История развития генетики. Значение генетики для медицины

Министерство здравоохранения и социального развития РФ

Кировская государственная медицинская академия

Кафедра медицинской биологии и генетики

 

 

История развития генетики. Значение генетики для медицины

Киров - 2008 УДК 57+576.8+576.893.1/.6](075.8)

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

ПРЕДМЕТ ГЕНЕТИКИ

Генетика изучает два фундаментальных неразрывных свойства живых организмов: наследственность и изменчивость. Термин «генетика» был предложен У.… У кошки всегда рождается котенок, а у собаки – щенок. Это значит, что во время… В пределах одного организма идентичная во всех клетках генетическая информация развертывается с формированием…

Глава 2

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ГЕНЕТИКИ

Доменделевские представления о наследственности

Уже к V веку до н.э. сформировались две основные теории о механизмах наследственности: прямого и непрямого наследования признаков. Сторонником… Точку зрения Гиппократа оспаривал Аристотель (1У в. до н.э.). Он был… В работе «Наследственные заболевания» испанского врача Меркадо (1605) содержится утверждение, что оба родителя, а не…

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.

Изучение закономерностей наследственности на организменном уровне

В результате скрещивания растений, обладающих двумя парами контрастных признаков, Мендель обнаружил, что каждый из них наследуется независимо от… Грегор Иоганн Мендель (1822-1884)

Изучение закономерностей наследственности и изменчивости на клеточном уровне

В 1902 г. Т.Бовери и У.Сэттон, независимо друг от друга, установили взаимосвязь между менделевскими законами наследования, с одной стороны, и… При исследовании кариотипов многих животных было установлено, что у женского…    

Молекулярный этап развития генетики

Благодаря использованию в генетических исследованиях новых объектов и новых методических подходов в 40-50-х гг. ХХ века и были получены… В 1944 г. О.Эвери, К.Мак-Леодом и М.Мак-Карти были проведены эксперименты по… Вторым важным аргументом в пользу генетической роли ДНК было выяснение механизма размножения бактериофага Т2 в клетках…

Краткий очерк развития генетики в России

Достижения генетики в 20-40 гг. ХХ века

Н.К.Кольцов в 1917 г. на базе народного университета создает лучший в Европе того времени Институт экспериментальной биологии, а в1921 г. организует… университета, и это позволило ему (1872-1940) широко привлечь в науку талантливую молодежь. Институт экспериментальной биологии и кафедра Кольцова в МГУ становятся…

Репрессии и погромы генетики

Начиная с середины 30-х годов поступательное развитие советской генетики оказалось нарушенным. Н.И.Вавилов, Н.К.Кольцов, А.С.Серебровский,… Ситуация стала ухудшаться уже в конце 20-х годов, когда некоторые… Окончательное вмешательство государства в генетику было установлено Всесоюзной конференцией по планированию генетики и…

И.А.Рапопорт

М.М.Завадовский

С.И.Алиханян

И.А.Поляков

П.М.Жуковский

И.И.Шмальгаузен

А.Р.Жебрак

В.С.Немчинов

Сразу после сессии ВАСХНИЛ были составлены списки, по которым множество ученых–генетиков были уволены из вузов и академических институтов. Из… Некоторым удалось выстоять, не отказываясь от своих убеждений, благодаря смене… История воцарения и господства Лысенко в 1948 году посвящены многие книги. Отметим здесь главное. Боевая операция по…

Возрождение отечественной генетики

В печати начинают появляться критические замечания в адрес учреждений, которыми руководит Т.Д. Лысенко. В недалеком прошлом это было бы невозможно… После смерти Сталина в 1953 году, в период «оттепели», усиливается… Тем не менее, вплоть до 1965 года нельзя было негативно отзываться о сессии ВАСХНИЛ 1948 года, упоминать о том, что…

Глава 3.

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ГЕНЕТИКИ ЧЕЛОВЕКА. ЗНАЧЕНИЕ ГЕНЕТИКИ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

Представления о передаваемых по наследству различиях между людьми существовали уже в античные времена (см. гл. 1). Уже в трудах древнегреческих… В 1752 г. Мопертюи опубликовал сообщение о семье, где в четырёх поколениях… Английский врач Адамс (1756-1818) в своём труде «Трактат о предполагаемых наследственных свойствах болезней» сделал…

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 соответствия

1.Н.Вавилов 2.Г.Мендель 3.Т.Морган

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

 

 

Дополните

2. Основателем медицинской генетики в России является ……………….. 3. Современная генетика предоставляет медицине методы …………., …………. и ……………..… 4. В генной инженерии в качестве векторов используются ……………. и …………….

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ НА ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

  Основоположником генетики является: Г.Мендель

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

 

Дополните

2. Основателем медицинской генетики в России является Давиденков 3. Современная генетика предоставляет медицине методы диагностики, лечения и… 4. В генной инженерии в качестве векторов используются плазмиды и вирусы

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.