< Попер   ЗМІСТ   Наст >

Становлення генетики людини як науки

Досягнення у вивченні закономірностей спадковості людини тісно пов'язані з розвитком усіх розділів генетики.

Ще лікарі та філософи Давньої Греції (V—IV ст. до н. е.) не лише писали про спостережуване ними успадкування певних нормальних та патологічних ознак людини (колір очей, косоокість, облисіння тощо), а й намагалися пояснити механізм цих процесів і навіть пропонували заходи щодо покращання людського роду. Так, Гіппократ (прибл. 460 до н. е. — прибл. 370 до н. е.) і Анаксагор (прибл. 500 до н. е. — 428 до н. е.) вважали, що носія інформації, тобто сім'ю, формують усі частини тіла, як здорові, так і хворі.

Першу завершену, хоча і помилкову, теорію спадковості розробив Арістотель (384 до н. е. — 322 до н. е.), який висловив думку про якісно різний внесок чоловічого та жіночого начал у майбутню дитину. Він був переконаний, що чоловічий організм лише запускає процес, а жіночий надає матеріал для розвитку дитини. Коли чоловіче начало сильніше, народжується син, більше схожий на батька, і навпаки. Тому сини зазвичай схожі на батьків, а дочки — на матерів.

Платон (427 до н. е. — 347 або 348 до н. е.) у праці "Політика" надав детальні рекомендації, як варто підбирати подружні пари, щоб народжувалися фізично, розумово і духовно досконалі діти. Він наполягав, що нащадків хороших батьків слід виховувати з особливою ретельністю, а про дітей з нижчих прошарків суспільства не варто особливо дбати.

Античних учених цікавила також проблема успадкованих та набутих ознак. Так, на думку Демокріта (прибл. 460—370 до н. е .), здібності більшості людей формуються переважно завдяки вправам, а не природній схильності.

Знову явищами спадковості та мінливості наука зацікавилася лише через 20 століть потому. У праці "Спадкові захворювання" (1605) іспанський лікар Л. Меркадо (1525—1606) стверджував, що не тільки батько, а й мати впливають на ознаки майбутньої дитини, хоча і багато в чому підтримував Арістотеля.

Перший науковий опис закономірностей успадкування деяких ознак у людини (полідактилія та альбінізм) був здійснений у XVIII ст. французьким натуралістом П. Мопертюї (1689—1759). Учений дійшов висновку, що ці порушення можуть однаковою мірою передавати як батько, так і мати.

На початку XIX ст. кілька авторів незалежно один від одного описали успадкування гемофілії на основі вивчення родоводів сімей, в яких траплялися такі хвоpi. Наприклад, німецький професор медицини К.-Ф. Нассе (1778—1851) визначив найважливіші формальні особливості успадкування цього захворювання.

Книгу англійського лікаря Дж. Адамса (1756— 1818) "Трактат про передбачувані спадкові властивості хвороб на основі клінічних спостережень" (1814), відому також під назвою "Філософський трактат про спадкові властивості людської раси", можна вважати першим науковим довідником для генетичного консультування. У ній зазначено, що шлюби між родичами підвищують частоту сімейних (рецесивних за сучасними поняттями) хвороб; спадкові (домінантні) хвороби не завжди виявляються відразу після народження, але можуть розвиватися в будь-якому віці; не всі вроджені хвороби є спадковими, бо частина з них пов'язана з внутріутробним ушкодженням плоду.

Проблеми спадкових хвороб і спадкової природи людини вивчав російський гінеколог В. М. Флоринський (1834—1899). У праці "Удосконалення і виродження людського роду" (1866) він висвітлив деякі питання генетики людини: значення середовища для формування спадкових ознак, небезпечність споріднених шлюбів, спадковий характер численних патологій (глухонімоти, альбінізму, "заячої губи", вад розвитку центральної нервової системи).

У працях більшості дослідників XIX ст. поряд із правильними уявленнями було багато помилкових, адже критеріїв для встановлення наукової достовірності ще не існувало. Генетика людини як наука почала формуватися лише в другій половині XIX ст., коли з'явилися менделізм та біометрія.

Закони, сформульовані чеським дослідником Г. Менделем (1822—1884) у 1865 р. після експериментів з рослинами, виявилися надзвичайно плідними і дієвими в аналітичному плані. Поняття "ген", що сформувалося на основі цих експериментів, стало центральною концепцією всієї генетики, у т. ч. і генетики людини. Першими законами генетики були закон одноманітності гібридів першого покоління, закон розщеплення гібридів другого покоління та закон незалежного успадкування різних пар ознак у гібридів другого покоління.

Г. Мендель розробив принципово новий методичний підхід, який мав такі особливості: для схрещування використовували особин з контрастними ознаками; здійснювали точний кількісний облік ознак, що дає змогу знайти статистичні закономірності успадкування.

Вагомим був внесок у розвиток антропогенетики англійського біолога Ф. Гальтона (1822—1911). Аналізуючи спадковість у низці сімей, він дійшов висновку, що психічні особливості людини детерміновані не лише умовами середовища, а й спадковими чинниками (1865). Ф. Гальтон запропонував і застосував близнюковий метод для вивчення ролі середовища та спадковості в розвитку ознак, розробив кілька статистичних методів, зокрема метод обчислення коефіцієнта кореляції. Ці роботи стали основою для майбутнього розвитку генетики людини. Крім цього, Ф. Гальтон був родоначальником євгеніки — науки про спадкове здоров'я людини та шляхи його поліпшення. Він вважав, що насамперед необхідно не позбавлятися патологічних генів, а збільшувати кількість "сприятливих" генів у людських популяціях, створюючи умови для розмно-5КЄННЯ обдарованих людей.

Американський антрополог У. Фарабі (1865—1925), вивчаючи родоводи в кількох поколіннях, у 1903 р. уперше встановив, що брахідактилія (короткопалість) у людини успадковується за аутосомно-домінантним типом, чим підтвердив правильність Менделевих законів і щодо людини.

Натепер найактуальнішими в генетиці людини є дослідження спадкових хвороб обміну речовин, започатковані англійським лікарем А. Гарродом (1857— 1936). У праці "Поширеність алкаптонурії: вивчення хімічних особливостей" (1908) він вперше виявив зв'язок між генами та ферментами і спадкові порушення обміну речовин у людини.

У 1908 р. англійський математик Г. Харді (1877— 1947) та німецький лікар В. Вейнберг (1862—1937) незалежно один від одного заклали основи популяційної генетики, сформулювавши закон розподілу генів у популяції організмів, відомий нині як закон Харді — Вейнберга. Стимулом до цього була генетика людини, бо основою закону став розподіл менделюючих ознак у популяції людини.

У 1911 р. американці — генетик Т. Морган (1866— 1945) і цитолог Е. Вільсон (1856—1939) виявили, що успадкування гемофілії та кольорової сліпоти по материнській лінії обумовлене локалізацією відповідних генів у Х-хромосомі.

У цьому самому році німецький та польський гематологи Е. Дангерн (1867—1961) і Л. Гіршфельд (1884— 1954) констатували, що групи крові за системою АВО успадковуються. У 1924 р. німецький дослідник Ф. Бернштейн (1878—1956) виявив, що АВО-система груп крові контролюється серією множинних алелей одного локусу. Завдяки спільним зусиллям австрійських біологів А. Вінера (1907—1977), П. Левіна (1900— 1987) та К. Ландштейнера (1868—1943) згодом було знайдено резус-фактор (І?Л) і доведено, що гемолітична жовтяниця новонароджених виникає внаслідок імунної несумісності матері та плоду. Ці відкриття дали змогу, починаючи з 60-х років XX ст., попереджати гемолітичну хворобу новонароджених шляхом введення анти-і?/г-фактора матерям із групи ризику розвитку цього захворювання і ще раз підтвердили, що успадкування ознак у людини підпорядковується законам Г. Менделя.

Кінець 20-х — початок 30-х років XX ст. ознаменувалися значними успіхами в розвитку генетики. Хромосомна теорія спадковості стала загальновизнаною. Ще у 1902 р. американський дослідник У. Сеттон (1877— 1916) та німецький Т. Бовері (1862—1915), порівнюючи дані гібридологічного аналізу і поведінки хромосом при поділі клітин, дійшли висновку, що спадкові фактори Г. Менделя, тобто гени, локалізовані в хромосомах. Ця гіпотеза була підтверджена результатами аналізу успадкування статі у тварин, який довів, що стать нащадків визначають статеві хромосоми. Експериментально обґрунтували хромосомну теорію спадковості у 1910 р. американські учені Т.-Х. Морган, К. Бріджес (1889—1938) та А. Стертевант (1891—1970). Згідно з цією теорією, спадковість пов'язана з генами, розташованими в хромосомах клітинних ядер лінійно, утворюючи групи зчеплення.

У цей самий період інтенсивно розвивалася популяційна генетика. Значний внесок у розвиток цього напряму зробили російські вчені С. С. Четвериков (1880—1959) та М. П. Дубинін (1907—1998), англійці Дж.-Б. Холдейн (1892—1964) та Р. Фішер (1890— 1962), американець С. Райт (1889—1988), швед Г. Дальберг (1893—1956) та ін.

У 30-ті роки XX ст. російський лікар і генетик С. Г. Левіт (1894—1938) ідентифікував перші хромосоми людини, а також вивчив закономірності успадкування кількох хвороб (діабет, алергія, виразка шлунку, гіпертензія тощо).

Досліди підтвердили гетерогенність спадкових патологій, тобто те, що один і той самий фенотип хвороби може бути обумовлений аномалією різних генів. Це дуже важливе відкриття для діагностики, лікування і медико-генетичного консультування спадкових хвороб.

У першому десятилітті XX ст. бурхливо розвивалася євгеніка. її прихильники вважали визначальним вплив генетичних чинників на розвиток нормальних фізіологічних і розумових особливостей індивіда, а також на появу розумової відсталості, психічних захворювань, алкоголізму, злочинності та інших соціальних відхилень. Вони вважали, що людський рід можна поліпшити, сприяючи відтворенню людей, які мають бажані якості (позитивна євгеніка), та перешкоджаючи розмноженню хворих, розумово відсталих і калік (негативна євгеніка).

У США та деяких країнах Європи, зокрема у Німеччині, було організовано наукові установи, які займалися євгенічними дослідженнями, переважно досить примітивними. Євгеністи стверджували, що індивідуальні властивості людини, наприклад нестримний характер, схильність до бродяжництва тощо, успадковуються за законами Г. Менделя.

Євгеніку вивчали у багатьох коледжах США, а джерелом євгенічної пропаганди став Державний архів євгеніки під керівництвом Ч.-Б. Давенпорта (1866— 1944). Він брав активну участь у формуванні соціальної політики щодо імміграції через створення системи дозволів і заборон на в'їзд до США певних національних груп. Вважали, що вихідці з Північної та Центральної Європи розумово досконаліші і тому корисніші для держави, ніж вихідці з Південної Європи або Азії. У більшості штатів Америки було запроваджено закон про примусову стерилізацію психічно хворих, злочинців, п'яниць, повій тощо. Однак припущення про успадкування таких властивостей людиною не мало наукового обґрунтування.

Аналогічні тенденції спостерігалися і в Англії. У цій країні теж активно пропагували євгеніку, чому сприяв математик і біолог К. Пірсон (1857—1936), який успадкував у Лондонському університеті євгенічну лабораторію Ф. Гальтона.

У Німеччині євгеніка отримала назву "расова гігієна". Рух під цією назвою був пов'язаний з містичною концепцією раси, уявленням про перевагу нордичної раси, зі страхом перед виродженням людства загалом та німецького народу зокрема, спричиненим алкоголізмом, венеричними хворобами, збільшенням народжуваності недоумкуватих або людей з нижчих прошарків суспільства. Деякі прихильники таких ідей вважали, що не слід "забруднювати німецьку кров" іноземною, особливо єврейською. Після приходу до влади А. Гітлера євгенічні уявлення стали складовою нацистської ідеології. У 1933 р. у країні запровадили закон про стерилізацію дітей, обтяжених спадковими хворобами, а також представників певних етнічних груп, особливо євреїв та циган. Подібні закони, але про добровільну стерилізацію за євгенічними свідченнями, було прийнято в Скандинавських країнах.

У Радянському Союзі генетика людини почала інтенсивно розвиватися у 20-ті роки XX ст. Під впливом ідей західної євгеніки у 1921 р. М. К. Кольцов (1872— 1940) у Москві організував Російське євгенічне товариство, у 1922 р. один із засновників радянської генетики Ю. О. Філіпченко (1882—1930) створив Бюро з євгеніки у Петрограді. Однак ці осередки ставили перед собою лише наукові завдання. М. К. Кольцов, Ю. О. Філіпченко та інші вчені здійснювали генетичні дослідження обдарованості, вивчаючи родоводи видатних людей. Дослідження мали методичні помилки, певні суперечності. Однак науковці змогли одержати цінні наукові результати. Вони, зокрема, порушували питання про значення умов соціального середовища в реалізації індивідуальних особливостей людини, цілком заперечували насильницький шлях удосконалення спадковості людини. Радянські євгеністи також зібрали родоводи видатних особистостей (О. Пушкіна, Л. Толстого, Ф. Шаляпіна та ін.).

Наприкінці 20-х років євгенічні дослідження в Радянському Союзі були припинені, оскільки вони не вписувалися в комуністичну ідеологічну доктрину. У другій половині 30-х років унаслідок приходу до влади в біологічній науці Т. Д. Лисенка (1898—1976) усі генетичні дослідження, а отже, вивчення спадковості людини, заборонили. Генетику назвали буржуазною лженаукою. Вчені-генетики вимушено змінювали сферу своєї наукової діяльності, частину з них репресували (М. К. Кольцов, С. С. Четвериков, М. І. Вавилов, М. В. Тимофєєв-Рессовський, С. Г. Левіт, В. П. Ефроїмсон та ін.). Таке становище зберігалося до початку 60-х років XX ст.

У 1940 р. американські дослідники Дж. Бідл (1903— 1989) та Е. Тейтем (1909—1975), спираючись на дослідження А. Гаррода зв'язків між генами і ферментами, сформулювали принцип "один ген — один фермент", за яким певний ген забезпечує синтез визначеного ферменту.

У 1944 р. американські біохіміки О.-Т. Ейвері (1877— 1955), К.-М. Маклеод (1909—1972) і М. Маккарті (1911—2005) виявили, що передавання спадкової інформації пов'язане з дезоксирибонуклеїновою кислотою (ДНК). Це відкриття стало стимулом для аналізу спадковості на молекулярному рівні. А завдяки створенню в 1953 р. американським біохіміком Дж. Вотсоном (нар. 1928) та англійським фізиком Ф. Кріком (1916—2004) моделі молекулярної структури ДНК почалося поглиблене вивчення молекулярної, біохімічної та імунної генетики людини.

У 50-ті роки почалися дослідження радіаційної генетики людини. Ще в середині 20-х років російський мікробіолог Г. А. Надсон (1867—1939) з колегами та американський генетик Г. Меллер (1890—1967) виявили мутагенну дію рентгенівського проміння на живі організми. Це відкриття свідчило про небезпечні наслідки опромінювання статевих клітин людини для подальших поколінь, тому людині як об'єкту генетичних досліджень стали приділяти більше уваги.

Одночасно тривали дослідження структури та функцій гена, і у 1953 р. американський генетик С. Бензер (1921—2007) констатував, що ген є лінійною структурою, яка кодує синтез одного поліпептиду. Було визначено, що функціональний білок складається з кількох поліпептидів, кожен з яких окремо не здатен виконувати ферментативну функцію.

У 1956 р. цитогенетики з Швеції Дж. Чіо (1916— 2001), А. Леван (1905—1998) та з Англії Ч. Форд (1912—1999) і Дж. Хамертон (1929—2006) визначили, що в клітинах людини міститься 46 хромосом (уперше мітотичні хромосоми людини у другій половині XIX ст. описали німецькі гістологи Дж. Арнольд (1835—1915) та В. Флемінг (1843—1905).

Через рік американські фізико-хіміки В. Інгрем (1924—2006), Л. Полінг (1901—1994) та інші за результатами досліджень гемоглобіну людини з'ясували, що послідовність амінокислот у молекулі білка визначається геном.

Французькі генетики Ж. Лежен (1926—1994) і Р. Терпен (1895—1988) із колегами у 1959 р. дослідили цитогенетичну картину виникнення синдрому Дауна (трисомія за 21 хромосомою). Одночасно інші дослідники ідентифікували на хромосомному рівні синдром Шерешевського — Тернера (Х0) та синдром Клайнфельтера (ХХУ)у а англійські цитогенетики Ч. Форд, П. Джекобе (нар. 1934) та інші з'ясували роль У-хромосоми у визначенні статі людини.

Механізм генетичного коду визначив у 1961 р. американський дослідник М. Ніренберг (1927—2010).

У1965 р. американський учений X. Корана (нар. 1922) вперше здійснив штучний синтез гена, що започаткувало розвиток нових напрямів у генетиці людини — молекулярної генетики та генної інженерії. Після цього було розроблено технології штучного і ферментативного синтезу генів, у т. ч. генів інсуліну, інтерферону, соматотропіну тощо. Ці досягнення відкрили великі перспективи в діагностуванні, профілактиці та лікуванні спадкових хвороб.

Наприкінці 70-х років XX ст. дослідники, очолювані англійцем Р. Робертсом (нар. 1943) і американцем Ф. Шарпом (нар. 1944), з'ясували, що гени еукаріотів мають переривчасту структуру і складаються з кодуючих та некодуючих ділянок ДНК. На початку 80-х років англійські генетики С. Бреннер (нар. 1927) та Дж. Салстон (нар. 1942), американець Х.-Р. Хорвіц (нар. 1947) виявили "гени смерті", які спричинюють руйнування клітин, що вичерпали свій життєвий час. Наприкінці 90-х років XX ст. американські біологи Е.-З. Файєр (нар. 1959) та К. Меллоу (нар. 1960) відкрили явище припинення експресії (прояву) певного гена за допомогою дволанцюжкової РНК, гомологічної цьому гену.

Масштабний міжнародний проект "Геном людини", завданням якого є вивчення геному людини, у т. ч. подальше картування хромосом та визначення нуклеотидної послідовності їх ДНК, було започатковано наприкінці XX ст. У межах цієї програми розробляють методи діагностування та лікування спадкових хвороб. Перший етап проекту практично виконано. Визначено, що кількість генів людини сягає до 32 тисяч. Вони становлять лише приблизно 5% усієї генетичної ДНК. Решта сукупності ДНК, за сучасними уявленнями, нічого не кодує або містить численні повтори. В одноклітинних організмів, наприклад бактерій, така ДНК відсутня, а з ускладненням організмів її частка зростає. Було виявлено, що геноми різних етнічних груп та популяцій людини відрізняються за послідовністю нуклеотидів у певних ділянках ДНК. На основі результатів досліджень у межах проекту "Геном людини" стала можливою ДНК-діагностика понад 100 спадкових захворювань. Проект продовжує діяти, але нині він став функціональним і має на меті ідентифікацію всіх генів людини.

На початку XXI ст. сформувався новий напрям у генетиці — епігенетика, яка вивчає спадкові зміни експресії генів, що відбуваються без зміни первинної структури ДНК. Отже, генетика є порівняно молодою наукою, яка бурхливо розвивається.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >