Мутаційний процес, ізоляція, міграція – Особливості дії елементарних еволюційних факторів у популяціях людей

МЕДИЧНА БІОЛОГІЯ

Розділ 2

ПОПУЛЯЦІЙНО-ВИДОВИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ ТА МІСЦЕ ЛЮДИНИ В НЬОМУ

2.2. Особливості дії елементарних еволюційних факторів у популяціях людей

2.2.3. Мутаційний процес, ізоляція, міграція

Генетично популяції характеризуються певними генофондами. У великих популяціях стан генетичної рівноваги відповідає закону Харді – Вайнберга. Рівняння Харді – Вайнберга застосовується у медико-генетичній практиці для визначення частоти патологічного гена і частоти гетерозигот – носіїв цього гена, для

аналізу дії добору на генотипи. Генетичну рівновагу в популяціях порушують елементарні еволюційні фактори – мутаційний процес, міграція, популяційні хвилі, ізоляція, дрейф генів. Соціальність людини вносить в їх дію певну специфіку.

Мутаційний процес. Мутаційний процес у людини, як і в інших організмів, веде до виникнення шкідливих алелів. У зв’язку з реалізацією міжнародної програми “Геном людини” встановлено, що число відомих на січень 2000 р. менделівських спадкових хвороб складає 11062. Спонтанна частота хвороб цього типу дорівнює 2,40 %, в тому числі: 1,50 % аутосомно-домінантних, 0,75 % ауто –

сомно-рецесивних і 0,15 % зчеплених з Х-хромосомою. Частота хромосомних і геномних мутацій набагато вища. Якщо 41,50 % всіх вагітностей переривається спонтанними абортами, то у зв’язку з хромосомними порушеннями – 5-6 %, що у 10 разів більше від кількості дітей, які народилися живими з хромосомними синдромами (0,5-0,6 % серед живонароджених). Спонтанна частота мутацій залежить від віку батьків, особливо чоловіків. У жінок після 35 років різко підвищується (до 10 разів) ймовірність народження дітей з хромосомними мутаціями (синдром Дауна).

У даний час мутаційний процес у людини відбувається на фоні підвищеної концентрації мутагенних факторів, створених виробничою діяльністю самої людини.

Дослідження з радіаційної генетики показали, що не існує порогової генетично безпечної дози іонізуючих випромінювань. Це означає, що індукція мутацій відбувається за будь-яких доз, а зі збільшенням дози пропорційно зростає число мутацій (рис. 2.21). Генетичний ефект малих доз сумується. Відомості про частоту індукованих іонізуючими випромінюваннями мутацій у людини дуже обмежені. Для оцінки ризику опромінювання використовують модель людина/миша, яка базується на оцінці спонтанного мутаційного процесу в людини й індукованого радіацією мутагенезу миші. Середня частота спонтанних мутацій у людини, встановлена при аналізі відібраних 26 домінантних хвороб, пов’язаних з аутосомними генами (135 локусів), дорівнює 2,93±0,64 х 10-6 на локус. Середня частота мутації певних локусів при хронічній дії іонізуючих випромінювань низьких доз дорівнює у миші 0,35±0,09 х 10-5 на 1 Гр (грей). Відношення спонтанної частоти мутагенезу в людини до частоти індукованих мутацій у миші дає величину 0,84±0,31 Гр, яку називають дозою, яка подвоює число спонтанних мутацій в людини (ДД). За орієнтовними даними, доза 1 Гр, одержана при низькому рівні радіації чоловіками, індукує від 1000 до 2000 мутацій з серйозними фенотипними наслідками на кожний мільйон живих новонароджених. У жінок ця цифра нижча – 900.

Рис. 2.21. Відносна середньостатистична ймовірність захворювання на рак після одного рівномірного опромінення тіла дозою 0,01 Гр є популяції людей, що пережили атомне бомбардування: 1 – лейкози; 2 – всі інші види злоякісних пухлин.

Існує природна радіація, вплив якої поступово нагромаджується впродовж життя. Всі іонізуючі випромінювання характеризуються біологічною дією. Проникаючи через тканини людського организму, вони передають свою енергію атомам у цих тканинах, викликають їх збудження й іонізацію. Особливо чутливими є проліферуючі тканини – лімфоїдні і кровотворні. Іонізуюче опромінення діє на всі компоненти клітини, але особливо вразливими є хромосоми ядра. У молекулах ДНК виникань розриви, з’являються хромосомні аберації; число точкових мутацій зростає у лінійній залежності від дози та ефекту положення генів. Будь-яке застосування іонізуючого випромінювання потребує додержання правил радіаційної безпеки і протипроменевого захисту пацієнтів і медперсоналу.

Лікар повинен знати, що мутації в статевих клітинах можуть передаватися нащадкам, а соматичні мутації дають початок мутантному клону клітин і це може призвести до онкологічних захворювань. Перелік мутагенних для людини хімічних факторів включає речовини з промислового оточення: ацетальдегід, бензол, важкі метали (кадмій, нікель, ртуть, свинець, цинк), формальдегід, побутові засоби (адгезивні аерозолі, лаки, фарби), епоксидні смоли тощо. У сільському господарстві мутагенну дію мають інсектициди (малатіон, трихлорфон, метилпа – ратіон), пестициди (фталафос, гардона, валексон, ДДТ). Лікар повинен також знати, що мутагенну дію мають деякі лікарські препарати, в тому числі: цитостатики (уретан, сарколізин), протисудомні препарати, наркозні гази, психотропні (клозепін), хлоридин, хлорпропанамід, метилксантини (кофеїн), фуросемід, хлоралгідрат та ін. Мутації можуть спричинюватися біологічними факторами (віруси, живі вакцини), неповноцінним харчуванням (екзогенні фактори), а також гістаміном, стероїдними гормонами, які виробляються в організмі людини (ендогенні фактори). З метою профілактики мутагенезу з 1979 р. кожна хімічна сполука, яку передбачають застосовувати (ліки, барвники, пластмаси, харчові домішки), випробовуються на мутагенний ефект. Ведуться також пошуки антимутагенів, але їх число, порівняно з кількістю мутагенних забруднювачів, невелике.

Популяційні хвилі. Чисельність населення за історичний період у цілому зросла. В епоху неоліту вона складала приблизно 5 млн., у період появи міст – 20^10 млн., у часи Римської імперії на початок нової ери – 200 млн., у 1600 р. – 500 млн., у 1800 р. – 1 млрд, у даний час – понад 6 млрд На фоні загальної тенденції до збільшення чисельності мали місце окремі зниження цього показника внаслідок особливо небезпечних захворювань. Під час епідемії чуми у XIV ст. в Європі загинуло понад 25 млн. осіб і 35 млн. – в Азії. Чума ввійшла в історію культурних народів під назвою “чорна смерть” і була найжорстокішою з усіх описаних епідемій. Пандемія грипу (“іспанка”), яка розпочалася на початку 1918 р. у Франції, а потім перекинулася в Іспанію і швидко поширилася, забрала 20 млн. осіб. У 19721973 рр. грипом перехворіло близько 2,5 млрд. людей. А сьогодні людству з неймовірною силою і швидкістю загрожує СНІД (синдром набутого імунодефіциту). За неповних 30 років число ВІЛ-інфікованих на земній кулі перевищило 15 млн. людей, а число померлих від цієї інфекції вимірюється сотнями тисяч. Періодичні коливання чисельності населення в минулому на великих і малих територіях змінювали його щільність, викликали міграції і впливали на генофонди людських популяцій.

Міграція. Міграційні процеси населення за останні часи збільшилися. їх наслідками є руйнування системи шлюбів, які існували раніше, поява змішаних шлюбів. Міграція (потік генів) веде до зміни генофондів як у популяціях, з яких населення мігрувало, так і в популяціях, куди воно іммігрувало. Так, в результаті масового переселення народів зі Сходу Азії в Європу в період між 500 і 1500 рр. змінилася частота генів, які визначають групи крові за системою АБО (рис. 2.22). Разом з проникненням східних народів підвищувалася частота гена 7s. Цей ген практично відсутній у корінного населення Піренейського півострова, а в районі Астрахані його частота досягає 30 %.

Рис. 2.22. Градієнт всесвітнього розподілу алелів А і В системи групи АВО.

Ізоляція. Причини ізоляції людських популяцій різні: географічні, національні, расові, релігійні. Відомі ізоляти в сучасних багатомільйонних містах. Тут, звичайно, мова йде не про географічну, а про расо ву, національну, релігійну форми ізоляції. Основним результатом ізоляції є обмеження чисельності популяції. У нечисленних популяціях неминуче зростає відсоток родинних шлюбів (інбридинг) і проявляється дрейф генів (генетико-автоматичні процеси). Такі популяції відрізняються частотами певних алелів. Наприклад, полярне плем’я ескімосів поблизу Туле на півночі Гренландії (271 особа) впродовж багатьох поколінь знаходилося в повній ізоляції і до того часу, поки не зустрілося з іншим племенем ескімосів, вважало себе єдиними мешканцями на Землі. З’ясувалося, що це плем’я суттєво відрізняється від головних популяцій ескімосів за частотою алелів груп крові. У більш великих популяціях ескімосів частота алеля Iа складала 27-40 %, а в популяції полярних ескімосів – 9 %. Разом з тим частота алеля І° в популяції полярних ескімосів складала 84 %, в інших – 49-70 %.

Медико-генетичним наслідком ізоляції є збільшення частоти спадкових захворювань, зумовлених рецесивними генами. Так, в одному селі у Швейцарії (в долині р. Рона) серед 2200 жителів нараховувалося 50 глухонімих і 200 осіб мали генетично зумовлені дефекти слуху.

У XX ст. зросла тенденція до розпаду ізолятів внаслідок міграційних процесів, розвитку транспорту, соціального прогресу.