Чтобы оценить значения генетики для медицины, необходимо понимать природу наследственного материала, знать, как он упакован в геноме и как передается от клетки к клетке в ходе деления и от поколения к поколению в процессе воспроизводства. Геном человека состоит из больших количеств ДНК, которая определяет своей структурой генетическую информацию, необходимую для всех аспектов эмбриогенеза, развития, роста, метаболизма и воспроизведения — по существу, для всего, что позволяет человеку функционировать как организм. Каждая ядерная клетка в организме несет свою собственную копию генома, который содержит около 25 000 генов.
Гены, рассматриваемые здесь просто как единицы генетической информации, закодированные в ДНК генома, организованы в ядре каждой клетки в виде линейных органелл, называемых хромосомами. Влияние генов и генетики на состояние здоровья весьма велико, и причины этого лежат в информации, закодированной в ДНК, формирующей геном человека. Наши знания природы и состава генов и человеческого генома экспоненциально возрастали в течение нескольких последних десятилетий, достигнув высшей точки в ходе расшифровки последовательности ДНК фактически всего генома человека в 2003 г.
Каждый биологический вид имеет характерный хромосомный состав (кариотип) с точки зрения количества и морфологии хромосом, которые создают геном. Гены расположены вдоль хромосом в линейном порядке, каждый ген имеет точную позицию или локус. Карта генов отображает позиции генов в хромосомах и характерна для каждого вида и индивидуума в пределах вида.
Исследованием хромосом, их структуры и особенностей наследования занимается цитогенетика. Начало современной цитогенетики человека, как науки, датируют 1956 г., когда было установлено, что нормальное число хромосом у человека — 46. С того времени стало известно очень многое о хромосомах человека — их структура в норме, молекулярный состав, локусы генов, которые они содержат, многочисленные и разнообразные аномалии.
Анализ хромосом и генома стал важной диагностической процедурой в клинической медицине. Здесь указаны некоторые из приложений цитогенетики, более подробно разбираемые в последующих статьях на сайте.
Клиническая диагностика. Многочисленные заболевания, включая некоторые частые, например синдром Дауна, связаны с микроскопически видимыми изменениями в количестве или структуре хромосом, что обусловливает необходимость хромосомного или геномного анализа для диагностики и генетического консультирования.
Картирование и идентификация генов. Главная цель медицинской генетики сегодня — картирование генов на хромосомах и объяснение их роли в развитии болезней.
Цитогенетика рака. Геномные и хромосомные изменения в соматических клетках связаны с возникновением и развитием многих типов рака.
Пренатальная диагностика. Хромосомный и геномный анализ — важная процедура в пренатальной диагностике.
Умение интерпретировать цитогенетическое заключение и некоторое знание методологии, возможностей и ограничений хромосомных исследований — ценный профессиональный навык врачей и других специалистов, связанных с уходом за пациентами с врожденными дефектами, умственной задержкой, нарушениями полового развития и многими типами рака.
За исключением гамет (половых клеток), все клетки, формирующие организм, называются соматическими (soma — тело). Геном, содержащийся в ядрах соматических клеток человека, состоит из 46 хромосом, объединенных в 23 пары. Из этих 23 пар 22 пары идентичны у мужчин и женщин и называются аутосомами, которые пронумерованы по размеру, начиная от наибольших и заканчивая наименьшими.
Оставшаяся пара включает половые хромосомы: две хромосомы X у женщин и X и Y у мужчин. Каждая хромосома содержит различный набор генов, которые размещаются линейно вдоль ДНК. Каждые пары хромосом, которые называют гомологичными хромосомами или гомологами, несут сопоставимую генетическую информацию, т.е. в них содержатся одни и те же гены в одной и той же последовательности.
Тем не менее в любом специфическом локусе могут быть как идентичные, так и отличающиеся формы одного гена, называемые аллелями. Одна из хромосом каждой пары наследуется от отца, другая от матери. В норме гомологичные пары аутосом микроскопически не отличимы друг от друга. У женщин половые хромосомы (две Х-хромосомы), подобно остальным, также не отличаются одна от другой. У мужчин же половые хромосомы отличаются. Одна — Х-хромосома — наследуется от матери и передается дочерям; вторая хромосома — Y наследуется от отца и передается его сыновьям. В статьях на нашем сайте мы рассмотрим некоторые исключения из этого простого и почти универсального правила, по которому женщины имеют 2 X хромосомы, а мужчины — X и Y.
Дополнительно к ядерному геному небольшая, но важная часть генома человека находится в митохондриях в цитоплазме. Митохондриальные хромосомы, описанные в этой главе ниже, имеют множество необычных характеристик, которые отличают их от остальной части генома человека.
