Основы генетики для будущей мамы

Основы генетики

Итак, начнем с основных понятий в генетике. Что такое ДНК, ген, хромосома и пр.?

ДНК

ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота — молекула, в которой записана наследственная информация организма. Она состоит из двух цепей, образующих знаменитую двойную спираль. Информация кодируется последовательностью четырёх оснований:

A — аденин;
T — тимин;
G — гуанин;
C — цитозин.

Последовательность этих «букв» ДНК содержит инструкции, необходимые клеткам организма.

Ген

Ген — определённый участок ДНК, содержащий информацию для образования функционального продукта — белка или РНК.

У человека около 20 тысяч белок-кодирующих генов. При этом большая часть генома вообще не кодирует белки, но участвует в регуляции работы генов и других клеточных процессах.

Неправильно считать, что каждый ген отвечает строго за один внешний признак. Один ген может влиять на несколько процессов, а один признак часто определяется сразу множеством генов.

Хромосома

Чтобы огромная молекула ДНК могла поместиться внутри клеточного ядра, она упакована вместе с белками. Такая структура называется хромосомой. В большинстве клеток человека имеется 46 хромосом — 23 пары:

• 22 пары аутосом;
• одна пара половых хромосом.

Одну хромосому каждой пары ребёнок получает от матери, вторую — от отца.

Геном

Геном — вся совокупность генетической информации человека. Он включает ядерную ДНК и небольшую молекулу ДНК, находящуюся в митохондриях. (genome.gov)

Итак:

ДНК → содержит генетическую информацию;
ген → участок ДНК;
хромосома → упакованная молекула ДНК с белками;
геном → вся генетическая информация организма.

Важно не путать геном с кариотипом. Кариотип характеризует число и строение хромосом человека.

Читайте статью «Старение и тайны ДНК»

Генетика: половые и соматические клетки

Большинство клеток нашего организма содержит 46 хромосом. Но если бы яйцеклетка и сперматозоид также содержали по 46, после оплодотворения у ребёнка оказалось бы уже 92. Поэтому половые клетки образуются особым способом — с помощью мейоза.

В результате мейоза количество хромосом уменьшается вдвое:

• яйцеклетка → 23 хромосомы;
• сперматозоид → 23 хромосомы.

При оплодотворении они объединяются:

23 + 23 = 46 хромосом.

Так ребёнок получает половину хромосом от матери и половину от отца. Но яйцеклетки одной женщины и сперматозоиды одного мужчины генетически не идентичны. Во время мейоза происходят:

• случайное распределение материнских и отцовских хромосом;
• кроссинговер — обмен участками между парными хромосомами;
• образование новых комбинаций генетических вариантов.

Именно поэтому родные братья и сёстры — за исключением однояйцевых близнецов — имеют разные генетические наборы.

У человека яйцеклетка несёт X-хромосому, а сперматозоид — X или Y. Поэтому при обычном хромосомном определении пола сочетание XX формируется после оплодотворения X-содержащим сперматозоидом, а XY — Y-содержащим.

Иногда во время мейоза происходит ошибка распределения хромосом. Тогда половая клетка может получить лишнюю хромосому или, наоборот, не получить одну из них. Так могут возникать анеуплоидии, например трисомия 21 при синдроме Дауна.

Генетика: как наследуются заболевания?

Не все генетические заболевания наследуются одинаково.

Аутосомно-доминантное наследование

Для возникновения заболевания достаточно патогенного варианта в одной из двух копий гена. Если один из родителей имеет гетерозиготное аутосомно-доминантное заболевание, для каждой беременности риск передачи соответствующего варианта обычно составляет:

50% — передастся;
50% — не передастся.

Каждая беременность рассматривается независимо от предыдущей.

Аутосомно-рецессивное наследование

Заболевание развивается, когда патогенные варианты имеются в обеих копиях одного гена. Человек с одним таким вариантом обычно здоров и называется носителем. Если оба родителя являются носителями патогенных вариантов одного и того же гена, то для каждой беременности вероятность составляет:

• 25% — ребёнок будет иметь заболевание;
• 50% — будет здоровым носителем;
• 25% — не получит ни одного из родительских патогенных вариантов.

К аутосомно-рецессивным заболеваниям относятся, например, муковисцидоз и некоторые наследственные болезни обмена. (medlineplus.gov)

X-сцепленное наследование

Патогенный вариант располагается в гене на X-хромосоме. При X-сцепленных рецессивных заболеваниях мужчины поражаются чаще, поскольку имеют только одну X-хромосому. Например, если женщина является носительницей X-сцепленного рецессивного заболевания, риски зависят от пола ребёнка и конкретного заболевания.

Важная особенность: отец не передаёт свою X-хромосому сыну, поскольку сын получает от отца Y-хромосому.

Митохондриальное наследование

Небольшое количество ДНК находится не в ядре, а в митохондриях. Митохондрии эмбрион получает практически исключительно из яйцеклетки, поэтому патогенные варианты митохондриальной ДНК передаются по материнской линии.

Женщина может передать митохондриальный вариант как сыновьям, так и дочерям, а мужчина своим детям его не передаёт. Однако при митохондриальных заболеваниях выраженность проявлений бывает очень различной, поэтому простые проценты подходят далеко не для всех семей.

Генетика: почему внешность нельзя рассчитать по одной таблице?

Школьные задачи по генетике часто создают впечатление:

карий цвет глаз — доминантный;
голубой — рецессивный;
по цвету глаз родителей можно рассчитать цвет глаз ребёнка.

Для человека такая модель слишком примитивна.

Цвет глаз — полигенный признак

Цвет радужки зависит от количества и распределения меланина и определяется взаимодействием многих генетических вариантов. Особенно значимы гены OCA2 и HERC2, расположенные на 15-й хромосоме, но участвуют также другие гены. Поэтому по внешности родителей можно лишь приблизительно предположить цвет глаз ребёнка. Даже ситуация:

голубоглазая мама + голубоглазый папа

не даёт абсолютной гарантии рождения голубоглазого ребёнка. Редко возможны и другие варианты. То же касается многих других особенностей:

• роста;
• оттенка кожи;
• цвета и структуры волос;
• телосложения;
• артериального давления;
• массы тела;
• риска сахарного диабета и многих других распространённых заболеваний.

Это многофакторные признаки. На них одновременно влияют многочисленные генетические варианты и факторы среды. Поэтому генетика человека значительно сложнее простой таблицы «доминантный ген + рецессивный ген».

А вот для некоторых моногенных заболеваний законы Менделя действительно позволяют достаточно точно рассчитать риск наследования — если известно, какой именно ген и вариант вовлечены.

Что важно будущим родителям: семейный анамнез, носительство и когда нужна консультация генетика

Большинство детей рождается здоровыми, и специальное расширенное генетическое обследование требуется далеко не каждой паре. Но ещё до беременности полезно собрать семейный анамнез обоих партнёров. Врачу важно знать, были ли в семье:

• наследственные заболевания;
• врождённые пороки развития;
• выраженная интеллектуальная недостаточность неизвестного происхождения;
• заболевания, повторяющиеся в нескольких поколениях;
• ранние необъяснимые смерти;
• ребёнок с установленной генетической патологией;
• хромосомная перестройка у одного из родственников.

Отдельное направление — скрининг носительства.

Человек может быть абсолютно здоров, но иметь один патогенный вариант гена аутосомно-рецессивного заболевания. Если оба будущих родителя являются носителями вариантов одного и того же гена, появляется риск рождения ребёнка с этим заболеванием.

ACMG считает целесообразным предлагать скрининг носительства будущим родителям до беременности или во время беременности, причём проведение его до зачатия особенно удобно: у пары остаётся больше времени для консультации и обсуждения репродуктивных вариантов. (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)

Когда особенно нужна консультация врача-генетика?

Её целесообразно пройти, если:

• у одного из партнёров имеется наследственное заболевание;
• известна семейная генетическая патология;
• пара уже имеет ребёнка с наследственным или хромосомным заболеванием;
• выявлено носительство патогенного варианта;
• у одного из партнёров обнаружена хромосомная перестройка;
• при беременности выявлен высокий генетический риск или порок развития плода;
• необходимо правильно интерпретировать результаты генетического тестирования.

Важно помнить: генетический анализ нельзя интерпретировать только по принципу «нашли мутацию — значит будет болезнь».

Современные лаборатории классифицируют генетические варианты как доброкачественные, вероятно доброкачественные, варианты неопределённого значения, вероятно патогенные и патогенные. Клиническое значение зависит от конкретного гена, типа наследования, варианта, семейного анамнеза и других факторов.

Поэтому задача медицинской генетики — не просто найти отличия в ДНК, а понять, имеют ли они значение для здоровья конкретного человека и его будущих детей.