функционального состояния генов и отдельных генных сетей для целей предиктивной медицины, в том числе для предупреждения и терапии опухолей, применение методов функциональной геномики крайне важно. Это важно для решения фундаментальных задач биологии развития, прежде всего для изучения механизмов реализации наследственной информации в процессе индивидуального развития (каким образом, под контролем каких генов и генных сетей разворачивается генетическая информация в процессе онтогенеза?). Наконец, именно с помощью функциональной геномики можно добиться направленного получения трансгенных животных, несущих в своем геноме гены человека и являющихся высокоэффективными продуцентами особенно важных для человека биоактивных препаратов, незаменимых при лечении многих тяжелых болезней. Зная генные сети и факторы транскрипции морфогенетических процессов, станет реальным управлять процессами дифференцировки эмбриональных стволовых клеток in vitro и таким способом получать в нужных количествах клетки – предшественники, необходимые для восстановления утраченных тканей и органов.
Синтез современных представлений о геноме человека и функциях его генов получил дальнейшее развитие в биоинформатике, позволяющей осуществлять компьютерный анализ генома, формировать и анализировать функции генных сетей, ответственных как за нормальные процессы морфогенеза, так и вовлеченных в различные патологические процессы. Принципиально новые подходы к решению практических задач, разработанные на основе программы «Геном человека», уже привели к созданию молекулярной медицины и ее основных разделов: молекулярной диагностики, предиктивной медицины и генной терапии.
Абсолютно идеального генома, наверное, нет ни у одного человека на планете. У всех нас имеются поврежденные или мутированные гены, которые в определенной комбинации способны спровоцировать заболевание. Именно по этой причине у здоровых родителей может родиться больной ребенок. Оценить степень риска помогают достижения молекулярной генетики. Ученые пророчат науке о наследственности большое будущее. Руководители международной программы «Геном человека» прогнозируют, каких высот достигнет генетика к 2010-2040 годам. По их мнению, в 2010 году будет возможно генное лечение 25 наследственных заболеваний. Появятся генные лекарства от диабета, гипертонии и других недугов. Со временем станет реальностью генная терапия онкологических заболеваний. Ученые выявят гены устойчивости и чувствительности ко многим лекарствам. К 2030 году, согласно все тем же прогнозам, расшифровка всего генома станет обычным делом, и процедура эта будет стоить меньше тысячи долларов (для сравнения: сегодня на прочтение генома нужно потратить ни много, ни мало -500 миллионов долларов). Примерно тогда же генетики выявят гены старения – будут проводиться клинические испытания по увеличению продолжительности жизни. К 2040 году все общепринятые меры здравоохранения – даже привычный общий анализ крови – будут основаны исключительно на геномике. А главное – станет доступной эффективная профилактическая медицина, учитывающая индивидуальный генетический портрет. С трудом верится, что через какие-то 30-40 лет в медицине произойдет переворот. Однако генетика идет вперед семимильными шагами, так что, возможно, «научно-фантастические» прогнозы в недалеком будущем станут для человечества обыденной реальностью.
Тестовые задания
Выберите правильный ответ (ответы):
Основоположником генетики является:
1. Г.Мендель
2. Г.Де Фриз
3. Т.Морган
4.Ч.Дарвин
Генетика оформилась в самостоятельную науку в:
1. 1865 г.
2. 1900 г.
3. 1903 г.
4. 1920 г.
Г.Мендель разработал методы генетики:
1. Гибридологический
2. Цитогенетический
3. Близнецовый
4. Популяционно-статистический
5. Генеалогический
Явление сцепленного наследования признаков впервые было обнаружено:
1. Т.Морганом
2. У.Бэтсоном и Р.Пеннетом
3. Г.Надсоном
4. Г.Менделем
5. Т.Бовери
Хромосомная теория наследственности разработана:
1. Г.Менделем
2. Т.Морганом
3. Н.Вавиловым
4. Ф.Криком
Впервые матричный принцип воспроизведения генов был предложен:
1. Г.Де Фризом
2. Уотсоном и Криком
3. Н.Кольцовым
4. Т.Морганом
Центральная догма молекулярной биологии сформулирована:
1. Т.Морганом
2. Ф.Криком
3. О.Эвери
4. Дж.Ледербергом
Молекулярный этап развития генетики начинается в:
1. 1920 г.
2. 1941 г.
3. 1944 г.
4. 1953 г.
Расшифровка структуры молекулы ДНК была предложена на основе работ:
1. А.Херши и М.Чейза
2. Дж.Уотсона и Ф.Крика
3. Дж.Бидла и Э.Татума
4. Т.Моргана и А.Стертеванта
Оперонный принцип регуляции генной активности у бактерий предложен:
1. Г.Кораной
2. 2. О.Эвери и К.МакЛеодом
3. Ф.Жакобом и Ж.Моно
4. М.Ниренбергом
Основоположником генной инженерии является:
1. Г.Корана
2. П.Берг
3. К.Итакура и Г.Бойер
4. С.Коэн
Основателем популяционной генетики в России является
1. М.Лобашев
2. С.Четвериков
3. Н.Кольцов
4. Н.Тимофеев-Ресовский
Основателем медицинской генетики в России являются:
1. В.Эфроимсон
2. Н.Кольцов
3. С.Давиденков
4. С.Левит
Установите правильную последовательность
Этапов генной инженерии:
1. введение вектора в клетку реципиент
2. выделение или синтез гена, кодирующего нужный белок
3. объединение гена с векторной молекулой ДНК
4. отбор клеток с функционально активным чужеродным геном
Установите соответствия
1.АВТОРЫ. ЗАКОНЫ ГЕНЕТИКИ
1. В
2. Г, Б
3. А
2.УЧЕНЫЕ. НАУЧНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ
1. В
2. Б
3. Г
4. А
Установите правильную последовательность
Этапов генной инженерии:
2, 3, 1 ,4
РЕКОМЕНДУЕМАЯ Литература
1. Астауров Б.Л. О генетике и ее истории. Вопросы истории естествознания и техники.1987.№ 3. С. 79-88.
2. Баранов В.С., Баранова Е.В., Иващенко Т.Э., Асеев М.В. Геном человека и гены «предрасположенности». СПб.: Интермедика. 2000. 271 С.
3. Бочков Н.П. Клиническая генетика. М.: Гэотар-Мед, 2002. 447 С.
4. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. Н.: Сибирское университетское изд-во, 2003. 478 С.
5. Фогель Ф., Мотульски А. Генетика человека в 3-х томах. Пер. с англ.-М.: Мир, 1989.