Свойства генетического кода

1. Генетический код универсален – един для всех организмов (вирусов, бактерий, растений, животных и человека).

2. Код триплетный. Месторасположение каждой аминокислоты кодируется сочетанием строго определенных трех нуклеотидов в мРНК, образующих один специфический кодон.

3. Код вырожденный. Одна аминокислота может кодироваться несколькими (от одного до шести) кодонами. Только две аминокислоты кодируются одним триплетом – метионин (АУГ) и триптофан (УГГ).

4. Код неперекрывающийся. Нуклеотидная последовательность считывается подряд в одном направлении – от 5' к 3', триплет за триплетом.

5. Кодон АУГ, находящийся в начале мРНК на конце 5', является инициатором синтеза полипептидной цепи. Если данный кодон находится в середине мРНК, то он кодирует аминокислоту метионин.

6. Кодоны УАГ («амбер»), УАА («охра») и УГА («опал») являются терминаторами (стоп-сигналами) синтеза. Когда считывание генетической информации в мРНК доходит до одного из этих кодонов, дальнейший синтез прекращается и полипептидная цепь отделяется от рибосомы.

В каждой клетке в молекулах ДНК закодирована вся генетическая информация, которая может быть реализована в онтогенезе через биосинтез в виде биохимических процессов, физиологических свойств и морфологических признаков.

Один из важнейших подходов к биохимической генетике – индукция, выделение и изучение мутантов (на примере дрожжей, бактерий). Выход мутантов можно увеличить с применением пенницилина, который препятствует синтезу клеточной стенки у бактерий и воздействует только на активно делящиеся клетки. Если клетки, выжившие после мутагенного воздействия, инкубировать в искусственной среде, прототрофы начнут расти и делиться. Подобные методы существуют и для одноклеточных и нитчатых грибов.

В изучении биохимической природы мутаций можно выделить три уровня:

а) проверка способности мутантов использовать известные или предполагаемые промежуточные продукты метаболического пути синтеза аргинина,

б) изучение накопления или выделения промежуточных продуктов биосинтетического пути в мутантных клетках,

в) точная идентификация нарушения метаболизма путем прямого исследования ферментов биосинтеза.

Например, мутанты, у которых нарушено использование глюкозы, обнаруживают следующим образом: после мутагенной обработки культуру высевают на индикаторную среду, содержащую лактозу, а также красители эозин и метиленовый синий (ЭМС). Колонии, которые могут расщеплять лактозу, окрашиваются красителями в красновато-зеленый цвет, а мутантные клетки не окрашиваются и образуют маленькие белые колонии. Соответствующие мутации можно отнести к одному гену (z) – структурному гену бетта-галактозидазы.

Применение цис-транс-теста к мутациям позволяет провести их генетико-биохимический анализ.

Закономерности цис-транс-теста.

1. Для отбора мутантов обычно используют у них способности выполнять какую-либо функцию – расти на искусственной среде, регулировать синтез какого-либо метаболита. Или (в случае фагов) расти на определенном штамме бактерии-хозяина. Эти признаки свидетельствуют , что данные мутации относятся к рецессивным.

2. Если два мутантных генома, утративших одну и ту же функцию поместить в общую цитоплазму, то конечный фенотип культуры будет мутантным.

3. Если в общую цитоплазму ввести два мутантных генома, у которых нарушены разные функции, то фенотип культуры будет диким.

Применение цис-транс-теста позволяет определить генетическую функциональную единицу, цистрон. Этот термин был предложен в 1957 г. Бензером. Как правило, термины «ген» и «цистрон» синонимичны, и их можно использовать как взаимозаменяемые.

Метод, позволяющий определить последовательность оснований во фрагментах ДНК, разработанный Максамом и Гилбертом в 1977 г. При работе этим методом ДНК расщепляют, удаляя из нее четыре разных основания. Для удаления оснований используют следующие реакции.

а. Реакция с диметилсульфатом в кислой среде. При этом происходит преимущественно удаление гуанина по сравнению с аденином.

б. Реакция с диметилсульфатом в присутствии NaCl. При этом удаляется преимущественно аденин.

в. Реакция с гидразином в присутствии пиперидина. При этом удаляются тимин и цитозин.

г. Реакция с гидразином и пиперидином в присутствии NaCl . В этом случае удаляется только цитозин.

Фрагмент ДНК метят по концам 32Р и обрабатывают в таких условиях, чтобы атаке подверглось только одно из ста оснований. В результате образуется ряд фрагментов, соответствующих скажем, расщеплению по каждому аденину. Полученные фрагменты разделяют по длине и, следовательно, по положению удаленных оснований с помощью гель-электрофореза. Одновременный электрофорез препаратов, полученных при четырех различных воздействиях, позволяет исследователю прочитать последовательность оснований ДНК. Этот метод дает возможность расшифровать последовательности длиной до 100 нуклеотидов; для расшифровки более длинных фрагментов необходимо разрезать исходный фрагмент фрагментами рестрикции, расшифровать образующиеся куски по отдельности и затем построить общую картину.

Общий состав генома любого организма можно изучать, исследуя кинетику реассоциации. При использовании этого метода ДНК нарезают на фрагменты длиной примерно 300 пар оснований и денатурируют нагреванием при 960 С. При понижении температуры комплементарные одноцепочечные фрагменты могут реассоциировать. Кинетику этого процесса прослеживают спектрофотометрически или путем выделения двухцепочечных молекул на гидроксиапатите. Скорость реассоциации зависит от степени повторяемости данной последовательности в образце. Исследования показали, что 30% генома составляют относительно простые последовательности. Остальные 70% генома состоят из уникальных последовательностей.

Гилберт предложил называть последовательности, которые входят в состав зрелой м РНК, экзонами, так как они экспрессируются, а те промежуточные последовательности, которые хотя и транскрибируются, но затем вырезаются из транскрипта до того, как он выходит из ядра, интронами.

Генетика пола

Детерминация пола и механизм его наследования

В ходе эволюции у большинства раздельнополых организмов сформировался механизм детерминации пола, обеспечивающий образование равного количества самцов и самок, что необходимо для нормального самовоспроизведения видов. Детерминация пола может происходить на разных этапах размножения. Различают три основных типа половой детерминации:

1) эпигамный, когда пол особи определяется в процессе онтогенеза. Детерминация пола в данном случае значительно зависит от внешней среды (самцы морского червя живут в матке самки, если личинка оседает на дно, то превращается в самку, а если проникнет в тело самки – в самца);

2) прогамный, когда пол будущего дочернего организма определяется в ходе гаметогенеза у родителей особи (коловратки, тля, кольчецы);

3) сингамный, при котором пол дочерней особи определяется в момент слияния гамет с образованием зиготы. Это наиболее распространенный тип детерминации пола, характерный для всех видов животных.

При прогамном и сингамном типах детерминации пол зависит от определенных половых хромосом.

У самок млекопитающих в диплоидном наборе хромосом выделяют последнюю пару одинаковых по форме половых хромосом, обозначаемых ХХ-хромосомами (гомогаметный пол). Самцы в кариотипе содержат Х- и Y –хромосомы (гетерогаметный пол – два типа гамет). Самцов обычно рождается на несколько процентов больше, чем самок, но в ходе эволюции повышена смертность самцов.

У птиц, пресмыкающихся и бабочек, наоборот, самки имеют гетерогаметный пол - ZW, а самцы – гомогаметный ZZ. У пчел половых хромосом нет, поэтому пол зависит от количества аутосом. В соматических клетках матки и рабочей пчелы содержится 32 аутосомы, а у трутня – 16 аутосом.

У дрозофилы возникновение пола зависит не только от присутствия половых хромосом, но и от соотношения аутосом. Это балансовая теория определения пола К.Бриджеса (1919). Все особи с балансом хромосом (или половым индексом) Х:А=1 – самки, Х:2А=0,5 – самцы. Баланс хромосом от1 до 0,5 определяет промежуточное развитие пола, то есть интерсексуальность. Соотношение 3Х:2А=1,5 ведет к развитию сверхсамок. Х+Y:3А=0,33 определяет развитие сверхсамцов. Гинандроморфы – насекомые у которых одни участки тела женские, а другие – мужские.

Организмы обладают бисексуальностью, то есть способностью при определенных условиях формировать женский или мужской пол. У крупного рогатого скота иногда рождаются двойни. В случае разнополых близнецов бычки развиваются нормально, а телочки в 95% случаев оказываются интерсексами (наружные гениталии женского типа, а внутренние органы – мужского). Таких животных называют фримартинами; они всегда бесплодны. Существует две теории образования фримартинов: гормональная и клеточная. Поскольку мужской гормон тестостерон начинает продуцироваться раньше, то длительное воздействие на женские половые органы приводит к недоразвитию последних. Присутствие Y-хромосомы в кариотипе телок-фримартинов и изменение у них признаков в сторону мужского пола – явное свидетельство ее влияния на половые признаки. Цитогенетический анализ является надежным методом ранней диагностики фримартинизма у телок.

У домашних животных существуют разные формы интерсексуальности, которые объединяются под названием гермафродитизм.

Кроме того, обнаружены отдельные формы, очень сходные с известными синдромами у человека – синдромами Клайнфельтера (ХХY) и Тернера (ХО). У крупного рогатого скота ХХY синдром наблюдали в сочетании с Х-трисомией. Характерными признаками животных были нарушения роста и развития, двухсторонняя гипоплазия семенников с олиго- и некроспермией и другими изменениями. Синдром Тернера характеризуется женским фенотипом с дисгезией гонад и другими генитальными дефектами. Цитологически - отсутствует вторая Х-хромосома. Образование гермафодитов – особей имеющих гонады и (или) половые органы противоположных полов, рассматриваются как результат нарушения мейоза в период развития бластоцисты. Животные с признаками гермафродитизма своевременно должны выделяться в группы откорма.

Диагностику пола интерсексов и гермафродитов впервые определил Барр М. в 1949 г. на основании обнаружения телец Барра или полового хроматина в ядре клеток. Это тельце встречается только в ядрах клеток самок. Количество телец Барра всегда на единицу меньше числа Х-хромосом. Так, если у самок обнаруживают два тельца Барра, то они являются носителями трисомии по Х-хромосоме. Если половой хроматин отсутствует, то у особи женского пола имеется только одна Х-хромосома. Если у самца обнаруживают тельце Барра, Это значит, что у него в кариотипе не одна, а две Х-хромосомы.

Наследственные аномалии животных, сцепленные с полом.

У сельскохозяйственных животных установлено несколько форм врожденных аномалий, обусловленных генами, локализованными в половых хромосомах. Как правило, они имеют рецессивный характер проявления, и при этом поражаются преимущественно особи гетерогаметного пола – у млекопитающих самцы, у птиц – самки. Сцепленные с полом летальные и сублетальные аномалии изменяют численное соотношение полов при рождении или после него вследствие гибели или браковки у млекопитающих самцов, у птиц – самок. Например, установлена такая аномалия, как врожденная деформация передних конечностей в сочетании с анкилозом суставов, изученная у животных черно-пестрой, сычевской и костромской пород, проявляется, как правило, у бычков, родственных между собой, что указывает на сцепленное с полом наследование. У собак обнаружено заболевание геофилией. Явление гемофилии заключается в утрате кровью нормальной способности к свертыванию. Симптомы гемофилии обычно проявляются впервые у щенят в возрасте от шести недель до трех месяцев. В число обычных симптомов входят: хромота (следствие кровоизлияний в суставы), сильная подкожная припухлость и в конечном итоге паралич одной или нескольких конечностей. Небольшие царапины могут оказаться для щенят-гемофиликов смертельными.

Передача через половые хромосомы признаков, сцепленных с Х- и Y-хромосомами, указывает на то, что на особь мужского пола большее влияние оказывает наследственность матери и ее предков, передавших Х-хромосому, которая является носителем генов для ряда признаков. Наследственность же отца, передавшего сыну Y-хромосому, генетически малоактивна.

Проблема регуляции пола у сельскохозяйственных животных

В молочном скотоводстве более желательным является рождение телочек, а в мясном – бычков. В яичном птицеводстве экономически выгодно получать больше курочек, а в мясном – петушков. С тонкорунных баранов настригают вдвое больше шерсти, чем с овец, оленьи панты можно получить только у самца. У тутового шелкопряда самцы дают на 25-30% больше шелка, чем самки, поэтому их преимущество очевидно. Регуляция соотношения полов у млекопитающих может быть достигнута такими путями:

1. Метод кислотно-щелочного анабиоза, который дает изменение соотношения Y:Х=20:80%. Этот метод основан на разной подвижности сперматозоидов. В кислой среде наиболее подвижны Х-спермии, а в щелочной -Y-спермии.

2. Метод разделения спермы на фракции путем электрофореза. Предполагают, что при этом спермии с разными половыми хромосомами отойдут к разным полюсам. При температуре в опыте 25оС на аноде накапливается спермы в соотношении Y:Х=75:25%, а на катоде –Y:Х=20:80%. При снижении температуры в опыте до 10оС результаты были обратными: на аноде накапливалось спермы в соотношении Y:Х=17:83%, а на катоде - Y:Х=83:17%.

3. Изменение pH женских половых путей. Обычно среда влагалища кислая. Однако при половом оргазме матка сокращается, и слизь из канала шейки матки, который имеет щелочную среду, поступает во влагалище и среда становится нейтральной. Если оргазм происходит у самки раньше, чем у самца, и спермии попали в нейтральную среду, то следует ожидать потомков мужского пола. Если оргазм у самца опережает оргазм самки, то спермии попадут во влагалище с кислой средой и следует ожидать потомство женского пола.

4. Центрифугирование спермы перед осеменением. Х-спермии будут на дне центрифужной пробирки, а Y–спермии – сверху.

5. Фракционирование спермиев по количеству ДНК и по их антигенному составу.

6. Учет возраста спариваемых особей. С возрастом родителей заметно снижается рождение самок (их было мало получено и от годовалых животных). При спаривании кур шестимесячного возраста выход самок был низким (27-33%), в потомстве же десятимесячных родителей он составил 47,5%, а двенадцатимесячных – 49,7%.

7. Метод программирования будущих детей относительно менструального цикла(Ф.Бенендо, 1970). Если спермии попадут в половые органы женщин за 4 дня (12-14 день после начала менструации) до овуляции (выхода зрелой яйцеклетки из яичника в матку), то в 84,7% случаев рождаются девочки, а если сразу после овуляции, то в 86,6% случаев рождаются мальчики.

У других видов продуктивных животных используют такое явление как партеногенез. Партеногенез – это развитие зародыша, а потом и организма без оплодотворения. Различают гиногенез и андрогенез. Гиногенез – это развитие зародыша из неоплодотворенной яйцеклетки, характерное для серебристого карася, так как в икринку проникает спермий другого вида; для некоторых пород кур и индеек. Андрогенез – это развитие потомков только за счет ядер спермиев, слитие которых происходит в яйцеклетке с утраченным ядром. Это характерно для тутового шелкопряда, паразитический осы, когда особи обладают только признаками отцовского вида. Разрушение ядер яйцеклетки в таком случае проводят рентгеновскими лучами (Б.Л. Астауров).

Генетические методы раннего распознавания пола.

В птицеводстве используют сцепленную с полом окраску перьев для различения пола у суточных цыплят. Скрещивали золотистых петухов с серебристыми курами. Из яиц вылуплялись желтые цыплята – это курочки, другие зеленовато-белые – это петушки.

Используя явление сцепленного сполом наследования, Пеннет в Англии создал породу кур камбар. Петушки более светлой окраски, чем курочки (пятнистый рисунок). А.С.Серебровский изучил признак полосатости у кур и установил, что он детерминирован геном, локализованным в половой хромосоме. У петушков имелись темные пятна, у курочек – нет. Эти различия обуславливаются доминантным геном В, локализованным в половой хромосоме. Наследственный детерминизм в окраске был найден у гусей – один пол белый, другой серый. Существует метод распознавания цыплят по строению клоаки. У крупных малоплодных животных разработаны методы раннего определения пола, основанные на микрохирургическом получении клеток трофобласта у эмбриона или взятия амниотической жидкости с последующим цитогенетическим анализом состава половых хромосом.

 

Лекция 8. Передача наследственной информации у бактерий и вирусов. Основы фармакогенетики

 

Бактерии имеют плотную клеточную оболочку, под которой находится эластичная, тонкая протоплазматическая мембрана. В цитоплазме бактерий есть небольшие образования, так называемые плазмиды (эписомы). Это небольшие кольцевые двуцепочечные молекулы ДНК, которые могут существовать автономно (реплицироваться с помощью ферментов клетки бактерии независимо от основной хромосомы) или входить в состав молекулы ДНК, которая находится в хромосоме бактерии. Термин «плазмиды» предложен Дж. Ледербергом в 1952 г. Маленькие плазмиды включают 10-30 тыс.пар оснований, и в клетке имеется их от 10 до 100 копий. Большие плазмиды содержат до 100 тыс. пар оснований, но в клетке они представлены одной-двумя копиями. Изучены факторы (R-факторы) устойчивости к лекарственным веществам (стрептомицину, тетрациклину, сульфаниламидам). Термин «эписомы» предложен Ф.Жакобом и Э.Вольманом (1958). Есть эписома, которую называют половым фактором F+. Она выполняет функцию обмена генетическим материалом между бактериальными клетками.

Кишечная палочка (Escherichia coli) обладает гаплоидным набором хромосом, является быстрорастущим организмом, который можно культиворовать на синтетической среде. В бактериях происходит обмен генетической информацией, который приводит к возникновению новых рекомбинативных генотипов, однако процессы, которые приводят к такому обмену, существенно отличаются от оплодотворения и мейоза, характерных для высших организмов. Эти процессы называются парасексуальными и включают в себя такие формы, как сексдукция, трансформацияи трансдукция. Парасексуальные процессы – это обмен генетической информацией между клетками разных штаммов бактерий и вирусов.

Сексдукция – это перенесение генетического материала от одной бактерии к другой с помощью полового фактора (F+) при коньюгации. Впервые процесс коньюгации у бактерий обнаружили Дж.Ледеберг и Э.Татум в 1946 г. В 1952 г. Хейс установил неравноценную роль родительских штаммов при коньюгации. Выяснилось, что один штамм является донором (мужским), а другой – реципиентом (женским). F+ - это присутствующий половой фактор, что характерно для мужских клеток бактерий, F- - это отсутствующий половой фактор, что характерно для женских клеток бактерий.

Клетки-доноры обладают половым фактором F+, который является коньюгативной плазмидой и представляет собой циркулярно замкнутую молекулу ДНК. При коньюгации клетки доноры F+ соединяются с клетками-реципиентами F- при помощи коньюгационного мостика – особой протоплазматической трубки, образуемой клеткой F+. При коньюгации фактор F+ обычно не передается, так как располагается в конце хромосомы. С более высокой частотой передаются гены, расположенные около начальной точки хромосомы донора. Затем ДНК донора в гомологичных участках вступает в контакт с ДНК реципиента и в результате кроссинговера, некоторые участки одной цепи ДНК реципиента заменяются фрагментами ДНК донора. При коньюгации половой фактор вместе с фрагментами ДНК иногда переходит в женскую клетку, превращая ее в мужскую и передавая ей свойства, контролируемые фрагментом хромосомы донора. Мостик между коньюгирующими клетками хрупок, и перенос всей хромосомы донора, который при 370С занимает 90 минут редко доходит до конца. При данной температуре перенос происходит с постоянной скоростью. Большая скорость деления бактериальных клеток за короткий промежуток времени, обуславливает их показательное использование в генетических исследованиях.

Трансформация – это процесс передачи наследственной информации от одного штамма бактерий другому вследствие перенесения ДНК. Такое явление впервые обозначил Ф.Гриффитс в 1928 г. на пневмококках. В 1944 году Эвери, Мак-Леод и Мак-Карти осуществили химическую идентификацию трансформирующего начала. Они убивали клетки пневмококков нагреванием, экстрагировали с помощью лизиса в присутствии детергента и после осаждения абсолютным этанолом и депротеинизации хлороформом получали трансформирующее начало в высокоактивной форме. Конечный продукт давал отрицательную реакцию на белок и и РНК и резкоположительную реакцию на ДНК. Трансформирующая активность препарата была устойчива к протеолитическим ферментам и рибонуклеазе, но разрушалась под действием ферментов, расщепляющих ДНК. С помощью этих экспериментов было твердо установлено, что ДНК способна переносить генетическую информацию от одной бактерии к другой.

Трансдукция- Это перенос генов из одной бактериальной клетки в другую при участии определенных бактериофагов. Впервые явление трансдукции установили Н.Д.Циндер и Дж.Ледеберг в 1952 г. По строению бактериофаги – это вирусы, паразитирующие в бактериальных клетках. У бактериофагов ДНК заключена в головке фага. Если фаг вирулентный, то инфицирование этим фагом чувствительной клетки-хозяина приводит к ее лизису и высвобождению фагов-потомков. Фаговые частицы прикрепляются к специфическим участкам бактериальной клеточной стенки с помощью фибрилл отростка. Чехол отростка сокращается, и содержимое головки проникает внутрь бактерии, как бы впрыснутое шприцем. Фаговая ДНК проходит через отросток в бактериальную клетку, подавляя белоксинтезирующие механизмы клетки-хозяина, и заставляет их синтезировать компоненты фага, используя в качестве матрицы фотоспецифические мРНК. Есть и такие фаги, которые, инфицируя клетку, не обязательно вызывают ее лизис. Подобно коньюгации, трансдукция – однонаправленный перенос. Трансдуцированные гены донора включаются в тот участок бактериальной хромосомы, в котором расположены гомологичные гены реципиента. Иногда трансдуцированный фрагмент ДНК не интегрируется, а остается в цитоплазме бактерии; в этом случае он не может делиться, но способен транскрибироваться и транслироваться. Это абортивная трансдукция; она обусловливает гетерозиготность по генам, содержащимся в перенесенном фрагменте, и позволяет исследовать функцию генов и их взаимодействие.

Эксперимент Френкель-Конрата в 1955 г. отчетливо показал, что именно РНК определяет взаимодействие вируса и клетки-хозяина, а также генотип и фенотип вирусного потомства. В 1956 г. Гигер и Шрамм показали, что генетическим материалом ряда вирусов, а в частности вируса табачной мозаики (ВТМ) является одноцепочечная молекула РНК.

Основы фармакогенетики

Фармакогенетика – наука о роли генетических факторов в индивидуальной, видовой, половой и возрастной восприимчивости организмов к лекарственным веществам, метаболизме этих веществ, толерантности, лекарственной зависимости, кумуляции, потенциировании и антагонизме. Фармакогенетика – это новый прикладной междисциплинарный раздел генетики и фармакологии (науки, изучающей действие лекарственных веществ на организм животных и людей).

Фармакогенетика изучает:

- реакции организма на действие лекарственных веществ с учетом генетических особенностей отдельных индивидуумов в рамках возрастных, сезонных, половых, видовых особенностей;

- стремление достижения желаемого эффекта при их применении;

- механизм и степень наследования этих реакций в норме и патологии;

- генетику ферментов, которые превращают (метаболизируют) лекарственные вещества в норме и в случае патологических изменений в ферментной системе;

- разрабатывает способы профилактики патологических медикаментозных реакций и лечения органов с такими отклонениями.

Термин «фармакогенетика» ввел в науку в 1959 г. Вогель, который первым заметил существование генетического контроля над реакциями организма на введение лекарственных веществ.

Генетически обусловленные отличия в реакциях организма на лекарственные вещества зависят:

1. От замедленного метаболизма лекарственных веществ, вследствие чего возникает резкая реакция организма на фармакологические препараты (образование недостаточного количества соответствующих ферментов, или с недостаточной их активностью).

2. От ускоренного метаболизма лекарственных веществ, результатом которого является слабая фармакологическая реакция организма и пониженная лечебная эффективность препаратов.

3. От нарушения нормального взаимодействия между лекарственными веществами и метаболитами, что может приводить к образованию вредных химических соединений и негативной реакции организма.

Также могут возникать нетипичные реакции организма на лекарственные вещества, прямо не связанные с генотипом организма, а являются результатом аллергизации, ослабления защитных механизмов организма. Чаще всего это результат ферментных дефектов (энзимопатий).

Энзимопатии – наследственные нарушения структуры и функции ферментов, метаболизирующих лекарственные вещества. Они возникают в результате мутаций определенных генов и играют важную роль в возникновении негативного действия многих лекарственных веществ. В одном случае действие лекарственных веществ усиливается настолько, что обуславливает нежелательные последствия, а в другом – лекарственные вещества провоцируют обострение хронических заболеваний, которые протекали латентно.

Широкое применение антибиотиков и других лекарств привело к тому, что генетическая резистентность патогенных бактерий возросла до такой степени, при которой часто затруднено лечение инфекционных болезней. В Англии среди изученных штаммов сальмонелл 61% оказался резистентным к одному или более антибиотиков. В этой же стране в 1977 г. 62,6% штаммов E.coly, выделенных от крупного рогатого скота, были резистентными к стрептомицину и 47% - к тетрациклину, а у свиней – соответственно 5,5 и 47,1%.

У скота, павшего от респираторных болезней, выделено более 50% культур пастерелл, устойчивых к сульфаниламидам и стрептомицину, а 75% были нечувствительны к тетрациклину.

На некоторых фермах в Японии во время эпизоотии сальмонеллеза у телят выделяли до 77% устойчивых к хлорамфениколу штаммов сальмонелл, среди которых 85% были также устойчивы к тетрациклину, стрептомицину и сульфаниламидам. Резистентность полностью передавалась последующим поколениям сальмонелл.

Во многих странах повышение резистентности к различным лекарствам обнаружено у гельминтов и клещей. Установлено, что применение одного препарата ведет к возникновению устойчивости клещей к этому препарату в течение 5-10 лет.

Механизм резистентности микроорганизмов против лекарственных веществ.

Резистентность микроорганизмов зависит от образования в бактериальных клетках так называемых плазмид – эписом с R–фактором (способным обеспечить устойчивость бактерий против лекарственных веществ). Плазмиды по коньюгационному мостику могут проникать в другую бактерию, даже другого вида, обусловливая или невосприимчивость к определенным лекарственным веществам, или способность к синтезу колицинов. Колициногены включают гены, которые и обусловливают синтез бактерией особых белковых веществ – колицинов. Однако образовавшиеся метаболиты пагубно воздействуют на организм животного или человека, ухудшая состояние здоровья. Периодическое чередование разных лекарственных веществ (в пределах 2-3 суток), как правило, приводит к полной утрате способности бактериальной клетки к быстрому размножению R-факторов, размножению самой клетки и к ее гибели. Некоторые из плазмид способны встраиваться в хромосому бактерии, и тогда при переходе из одной бактерии в другую они, подобно половому фактору, перетягивают за собой часть, а иногда всю хромосому.

Эффективность введения лекарственных веществ зависит от:

- Пола. Мужской пол имеет меньше активных генов, чем женский, вследствие инертности Y-хромосомы. Например женский пол чувствителен к никотину, стрихнину, снотворному, но резистентен к алкоголю.

- Возраста. Новорожденные более чувствительны к лекарственным веществам, чем взрослые. При внутрибрюшном введении новорожденным крольчатам гексабарбитала 75мг/кг приводит к глубокому сну, а затем к гибели. У 10-дневных крольчат сон 1-2 часа, и гибнут 50%. У 16-дневных крольчат – сон 10-20 минут. Взрослые кроли не засыпают. Такие лекарственные вещества, как ацетилхолин, адреналин, никотин у старых животных вызывают реакцию в 3-10 раз выше, чем у молодых.

- Смены дня и ночи. Так морфин, амфетамин наиболее активны в ночное время, а никотинамид – днем. У мышей токсичность этилового спирта вечером и ночью выше, чем утром и днем. Ритмическая деятельность организма полностью зависит от генетического контроля и действия желез внутренней секреции.

- Факторов внешней среды. Температура, свет, радиационный режим, способ содержания (групповой, одиночно), режим кормления, атмосферное давление… Воздействие рентгеновскими лучами снижает действие лекарственных веществ. Одиночное содержание приводит к увеличению активности ферментов, вследствие чего продолжительность сна значительно уменьшается.

 

Лекция 9 Ветеринарная селекция. Генетика поведения, ее использование в селекции

 

Генетические основы наследственной устойчивости против заболеваний.

Ветеринарная селекция – это селекция животных на устойчивость против заболеваний проводимая одновременно с селекцией на высокую продуктивность. Селекция (от лат. – отбор) – теория и практика создания высокопродуктивных пород животных и штаммов микроорганизмов, направленная на перестройку генетической структуры стада в желаемую для человека сторону. Селекционную работу по улучшению стад животных можно разделить на такие этапы: оценка, отбор и подбор пар для скрещивания согласно конкретного метода.

Рассмотрим некоторые примеры успешной селекции на устойчивость к болезням. Селекция кур на устойчивость к пуллорозу (тифу) связана со скоростью повышения температуры тела цыплят с 38,9оС (при вылуплении) до температуры тела взрослой птицы 41-42 оС (в возрасте 10 дней). Наиболее устойчивы цыплята, у которых температура тела быстро повышается. Предполагают, что при этом ускоряется образование антител. У цыплят породы белый леггорн температура тела повышается более быстро, чем у плимутроков и род-айландов. Этот критерий был использован для создания двух линий. Пуллороз является хорошим примером влияния среды на наследственную резистентность.

Селекция кур на устойчивость к эймериозу (кокцидиозу). В качестве критерия устойчивости использовали способность цыплят раннего возраста к выживанию в течение 10 дней после заражения определенным числом ооцист. Живая масса у резистентных цыплят была выше, чем у восприимчивых (115 г против 94г). Коэффициент наследуемости устойчивости к эймериозу равен 0,28.

Селекция скота на устойчивость к клещам. Примером этой селекции служит австралийский молочный зебу, полученный путем скрещивания зебу (устойчивый к паразитам) с европейскими породами (высокопродуктивные) и несет около 20-40% крови зебу.

Селекция кур на устойчивость к болезни Марека. Установлено, что аллель В21 является генетическим индикатором (маркером) резистентности кур к болезни Марека. Аллели 1.3,5,13,15 и 19 обуславливают высокую восприимчивость. Цыплят в возрасте двух дней заражали вирусом, вызывающим болезнь Марека. В линии N выявляли более резистентные семейства. Производителей, от которых произошли эти семейства, вторично спаривали с большим количеством устойчивых матерей. В результате селекции в четвертом поколении заболеваемость в резистентной линии N составила 3,6%, а в восприимчивой – 96%.

Трансплантация эмбрионов может быть одним из методов повышения эффективности селекции на устойчивость к болезням. Этот метод позволяет получать от каждой коровы из резистентных к болезням и высокопродуктивных семейств несколько потомков за один год, т. е. Можно интенсивно размножать резистентные генотипы. Возможно клонирование лучших по резистентности генотипов.

Селекция по поведению. Коровы с высокой и средней стрессоустойчивостью обладают лучшей молочной продуктивностью и лучшей приспособленностью к машинному доению.

Поведение – это сложная биологическая функция организма, обеспечивающая его связь с окружающей средой и взаимоотношения с особями своего или чужого вида. В исследованиях И.М.Сеченова и И.П.Павлова было сформулировано учение об условнорефлекторной деятельности животных как реакции на внешние раздражения. Важную роль в поведении животных играют врожденные инстинкты (безусловные рефлексы), которые связаны с условными рефлексами. На формирование поведения влияют мутации. Теоретические основы исследования поведения животных базируются на наблюдениях за поведением в природных условиях, а также на экспериментальных методах, включающих физиологические методы определения типа высшей нервной деятельности (ВНД, Э.П. Кокорина, 1978), на методах этиологии, психологии, биохимии.

Поведение животных осуществляется на основе наследственной организации нервной системы. Одинаковые формы поведения могут быть свойственны животным разных типов ВНД. Поведение животных есть результат взаимодействия врожденных и индивидуально приобретенных рефлексов, то есть опыта. Влияние факторов среды на поведение животного осуществляется в пренатальный и неонатальный периоды с различным эффектом. У животного меняется уровень эмоций и кортикостероидный ответ на стресс, изменяются способность к обучению и темп развития. Уровень кортикостероидов в материнской плазме является фактором влияния материнской стимуляции на эмбриональное развитие потомка. Гормон роста матери влияет на способность к адаптивному обучению ее потомка. Влияние материнского организма на поведение потомства было выявлено при скрещивании четырех линий осетровых рыб. Цитоплазма яйца играет существенную роль в реализации наследственности поведения.

Наиболее приспособленными к условиям среды являются сильные уравновешенные животные. Поведение таких животных благоприятно для воспроизведения потомства и достижения высокой продуктивности.

Роль наследственности в формировании рефлексов была выяснена на основании многих экспериментов. Установлено, что гены, контролирующие тип поведения, благоприятного в конкретных условиях для сохранения вида, содействуют сохранению генофонда и росту популяции. Ген, контролирующий агрессивность поведения, способствует благодаря естественному отбору закреплению в популяции агрессивных особей и устранению менее агрессивных. Уровень содержания РНК в нервных клетках влияет на поведенческие функции.

Эндокринная система определяет изменения и особенности поведения и тем самым формирует их фенотипическое проявление. В птицеводстве разрабатываются методы выведения стрессоустойчивой птицы с использованием концентрации кортикостероидов в крови. Гормоны действуют на поведение путем непосредственного влияния на определенные нейроны ЦНС. Половые гормоны влияют на становление агрессивного поведения, на способность к обучению, эмоциональные реакции и условные рефлексы. Морфологическая структура мозга является главным фактором реализации генетической информации на уровне поведения (Волстен, 1974).

Генетическая обусловленность поведенческих реакций сельскохозяйственных животных подтверждается величиной коэффициента наследуемости (h2), который для разных поведенческих признаков достаточно высок (от 0,2 до 0,9), что свидетельствует об эффективности селекции по этим признакам. Для ряда признаков поведения выявлено доминантное или рецессивное наследование.

Генетические основы наследственной устойчивости против заболеваний

Генетически обусловленная резистентность к болезням и устойчивость к неблагоприятным условиям среды должны стать элементом оценки животных и отражаться в планах племенной работы со стадом и породой. Естественная резистентность животных – это совокупность генетически детерминированных неспецифических защитных механизмов, обусловливающих невосприимчивость к инфекциям. К факторам естественной резистентности относится фагоцитоз – это захват и переваривание клетками мезенхимного происхождения чужеродных веществ и тел, проникающих в организм. Фагоцитоз имеет большое значение для новорожденных животных. Еще И.И.Мечников разделил фагоциты на макрофаги и микрофаги. Макрофаги – это клетки ретикулоэндотелиальной системы (РЭС) и их производные, тканевые макрофаги – гистиоциты, моноциты крови, а также альвеолярные и перитональные макрофаги. Микрофаги – это гранулоциты крови.

Этапы фагоцитоза

1. Прилипание фагоцитирующей частички на поверхность клетки.

2. Выпускание клеткой отростка цитоплазмы в виде псевдоподий, окружающих частичку и поглощающих ее внутрь клетки.

3. Накопление инородных тел в вакуоли, где и происходит процесс переваривания и ассимиляции при помощи бактерицидный веществ и ферментов, находящихся в гранулах (лизосомах) фагоцитов.

Реактивность организма – способность отвечать на воздействия внешней среды изменением своей жизнедеятельности, что обеспечивает его адаптацию к различным условиям обитания. Иммунологическая реактивность связана с воздействием на организм чужеродных белков, микробов и их токсинов. Уровень общей иммунологической реактивности прямо зависит от увеличения фагоцитарной активности, накопления антител (Ат), увеличения бактерицидной активности сыворотки крови, то есть от уровня специфического иммунитета. Кроме иммунных Ат в организме животных присутствуют естественные (нормальные) Ат, наличие которых свидетельствует об иммуногенной готовности организма (Зильбер, Вагонис). Нормальные Ат имеют бактерицидную способность, то есть, способны убивать бактерии с помощью таких бактерицидных веществ, как лизоцим, бетта-лизин, лейкин, комплемент (алексин).

На изменчивость иммунологической реактивности организма влияет уровень кормления, способ содержания, температурно-влажностный режим, состояние нервной и ретикуло-эндотелиальной систем, сезон года, возраст животного и т. д. Есть данные, что содержание комплемента, гемолизинов, агглютининов в основном генетически обусловлены и являются конституционными показателями животных. Тогда как показатели опсоно-фагоцитарной реакции обусловлены паратипическими факторами и для прогнозирования в селекции не могут быть использованы.

По результатам кожной антисывороточной пробы можно определить наиболее устойчивых и восприимчивых к заболеваниям животных.

Выявлена породная и индивидуальная устойчивость некоторых домашних популяций или групп животных в отношении различных инфекций. При этом животные не заболевают даже в очаге массовой инфекции или переносят заболевание в легкой форме.

Способность животных проявлять повышенную резистентность становится важным селекционным признаком. Передача особенностей резистентности от родителей потомкам наследуется по законам Менделя и может быть охарактеризована популяционными параметрами, такими как коэффициенты корреляции, регрессии, наследуемости, если сравнивать показатели факторов резистентности (общий белок, альбумины, глобулины и его фракции) между родственными животными.

Методы определения наследственной обусловленности аномалий и болезней.

Зоотехнический метод основывается на анализе родословной животного, у которого обнаружено уродство. Проводят оценку производителей по фенотипу, родословной и по качеству потомства.

Генетические методы включают специальный подбор пар, на основе которого осуществляют анализирующее скрещивание и семейный анализ. Проводят цитогенетическую характеристику кариотипа, оценивают иммунную совместимость или ее отсутствие у родителей, определяют частоту летального аллеля и делают прогноз вероятности его распространения.

Ветеринарные методы используют показатели клеточного и гуморального иммунитета, патологоанатомический анализ.

Наиболее опасными по своему патологическому, экономическому эффекту и трудностям в их ликвидации обычными ветеринарными приемами являются инфекционные и инвазионные болезни (бруцеллез, туберкулез, лейкоз, маститы, рожа, пироплазмоз, пуллороз кур, птичий тиф и др.).

Устойчивость животных к указанным заболеваниям имеет полигенный тип наследования, то есть, обусловлена действием многих генов. Выявление генетического детерминирования некоторых заболеваний, создает основу для осуществления селекции на резистентность. Темп селекции зависит от вида животного (у крупного рогатого скота он меньше, чем у птиц). Селекция на резистентность усложняется тем, что отбор ведут одновременно по нескольким признакам.

Использование селекционных методов создания и выведения резистентных популяций сельскохозяйственных животных осуществляется в нашей стране ведущими научно-исследовательскими коллективами.

Существенный урон наносит распространение маститов у крупного рогатого скота в острой и субклинической форме. Повышение заболеваемости маститом наблюдается в зимне-стойловый период и несколько уменьшается в летне-пастбищный, когда благоприятное действие оказывает ультрафиолетовое естественное облучение, вызывающее гибель микрофлоры.

Отмечено, что при инбридинге (родственном спаривании) родительских пар снижается маститоустойчивость потомства. Выявлены более резистентные семейства и линии. Отмечена зависимость частоты аллеля bLgAгена в белке молока и устойчивости к маститу у голландской и шведской пород коров (частота аллеля 0,4865).

У коров айрширской породы со скрытыми (субклиническими) маститами активность лизоцима молока и молозива была в два раза выше, чем у здоровых коров.

Большой экономический ущерб скотоводству наносит лейкоз (злокачественное разрастание клеток кроветворных органов). В 1968 г. сформулирована вирусно-генетическая теория возникновения и распространения лейкоза. Считают, что восприимчивость к лейкозу контролируется доминантными, а устойчивость к нему – рецессивными аллелями аутосомных хромосом животного. Размножение вируса может происходить только при внедрении его в клетку животного, в результате чего наступает процесс репликации РНК вируса. При этом вирус вызывает большие изменения в морфологии и обменных процессах зараженных клеток. О.А.Ивановой сформулирована гипотеза о том, что в основе заболевания лейкозом лежит провирус (V), ДНК которого включается в геном клетки крупного рогатого скота. Активность провируса зависит от наличия в генотипе животного доминантного гена-репрессора (R) или его рецессивного аллеля r. Если в генотипе клеток рецессивный ген будет находиться в гомозиготном состоянии (rr), то провирус становится активным, что приводит к заболеванию животного лейкозом. Следовательно, наличие провируса V и аллеля r создает состояние предрасположенности к лейкозу и при генотипе клеток животного V-rr проявляется заболевание. Эти исследования проводились на поголовье скота красной степной породы и подтверждены авторами Емельяновым, 1966; Визнером, 1967; Лактионовым, 1968; Эрнстом, Цалитисом, 1973. Доказано, что устойчивость к лейкозу обусловлена полигенным (полимерным) типом наследования (Петухов, Карликов,1981). Коэффициент наследуемости (h2) резистентности к лейкозу колеблется от 0,1 до 0,33.

Шишковым А.П.(1983) показано. Что вирусы, вызывающие онкогенные заболевания, интегрированы с геномом кроветворных клеток. Развитие лейкоза в организме связано с иммунобиологическим состоянием животного и его генетической предрасположенностью к заболеванию. Противолейкозный иммунитет связан с состоянием Т- и В-лимфоцитов, макрофагов и неспецифических факторов резистентности организма.

Для селекционных целей разработан популяционный коэффициент (И) – индекс генетической устойчивости. Чем больше индекс устойчивости, тем выше резистентность.

Эффективность отбора по устойчивости к лейкозу в семействах значительно ниже, чем по линиям. В породном аспекте повышенная восприимчивость выявлена у черно-пестрого фризского скота, у канадских голштинов, у финских айрширов. Исследованиями в США выяснено, что поражаемость бычьим лейкозным вирусом (БЛ) у мясного скота составила 2,6%, у молочного – 28,2% (особенно у голштино-фризов). У красных пород выявлено 52% заболеваемости лейкозом, у черно-пестрых пород – 43,6%, у палевых – 39,2%, у бырых (швицкая, лебединская) – 13%.

Среди коров, заболевших лейкозом, большая часть получена с использованием инбридинга. Вирус лейкоза может передаваться потомству в эмбриональный период от больной матери и через молозиво. Выпущены «Рекомендации по селекции крупного рогатого скота на устойчивость к лейкозу» (1986). Быков считают лейкозоустойчивыми, если ни одна из их дочерей не болела лейкозом до окончания третьей лактации.

Популяционный анализ показал, что коэффициенты наследуемости устойчивости составили по лейкозу 0,3, по бруцеллезу 0,194, туберкулезу 0,10, маститу 0,10, болезням конечностей 0,13.

Бруцеллез – это острое или хроническое контагеозное заболевание, сопровождающееся воспалением плаценты и абортами, поражает суставы, кости, нервную систему.

Описана семейная устойчивость крупного рогатого скота против ящура (инфекционная болезнь, характеризующаяся афтозным поражением слизистых оболочек).

Существует устойчивость животных против разных гельминтов. Например, устойчивость овец против гемонхоза связана с концентрацией гемоглобина в крови. Овцы породы рамбулье, во Флориде имея высокие показатели гемоглобина крови, более устойчивые против гемонхоза, а овцы породы ромни-марш исключительно стойкие против трихостронгилеза.

Наибольшую устойчивость к трипаносомозам, пироплазмозам, бабезиозам выявили помеси красной степной породы с зебу.

У герефордов можно выявить генетическую устойчивость или восприимчивость к раку глаз в первые месяцы жизни по интенсивности пигментации кожи вокруг глаз. Цельное кольцо пигмента вокруг глаз шириной около 13 см является признаком генетической устойчивости против заболевания. Чаще всего рак глаз у животных наблюдают в районах с преобладанием солнечного излучения. Заболевание начинается с коньюктивита. Раком глаз болеют животные старше четырех лет. Андерсон Д. доказал, что частота заболевания раком глаз потомков, родители которых не болели, составляет 11%, потомков больных родителей – 36%, потомков одного больного родителя – 25%.

Хатт Ф. (1954) получил устойчивую к пуллорозу (или тифу кур, характеризующегося поражением кишечника и перерождением фолликулов яичника) линию кур породы белый леггорн. Автор указывает на доминантный тип наследования этого признака.

Выявлена разная степень породной устойчивости птицы к лейкозу (вирус саркомы Рауса). У помесей (полтавская глинистая х род-айлонд) индекс резистентности составил 51-59%, а у леггорнов – 13-14%. Коэффициент наследуемости по отцу был выше, чем по матерям.

Исследования гельминтологов показали, что наблюдается наследственная устойчивость кур к аскаридозу, что связано с наличием определенных генотипов по полиморфным системам некоторых ферментов. Наиболее подвержена аскаридозу птица, характеризующаяся сочетанием следующих генотипов по этим же локусам: PpFF, EsFF, CaFF, HbBB, то есть имеющих гомозиготную форму (Селихова, 1983).

Соколовой А.Н.(1986) создана линия кур, приспособленная к низким температурам окружающей среды. Птица проявляла комплексную устойчивость к аскаридозу, кокцидиозу, болезни Марека (поражение периферических нервных стволов) и карциноме (раку). Эти качества резистентности сочетались со скороспелостью. Доказана генетическая склонность крупного рогатого скота к абортам, тяжелым родам, мертворождению. В организме некоторых коров образуются высокоактивные Ат против белков спермы, что приводит к агглютинации (склеиванию) их во время осеменения. Поэтому своевременно надо проводить реакцию спермоагглютинации с последующей заменой быка-производителя. Доказано, что от больных или переболевших кистой яичника матерей рождается больше больных кистой дочерей. Коэффициент наследственности 0,108-0,160.

Таким образом, в задачу генетики входит разработка методов, позволяющих выявлять наследственную патологию (аномалии, уродства, болезни), устанавливать показатели. Характеризующие степень резистентности животных или их предрасположенность к заболеваниям.

 

Лекция 10 Основы ветеринарной патогенетики

 

Патогенетика – это наука, которая изучает генетические отличия животных и роль наследственности в этиологии и патогенезе разных болезней; наука о гигиене наследственности и генетической профилактике.

Генетическая гигиена (гигиена наследственности, генетическая профилактика) занимается предотвращением передачи патологических генов из поколения в поколение и распространением их в популяции, то есть препятствует образованию наследственных заболеваний у сельскохозяйственных животных.

Наследственная патология – это генетика, обращенная к ветеринарной практике и поэтому основанная на принципах общей генетики. Врач ветеринарной медицины должен уметь путем сочетания ветеринарных, генетических и генетико-статистических методов диагностировать наследственные аномалии и наследственное предрасположение животного, оценить их значение, наметить пути борьбы с ними, а также контролировать генетическое благополучие популяции, крупных стад, племенных линий и поголовья производителей.

В популяции устанавливаются средние частоты аномалий (пороков развития). Зитман (1964) зарегистрировал в двух стадах джерсейской породы удвоение шейки матки с частотой 36,8 и 26,1%, а Рикк (1971) упоминает о хозяйствах, где гибель жеребят из-за атрезии ануса достигает 12,5 и 55%. Частота аномалий у человека находится между 10% и 2,3% (Фрейе,1963).

Генетическая аномалия - это отклонение от нормы, связанное с нарушением генетического аппарата. Различают породные аномалии и наследственные патологии (генетически обусловленные болезни и генетическую недостаточность). Породные аномалии, или аномалии, обусловленные методами разведения, представляют собой отклонения от существующего породного типа (например, фактор красной окраски у черно-пестрого скота).

Понятия «здоровье» и «болезнь» охватывают различные формы существования организмов в окружающей их среде, в основе которых лежит различная способность этих организмов адаптироваться к определенным условиям. Организм считается здоровым до тех пор, пока присущая ему способность к адаптации обеспечивает нормальное его существование в изменяющихся условиях окружающей среды, пока его существование и развитие сохраняют типичные для него черты и пока патогенные воздействия компенсируются таким образом, что общие взаимоотношения организма со средой не нарушаются (Летер, 1967). Организм находится в состоянии болезни, когда патологический процесс и его влияние достигают такой степени, что в патологию вовлекается весь организм или его часть и типичная реактивная способность последнего по отношению к окружающей среде оказывается серьезно нарушенной.

Если в результате порока развития организм оказывается измененным в очень сильной степени, то говорят об уродствах. Уроды – это организмы со значительными отклонениями от нормы в строении и функции органов с грубыми морфологическими изменениями структур клеток и тканей, которые возникают в процессе эмбрионального развития организма.

Фенокопии – это ненаследственные уроды, которые могут быть похожи на наследственных.

Виды болезней

- наследственные – это заболевания, возникающие в результате мутаций одного или нескольких генов (рак, лейкозы, уродства);

- наследственно-средовые (эндогенно-экзогенные) – это заболевания, возникающие в результате степени генетической обусловленности адаптационной реактивности организма и силы воздействия факторов среды;

- средовые (экзогенные) – выявляются лишь при воздействии определенных условий внешней среды (ожоги, травмы, хирургические болезни).

Этиология и патогенез были выяснены лишь для экзогенных болезней и частично для наследственных болезней. Для наследственно-средовых болезней этиология известна в общих чертах, патогенез же вовсе не выяснен.

Разберем этиологию наследственных заболеваний.

Принято различать форму уродства – формальный генез и причину его возникновения – каузальный генез.

Формальный генез:

1. Уродства, связанные с избыточностью.

2. Уродства, связанные с недостаточностью.

3. Дистопия.

К уродствам, связанным с избыточностью, относятся те, которые обусловлены усилением процесса образования отдельных частей тела или всего тела в целом, например случаи закладки лишних частей тела. Связанные симметричные удвоения (Duplicitas completa) могут быть полными и неполными. Для полных симметричных удвоений характерно наличие двух отдельных осей тела (позвоночников), которые оказываются сросшимися в области черепа (цефалопагус), груди (торакопагус), или в эпигастральной области (омфалопагус). Известно уродство, при котором развиваются два лицевых зачатка, обращенных в разные стороны, так называемая голова Януса. Описаны, кроме того, следующие формы: ксифопагус (сращение в области мечевидного отростка), илиопагус (омфалопагус с сообщающимися брюшными полостями) и пигопагус (сращение в области крестцовой кости). К неполным симметричным удвоениям относятся: удвоение лица (дипрозопус), головы (дицефалюс) и другиз, расположенных каудальнее областей тела. Крайним случаем является ишиопагус, у которого сращение касается лишь области таза (дипигус). Фотографии этих уродств подробно представлены в книге Визнера Э., Виллера З.(1979).

Встречаются свободные ассиметричные удвоения, крайним выражением которых может быть наличие наряду с правильно сформированной особью резко измененного близнецового партнера. В качестве причин возникновения такого уродства считают кислородную недостаточность. Герцог и Рикк (1969) обнаружили в таких случаях хромосомные аномалии (большая А1 и очень маленькая Е30, непарная акроцентрическая хромосома, 2п=56+А1+Е30+XY).

Уродства, связанные с недостаточностью, обусловлены закладкой меньшего числа соответствующих частей тела или остановкой процесса развития (Фрей, 1955). Карликовость (наносомия) относится к уродствам, связанным с недостаточностью процесса развития, касающейся всего тела в целом. Они возникают часто в результате неполного закрытия эмбриональных щелей (уродства, связанные с задержкой развития). В развитии центральной нервной системы и костных элементов, образующих ее защитный покров, различают такие дефекты, как ацефалия и микроцефалия – отсутствие или необычно малые размеры черепа; краниошиз – несмыкание краев мозговой борозды; анэецефалия – уродство, связанное с частичным или полным отсутствием мозга; ариненцефалия – отсутствие обонятельного мозга и недоразвитие носа; циклопия (синофтальмия) – частичное или полное слияние глазных зачатков; анофтальмия – полное отсутствие зачатка глазного яблока. К дефектам развития головы относят апрозопию (отсутствие лица), хейлошиз (заячья губа), палатошиз (волчья пасть). Уродства конечностей проявляются в виде амелий, полного отсутствия конечностей, абрахии – отсутствия передних или аподии – задних конечностей. Укорочение конечностей получило название микромелии. При фокомелии отсутствуют средние части конечностей, поэтому фаланги отходят непосредственно от плеча или бедрп. При адактилии или перодактилии отмечается недоразвитый фаланг. Слияние задних конечностей называется симподией, слияние фаланг – синдактилией (увеличение числа пальцев – полидактилия). Встречаются недоразвитие яйцеводов, различные формы отсутствия желез (анадении) и отсутствие мошонки.

Дистопиями называют смещенную закладку органов; особый случай представляет смещение внутренних органов наружу (эктопии, например эктопия сердца). Дистопии подробно описаны в руководствах по частной патологической анатомии.

Каузальный генез это причины возникновения врожденных дефектов (мутация, рекомбинация: межхромосомная или менделевская, и внутрихромосомная или сцепление, кросинговер). Под рекомбинацией понимают возникновение новой комбинации генетических факторов (спаривание особей с различными генотипами). Межхромосомные рекомбинации возникают в результате перераспределени несцепленных аллелей благодаря половому процессу. Внутрихромосомные рекомбинации основаны на перераспределении сцепленных аллелей в результате кроссинговера. Изменение генетической информации происходит также в результате мутации (изменения признаков передающихся по наследству).

Для каузального генеза наследственных дефектов, летальных факторов и генетической недостаточности наряду с изменением вещества наследственности имеют значение несовместимость генов, как еще один эндогенный фактор, и влияния окружающей среды (экзогения). Последние влекут за собой патологические изменения гамет (гаметопатия), плода (кайматопатия) или плодных оболочек (плацентопатия), которые носят негенетический характер (Розенбауэр, 1969).

К факторам среды имеет прямое отношение проблема различной экспрессивности (силы проявления) и пенетрантности (частоты проявления). Пенетрантность и экспрессивность – это свойства популяций, которые при гомозиготности по рассматриваемому гену не обязательно гомозиготны и по другим генам. Пенетрантность – это выраженная в процентах доля особей популяции из числа носителей данного гена, у которых он фенотипически проявился. Экспрессивность – это доля самого сильного фенотипического класса от общего числа носителей признака. В настоящее время генетический анализ проводится на основе дисперсионного анализа Фишера (1962). Определяют коэффициент наследуемости (h2).

Исходя из того, что наследственные заболевания это результат действия мутантных генов, то их делят на:

- летальные (частота проявления – пенетрантность – 90-100%);

- полулетальные (сублетальные) – пенетрантность 50-90%;

- субвитальные (пенетрантность 10-50%) – обуславливают снижение жизнеспособности.

Виды мутантных генов

1. Доминантные – проявляют свое действие в гомозиготном (АА) и гетерозиготном (Аа) состояниях;

2. Рецессивные – проявляют свое действие только в гомозиготном состоянии (аа);

3. Полудоминантные – вызывают летальность в гомозиготном состоянии (А1А1, А2А2), а в гетерозиготном (А1А2) – не вызывают;

4. Аутосомные;

5. Сцепленные с полом;

6. Гаметные – ведущие к гибели гамет;

7. Эмбриональные;

8. Послеродовые;

9. Безусловные;

10. Условные (зависимые) – действуют в определенных условиях среды.

К группе аутосомных доминантных летальных факторов (генов) причисляют фактор, обуславливающий у крупного рогатого скота полное двухстороннее сращение ноздрей (А22). Проявлением действия этих же факторов объясняются порфирия (С11) и гемолитическая желтуха свиней (С14), мозговая грыжа уток (G1), врожденная водянка у овец (D14) и атрезия яйцевода кур (Е31).

Типичным доминантным летальным фактором с летальным действием в рецессивном состоянии является фактор, обуславливающий ахондроплазию у крупного рогатого скота, фактор коротконогости кур (Cp), порфирия, гемофилия у свиней.

К группе аутосомных с рецессивным действием летальных факторов относят те факторы, носители которых в гетерозиготном состоянии фенотипически не отличаются от нормальных. Гибель носителя происходит лишь в случаях гомозиготности.

Примером проявления рецессивных аномалий у крупного рогатого скота являются бесшерстность телят, отсутствие конечностей, укорочение позвоночника (мертворождение), общая водянка, смещение зубов, врожденные судороги, удлинение срока стельности на 20-100 дней (мертворождение). У свиней – мозговая грыжа, отсутствие ануса, недоразвитие ушных раковин, уродство и параличи конечностей, водянка мозга, выпадение прямой кишки. У овей - недоразвитость ушной раковины, паралич задних конечностей, грыжи, отсутствие фаланг, деформация скелета, летальная, серая окраска шерсти у каракульских овец, карликовость, мышечная дистрофия, отсутствие нижней челюсти и непроходимость пищевода. У лошадей рецессивные аномалии выражаются в виде непроходимости ободочной кишки; дефектов эпителия кожи, искривления грудных конечностей, отсутствия глазного яблока, грудных конечностей; пупочной грыжи, искривления шеи. У кур – неспособность к вылуплению, укорочение верхней челюсти и клюва, дефект маховых перьев, уродства позвоночника и таза, укорочение и утолщение конечностей, многопалость, бескрылость и отсутствие легких, почек и воздухоносных мешков; запрокидывание головы и дрожание, гипоплазия конечностей.

Выявлены аномалии сцепленные с полом. Это летаргия у кур (фактор Е 37), отсутствие оперения у курочек и их внезапная гибель до 123 дней, летальная черная окраска, «трясучка» кур, поражающая молодняк 2-5 месячного возраста; волокнистый пух кур, приводящий к гибели в возрасте 14 дней, альбинизм у индеек (F1), маскулинический летальный фактор у крс (А21) и лошадей (В3), также фактор «полосчатого» облысения с нехваткой бычков (А 28 – проявляется в нехватке 25% мужских особей в потомстве). К этой группе можно отнести недоразвитие передней доли гипофиза у бычков, отсутствие у низ зубов и волосяного покрова.

В случае ранних эмбриональных летальных факторов никаких особых уродств, кроме сосудистых аномалий, не наблюдается

Летальные факторы можно подразделить также по типу их наследования, по степени и фазам действия. По типу наследования и степени воздействия различают полигенные (условные) и олигогенные (безусловные) летальные факторы, которые, в свою очередь подразделяются на аутосомные доминантные, рецессивные, доминантные с рецессивным летальным действием и сцепленные с полом при различной степени пенетрантности. Эти факторы были описаны нами выше.

Особую группу эндогенных факторов, которые, в конечном счете, связаны с взаимодействием нормальных генов, представляют факторы, обусловливающие серологическую несовместимость между матерью и плодом (составляющая каузального генеза). Впервые описана и лучше всего изучена несовместимость по резус-фактору (Rh-фактор) у человека. Она вызывает эритробластоз плода и клинически проявляется в том случае, если ребенок наследует от резус-положительного отца Rh–антиген, мать же резус-отрицательная; в результате диффузии Rh-антигена через плаценту в организме матери образуются антитела против собственного плода. Специфические материнские антитела тоже проникают через плаценту и вызывают гемолиз у плода или новорожденного. При обратной ситуации, когда плод резус-отрицательный, а мать резус-положительная, иммунизация не происходит, так как механизм образования антител начинает функционировать не ранее 6-го месяца жизни. С каждой последующей беременностью образование антител усиливается и, начиная с третьей беременности, наблюдается резко выраженный гемолиз эритроцитов (Isoerythrolisys neonatorum). Несовместимость, представляет собой часть генетического груза, обусловленного аллелем Аi (Кру и Мортон, 1960).

У сельскохозяйственных животных несовместимость описана у мулят, у жеребят чистокровной верховой породы. По Дару и Кнюппелю (1947), к эритробластозу плода у сельскохозяйственных животных можно отнести:

- тяжелую семейную желтуху (Isoerythrolisys neonatorum gravis familiaris);

- анемию новорожденных (Anaemia neonatorum);

- врожденную общую водянку (Hydrops universalis congenitus);

- привычный выкидыш и рождение мертвого плода.

У сельскохозяйственных животных Rh-антиген не встречается. Описанные у них явления эритробластоза можно отнести на счет реакции антиген-антитело в других системах групп крови. Первые иммунологические исследования (антиглобулиновый тест) этого заболевания у лошадей провели Кумбс и др. (1948). В сыворотке крови кобылы были обнаружены гемолизины и гемагглютинины, специфичные в отношении эритроцитов жеребца и плода. У жеребят наблюдали тяжелую желтуху с резко выраженной гемолитической болезнью. Клинические проявления можно было отнести за счет сенсибилизации (иммунизации) кобыл. Материнские антитела возникали либо в результате трансплацентарной изоиммунизации матери эритроцитарными антигенами плода, перенесенного переливания крови, либо после вакцинации прививочным материалом, содержащим эритроцитарные антигены. В качестве причины эритробластоза плода рассматривались также естественные антитела. Из прививочных препаратов особое значение придавали вакцине против вирусного аборта лошадей, приготовленной из гомогенизированной легочной ткани абортированных плодов, которая, по-видимому, содержит эритроцит