ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Генетический анализ (греч. genetikos относящийся к происхождению; analysis разложение, расчленение) — совокупность методов изучения наследственных свойств организмов. Анализ характера наследования признаков в ряду поколений организмов позволяет получить данные о составе, строении и функционировании наследственного аппарата клеток.

С помощью Генетического анализа решаются два основных типа задач: 1) анализ природы наблюдаемого наследственного различия в признаках между двумя особями (группами особей, популяциями, породами, видами), выявление числа лежащих в основе данного различия генов, изучение свойств этих генов, их сцепления с другими генами, их локализация на хромосомной карте; 2) возможно полное описание генотипа особи (популяции, вида).

Первым и обязательным этапом Генетического анализа является выяснение природы (наследственная или ненаследственная) выбранного для Г. а. признака. В генетике животных, растений и микроорганизмов этот вопрос решается путем планомерного близко-родственного разведения (см. Инбридинг) или вегетативного размножения анализируемых организмов в ряде поколений. В генетике человека, где планомерное скрещивание невозможно, наследственная природа интересующего признака доказывается его семейной приуроченностью, а также высокой степенью совпадения у монозиготных близнецов (см. Близнецовый метод). Доказать наследственную природу исследуемого признака, или, точнее, определить долю наследственного компонента в его возникновении бывает довольно трудно. Это обусловлено прежде всего тем, что связь между генами и контролируемыми ими признаками зависит в большинстве случаев от совокупного влияния генотипической, внутренней и окружающей среды организма. Другим фактором, влияющим на надежность заключения о наследственной природе исследуемого признака, является чувствительность метода, с помощью к-рого данный признак изучается, т. к. диапазон наследственных различий простирается от ультраструктурных и мелких биохимических изменений в отдельных компонентах клеток до макроморфол. и физиологической особенностей организмов. Поэтому в Г. а. используют методы различных биол, и мед. дисциплин. Общим для Г. а. любых признаков является изучение закономерностей их проявления в потомстве различающихся по исследуемым признакам форм, т. е. гибридологический анализ.

С установления Г. Менделем в 1865 г. количественных закономерностей наследования признаков (см. Менделя законы) и начинается собственно история Г. а. В развитии Г. а. большое значение имели установление сцепленного наследования признаков Бейтсоном и Паннетом (W. Bateson, R. С. Punnet) и локализации генов и построение генетических карт хромосом Т. Морганом с сотр., разработка математических основ теории Г. а. Холдейном (J. В. S. Haldane), Фишером (R. Fisher) и А. С. Серебровским. В последние годы арсенал методов Г. а. пополнился высокоразрешающими приемами рекомбинационного и комплементационного анализа (см. Рекомбинационный анализ, Мутационный анализ), позволяющими исследовать тонкую структуру генов. Г. а. в зависимости от задач исследования может быть проведен на молекулярном, клеточном, онтогенетическом и популяционном уровне.

Г. а. на молекулярном уровне стал возможным, во-первых, благодаря включению в число объектов Г. а. микроорганизмов с их особыми типами рекомбинационных процессов и, во-вторых, благодаря тому, что современные биохим, методы позволяют детально изучать не только качественный и количественный состав, но и последовательность мономеров в белках и нуклеиновых к-тах.

Генетический анализ на клеточном уровне проводится в том случае, когда соответствующие наследственные признаки проявляются в отдельных клетках. Типичным примером может служить тетрадный анализ у высших растений, грибов и водорослей, когда продукты распределения гомологичных хромосом в мейозе отдельных мейоцитов (пыльца или споры) могут быть идентифицированы как по происхождению от общего мейоцита, так и по сопутствующим морфол., биохим, или иным признакам. Важное значение имеет и цитогенетический анализ, при к-ром исследуемым наследственным признаком является строение хромосом (см.). Его возможности резко возросли в связи с открытием методов дифференциальной окраски хромосом по длине, позволяющих идентифицировать не только каждую из пар хромосом, но также их отдельные участки (см. Хромосомная карта). Обусловленность многих наследственных болезней человека нарушением не самих генов, а их числа и расположения в хромосомах показывает актуальность развития цитогенетического анализа. Г. а. на клеточном уровне может быть осуществлен и в культурах соматических клеток, для которых разработаны приемы эффективной гибридизации, без чего невозможен анализ закономерностей передачи клеточных признаков дочерним клеткам. В генетике человека гибридизация соматических клеток в культуре должна стать ценным приемом при анализе наследования признаков, прежде всего биохимических и иммунологических (см. Генетика соматических клеток),

Г. а. на онтогенетическом (организменном) уровне основан на опытах, позволяющих узнавать о генах и их функционировании в клетках по макроморфо л. признакам многоклеточных животных и растительных организмов. В этом случае, в отличие от Г. а. на молекулярном и клеточном уровне, предметом наблюдений являются не непосредственные продукты функционирования генов внутри клеток, а конечные фенотипы, т. е. результат комплексного взаимодействия всего генотипа с совокупностью факторов внутренней и окружающей среды. Тем не менее практически Г. а. на организменном уровне имеет наибольшее значение.

Г. а. на популяционном уровне основан на том, что реплицирующиеся гены в зависимости от доминантности или рецессивности, участия в рекомбинации, а также неодинаковой адаптивной ценности разных аллелей (см.) распространены в популяциях с разными частотами, соотношение которых можно исследовать как теоретически, так и фактически. Сопоставление эмпирических генных частот с ожидаемыми на основании разных типов наследования позволяет делать обоснованный выбор между разными теоретическими возможностями. К Г. а. на популяционном уровне приходится обращаться особенно часто в исследованиях по генетике человека и мед. генетике в связи с невозможностью проведения планомерных скрещиваний.

Методы Г. а. на всех уровнях, от молекулярного до популяционного, являются взаимодополняющими, и лишь их комплекс позволяет охватить в целом как строение, так и функционирование генотипа (см.).

Генотип высших организмов состоит, как правило, из двух гаплоидных наборов хромосом — материнского и отцовского происхождения. В свою очередь каждая из хромосом генома (см.) состоит из последовательностей генетических локусов, которые могут быть заняты разными аллелями. В зависимости от того, какая из сторон организации генотипа изучается, различают следующие методы Г. а.: геномный, хромосомный, мутационный (генный) и анализ тонкой структуры гена.

Цель геномного анализа — установить, из какого числа геномов составлен генотип и «комплектен» ли каждый из геномов по числу хромосом. У высших организмов возможно как отклонение числа геномов от двух, так и утеря или, наоборот, наличие в избыточном числе отдельных хромосом. Большинство из известных числовых мутаций хромосом у человека лежит в основе тяжелых форм наследственной патологии (синдромы Тернера, Клайнфелтера, болезнь Дауна, спонтанные аборты и др.), что и определяет актуальность геномного анализа в мед. генетике.

Цель хромосомного анализа — выявление структурных (внутри- и межхромосомных) перестроек без изменения числа хромосом или мутирования входящих в их состав генов. Структурные перестройки хромосом могут препятствовать нормальному клеточному делению, особенно делению созревания; кроме того, отдельные перестройки могут обладать самостоятельным, иногда патол, проявлением (см. Хромосомные болезни).

Цель мутационного, или генного, анализа — изучение возможных аллельных состояний генов, а также закономерностей их переходов из одного состояния в другое как спонтанно, так и под влиянием различных средовых мутагенных факторов (см. Мутагенез). Изучение внутригенных межаллельных взаимодействий позволило выявить сложную структуру генетических локусов высших организмов и показать, что «классические» гены — структуры более высокого порядка, чем те нуклеотидные последовательности, к к-рым непосредственно приложим принцип «один ген — одна полипептидная цепь» (см. Биохимическая генетика).

Кроме генотипа, представленного хромосомами клеточных ядер, носителями наследственной информации от клетки к клетке могут служить также некоторые внеядерные (цитоплазматические) структуры, отличающиеся достаточной стабильностью и способные к редупликации и транскрипционной функции. Нехромосомная, цитоплазматическая наследственность (напр., митохондриальная наследственность у разных организмов, пластидная наследственность у растений и др.) составляет в механизмах наследственности лишь небольшую часть, предназначена для выполнения узкоспециализированных функций и, наконец, не вполне автономна — частично находится под контролем ядерных генов (см. Наследственность цитоплазматическая).

Таким образом, Г. а. распространяется на все уровни организации живой материи, а также на ее наследственную основу — генотип. Г. а. является основным содержанием исследований в любой отрасли генетики, в т. ч. генетики человека и мед. генетики. Без Г. а. невозможно решение таких важных проблем мед. генетики, как гетерогенность наследственных болезней, наследственный полиморфизм, ранняя диагностика наследственных болезней, их рациональная профилактика, оценка риска (возможности появления в семье больного) и, наконец, патогенетическая терапия.

По мере совершенствования методов Генетического анализа открываются возможности и «синтеза» новых генотипов или их элементов.

В перспективе методы генетического синтеза, основанные на детальном количественном и качественном анализе генотипа, могут стать достоянием медицины при лечении наследственных болезней человека (см. Генная инженерия, Генотерапия).

Библиография: Дубинин Н. П. Общая генетика, М., 1976, библиогр.; Лобашев М. Е. Принципы генетического анализа, в кн.: Актуальн, вопр. совр, генетики, под ред. С. И. Алиханяна, с. 7, М., 1966; Серебровский А. С. Генетический анализ, М., 1970, библиогр.

Н. П. Бочков, В. И. Иванов.