Історія розвитку генетики

Перші відомості про успадкування ознак одержано із повсякденних спостережень і медичної практики. Багато цінних спостережень за успадкуванням ознак у людей і тварин міститься в працях учених, філософів і письменників давніх і середніх віків. Прості типи успадкування ознак у людини описано задовго до виникнення генетики як науки (до 1900 р.).

Уже в 1750 р. французький лікар П.Мопертюї описав характер успадкування багатопалості (полідактилії). Проведений ним аналіз успадкування цієї ознаки багато в чому передував відкриттю Г.Менделя. У 1814 р. Дж. Адамс опублікував працю, в якій розрізняв не спадкові й спадкові захворювання. Перші, писав він, відповідають рецесивному типу успадкування, а другі – домінантному. У випадках спадкових сімейних захворювань батьки часто перебувають у близьких родинних стосунках. Спадкові захворювання не обов’язково виникають відразу після народження дитини, вони можуть виявлятися й пізніше. Однакові за своїми клінічними ознаками хвороби можуть мати різну генетичну основу.

Підвищену частоту спадкових сімейних захворювань в ізольованих популяціях можна пояснити інбридингом (близько родинними шлюбами). Так, ще за давніх часів були правильно сформовані основні положення медичної генетики.

За період 1803-1820 рр. кілька лікарів описали тип успадкування гемофілії. Швейцарський лікар-офтальмолог Й.Горнер у 1876 р. описав тип успадкування дальтонізму (колірної сліпоти).

Генетика людини як наука виникла завдяки працям англійського вченого Ф.Гальтона (1822-1911),. Він разом з Г.Менделем є одним із засновників генетики як науки. Ф.Гальтон вивчав успадкування розумових здібностей, обдарованості, таланту людини. Він вважав, що можна покращити людський рід спеціальними генетичними заходами Ф.Гальтон створив особливий напрям генетики – євгеніку, призначення якої – вдосконалити людину і людський рід. Євгеніка в перші роки захопила монополію у вивченні генетики людини, хоча інколи її прихильники необережними рекомендаціями дискредитували цю науку. Ф.Гальтон вважав, що немає природної рівності людей: є вищі і нижчі раси. До нижчої ради, за його словами, відносяться негри, їхній рівень розвитку на два щаблі нижчий рівня європейця. Самі ж сучасні європейці на два щабля нижчі від рівня стародавніх афінян. Ця нерівність, за Ф.Гальтоном, пов’язана не з соціальними причинами, а біологічними. Ф.Гальтон також запропонував спосіб ідентифікації людини за відбитками пальців, тобто він є засновником дактилоскопії і дерматогліфіки. Його метод вперше був використаний англійською поліцією для розпізнавання злочинців та їхніх жертв.

Ф.Гельтон в основному займався вивченням успвдеування кількісних ознак людини, які обумовлені багатьма генами, тобто полігенні. Представники школи Ф.Гельтона встановили, наприклад, що інтелект, зріст і маса людини визначаються багатьма генами.

Менделісти початку ХХ ст (У.Бетсон, В.Іогансен та ін.) вивчали якісні ознаки, які визначаються окремими (дискретними) генами і стверджували, що ці гени визначають характер спадковості людини.

Ці напрями досліджень стали сумісними в 1918 р. коли Р.Фішер довів, що одні ознаки людини визначаються якісно, тобто окремими генами, а другі – кількісно. За Р.Фішером, кілька пар генів, кожна з яких успадковується за законами Г.Менделя, при сумісній дії можуть привести до результатів, які виявляються під час біометричного вивчення кількісних ознак.

У 1900 р. К.Ланштейнер відкрив групу крові системи АВО і тим самим заклав початок вивченню поліморфних (різноманітних) ознак людини. Це була перша дискретна ознака, яка тепер розглядається як приклад спадкового поліморфізму. У 1913 р. було описано поліморфізм відносно виявлення здібності відчувати смак розчину фенілтіосечовини. Потім було виявлено й інші приклади спадкового поліморфізму, особливо за допомогою електрофорезу білків.

Лікар А.Гар род (1902) розробляв проблему порушення обміну речовин у людини при захворюванні алкаптонурією. Алкаптонуря – спадкове захворювання. яке зумовлене неповноцінністю ферменту оксидази гомогентизинової кислоти. Гомогентизинова кислота устворюється в процесі обміну амінокислоти фенілаланіну. Нагромаджена у великій кількості гомогентизинова кислота виділяється з сечею. Така сеча на повітрі, а також під впливом лугу чорніє. Чорні плями на пелюшках дитини можуть служити ознакою алкаптонурії. Гомогентизинова кислота зв’язується з колагеном хряща і сполучною тканиною. Хрящова тканина вушних раковин чорніє. Це явище називається охронозом. У хворих подагричний більш в суглобах тощо. Вивчаючи алкаптонурію та інші хвороби, А.Гар род сформував знамените положення про спадкові дефекти обміну речовин, тобто заклав основи біохімічної генетики.

Дж. Бідл і Е.Тейтем, вивчаючи біосинтез тіаміну, встановили, що за синтез кожного ферменту відповідає певний ген. Вони виклали гіпотезу “один ген – однин фермент” (ген – структурна одиниця, яка відповідає за синтез одного ферменту) і вказали, що основу їхньої гіпотези було закладено працями А.Гаррода.Подальший розвиток досліджень А.Гаррода, Дж. Бідла і Е.Тейтема привели до з’ясування механізму дії гена, формування уяви про генетичний блок і молекулярні спадкові хвороби. Було встановлено, що в основі молекулярних спадкових хвороб лежить генетична блокада: відсутність синтезу одного ферменту або якого-небудь іншого білка, без якого не розвивається ознака внаслідок порушення ланцюга біохімічних реакцій. З’ясувалось, що розвиток ознаки відбувається внаслідок багатоступінчастого ланцюга реакцій. Якщо порушується одна ланка цього ланцюга, ознака не розвивається.

А а В А х (Х)

С Д

На схемі зліва показано нормальний процес синтезу білка. Генетична інформація з молекули ДНК передається на РНК, у рибосомах клітини проходить синтез білка ферменту, необхідного для перетворення речовини А в речовину В. Праворуч на схемі бачимо, що внаслідок мутації гена змінюється структура і функція молекули ДНК. Порушується процес передачі інформації і білок Х перестає виконувати функцію ферменту. Речовина А не перетворюється в речовину В, утворюється токсична речовина С, яка порушує будову і функцію клітин тканини організму Д.

А.Гар род, Дж. Бідл і Е.Тейтем розкрили механізм генетичної блокади, що спостерігається під час порушення обміну амінокислоти фенілаланіну, яка через ряд етапів перетворюється в тирозин. Далі тирозин перетворюється в меланін або в гомогентизинову кислоту. Кожна стадія перетворення контролюється генетично, шляхом утворення відповідного ферменту.

Порушення синтезу ферменту, який каталізує ту чи іншу стадію перетворення фенілаланіну, як фенілкетонурія, алкаптонурія, а також альбінізм. Наприклад, у перетворенні фенілаланіну в тирозин бере участь фермент фенілаланангідроксилаза, який утворюється під дією певного гена. Коли ж цей ген дефектний, то утворення ферменту фенілаланінгідроксилази порушується, наступає обрив перетворення фенілаланіну в тирозин, виникає блокада цієї біохімічної реакції. Фенілаланін у великій кількості перетворюється в фенілпіровиноградну кислоту, яка впливає токсично на головний мозок людини. Внаслідок цього розвивається захворювання фенілкетонурія. Таким чином, праці А.Гаррода через 50 років сприяли виникненню вчення про молекулярні захворювання, які складають важливу групу спадкових захворювань.

З вивченням генетики людини пов’язане виникнення ще одного розділу генетики – популяційної генетики. У 1908 р. Д. Харді, математик із Кемрбідського університету, і В.Вайнберг, лікар із Штутгарда, незалежно один від одного заклали основи популяційної генетики і сформулювали закон, який носить їхнє ім’я. Закон Харді – Вайнберга було відкрито під час вивчення розподілу різних ознак у популяції людини. Ще Г. Мендель встановив, що в організмі одна із пари контрастних ознак може переважати (домінувати) над другою (рецесивною). На перших етапах розвитку менделізму деякі вчені вважали, що частота домінантної ознаки в популяції повинна зростати і витискати рецестивну ознаку. Виникло запитання: “Чому ж не всі люди короткопалі, якщо короткопалість є домінантною ознакою?” Харді і Вайнберг проаналізували частоту поширення домінантних і рецесивних ознак і встановили, що при відсутності факторів, які порушують рівновагу, частота генів і ознак, які вони контролюють, залишається незмінною із покоління в покоління.

У 20-х і 30-х рр такі дослідники, як Р.Фішер і Дж. Холдейн в Англії, С.Райт у США, Г.Дольдберг у Швеції, Л.Хогбен і Ф.Берштейн у Німеччині, внесли великий вклад у теорію генетики і еволюції, в розробку статистичних методів вивчення генетики людини. Ці вчені описали методи аналізу закономірності успадкування, розщеплення, щеплення ознак і визначення частоти мутацій.

Вивчення проблем антропогенетики в колишньому СРСР розгорнулися ще в 20-ті роки. В Інституті експериментальної біології Народного комісаріату охорони здоров’я РРФСР дослідження питань генетики людини велись під керівництвом М.К.Кольцова. Вивчались успадкування нормальних ознак людини (груп крові, кольору очей і волосся), різних аномалій (наприклад, глухоти) роль спадковості в розвитку ендемічного зоба. Вперше було розпочато вивчення близнят (В.В.Кунак і співав.). Великий внесок у розробку проблем загальної генетики і генетики людини в ті роки внесли вчені М.К. Кольцов, О.С. Серебровський, Ю.О. Філіпченко. Вони вивчали передачу за спадковістю деяких духовних якостей людини, будову хромосом і генів, питання євгеніки. В Петрограді Ю.О. Філіпченко заснував Бюро по євгеніці при Академії наук. Було організовано “Руське євгенічне товариство”, головою якого був обраний М.К. Кольцов. У праці цього товариства брали участь багато відомих біологів і медиків країни, у тому числі і народний комісар охорони здоров’я РРРФСР М.О. Семашко. Був заснований і “Руський євгенічний журнал”.

(А.Г.Андрес, М,с, Навашин, Г.К. Хрущов, П.І. Живаго та ін.), близилися до відкриття ролі хромосомних аберацій у розвитку спадкових хвороб. А.Г. Андрес опублікував книгу “Каріологія людини”.У 1935-1937 рр. співробітники Медико-генетичного інституту досліджували велику кількість одно- і двояйцевих близнят м. Москви, а також вивчали нащадків шлюбу між родичами. Медико-генетичний інститут на той час був науковим центром, навколо якого групувались закордонні генетики-антифашисти (Г.Меллер, Л.Хогбен, Дж. Холдейн та ін.).

На жаль, Медико-генетичний інститут у 1937 р. було закрито. Великий спеціаліст з генетики людини Л.С. Пенроз у 1966 р. писав, що якби генетичні лабораторії інституту продовжували працювати, то більшість із відкриттів з каріотипу людини, зроблених протягом останніх десяти років, могли б з’явитись на двадцять років раніше.

С.М.Давиденков, який починав свою діяльність в Україні, створив школу нейрогенетиків. На особливу увагу заслуговують його праці “Еволюційно-генетичні проблеми в невропатологі”, а також “Клінічні лекції з нервових захворювань”, “Спадкові захворювання нервової системи”.

У 1956 р. Д. Тійо і А.Леван встановили, що кількість хромосом у соматичних клітинах – 46, після чого були виявлені зміни хромосом при різних захворюванням. І. Лежен у 1959 р. відкрив заяву 21-шу хромосому при хворобі Дауна, а П.Якобс і Й.Стренг у тому самому році відкрили заяву Х-хромосому при синдромі Клайнфельтера і відсутність однієї із статевих Х-хромосом при синдромі Шерешевського – Тернера. У 1969 р. Т.Каспрсон запропонував диференціальне фарбування хромосом, що дало змогу розрізняти кожну з хромосом окремо і виявляти зміни їх (відрив частини хромосоми, переміщення однієї частини хромосоми на іншу тощо).

Великий внесок у вивчення загальної генетики людини зробили М.П.Дубинін, Д.Д.Ромашов, А.А.Малиновський, В.П.Ефроїмсон, М.П.Бочков, І.Р. Бариляк, М.А. Пілінська та інші генетики.

В Україні питанням медичної генетики займались такі відомі вчені, як Т.І. Юдін, Б.М. Банківський. Т.І. Юдін деякий час працював у Харкові, а потім переїхав у Москву. Він займався питаннями євгеніки, але його погляди були помірними. Т.І. Юдін пропагував зберігати генетичні задатки людини і не допускати їх пошкодження Видатний український невропатолог академік Б.М. Банківський займався питанням лікування хворих на спадкову м’язову дистрофію і спадковими захворюваннями нервової системи. Вчені України вивчали й інші важливі аспекти медичної генетики.