5229

История развития генетики. Значение генетики для медицины

Книга

Биология и генетика

В учебном пособии рассматриваются вопросы истории развития генетики и значения генетики для медицины. Особое внимание уделено становлению и развитию отечественной генетики. Материалы пособия дополняют основную учебную литературу и содержат данные, н...

Русский

2012-12-05

1.59 MB

396 чел.

В учебном пособии рассматриваются вопросы истории развития генетики и значения генетики для медицины. Особое внимание уделено становлению и развитию отечественной генетики. Материалы пособия дополняют основную учебную литературу и содержат данные, не вошедшие в учебники. Данное пособие является полезным для самостоятельной подготовки студентов к занятиям по генетике и  при подготовке к курсовому экзамену, когда необходимо суммировать и обобщить большой объем теоретического материала. Учебное пособие предназначено для студентов  лечебного и педиатрического факультетов.


Оглавление

Предисловие……………………………………………………………………..4

Методические указания………………………………………………………....5

Глава 1.  Предмет генетики…………………………………………………….6

Глава 2.Этапы развития генетики……………………………………………...8

2.1.Доменделевские представления о наследственности…………………….8

2.2. Классический этап развития генетики…………………………………..12

2.2.1. Изучение закономерностей наследственности

и изменчивости на организменном уровне………………………………….12

2.2.2. Изучение закономерностей наследственности

и изменчивости на клеточном уровне……………………………………….18

2.3. Молекулярный этап развития генетики. Генная инженерия…………...24

2.4. Краткий очерк развития генетики в России……………………………..34

2.4.1. Достижения генетики в 20-40 гг. ХХ века…………………………….34

2.4.2. Репрессии  и погромы генетики………………………………………..57

2.4.3. Возрождение отечественной генетики………………………………...66

Глава 3. История развития генетики человека. Значение генетики

для медицины………………………………………….....................................74

Заключение…………………………………………………………………….85

Тестовые задания ……………………………………………………………..90

Ответы на тестовые задания………………………………………………….95

Литература…………………………………………………….……………….98

ПРЕДИСЛОВИЕ

Данное пособие предназначено для студентов медицинских вузов. Пособие включает два основных раздела: собственно история развития генетики и значение генетики для современной медицины. Издание данного пособия продиктовано тем, что ограниченность лекционных часов по разделу генетики (10) не позволяет в должной мере уделить время для освящения данных вопросов в лекционном курсе. К сожалению, в основной учебной литературе вопрос по истории развития генетики практически не рассматривается. Вместе с тем, использование исторического подхода в изучении генетики как теоретической базы современной медицины, необходимо для формирования генетического мышления современного врача. В нашей стране история развития генетики была полна драматических событий. Репрессии, которые обрушились на генетику и генетиков в конце 30-х годов и продолжались вплоть до конца 50-х годов, на много лет задержали развитие генетики в нашей стране и лишили генетического образования целое поколение врачей. Ученые с мировым именем Н.И. Вавилов, Н.К. Кольцов и другие были репрессированы, а многие из них погибли. Поэтому знание трагической истории генетики в нашей стране способствует формированию  у студентов нравственных и подлинно научных подходов к своей будущей профессиональной деятельности.

Важным для студентов является и раздел «Значение генетики для медицины». В данном разделе приводится краткая история медицинской генетики в целом и медицинской генетики в России; сформулированы задачи и основные генетические методы диагностики наследственной и врожденной патологии. Представлены  задачи и современные методы молекулярной медицины, базирующиеся на достижениях молекулярной генетики и генной инженерии, которые в основной учебной литературе освещены недостаточно.


МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Учебное пособие «История развития генетики. значение генетики для медицины» предназначено для студентов 1 и 4 курсов лечебного и педиатрического факультетов.

Цель учебного пособия: формирование знаний по истории развития генетики в целом и отечественной генетики в частности, формирование знаний по современным методам диагностики и профилактики наследственных и врожденных болезней.

Учебное пособие включает задачи: изучение основных этапов развития генетики как науки, изучение становления генетики в России, изучение основных достижений генетики и возможности их использования для решения задач диагностики, лечения и профилактики современной, в том числе молекулярной, медицины.

Необходимыми для изучения темы смежными дисциплинами (базисные знания) являются: органическая химия (строение и роль белков, нуклеиновых кислот), биохимия (процессы биосинтеза белка), микробиология (характеристика основных особенностей строения и жизнедеятельности микроорганизмов).

Согласно учебной программе длительность изучения темы «История развития генетики. значение генетики для медицины» составляет 5 часов для студентов 1 курса лечебного и педиатрического факультетов, 4 часа для студентов 4 курса лечебного и педиатрического факультетов. По данной теме для студентов 1 курса читается лекция. Разбор темы осуществляется на практическом занятии. Самостоятельная работа студентов включает в себя посещение медицинской библиотеки, подготовку докладов к практическим занятиям, семинарам, заседаниям студенческого научного общества, а также решение ситуационных задач и тестов.

В результате изучения дисциплины студенты должны знать: этапы развития и основные достижения генетики, современные генетические подходы к диагностике, лечению и профилактике наследственных болезней.

Студенты должны уметь: применять генетический подход к решению задач диагностики и профилактики наследственных болезней.

Глава 1

ПРЕДМЕТ ГЕНЕТИКИ

Генетика изучает два фундаментальных неразрывных свойства живых организмов: наследственность и изменчивость. Термин «генетика» был предложен У. Бэтсоном в 1906 году, который определил новую науку как физиологию наследственности и изменчивости. Современная генетика является стержнем всей биологической науки, потому что только в рамках генетики разнообразие жизненных форм и процессов может быть осмыслено как единое целое.  

У кошки всегда рождается котенок, а у собаки – щенок. Это значит, что во время скрещивания передается, а в ходе развития реализуется информация о специфике строения  клеток, тканей, органов и всего остального, что делает  кошку – кошкой, а собаку – собакой.

В пределах одного организма идентичная во всех клетках генетическая  информация развертывается с формированием настолько различных типов клеток и тканей, что трудно поверить в единство их происхождения.

Таким образом, генетика – наука о наследственности и ее реализации  в развитии, о закономерностях наследования генетически закрепленных признаков. Наследственность можно определить, как  свойство организмов передавать потомству признаки и особенности развития родителей. В понятие наследственности, по мнению М.Е. Лобашева, входят четыре группы явлений: организация генетического материала, его экспрессия в процессе развития, воспроизведение и передача от одного поколения другому. Следовательно, генетика объединяет эмбриологию, биологию развития, физиологию и морфологию в единую науку – биологию.

Несмотря на то, что у кошки всегда рождается котенок, а у собаки – щенок,  двух абсолютно одинаковых котят  или щенят отыскать практически невозможно. Они отличаются друг от друга повадками, мастью, формой и размерами благодаря изменчивости. Изменчивость обеспечивает это разнообразие. Изменчивость можно определить как свойство  организмов изменяться, приобретать новые признаки в процессе онтогенеза, обеспечивающее разнообразие всего живого, как на уровне отдельных особей, так и на уровне видов. Именно благодаря изменчивости, на Земле существует огромное количество видов микроорганизмов, грибов, растений и животных. При этом каждый вид характеризуется чертами, воспроизводящимися из поколения в поколение, что отражает свойство наследственности.

Диалектическое единство этих двух свойств легко увидеть и на примере человека. Разнообразие людей наблюдается практически по любым признакам: морфологическим (рост, масса тела, форма носа, ушей, цвет волос и глаз), биохимическим (уровень обмена веществ, структура белков), иммунологическим (группы крови), физиологическим (нервно-гуморальная регуляция), поведенческим и т.д. В то же время  каждый человек  знает те черты, которыми он напоминает своих братьев и сестер, родителей, бабушек и дедушек, а также более отдаленных предков.

Почему люди разнообразны  и почему они похожи друг на друга как представители одного вида? Ответ на оба этих вопроса и дает генетика: потому что каждый человек получил наследственные задатки – гены от своих родителей. Именно благодаря механизму наследования каждый индивид имеет черты сходства с предками. И именно потому, что каждый человек появляется в результате слияния гамет и перекомбинации генов в длительном ряду поколений, дети никогда не повторяют своих родителей.

Механизмы наследственной передачи признаков в настоящее время хорошо изучены. И этим человечество обязано, прежде всего,  чешскому ученому Г. Менделю, который в 1865 г. сформулировал основные закономерности наследования признаков.


Глава 2

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ГЕНЕТИКИ

2.1. Доменделевские представления о наследственности

Мыслители и ученые задумывались над вопросами о передаче наследственных свойств от родителей к детям  и формировании организма в процессе индивидуального развития со времен глубокой древности. Но в те далекие времена наблюдения за явлениями наследственности и изменчивости были очень неточными и немногочисленными. Вследствие этого мыслители, пытавшиеся создать целостные теории наследственности, вынуждены были заменять недостающие фактические данные предположениями и домыслами, что привело к созданию ряда умозрительных теорий наследственности.

Уже к V веку до н.э. сформировались две основные теории о механизмах наследственности: прямого и непрямого наследования признаков.                   Сторонником теории прямого наследования  признаков был Гиппократ. По его мнению, половые задатки (в нашем понимании яйцеклетки и сперматозоиды), участвующие в оплодотворении, формируются из клеток всех органов и, таким образом, все органы тела непосредственно влияют на признаки потомства. Здоровые органы поставляют здоровый репродуктивный материал, а нездоровые – нездоровый, поэтому признаки, приобретаемые в течение жизни, должны наследоваться. Сторонником прямого наследования был и афинский философ V века Анаксагор: «…одно и то же семя несет в себе волосы, ногти, вены, артерии, сухожилия и кости, хотя и невидимые, поскольку их частицы очень малы. Во время роста они постепенно отделяются друг от друга, ибо… как могут волосы произойти не от волос, а плоть не от плоти?». По его мнению, мужские особи дают семя, а женские особи являются вместилищем для плода.

Точку зрения Гиппократа оспаривал Аристотель (1У в. до н.э.). Он был сторонником непрямого наследования признаков и полагал, что половые задатки, участвующие в оплодотворении, производятся не напрямую из соответствующих органов, а из питательных веществ, по своей природе предназначенных для построения разных частей тела. Аристотель был убежден в качественно различном вкладе мужского и женского начал в деторождение. По мнению Аристотеля, мужской организм запускает действие и определяет, каким будет ребенок, тогда как женский просто предоставляет для этого материал.

В работе «Наследственные заболевания» испанского врача Меркадо (1605) содержится утверждение, что оба родителя, а не только отец, определяют то, каким будет будущий ребёнок. Мальпиги (1628-1694) выдвинул гипотезу «преформации», согласно которой в яйце имеется полностью сформированный организм, который потом только растет. Ученых, поддерживающих эту точку зрения, назвали «овистами». После того как в 1677 г. Левенгук обнаружил сперматозоиды, появились представления о том, что новый организм полностью сформирован в них, а мать его только вынашивает. Ученых, поддерживающих такую точку зрения, назвали «сперматистами». Борьба между «овистами» и «сперматистами» завершилась только в 1759 г., когда К. Вульф подверг критике обе стороны.

Теория прямого наследования признаков просуществовала 23 века. Много лет спустя, на рубеже ХVIIIXIX вв. Ж.Б. Ламарк использовал представления Гиппократа для построения своей эволюционной теории передачи потомству новых признаков, приобретенных в течение жизни.

Последней серьезной вариацией на тему прямого наследования является теория пангенезиса, выдвинутая Ч. Дарвиным в 1868г. Согласно этой теории, от всех клеток организма (растений или животных) отделяются мельчайшие частицы – «геммулы», которые, циркулируя с током крови по сосудистой системе организма, достигают половых клеток. После их слияния в процессе развития нового организма геммулы превращаются в клетки того типа, из которого произошли, со всеми особенностями, приобретенными в течение жизни родителей.

В 1871 г. английский врач Ф. Гальтон  экспериментально опроверг теорию пангенезиса. Он переливал кровь черных кроликов белым, а затем скрещивал белых между собой. В трех последующих поколениях он не нашел «ни малейшего следа какого-либо нарушения чистоты серебристо-белой породы». Эти данные показали, что, по крайней мере в крови кроликов геммулы не содержатся.

В 80-х гг. Х1Х в. с теорией пангенезиса не согласился и А.Вейсман. Он предложил свою гипотезу, согласно которой в организме существуют два типа клеток: соматические и половые. Только в  ядрах половых клеток присутствует  особая наследственная субстанция, названная им «зародышевой плазмой». «Зародышевая плазма» состоит из множества детерминант, каждая из которых определяет появление и специфическое развитие отдельных частей и признаков организма. Таким образом, Вейсман отрицал возможность наследования признаков, приобретенных в онтогенезе, и подчеркивал автономию зародышевых клеток.

При всей ошибочности умозрительных теорий наследственности их значение для формирования современной генетики  состояло в том, что они стимулировали ученых к экспериментальной проверке спорных вопросов  и тем самым содействовали накоплению точно установленных фактов об основных особенностях наследственности.

Первым большим вкладом в накопление фактического материала, подготовившим создание экспериментальной генетики как самостоятельной научной дисциплины, были исследования действительного члена Российской академии наук И.Г.Кельрейтера в начале Х1Х века. Кельрейтер провел обширные исследования по искусственному получению отдаленных гибридов у многих видов растений и обнаружил явление расщепления некоторых признаков у потомства; первым установил существование гибридной мощности (гетерозиса) на примере полученных им межвидовых гибридах табака.

В середине Х1Х века  ботаники и растениеводы - практики  Шарль Нодэн и О. Сажрэ во Франции, А. Гершнер в Германии и Т. Найт в Англии на основе получения и изучения гибридов у различных растений обратили внимание на то, что в потомстве гибридов преобладают признаки одного из родителей (т.е. наблюдается единообразие), а при их дальнейшем самоопылении происходит расщепление. Более того, О. Сажрэ предвосхитил понятие комбинативной изменчивости, обратив внимание на перераспределение константных признаков при гибридизации. Но ни один из них даже не попытался проанализировать свои результаты количественно: подсчитать соотношение классов среди гибридов различных поколений.

Несмотря на разные годы опубликования работ, фактически всех этих ученых можно считать непосредственными предшественниками Г. Менделя.

2.2. КЛАССИЧЕСКИЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ГЕНЕТИКИ

Классический этап развития генетики обычно подразделяют на два периода:

  1.  изучение закономерностей наследственности и изменчивости на организменном уровне;
  2.  изучение закономерностей наследственности и изменчивости на клеточном уровне.

    2.2.1. Изучение закономерностей наследственности на организменном уровне

Первый период ознаменовался открытием Г. Менделем в 1865 г. дискретности наследственных факторов и разработкой гибридологического метода изучения наследственности, т.е. правил скрещивания организмов и учета признаков у их потомства. Основным объектом его опытов были 22 сорта гороха, отличавшиеся друг от друга по семи хорошо заметным признакам. Мендель сумел провести глубоко продуманные и спланированные эксперименты. Уже в первоначальной стадии работы он понял, что в эксперименте нужно выполнить два основных условия: растения должны обладать константно различающимися признаками и гибриды должны быть защищены от влияния чужой пыльцы. Мендель вел точные родословные записи, благодаря которым знал предков любого растения и подсчитывал число растений и число семян, отличавшихся друг от друга  по отдельным альтернативным (взаимоисключающим) признакам. Эти подсчеты позволили ему изучить характер наследования отдельных признаков и открыть законы, по которым отдельные наследственные признаки передаются от родителей к детям  и их более далеким предкам. Скрещивая растения гороха, различающиеся по одной паре альтернативных признаков, он обнаружил, что у гибридов проявляется признак только одного родителя. Для решения вопроса, полностью ли исчезает признак второго родителя, Мендель подверг самоопылению гибриды первого поколения. Оказалось, что среди потомков таких гибридов появились и особи со скрывавшимися в гибриде особенностями второго родителя. Таким образом, оказалось, что в наследственном отношении признаки, которые не проявлялись в гибридах первого поколения, отнюдь не исчезали. Признаки, «которые переходят в гибридные состояния неизменными», были названы им доминирующими, а те, которые у гибридов исчезают, – рецессивными.  Таким образом, было сформулировано два важнейших генетических принципа – доминантности и рецессивности. Тот факт, что рецессивный признак в скрытом виде проходит через поколение гибридов и вновь возникает в потомках гибридов, привел Менделя к идее о существовании ответственных за эти явления наследственных факторов.    

В результате скрещивания растений, обладающих двумя парами контрастных  признаков, Мендель обнаружил, что каждый из них наследуется независимо от другого. Признаки контрастны, не теряются при гибридизации и проявляются в последующих поколениях в определенных числовых соотношениях. Мендель интерпретировал полученные результаты как случайные комбинации наследственных факторов.

                       

                                 Грегор Иоганн Мендель (1822-1884)

Таким образом, главной заслугой Менделя было то, что он сформулировал и применил принципы гибридологического анализа для проверки конкретной гипотезы – гипотезы о наследственной передаче дискретных факторов. Допустив существование таких единиц наследственности, он пришел к идее гена – основополагающей концепции теории генетики.

Эти важнейшие закономерности наследования признаков, названные впоследствии «законами Менделя», неизменно проявляются у любых живых организмов, вступающих в скрещивание, а также у их потомства, т.е. у всего живого. Обнаруженные правила наследования легко описываются математическими символами и схемами, позволяющими задолго до появления потомков точно предсказать его характеристики. Таким образом, в биологии появилась наука, обладающая предсказательной силой. И, тем не менее, работа Менделя «Опыты над растительными гибридами» не заинтересовала современников, потому что биология того времени была еще не готова к восприятию его идей.  

Выявленные Менделем закономерности по достоинству были оценены только в 1900 г., когда они вновь были открыты независимо друг от друга тремя исследователями: Гуго де Фризом в Голландии, Карлом Корренсом в Германии и Эрихом Чермаком в Австрии. Корренс и Чермак еще раз продемонстрировали справедливость менделевских закономерностей для гороха, а Г.Де Фриз подтвердил это сразу для 16 видов растений.

 Вскоре было доказано, что те же законы наследования справедливы и для животных. У.Бэтсон в 1902 г. продемонстрировал это на примере наследования формы гребня у кур, а Л.Кюэно – на примере наследования серой и белой окраски шерсти у домовой мыши. Им же были введены термины «гомозигота» и «гетерозигота».

               Гуго Мари де Фриз (1848-1935)                           Уильям Бэтсон (1861-1926)

В 1902 г. У. Бэтсон предложил гипотезу «чистоты гамет», а в 1906 г. обосновал необходимость выделить физиологию наследственности и изменчивости в особую науку и  дал ей  название  – «генетика». В 1907 г. У. Бэтсон описывает варианты взаимодействия генов и вводит понятия «комплементарность», «эпистаз», «неполное доминирование».

Справедливость законов Менделя о наследовании признаков в ряду поколений проверяли на все новых и новых видах растений и животных и получали неизменные подтверждения. Уже в 1909 г. Бэтсон опубликовал сводку, в которой перечислил около 100 признаков у растений и примерно столько же у животных, для которых было доказано наследование по Менделю. Менделизм прочно вошел в науку. Менделевские законы наследственности заложили основу теории гена, а генетика превратилась в быстро развивающуюся область биологии.

Работы Менделя были направлены на изучение передачи качественных признаков от родителей потомкам. В отношении количественных признаков определенность к началу ХХ века отсутствовала, и перед генетиками встал вопрос: имеет ли количественная изменчивость наследственную природу, и если имеет, то наследуется ли она согласно законам Менделя?           

Важную роль в решении этого вопроса сыграли исследования датского генетика В.Иогансена (1903 г.), изучавшего наследование количественных признаков (веса и размера бобов) на чистых линиях фасоли. Он установил, что изменчивость количественных признаков обусловлена как влиянием среды, так  и разнообразными наследственными задатками у особей. Иогансен пришел к выводу, что следует различать фенотипическую и генотипическую изменчивость, и ввел термины «ген», «генотип» и «фенотип».

   Сергей Сергеевич Четвериков                            Вильгельм Людвиг Иогансен

         (1880-1959)                                                                   (1857-1927)

                                                        

Однако в экспериментах Иогансена не было показано, что наследственные различия между чистыми линиями обусловлены действием менделевских генов. Можно было предположить, что количественные признаки передаются по наследству не так, как качественные, что и продолжали утверждать некоторые биологи. В 1909 г. шведский генетик Г.Нильсон-Эле, изучавший наследование окраски зерен пшеницы, показал, что непрерывная изменчивость признака обусловлена действием нескольких генов, каждый из которых имеет небольшой эффект и наследуется, подчиняясь законам Менделя. Таким образом, открытое им явление полимерного наследования (однозначного влияния нескольких генов на развитие одного признака) имело большое значение для науки; оно показало, что законы Менделя справедливы и в отношении наследственных количественных признаков организма.

Исследования Иогансена по генетике чистых линий и популяций у растений  оказались весьма важными и  с эволюционной точки зрения. Он изучил действие отбора на растения при разных типах их размножения и установил, что отбор имеет место в смешанных генетически гетерогенных популяциях, но не идет в гомозиготных чистых линиях до тех пор, пока в них не появятся новые мутации. Иогансен экспериментально доказал, что модификации, возникающие под влиянием условий среды, не наследуются, а основными формами наследственной изменчивости являются перекомбинации генов и мутации. Именно они и составляют исходный материал для селекции и эволюции. Позднее, в 1908 г. независимо друг от друга английский математик Г. Харди и немецкий врач В. Вайнберг провели математический анализ наследования в популяциях – больших совокупностях организмов, опираясь на законы Менделя.  На основе математического анализа частоты генов и генотипов по группам крови системы АВО у людей они впервые сформулировали закон распределения генетических параметров в панмиктических (свободноскрещивающихся) популяциях, который стал основным при оценке генетической структуры популяций. Тем самым были заложены  основы нового раздела генетики – популяционной генетики, изучающей законы микроэволюции. Дальнейшее развитие популяционной генетики было осуществлено в исследованиях таких ученых, как С.С.Четвериков, Р.Фишер, Д. Холдейн, Н.П. Дубинин, С. Райт.

Стремительное развитие генетики начала ХХ века не могло не поставить перед учеными вопрос: а что же такое ген и где он в клетке расположен? Реализация попытки ответить на этот вопрос означала новый этап в развитии генетики. На этом этапе, наряду с методами гибридологического анализа, генетика стала широко использовать цитологические исследования, вышла в познании наследственности и изменчивости с организменного на клеточный уровень.

2.2.2. Изучение закономерностей наследственности и изменчивости на клеточном уровне

В конце Х1Х века были обнаружены хромосомы и исследованы митоз и мейоз. Флемминг (1980-1982) обнаружил расхождение сестринских хроматид при митозе, Ван Бенеден (1883) наблюдал равномерное регулярное распределение хромосом между дочерними ядрами. Бовери (1888) выявил индивидуальные особенности каждой пары хромосом. Сам термин «хромосомы» ввёл Вальдейер (1888). А.Вейсман предположил, что постулированная им «зародышевая плазма» должна находиться в хромосомах. Развитие учения о клетке привело к уточнению строения, формы и количества хромосом. В общих чертах было выяснено поведение хромосом в митозе и мейозе, установлено постоянство хромосомных наборов.

В 1902 г. Т.Бовери и У.Сэттон, независимо друг от друга, установили взаимосвязь между менделевскими законами наследования, с одной стороны, и  поведением и распределением хромосом во время созревания половых клеток в мейозе, с другой. В 1903 г. У. Сэттон поместил менделевские факторы (гены) в хромосомы.

При исследовании кариотипов многих животных было установлено, что у женского организма каждая хромосома имеет парную, а у мужских организмов имеются две непарные хромосомы, которые и определяют пол организма. Их назвали половыми, или гетерохромосомами, в отличие от остальных – аутосом. Большую из непарных хромосом, одинаковую у мужских и женских организмов, назвали Х-хромосомой, а меньшую, имеющуюся только у мужских организмов, - У-хромосомой. В 1907 г. Корренс выдвинул хромосомную теорию определения пола, согласно которой пол будущего организма определяется в момент оплодотворения  и зависит от хромосомного набора зиготы.

 

                   Томас Хант Морган                                 Альфред Генри Стёртевант

                         (1866-1945)                                                     (1891-1970)

                                                                               

В 1906 г. Л.Донкастер в опытах с бабочкой -  крыжовниковой пяденицей открыл наследование, сцепленное с полом, а английские генетики У.Бэтсон и Р.Пеннет обнаружили явление сцепленного наследования признаков в опытах с душистым горошком.  До создания хромосомной теории наследственности оставался один шаг.

С 1910 г. начинаются эксперименты американского генетика и эмбриолога Т.Моргана  на новом генетическом объекте – плодовой мушке дрозофиле. На основе этих работ он вместе со своими учениками А.Стертевантом, К.Бриджесом и Г.Меллером к середине 20-х годов формулирует хромосомную теорию наследственности, согласно которой гены расположены в хромосоме как бусы на нити, образуя группы сцепления. Число групп сцепления генов соответствует числу пар гомологичных хромосом. Гены одной группы сцепления наследуются преимущественно вместе (сцепленно), но могут и  перекомбинироваться  в процессе мейоза благодаря явлению кроссинговера, что лежит в основе одной из форм наследственной изменчивости организмов - рекомбинативной. Открытие кроссинговера, т.е. обмена генами гомологичных хромосом, возникающее в результате их перекреста и сопровождающееся перекомбинацией ранее сцепленных признаков, позволило определить генный состав хромосом, а также точки расположения в них отдельных генов, контролирующих наследование тех или иных признаков. Появилась возможность построения генетических карт хромосом, и было доказано, что гены расположены в хромосомах в строго линейном порядке. Морган создал первый вариант теории гена – элементарного носителя наследственной информации.

В 1925 г. советские микробиологи Г.Надсон и Г.Филипов открыли индуцированный мутагенез, обнаружив влияние радиоактивного излучения на мутационный процесс у низших грибов. В 1927 г. американский ученый Г.Меллер открыл мутагенный эффект рентгеновских лучей.

В 1929 г. А.Серебровский и Н.Дубинин, используя метод индуцированного мутагенеза, приступили к изучению строения гена у дрозофилы. Еще не зная, что такое ген и из какого материала он состоит, на основании результатов собственных исследований они пришли к выводу о его сложной организации. Серебровский и Дубинин разработали так называемую центровую теорию гена, основанную на признании делимости гена и расположении субъединиц гена в линейном порядке в пределах гена.

Следующий вопрос, на который необходимо было ответить генетикам, -каким же образом гены выполняют свои функции? Уже с момента зарождения генетики у многих исследователей возникала идея связать гены с ферментами. В работах, проведенных с 1902 по 1908 г., английский врач Геррод  высказал мнение, что болезнь человека – алкаптонурия- обусловлена нарушением какой-то метаболической реакции, катализируемой ферментом. Его фраза – «врожденные ошибки метаболизма» - заключала в себе концепцию, согласно которой генетический дефект может привести к нарушению определенного метаболического процесса, обусловливая тем самым наблюдаемый мутантный фенотип.

Систематические попытки связать гены с ферментами предприняли в 30-х гг. Дж. Бидл и Б. Эфрусси. Они установили, что нормальная красная окраска глаз у дрозофилы развивается в результате серии отдельных стадий и что блокирование этого процесса на разных стадиях приводит к образованию различных мутантных окрасок.  

Огромный вклад в понимание  функции гена внесли  работы Дж.Бидла и Е.Татума по изучению биохимических мутаций у нейроспоры. В 1941 г., на основании результатов своих исследований, они сформулировали принцип «один ген – один фермент», означавший, что каждый ген контролирует синтез какого-либо фермента. Согласно этой концепции, каждую метаболическую ступень катализирует отдельный фермент, за образование которого отвечает один ген. Мутация в гене может привести к потере активности соответствующего белка. Поскольку мутация – событие случайное и, следовательно, может повредить любой участок гена, то наиболее вероятно, что она нарушит функцию гена. Поэтому в результате большинства мутаций образуются или нефункциональные гены, или гены с измененными функциями. Прямого доказательства того, что ген действительно определяет структуру белка, пришлось ждать до 1957 г., когда Ингрем показал, что серповидноклеточная анемия, наследуемая как моногенный признак, обусловлена изменением аминокислотного состава белка гемоглобина.

Работы Бидла и Татума положили начало развитию биохимической генетики и способствовали конкретизации представлений о гене, его

               Джордж Бидл (1903-1989)                             Эдвард Тейтум (1909-1975)

структуре и функции. Однако молекулярная природа гена оставалась неизвестной.

Еще в 20-е гг. ХХ века было установлено, что хромосомы состоят из белков и нуклеиновых кислот.  В 1928 г., а, в более развернутой форме в 1935 г., русский генетик Н.Кольцов выдвинул гипотезу о молекулярной организации и матричном синтезе гена. Он исходил из того, что материал хромосомы должен тянуться от одного ее конца до другого. И таким материалом, по его мнению, должна быть молекула белка. Разметка молекулы на гены по этой модели осуществляется легко: в белках всегда существуют радикалы, отличные один от другого, которые могут представлять гены. Изменения радикалов должны приводить к мутациям. Таким образом, вместо случайной сборки генов в хромосому при ее удвоении он предложил фактически матричный принцип воспроизведения хромосом, при котором сохраняется порядок расположения генов. По мнению Н.Кольцова, как и большинства исследователей этого периода, «такая простенькая молекула, как ДНК» не могла выполнять сложные генетические функции. Модель Кольцова привлекла внимание, но оказалась неверной, так как  позднее было выяснено, что наследственным материалом хромосом являются не белки, а  дезоксирибонуклеиновая кислота – ДНК.


2.3. Молекулярный этап развития генетики

К началу 40-х гг. генетики уже хорошо знали процессы, связанные с взаимодействием микроскопических и макроскопических структур: поведение хромосом в митозе и мейозе, законы передачи наследственных факторов в ряду поколений, влияние внешних условий на формирование отдельных признаков в процессе индивидуального развития. Но процессы, зависящие от взаимодействия субмикроскопических структур и происходящие на молекулярном уровне – химическое и физическое строение генов, механизм репродукции генов и синтеза белков-ферментов – все еще оставались неизвестными. Для решения этих вопросов объекты изучения и методы изучения, которые использовались раньше, были явно недостаточны и требовали дополнений и усовершенствований. Прорыв в решении этих вопросов произошел в результате широкого использования в генетических исследованиях новых объектов - бактерий и вирусов, которые благодаря своему быстрому размножению и простоте лабораторного выращивания позволяют использовать в опытах по изучению наследственности тысячи поколений, сменяющихся одно за другим, и миллиарды отдельных особей в каждом поколении. Кроме того, генетика стала активно использовать новейшие  химические, физические и физико-химические методы для изучения свойств и структуры молекул белков и нуклеиновых кислот, для маркирования и идентификации различных классов макромолекул, а также для изучения биохимических процессов, происходящих на молекулярном уровне.

Благодаря использованию в генетических исследованиях новых объектов и новых методических подходов в 40-50-х гг. ХХ века и были получены      экспериментальные доказательства генетической роли ДНК.

В 1944 г. О.Эвери,  К.Мак-Леодом и М.Мак-Карти были проведены эксперименты по трансформации (переносу) признаков у пневмококка. Было выяснено, что трансформирующим агентом у пневмококков является ДНК, и, следовательно, именно этот компонент хромосом является носителем наследственной информации. Это открытие символизирует начало нового этапа в развитии генетики – рождение молекулярной генетики. В этот же период Б. Мак-Клинтоком (1947) были впервые описаны мигрирующие генетические элементы, что свидетельствовало о непостоянстве генома.

Вторым важным аргументом в пользу генетической роли ДНК было выяснение механизма размножения бактериофага Т2 в клетках кишечной палочки. А.Херши и М.Чейз в 1952 г., используя радиоактивную метку серы для белка и радиоактивную метку фосфора для ДНК бактериофага, показали, что именно ДНК проникает внутрь бактериальной клетки, а подавляющая часть ее белка остается на поверхности. Именно ДНК, а не белок, служит инфекционным элементом вирусов и отвечает за передачу наследственной информации. В этом же 1952 г. Н.Зиндер и Дж.Ледерберг открыли у сальмонеллы явление трансдукции, т.е. переноса вирусами генов хозяина, еще раз показав роль ДНК в осуществлении наследственности. Впервые о возможности трансдукции у грибков актиномицетов сообщили в 1959 г. С.И. Алиханян и Т.С. Ильина, которые в 1960 г. описали трансдукцию с помощью актинофага, выделенного из штамма Act. Olivaceus, нуждающегося в метионине, гистидине и цистине.

Третье, важнейшее доказательство генетической роли ДНК было получено в 1949 г. Г.Рисом и А.Мирским. Они обнаружили, что для клеток высших эукариот количество ДНК всегда постоянно в пересчете на гаплоидный хромосомный набор и варьирует строго пропорционально изменениям плоидности. Кроме того, изучение ДНК из различных источников показало, что ее нуклеотидный состав является видовой характеристикой организма.

Молекулярный этап развития генетики потребовал коллективных усилий представителей многих наук: генетиков, физиков, математиков, химиков и микробиологов. Результатом этого синтеза знаний стала расшифровка в 1953 г. структуры ДНК Дж.Уотсоном и Ф.Криком.

ДНК представляет собой полимерную молекулу, в состав которой входят четыре нуклеотида ( аденин, гуанин, тимин и цитозин ). Как показал в 1949 – 1951 гг. Э.Чаргафф, количество аденина в любой молекуле ДНК равно количеству тимина, а количество гуанина равно количеству цитозина (правило Чаргаффа). Дж.Уотсон и Ф.Крик, опираясь на это правило, обобщили данные рентгеноструктурного анализа, полученные в лаборатории М.Уилкинса и Р.Франклин, и в 1953 г. построили молекулярную модель ДНК, согласно которой ДНК представляет собой правозакрученную двойную спираль, в которой две цепи ДНК комплементарны друг другу и антипараллельны. На основании этой модели Дж.Уотсон и Ф.Крик предположили, что гены отличаются друг от друга чередованием пар нуклеотидов, и наследственная информация закодирована в виде последовательности нуклеотидов. Результатом изменения чередования пар нуклеотидов являются мутации. Предложенная модель прекрасно объясняла все известные факты о молекулярной структуре ДНК, предлагала матричный принцип ее воспроизведения (репликации), заключающийся в разъединении комплементарных полинуклеотидных цепей и последующей достройке новых, комплементарных цепей из нуклеотидов клетки. Это открытие считается началом эры современной биологии. В 1956 г. А. Корнберг  осуществляет процесс репликации в лабораторных условиях.

В 1957 г. М. Мезельсон и Ф.Сталь экспериментально подтвердили предложенную Дж.Уотсоном и Ф.Криком модель матричного полуконсервативного механизма воспроизведения (репликации) ДНК в клетках бактерий.

Следующим огромным успехом генетики стала расшифровка генетического кода. Теоретические работы, в которых рассматривались возможные варианты структуры генетического кода, начались уже в 1954 г. Ответ на вопрос, каким образом четыре различных нуклеотида в составе ДНК могут закодировать 20 аминокислот в составе полипептида, мог быть только один: код триплетен, т.е. каждую аминокислоту кодирует группа из трех нуклеотидов. Экспериментальные подтверждения этому были найдены в работах Ф.Крика, Л.Барнетта и С.Бреннера в 1961 г.

Важное значение в расшифровке генетического кода имели исследования М.Ниренберга, Дж.Матеи и С.Очоа, которые предложили метод установления состава кодонов  в бесклеточной системе белкового синтеза, и установили состав большинства кодонов. Однако определить последовательность нуклеотидов в кодонах этот метод не позволял.

Второй метод, предложенный М.Ниренбергом и П.Ледером, был основан на том, что промежуточными продуктами в синтезе белка являются аминокислоты, связанные с т-РНК. Тринуклеотидные матрицы с определенным чередованием оснований и были использованы ими для изучения связывания с рибосомами т-РНК, несущих аминокислоты. В результате этих исследований в 1965 г. был окончательно составлен кодовый словарь.

Расшифровка генетического кода показала, что генетическая информация хранится в виде нуклеотидных триплетов. Однако оставалось неясным, каким образом каждый кодон транслируется в соответствующую аминокислоту? Представление о том, что для реализации информации нужно дешифровать код, развивалось одновременно с идеей об обязательном участии матрицы в процессе трансляции. Однако в эукариотической клетке ядро, содержащее генетический материал, и цитоплазма, в которой на рибосомах синтезируется белок, пространственно разобщены. Из этого следует, что ДНК сама по себе не может служить матрицей, и, таким образом, должна существовать молекула-посредник, передающая информацию от ДНК к белкам. Поскольку к этому времени уже была очевидна связь между количеством РНК и уровнем белкового синтеза в клетке (работы Ж.Браше), возникло предположение, что роль такого посредника выполняет молекула РНК. Прямые доказательства роли информационной или матричной РНК  были получены в 1957 г. Е.Волкиным и Е.Астраханом в опытах по исследованию инфекции бактерий Т-четными фагами, а также М. Ниренбергом и Г.Матеи в начале 60-х гг. в бесклеточной системе синтеза белка.

Теперь вставал вопрос, каким образом происходит трансляция тринуклеотидной последовательности мРНК в соответствующую аминокислоту  белка? В 1955 г. Ф.Крик постулировал существование олигонуклеотида – адаптора, который может нести аминокислоту и образовывать водородные связи с кодирующей полинуклеотидной матрицей мРНК. Наличие адаптора было необходимо в связи с невозможностью обнаружить между аминокислотами и нуклеиновыми кислотами стереохимического соответствия, достаточного для обеспечения считывания кода. В 1957 г. М.Хогландом было показано, что в ходе белкового синтеза активированные аминокислоты переносятся на особый тип РНК, названной впоследствии транспортной РНК. В начале 60-х гг. адапторная гипотеза была доказана в экспериментах Ф.Шапвилля и Г.фон Эренштейна, а в 1966 г. уточнена в работе Ф.Крика.

В 1958 г. Ф.Крик сформулировал принцип передачи генетической информации: ДНК →РНК→белок, который он назвал «центральной догмой молекулярной биологии». Основное положение этой схемы – невозможность кодирования от белков к нуклеиновым кислотам. Поэтому все попытки возродить на основе новых открытий гипотезу наследования приобретенных признаков отвергаются современной генетикой. Однако, в 1975 г. Р.Дульбеко, Г.Тимин и Д.Балтимор описали явление обратной транскрипции, т.е. передачи генетической информации от и-РНК к ДНК с помощью фермента обратной транскриптазы (ревертазы) у РНК-содержащих опухолеродных вирусов. Таким образом, в настоящее время центральная догма молекулярной биологии включает также процесс передачи информации от РНК к ДНК, но не от белка к РНК.

В 1961 г. французские ученые Ф.Жакоб и Ж.Моно открыли оперонный принцип организации генов и регуляции генной активности у бактерий. Впервые была предложена классификация генов на две группы по принципу действия их продукта: структурные гены, кодирующие белки, необходимые для выполнения структурных и ферментативных функций, и регуляторные гены, кодирующие белки, которые регулируют экспрессию других генов. Комплекс структурных генов, отвечающих за одну биохимическую реакцию, и элементов, контролирующих их экспрессию, формирует общую единицу регуляции, названную Ф.Жакобом и Ж.Моно опероном. В короткое время модель оперона оказалась в центре внимания не только генетиков, но и огромного числа биологов во всем мире, так как позволила увидеть реальный механизм регуляции активности генов.

В 1972 г. Г.Георгиевым была предложена схема регуляции экспрессии генов у эукариот. В дальнейшем было показано, что оперонной организации генов у эукариот не существует, а сами механизмы регуляции активности генов намного сложнее.

В 1977 г. П.Робертс и Ф.Шарп установили, что гены эукариот имеют мозаичную структуру и состоят из двух типов участков: экзонов, несущих информацию о структуре белка, и интронов, которые такой информации не несут. В этом же году ими было открыто явление сплайсинга.

Новая революция в генетике произошла в середине 70-х гг. Она была связана с новым синтезом знаний, полученных генетиками разных направлений: молекулярной и биохимической генетики, генетики бактериофагов, бактерий и плазмид, генетики млекопитающих.

Используя знания об организации наследственного аппарата различных модельных объектов, удалось разработать технологии манипуляций с генами, которые позже получили название генной инженерии. Таким образом, основной задачей генной инженерии (как и следует из названия) является разработка методов конструирования  новых функционально активных генетических программ.  

Основоположником генной инженерии считается работавший в США индийский  ученый Г.Корана, который в 1969 г. синтезировал химическим путем первый ген – ген аланиновой т-РНК дрожжей, структура которого к тому времени была полностью расшифрована. В 1970 г. Г.Корана синтезировал уже первый функционально активный ген  - ген супрессорной  тирозиновой т-РНК, включающий  его структурную часть и группу регуляторных элементов (промотор и терминатор). Таким образом, была показана принципиальная возможность искусственного синтеза генов. В дальнейшем была разработана методика искусственного синтеза гена ферментативным путем с использованием фермента обратной транскрипции.

Перед генетиками встал новый вопрос: каким образом искусственно синтезированные гены или фрагменты ДНК могут быть перенесены для клонирования в клетку-реципиент, и какие молекулы могут быть использованы в качестве таких переносчиков?

На первых этапах развития генной инженерии в качестве векторов, т.е. переносчиков клонируемых фрагментов ДНК, стали использовать бактериальные плазмиды и бактериофаги. Плазмиды – мелкие кольцевые молекулы ДНК, присутствующие в клетках бактерий, способны автономно реплицироваться, обладают способностью встраиваться в хромосому бактерии и выходить из нее; некоторые плазмиды могут переходить из одной клетки в другую.

Еще в 1962 г. В.Арбер открыл специфические ферменты бактериальной клетки, способные отличать свою ДНК от чужой (фаговой). Эти ферменты, названные рестриктазами, ограничивают возможность размножения фаговой ДНК в бактериях путем ее специфичной деградации (разрезанием в строго определенных сайтах). Для генно-инженерных работ стали использовать рестриктазы, разрезающие двухцепочечную ДНК с образованием одноцепочечных концов, получивших название «липких». Такие концы, сформировавшиеся под действием одной и той же рестриктазы, комплементарны друг другу и поэтому могут гибридизоваться между собой.      В плазмиду могут быть включены природные и синтезированные гены.

Метод создания рекомбинантных плазмид-векторов был разработан П.Бергом  с сотрудниками в 1972 г.  В настоящее время в качестве векторов используются искусственные рекомбинантные плазмиды кишечной палочки и бактериофаги.

Формальной датой рождения генной инженерии считают 1972 г., когда группа П.Берга в США создала первую рекомбинантную ДНК in vitro, объединившую в своем составе генетический материал из трех источников: полный геном онкогенного вируса обезьян SV 40, часть генома бактериофага лямбда и ген лактозного оперона кишечной палочки. Сконструированная рекомбинантная молекула не была исследована на функциональную активность, поскольку у авторов возникли опасения, что методы генной инженерии могут привести к появлению микроорганизмов, опасных для здоровья человека.  

В связи с этими опасениями в 1975 г. по инициативе группы ученых во главе с П. Бергом («комитет Берга») в США состоялась первая международная конференция по этическим проблемам генной инженерии, результатом которой явилось законодательное ограничение в ряде стран некоторых работ по генной инженерии и создание целой системы техники безопасности. Однако мораторий не остановил работ по генной инженерии и в последующие годы происходит активное развитие в этой области. Рождается новое направление – биотехнология.

В 1975 г. состоялась первая международная конференция по предупреждению опасных последствий генной инженерии,

В 1977 г. К.Итакура и Г.Бойер предприняли первую удачную попытку введения искусственно синтезированного гена гормона млекопитающих соматостатина в составе плазмиды в клетки кишечной палочки, которые стали продуцировать этот гормон. Вслед за этим, в различных лабораториях были созданы штаммы кишечной палочки, продуцируюшие гормон роста человека - соматотропин, пептидные гормоны брадикинин и ангиотензин, нейропептид  лей-энкефалин, интерферон. В 1980 г. с помощью плазмиды в клетки кишечной палочки был введен ген, контролирующий синтез инсулина человека, а в 1981 г. были получены первые трансгенные мыши.

В 1978 г. группой Т.Маниатиса были созданы первые геномные библиотеки – наборы фрагментов ДНК, заключенные в вектор (фаг или плазмиду) и в совокупности представляющие весь геном конкретного вида растений или животных.

В 1985 г. был предложен новый подход к клонированию генов – метод полимеразной цепной реакции (ПЦР), позволяющий синтезировать необходимые фрагменты ДНК и затем многократно увеличивать число их копий. В результате этого из небольших количеств ДНК, сравнимых с содержанием ее в одном гене, можно получать количества ДНК, необходимые для биохимического анализа. Метод ПЦР оказался востребованным не только в молекулярной биологии и генетике, но и в истории, этнографии и  криминалистике. Так, используя ничтожные количества ДНК, содержащиеся на костях предков человека и покрывалах мумий, оказалось возможным наработать объемы ДНК, в результате анализа которых были сделаны выводы о формировании, эволюции и миграциях предков современных людей.

С конца 70-х гг. начинаются работы по секвенированию, т.е. определению нуклеотидных последовательностей геномной ДНК. Методы секвенирования, предложенные в 1977 г. Ф.Сенгером, А.Максамом  и У.Гилбертом, легли в основу грандиозных геномных проектов, целью которых стало клонирование всей геномной ДНК того или иного вида с полным определением последовательности ее нуклеотидов. В 1988 г. по инициативе генетиков США создаётся международная организация «Геном человека».

В 1995 г. был расшифрован геном микоплазмы, в 1997 г. -  геном кишечной палочки, в 2000 г. – геном дрозофилы, в 2001 г. – «черновой вариант» генома человека (нуклеотидные последовательности эухроматиновых районов хромосом). К 2004 г. были секвенированы геномы многих других организмов, в том числе около 600 видов бактерий, геномы дрожжей, нематоды, мыши. Возник новый раздел генетики, посвященный изучению целых геномов живых организмов, - геномика.

После того, как было открыто явление переноса генетической информации (трансформации) у прокариот, постоянно предпринимались попытки переноса генетической информации у эукариот. В 1980 г. Дж. Гордоном были получены первые трансгенные мыши путем инъекции клонированной ДНК в пронуклеус оплодотворенного яйца. Дальнейшая разработка методов трансгеноза у эукариот оказала колоссальное влияние на всю экспериментальную генетику, в том числе и медицинскую. В 1984 г. началась новая эра в исследованиях механизмов канцерогенеза, когда появились мыши с введенными в них онкогенами, и было показано, что они развивают специфические виды рака. Трансгенные мыши стали моделями для изучения мутаций in vivo (на уровне целого организма), приводящих к раку, наследственным болезням и старению.

Особую известность у общественности получили эксперименты по так называемому клонированию животных. Еще в 1962 г. английский ученый Дж.Гордон осуществил пересадку ядра из клетки кишечника головастика в яйцо лягушки, из которого было удалено собственное яйцо. В результате из такой гибридной яйцеклетки развилась нормальная лягушка. Это свидетельствовало о том, что ядра соматических и половых клеток качественно идентичны. Следовательно, в результате каждой трансплантации ядра можно получать новое животное, а трансплантации многих ядер, полученных из одного животного, дают много животных, т.е. их клоны. В 1997 г. в Шотландии с помощью методики ядерных трансплантаций была получена всемирно известная овца Долли, в 1999 г. учеными из США были клонированы мышь и корова и т. д.

Таким образом, за один век, с момента переоткрытия законов Менделя в 1900 г., генетика прошла огромный путь от  развития представлений о наследственных задатках организма до фактического создания новых живых организмов методами генетических манипуляций.

2.4. Краткий очерк развития генетики в России

2.4.1. Достижения генетики в 20-40 гг. ХХ века

13 сентября 1913 года ректор  Санкт-Петербургского университета проф. Э.Д.Гримм  официально объявил студентам, профессорам и преподавателям естественного отделения, что 18 сентября приват-доцент Ю.А.Филипченко прочтет вступительную лекцию к впервые введенному в университете России курсу «Учение о наследственности и изменчивости». Так начиналась генетика в России. Вскоре Филипченко издает и первые учебники по генетике – «Изменчивость и эволюция» (1915 г.) и «Наследственность» (1917 г.). После Октябрьской революции 1917 г. в России начинается золотой век генетики. В 20-е годы в России возникают три крупные генетические школы:  Н.К.Кольцова – основателя московской школы генетики, Н.И.Вавилова и Ю.А.Филипченко – основателей ленинградской школы генетиков.

Н.К.Кольцов в 1917 г. на базе народного университета создает лучший в Европе того времени Институт экспериментальной биологии, а в1921 г.  организует в институте первую генетическую лабораторию во главе с  С.С.Четвериковым. Вокруг Кольцова сплотились ученые, со временем ставшие крупнейшими генетиками и цитологами: С.Четвериков, А.Серебровский, М.Завадовский и др. Созданию школы Кольцова во многом способствовало то, что он был профессором Московского   Николай Константинович Кольцов

университета, и это позволило ему     (1872-1940)

широко привлечь в науку талантливую молодежь. Институт экспериментальной биологии и кафедра Кольцова в МГУ становятся важнейшими центрами формирования нескольких направлений  генетики: генетики животных, генетики  человека,  эволюционной и популяционной генетики, цитогенетики.

Важнейшей заслугой Кольцова в развитии генетики является сформулированная им еще в 1928 г. гипотеза о матричном принципе репродукции генов. Он выдвинул концепцию, согласно которой хромосомы представляют собой гигантские молекулы, способные к

      Николай Иванович Вавилов                            Юрий Александрович Филипченко

.              (1887-1943)                                                 (1882-1930)

самовоспроизведению. Этот постулат уже в 30-е гг. получил косвенное подтверждение в начатых в Германии Тимофеевым-Ресовским работах по радиационной генетике. Их цель была установить, с какой частотой возникают мутации под действием разных доз и видов облучения. В итоге,

количественные расчеты привели к важному выводу, что повреждения, вызываемые облучением, являются не мульти-, а мономолекулярными. Это хорошо гармонировало с идеей Кольцова о хромосоме как одной гигантской молекуле. На основе выдвинутого «принципа попаданий» удалось впервые определить примерный молекулярный объем гена

Попытка выяснить строение гена была предпринята и сотрудниками Кольцова А.С. Серебровским и Н.П. Дубининым в серии работ на дрозофиле.  Впервые был сделан вывод о делимости гена и его сложной линейной структуре. Они доказали сложную природу организации гена в работах по исследованию так называемого ступенчатого аллелизма, открытого при изучении локуса у дрозофилы, отвечающего за развитие щетинок. Его мутации приводят к редукции щетинок, а также к некоторым дополнительным фенотипическим эффектам. Разные мутационные аллели приводят к различающимся изменениям фенотипа. Оказалось, что различные, независимо возникшие мутации изучаемого гена, полученные под действием Х-лучей, вступают в сложные отношения аллелизма. Аллели могут иметь как сходство, так и отличия в фенотипическом проявлении. При объединении их в компаунд проявляются лишь те черты, которые были для них общими. Выходило, что «одинаковые» части обеих аллелей оказываются в гомозиготе, а «различные» - в гетерозиготе. При графическом изображении взаимодействия нескольких пар аллеломорфов в компаундах получалось нечто вроде лестницы, ступенями которой служили отдельные аллеломорфы (или аллели). Это явление и было названо ступенчатым аллеломорфизмом (аллелизмом). На основе исследования этого явления удалось построить линейный план гена. Кроме того, Н.П. Дубининым был сделан вывод о том, что данный ген состоит из более мелких элементов – центров. Предполагалось, что при мутировании изменяется не весь ген, а лишь некоторые его центры. В дальнейшем, в 1932-1933 годах удалось показать и рекомбинационную делимость гена.

          Николай Петрович Дубинин                        Александр Сергеевич Серебровский

                   (1907-1998)                                                             (1892-1948)

В 1932 г. в Институте Кольцова была организована и лаборатория цитогенетики. Здесь были проведены исследования только что открытого феномена – эффекта положения гена ci («эффекта Дубинина»), а также проведены эксперименты по направленному изменению числа и структуры хромосом. В результате этих экспериментов удалось создать на основе четыреххромосомного вида дрозофил трех- и пятихромосомные расы и, таким образом, обосновать принципы хромосомной изменчивости в популяциях (Н.Дубинин, Н.Соколов).

Велика роль Кольцова и в развитии генетики человека. В начале 20-х гг. он начал исследования по генетике с использованием близнецового метода, провел генетический анализ психических особенностей человека. В 1922 г. Кольцов основал «Русский евгенический журнал», в котором публиковался обширный материал по генетике наследственных заболеваний, обсуждалась роль отбора в популяциях человека, а также были заложены основы антропогенетики. По инициативе Кольцова в 1932 г. в Москве был создан Медико-генетический институт, которым в течение 4-х лет руководил С.Левит. Трудами самого Левита, а также С.Ардашникова, Р.Мартыновой и других были заложены основы важнейших направлений медицинской генетики. К сожалению, в 1936 г. институт был закрыт, а Левит – расстрелян. Все работы по медицинской генетике были прерваны на четверть века и целое поколение врачей осталось без столь необходимых генетических знаний.

Исключительно важное значение для дальнейшего развития генетики имели и работы второго  крупнейшего представителя московской школы –С.С.Четверикова.

В 1926 году С.С. Четвериков публикует большую программную статью «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики», где показана  связь теории эволюции и генетики. Как и в случае с Менделем, эта статья знаменовала собой рождение новой области – популяционной генетики. Она включала ряд новых концепций, предсказаний и описание методов их проверки. Прежде всего, это концепция «мутационного давления», процесса возникновения новых наследственных изменений (мутаций) – столь же неизбежного для природных видов, сколь неизбежен радиоактивный распад. Каждый вид «впитывает» в себя вновь возникающие мутации, они накапливаются в скрытом состоянии и могут служить источником эволюционных преобразований. Был сделан важный концептуальный вывод, что накопленное генное разнообразие должно выявляться в условиях изоляции и уже без всякого отбора приводить к различиям между популяциями и индивидами в природе. Четвериков создал понятие «генотипическая среда», а А.С. Серебровский ввел другое, столь же известное ныне, понятие «генофонд» - для сопоставления генных различий между популяциями. Т.о., удалось связать теорию Дарвина с менделевской генетикой.

Для выявления у гетерозигот скрытых рецессивных мутаций ученики С.С. Четверикова применили инбридинг – близкородственное скрещивание. Они исследовали природные популяции мух дрозофил, питающихся грибами- сапрофитами. После анализа потомства в ряду инбредных поколений было обнаружено, что некоторые мутации в разных популяциях встречаются повторно и в разных популяциях имеют разный спектр действия. Эти первые экспериментальные работы полностью подтвердили теоретические выводы С.С. Четверикова.

Далее, для проведения сравнительного анализа состава леталей в географически разобщенных популяциях была вовлечена большая группа исследователей. Работа продолжалась с 1929 по 1940 год. Было обнаружено, что в природе 20% аутосом несет в гетерозиготе летальную мутацию и практически каждая особь гетерозиготна по мутации, резко снижающей жизнеспособность. Удалось также количественно проанализировать динамику генного состава популяций дрозофил, сравнить генетический состав популяций из различных частей ареала, генетический состав одних и тех же популяций во времени, установить частоты разных типов физиологических мутаций, влияющих на жизнеспособность и плодовитость, провести наблюдение за частотой возникновения мутаций во времени и пространстве.

С.С. Четвериков подчеркивал нейтральный характер многих признаков, по которым идет дивергенция видов, и говорил о возможности неадаптивной эволюции.

Комплекс действия разных мутантных генов влияет на степень приспособленности организмов. Как показал Н.П. Дубинин в работах 1934-1937 годов, процесс мутирования и мутабильность организмов имеют адаптивное значение для популяций.

С.С. Четвериков организовал на Звенигородской биологической станции и в Институте экспериментальной биологии широкие исследования по поиску мутаций в природных популяциях. Его соратники Б.Астауров,  Н.К. Беляев, С.М. Гершензон, П.Ф. Рокицкий, Д.Д. Ромашов, Н.В. Тимофеев-

      Николай Владимирович                           Феодосий Григорьевич Добржанский

Тимофеев-Ресовский (1900-1981)                                     (1900-1975)

Ресовский, Е.А. Тимофеева-Ресовская заложили в  1920-х - начале 1930-х годов основы генетики природных популяций.

Четвериков умел сплотить вокруг себя талантливых ученых. Он  проводил на своей квартире семинар-кружок по проблемам эволюции под названием СООР («совместное орание»). Участники отбирались по типу эмпатии, они должны были свободно читать на трех языках научную литературу. В кружке создавалась атмосфера, оптимальная для развития научного таланта, широты и критичности мышления. Н.В. Тимофеев-Ресовский, оказавшись затем в Германии, организовал по типу СООР европейские семинары (или «трепы», по его словам) с участием многих известных биологов и физиков Европы.

В 1929 году С.С. Четвериков был вынужден прекратить свои популяционные работы и покинуть Москву. Спустя некоторое время лаборатория генетики возродилась под руководством Н.П. Дубинина. В дальнейшем, в исследованиях Н.В. и Е.А. Тимофеевых-Ресовских, Ф.Г. Добржанского Н.П. Дубинина, в работах ученых Р.Л. Берг, В.С. Кирпичникова, Ю.М. Оленова, А.А. Малиновского линия эволюционной и популяционной генетики получила дальнейшее развитие.

В 1930-е годы С.М. Гершензон и Кириков провели уникальные исследования по геногеографии меланистической мутации у обыкновенного хомяка и по сезонной динамике цветового полиморфизма. В ходе этих работ была вскрыта зональная приуроченность разных аллелей, показана адаптивная ценность сбалансированного полиморфизма. Н.В. Тимофеев-Ресовский изучил сезонную динамику полиморфизма окраски элитр у Adalia lipunctata в Центральной Европе и феногеографию окраски у другого вида «божьих коровок» Epilachna chrysomelina. Исследования сбалансированного полиморфизма показали, что не всякий полиморфизм ведет к дивергенции и вместе с тем, было показано, как в пределах ареала идет микроэволюция.

Одно из достижений московской школы – синтез данных генетики популяций и генетики онтогенеза. Е.И. Балкашина и Д.Д. Ромашов в 1935 году установили, что основу популяционной изменчивости составляют не «хорошие» мутации с четким наследованием, а группа наследственных изменений со сложным и нерегулярным характером наследования. При этом сходные фенотипы могут развиваться на основе разных генотипов. Понять аномалии наследования таких признаков помогли удивительные по ясности и глубине исследования Н.В. Тимофеева-Ресовского с 1925 по 1934 год. Уже в первой своей работе он сделал вывод о том, что «доминантность или рецессивность не являются специфическими свойствами самого гена, а зависят от того, на какую генотипическую почву попадет этот ген. Тот или иной генотип делает, так сказать, данный ген или рецессивным или доминантным». Тезис С.С. Четверикова о зависимости выражения гена от генотипической среды был подтвержден и здесь. Была предложена схема проявления гена, согласно которой, следует отдельно анализировать три координаты проявления гена: пенетратность, экспрессивность и специфичность. Каждый из этих модусов фенотипического проявления гена зависим от генотипической среды и может быть изменен независимо друг от друга. Линии, выделенные из географически удаленных популяций, различны по наборам генов-модификаторов, влияющих на параметры проявления гена.

 Значение генотипической среды и роль комбинативной изменчивости в эволюции были также продемонстрированы в классических экспериментах Н.В. Тимофеева-Ресовского по жизнеспособности мутаций и их комбинаций. Им было установлено, что жизнеспособность мутаций зависит как от генотипической, так и от внешней среды. Мутации, вредные поодиночке, в комплексе могут оказаться полезными за счет взаимоослабления вредных сторон воздействия.

Особое место в развитии отечественной генетики занимает первая в России кафедра генетики Санкт-Петербургского университета, история которой с 1919 по 1942 г. связана с именами таких выдающихся генетиков, как Ю.А.Филипченко, Н.И.Вавилов, Г.А.Левитский, Л.И.Говоров.   

На кафедре генетики,  созданной Ю.А. Филипченко в 1919 году, в тяжелый период послереволюционной разрухи, впервые было  начато преподавание генетики как самостоятельной дисциплины. Филипченко  написал и опубликовал первые руководства – «Генетика»  и «Изменчивость и методы ее изучения»  в 1929 году, по которым училось все первое  поколение генетиков нашей страны. Его учеником и ассистентом был Ф.Г. Добжанский, который вскоре, в 1927 году, получил стипендию Рокфеллера для работы в лаборатории Моргана и остался в США, будучи признан затем главой американских эволюционных биологов.

Будучи высоко одаренной личностью, Ю.А. Филипченко заражал своей увлеченностью исследовательской работой и стимулировал напряженный пульс работы кафедры. Талантливо читал лекции и проводил семинары, привлекавшие многочисленных слушателей и участников. В 1929 г. им было организовано и проведено важнейшее научно-общественное мероприятие в стране - Первый Всесоюзный съезд генетиков и селекционеров.

За свою короткую жизнь Ю.А.Филипченко сделал выдающийся вклад в генетику растений и домашних животных. Школой Филипченко впервые бала поставлена проблема использования генофонда аборигенных пород скота как источника для селекционной работы и использования диких родичей домашних животных для отдаленной гибридизации с домашними породами.  По его инициативе был организован ряд экспедиций в Казахстан, Киргизию и Монголию, в которых приняли участие ученые Ф.Г. Доржанский, Я.Я. Лусис, Н.Н. Медведев, Н.Н. Колесник, Б.П. Войтецкий, А. И. Зуйтин, Ю.Л. Горощенко, И.Ф. Шульженко, Б.Ф. Румянцев. В результате ими были опубликованы серии научных трудов.

Основываясь на работах академика Н.В. Насонова по систематике диких баранов, Я.Я. Лусис предложил использовать архаров для отдаленной гибридизации с домашними овцами. Эти исследования осуществлялись под цитогенетическим контролем и привели уже в послевоенные годы к созданию архаромериносов как новой породы овец. В 1930-е годы в Аскании-Нова под руководством М.Ф. Иванова велись работы по гибридизации европейского муфлона с домашними овцами.

Бутарин, А.И. Зуйтин, И.И. Новиков, Г.М. Пхакадзе  в 30-е годы ХХ века выполнили серию классических работ по цитогенетике млекопитающих и выявлению цитогенетических причин стерильности межвидовых гибридов. Классические работы по кариологии рыб были выполнены в те же годы А.А. Прокофьевой-Бельговской.

Наиболее крупной фигурой петербургской и всей российской генетики, получившей наибольшее мировое признание, был и надолго останется Н.И.Вавилов. Вавилов был одновременно генетиком, систематиком, эволюционистом, физиологом растений, выдающимся организатором науки и общественным деятелем, а также крупным географом-путешественником. Отметим здесь только три его новые концепции: 1) закон гомологических рядов в наследственной изменчивости; 2) учение о центрах происхождения культурных растений; 3) представление о сложной полиморфной структуре биологических видов. Закон Вавилова устанавливал определенные правила формообразования и позволял предсказывать у данного вида, еще не открытые, но возможные признаки (аналогия с системой Менделеева).

В 1921 году Вавилов переезжает из Саратова в Петроград и вскоре возглавляет Всесоюзный институт растениеводства – ВИР. В короткие сроки Вавилову удается создать ансамбль первоклассных исследователей, объединенных грандиозной задачей: собрать в ВИРе мировую коллекцию культурных растений и их сородичей, выявить потенциал ценных генов и ввести их в селекцию. За 10-15 лет эта задача была, в основном, выполнена.

Три основные концепции современной популяционной биологии – популяция как элементарная единица эволюционного процесса, популяция как основная единица управления живыми природными ресурсами (единица регулирования численности, эксплуатации, охраны) и популяция как единица биомониторинга – должны быть основаны в первую очередь на генетическом исследовании популяции. Однако уже давно стала ясна невозможность собственно генетического (с анализом изучаемых признаков в скрещивании) изучения сколько-нибудь значительного числа популяций в природе. В настоящее время число относительно полно популяционно-генетически изученных видов составляет не более тысячных долей процента общего числа существующих видов. И даже если можно было бы сконцентрировать в области популяционной генетики в десятки раз больше сил (что маловероятно), то и тогда доля популяционно-генетически изученных видов заметно не увеличилась бы.

Принципиальный выход из этой, казалось, безнадежной ситуации был намечен Н.И. Вавиловым еще в 1920-е годы – изучение широкого круга видов – на основе допущения, что признаки, маркирующие генотипическую структуру генетически изученных видов, могут быть такими же маркерами и для более или менее родственных видов.

Бурное развитие генетических исследований после переоткрытия законов Менделя привело к накоплению поистине огромной информации о наследственной изменчивости многих видов высших животных и растений, а позднее – бактерий, грибов, водорослей и вирусов. Крупнейшим обобщением Н.И.Вавилова, к которому он подошел, осмысливая имеющуюся  информацию, наблюдая  огромную изменчивость  культурных растений в Иране и Средней Азии, анализируя во время работы в Саратове коллекцию сельскохозяйственных растений различного происхождения, а также отталкиваясь от важнейшего принципа менделизма – дискретности признаков, был закон гомологических рядов в наследственной изменчивости, сформулированный в 1920 году следующим образом:

  1.  Виды и роды, генетически близкие между собой, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм для одного вида, можно предвидеть нахождение сходных форм у других видов и родов. Чем ближе генетически расположены в общей системе роды и линнеоны (т.е. виды), тем полнее сходство в рядах их изменчивости.
  2.  Целые семейства растений в общем характеризуются определенным циклом изменчивости, проходящей через все роды, составляющие семейство.

В дальнейшем Вавилов отметил необходимость генетического анализа тех признаков, которые у разных видов и родов показывают параллельную изменчивость. К 1935 году, когда соответствующие факты были уже накоплены, Вавилов сделал следующее заключение: «Исходя из поразительного сходства в фенотипической изменчивости видов в пределах одного и того же рода или близких родов, обусловленного единством эволюционного процесса, можно предполагать наличие у них множества общих генов наряду  со спецификой видов и родов».          Установленный Н.И. Вавиловым закон гомологических рядов в наследственной изменчивости можно считать первым капитальным законом сравнительной генетики – новой области знания, вставшей в один ряд с другими сравнительными биологическими дисциплинами: сравнительной анатомией, сравнительной морфологией и др. В самой формулировке закона гомологических рядов заложена его предсказательная сила, позволяющая на основе накопленной информации планировать исследования по выявлению определенных типов и вариантов изменчивости. Размах мутационной изменчивости каждого вида подчиняется закону гомологических рядов в наследственной изменчивости, установленному великим русским ученым Н.И. Вавиловым.

Как самому Н.И. Вавилову, так и другим ученым удалось выявить ранее неизвестные варианты изменчивости, которые вначале были предсказаны на основе этого закона.

Этот закон был установлен Н.И. Вавиловым для растений, но он полностью соответствует характеру мутационной изменчивости и у животных. Например, для всех видов млекопитающих характерно появление коротконогих и карликовых мутантов; для близких видов в  пределах одного семейства или для животных близких семейств можно предсказать возможность появления сходной окраски меха – белой, коричневой, серой, черной. Важное значение имеет закон Н.И. Вавилова и при получении индуцированных мутаций.

Установление закона гомологических рядов – важнейшее достижение второго этапа в развитии генетических исследований параллелизма в изменчивости. Ряды наследственной изменчивости родственных видов и родов сходны потому, что у них изменяются гомологичные гены.

Именно на этой основе в 70-е годы ХХ века сформировалось новое направление генетических исследований, тесно связывавшее в рамках популяционной биологии генетические, зоологические и ботанические исследования, - фенетика популяций, основоположниками которой стали отечественные ученые Тимофеев-Ресовский, Яблоков, Ларин.

Одновременно с Н.И. Вавиловым к таким же выводам пришел Э. Бауэр в 1919 году, а в США в эти же годы развернулись исследования по сравнительной генетике разных видов дрозофилы учеными Стертевантом и Морганом, Планкеттом и Тэном. «Фенотипический параллелизм» мутаций у разных видов дрозофилы, выявленный при генетическом анализе из природных популяций, отмечали в 1920-е годы Е.И. Балкашина, Д.Д. Ромашов, Е.А. и Н.В. Тимофеевы-Ресовские.

Закон гомологических рядов стал теоретической основой для сбора морфотипов коллекций мировых ресурсов культурных растений. Большое влияние эти работы оказали на А.А. Заварзина и его учение о параллелизмах клеточных и тканевых структур, разработанное в 1920-1930-е годы.

Другим важнейшим обобщением Н.И.Вавилова явилась теория центров происхождения и формообразования культурных растений. Обобщая данные популяционной генетики, ботанической географии, истории, эта теория лежит на стыке нескольких наук. В своем генетическом аспекте – утверждение о неравномерном распределении генов (точнее, аллелей) по видовому ареалу, теория Вавилова дала импульс к формированию геногеографии и экологической генетики, изучающих, как это в свое время делал Николай Иванович на материале культурных растений, генный состав популяций в зависимости от их истории, географических факторов и экологических условий.

Изучение огромного ботанического материала и в местах естественного произрастания растений, и на опытных делянках, анализ внутривидовой изменчивости привели Н.И.Вавилова  к построению концепции вида как сложной динамичной системы генотипов, связанной с определенной средой и ареалом.  Работа о виде («Линнеевский вид как система»,1931 г.), поставила Н.И.Вавилова в ряд основоположников синтетической теории эволюции.

Заслуга Н.И. Вавилова в развитии генетики состоит также в том, что он тесно связал ее с селекционной практикой, давшей новые импульсы как самой науке о наследственности и изменчивости, так и ее более широкой общебиологической основе.

Отмечая огромный вклад Н.И.Вавилова в развитие генетики, следует остановиться еще на двух направлениях его деятельности: организация генетических учреждений и руководство ими, а также пропаганда (а в последние годы жизни и защита) генетики.

В ВИРе Николай Иванович создал специальный отдел генетики, к руководству которым был привлечен молодой талантливый генетик Г.Д.Карпеченко. Наиболее известны его работы, посвященные отдаленной гибридизации растений, развившие исследования самого Вавилова в этой области.

В 1930 году Н.И.Вавилов, за год до этого избранный действительным членом Академии наук СССР по специальности генетика, взял на себя руководство первым генетическим учреждением в системе академии – Лабораторией генетики. Она создавалась на базе Бюро по генетике, организованном профессором ЛГУ Ю.А.Филипченко, неожиданно скончавшимся в 1930 году. В качестве заведующего Вавилов собрал в лаборатории всех молодых учеников Ю.А.Филипченко, многие из которых стали потом известными учеными: М.Л.Бельговского, Ю.Я.Керкиса, А.А.Прокофьеву и других. Для работы в лаборатории были привлечены крупнейшие советские ученые – генетик А.А.Сапегин и цитолог Г.А.Левитский, а также болгарский цитогенетик Д.Костов и выдающиеся американские генетики К.Бриджес и Г.Меллер (впоследствии лауреат Нобелевской премии). В 1933 году лаборатория была переименована в Институт генетики АН СССР, который Н.И.Вавилов старался превратить в мировой центр генетических исследований. Расширился круг направлений, которые здесь разрабатывались, основными из которых были следующие:

1. разработка учения о мутациях и смежной с ним проблемы гена;

2. межвидовая гибридизация;

3. материальные основы наследственности;

4. наследственность количественных признаков;

5. происхождение домашних животных и культурных растений.

В 1937 году по инициативе Н.И.Вавилова очередной международный конгресс по генетике должен был состояться в Москве. Была начата соответствующая организационная работа, однако провести конгресс в СССР оказалось в то время невозможным.

Свидетельством высокого авторитета Николая Ивановича Вавилова как генетика было избрание его вице-президентом VI Международного генетического конгресса в 1932 году ( Итака, США) и почетным президентом  VII конгресса (1939 год, Эдинбург, Великобритания). Участвовать в последнем Вавилов уже не смог.

Н.И.Вавилов посвятил много статей генетике, прежде всего разъясняя ее отношение к практической селекции. Особое место в его научном творчестве занимает серия очерков-портретов выдающихся генетиков Кельрейтера, Менделя, Де Фриза, Бетсона, Моргана, Меллера. По инициативе и под редакцией Вавилова были изданы труды классиков генетики.

Большой вклад в развитие генетики и, в частности, эволюционной генетики растений внесли сподвижники Н.И.Вавилова – Г.А.Левитский и Г.Д.Карпеченко.

В 1924 году Левитский – выдающийся цитогенетик – ввел в биологию термин «кариотип» для описания базовых особенностей морфологии хромосом одного вида и сравнения их между собой у разных организмов и видов. В 1934 году он впервые показал, как под действием облучения хромосомы распадаются на фрагменты и перестраиваются.

Г.Д.Карпеченко впервые получил межродовые гибриды растений. Еще в 20-е годы, работая в ВИРе, Карпеченко создал удивительный метод хромосомной инженерии и показал возможность преодоления бесплодия гибридов за счет удвоения наборов хромосом обоих родителей. Таким путем впервые были получены гибриды между капустой и редькой. Ядра таких гибридов содержали диплоидные хромосомы как редьки, так и капусты (18 Р

+ 18 К), и именно поэтому растения отличались правильным мейозом и оказались высокоплодовитыми. Карпеченко назвал полученный им аллополиплоид рафанобрассика. Итоги этой работы 1927 года рассматривались автором как «экспериментальное обоснование теории

Георгий Дмитриевич Карпеченко                         Григорий Андреевич Левитский

                (1899-1941)                                                               (1878-1942)

гибридного происхождения полиплоидных видов».

Позднее были созданы новые виды пшениц при их отдаленной гибридизации друг с другом и с сородичами (А.Р.Жебрак, В.А.Хижняк), а в 1961 году Б.Л.Астауров и В.Н.Верейский получили плодовитые межвидовые                                           гибриды и у животных на примере тутового шелкопряда.

Огромный вклад в разработку теории отдаленной гибридизации, а также в развитие популяционной и эволюционной генетики внес и А.С.Серебровский, с 1930 года организовавший и возглавивший кафедру генетики МГУ. В 1930 году он основал новую область исследования - геногеографию, в  задачу которой входит изучение закономерностей распределения генов в пространстве и во времени. Среди геногеографических факторов, влияющих на структуру популяций, А.С. Серебровский еще в 1928 году назвал «некоторые автоматические процессы», изменяющие генотипический состав популяции, подразумевая под этим колебания численности, ведущие к нарушению закона Харди  -Вайнберга. Впоследствии эти наметки были развиты в концепции генетико-автоматических процессов Д.Д. Ромашова и Н.П. Дубинина. Геногеография, по А.С. Серебровскому, - наука историческая: неоднородность распределения генов в популяциях может зависеть от человеческой истории, антропогенных факторов. Он особо подчеркивал специфику методов и задач геногеографии, по сравнению с анализом географического распространения разных признаков – фенов, чем всегда занимались систематики.

Эти геногеографические явления А.С. Серебровский связывал с процессами, происходящими в генофонде, такими, как диффузия генов из центров возникновения, течения или потоки генов, вызванные передвижением самих популяций, привнесение в генофонд новых генов через мутационный процесс и процесс метисации, стохастический процесс изменения генофонда и т.д. Ни теории, ни математических моделей этих процессов тогда еще не существовало, но существование самих процессов в генофонде для А.С. Серебровского было несомненным. В изучении этих процессов он видел путь выяснения истории генофонда и воссоздания ее через геногеографию отдельных генов.

Большой вклад отечественные ученые внесли и в развитие мутационной теории первой половины ХХ века. В 1925 году Г.А.Надсон и Г.С.Филипов открыли индуцированный мутагенез с помощью рентгеновских лучей у грибов Mucor, положив начало развитию радиационной генетики. 

В 1935 году Н.В. Тимофеевым-Ресовским, К. Цимлером и М. Дельбрюком на основании анализа радиационного мутагенеза у высших организмов и, прежде всего, у дрозофилы было предложено первое объяснение механизма мутационных изменений (точковых мутаций и хромосомных аберраций). Мутация рассматривалась как результат мгновенной перестройки атомов в сложной молекуле гена. Причиной такой перестройки считалось непосредственное попадание в ген кванта или ионизирующей частицы или же случайные колебания атомов. Открытие в дальнейшем эффекта последствия ионизирующих излучений указало на то, что в этом случае мутации возникают в результате процесса, длящегося во времени, а не непосредственно в момент мутационного воздействия.

Перспективы преодоления этих и других противоречий молодой теории мутационного процесса были намечены в 1946 году в физиологической гипотезе М.Е. Лобашева. Суть ее заключалась в том, что благодаря способности клетки репарировать полученные повреждения, становление мутации должно осуществляться в процессе обратимости повреждения, т.е. в процессе восстановления (репарации). Это означало, что появлению мутации должно предшествовать предмутационное состояние или потенциальное изменение, которое может быть устранено (тождественная репарация) или реализуется в виде мутации (нетождественная репарация). Для доказательства существования таких предмутационных состояний М.Е. Лобашев и его ученики К.В. Ватти, М.М. Тихомирова и другие использовали в опытах с дрозофилой, облученной рентгеновскими лучами, дополнительное воздействие высокой температурой, которая сама по себе практически не вызывала мутаций. Мухи после этого обнаруживали более высокую мутабильность, чем после воздействия только рентгеновскими лучами.

Огромное влияние на формирование этой гипотезы оказала теория паранекроза Д.Н. Насонова и В.Я. Александрова, согласно которой клеточные структуры (прежде всего белковые молекулы) способны к обратимой денатурации после воздействия различных повреждающих агентов.

Несмотря на то, что физиологическая гипотеза мутационного процесса была сформулирована на основе представлений о белках, как носителях генетической информации, общепринятых в то время, она оказалась справедливой и в отношении молекул ДНК.

Эксперименты Г.А. Надсона и Г.С. Филиппова с грибами в 1925 году, Г. Меллера с дрозофилой в 1927 году доказали, что скорость мутационного процесса может быть изменена при воздействии ионизирующих излучений. Закономерно возникал вопрос: могут ли другие внешние агенты, в частности химические соединения, влиять на наследственную изменчивость?

Разработав правильный подход, М.Е. Лобашев смог открыть мутагенное действие химических веществ в 1934 году одновременно и независимо с В.В. Сахаровым.

В последующие годы изучение химического мутагенеза стало одним из важнейших разделов генетики. Приоритет отечественной генетики в этой области исследований признан мировой наукой. Впервые в истории науки генетики возникает идея о мутировании не как о мгновенном акте, а как о процессе, текущем во времени, имеющем обратимый характер. Т.о. была высказана мысль о возможности восстановления клетки, находящейся в предмутационном состоянии. Следовательно, открылась возможность вмешательства в процесс становления мутаций, т.е. возможность как ускорения, так и замедления его течения. Впервые был поставлен и вопрос о роли системного, организменного контроля мутационного процесса. Это была принципиально новая теория мутационного процесса, опередившая события не менее, чем на два десятилетия. Правда, гипотеза была тогда еще недостаточно обоснована экспериментально, но рисовала огромные перспективы исследования.

Возможность такого научного предвидения была во многом определена новым методом, примененным для изучения мутационного процесса. Этот метод сводился к последовательному действию двух различных агентов. Впервые он был использован в 1937 году М.Е. Лобашевым и М.Г. Павловцем для анализа рецессивных, сцепленных с полом летальных мутаций и транслокаций у самцов дрозофилы. В 1947 году М.Е. Лобашев в ходе экспериментов с использованием двух мутационных агентов выявил, что действие двух агентов не суммируется, а приводит к прогрессивному возрастанию эффекта. Повреждение, возникающее при действии агента, может быть  обратимым. При этом восстановление бывает либо тождественным, и тогда повреждение остается незамеченным, либо нетождественным, и тогда регистрируется мутация. Тождественной репарации может препятствовать действие второго агента. Этим и объясняется прогрессивное увеличение частоты мутаций при последовательном действии двух агентов.

Значительно позже после опубликования физиологической гипотезы мутационного процесса – в 50-е годы ХХ века – появились работы, в которых было убедительно показано, что мутации возникают в процессе изменений, происходящих в клетке как в момент облучения, так и после него. Они свидетельствуют о существовании последствия радиации, о которой говорил Лобашев еще в 1947 году. Сейчас представление о мутировании как процессе общепризнано.

В. Мак-Элрой и К. Свенсон в США в 1951 году предложили гипотезу о метастабильном состоянии гена, из которого он может переходить в исходное состояние или в новое стабильное состояние, регистрируемое как мутационное. По сути дела – это повторение идеи М.Е. Лобашева.

В.П. Эфроимсон в 1940 году постулировал принцип равновесия между частотой возникновения леталей и частотой их элиминации при переходе в гомозиготное состояние. Выяснилось, что общее количество накопленных в гетерозиготе аутосомных леталей может изменяться по мере резкого изменения численности популяций. В большинстве популяций дрозофил летали возникают в несколько раз чаще, чем элиминируются из популяции. Это значит, что многие из них отрицательно влияют на приспособленность их носителей еще в гетерозиготе и подвержены отбору. Впоследствии ученые Р.Б. Хесин и Н.И. Шапиро в 1974 году установили, что среди вновь возникающих мутаций большинство вызывает гибель на ранних этапах развития. Но среди леталей, распространенных в природе, большинство действует лишь на стадии куколки.

С 1935 года, когда была создана методика исследования политенных хромосом, Н.П. Дубинин, Н.Н. Соколов и Г.Г. Тиняков провели серию работ по распространению хромосомных мутаций в природных популяциях разных видов дрозофил. При этом были установлены высокая насыщенность популяций инверсиями, найденными в гомо- и гетерозиготном состояниях и зависимость концентрации определенных инверсий от действия отбора и экологии популяции, т.е. показано адаптивное значение ряда хромосомных мутаций.

В 1938 году Н.И. Шапиро сформулировал представление о том, что темп мутирования – адаптивный признак вида, находящийся в обратной зависимости от продолжительности жизни. Если бы темп мутирования не регулировался, то хромосомы долгоживущих видов накапливали бы огромное количество леталей.

В середине 30-х годов учеными Н.П. Дубининым, Б.Н. Сидоровым, В.В. Хвостовой и А.А. Прокофьевой-Бельговской  был открыт и изучен «эффект положения» генов, когда нормальный ген, будучи искусственно перенесен в другое место хромосомы, менял характер своего проявления. Этот феномен, связанный с регуляторными отношениями между генами, является и ныне одной из горячих точек современной науки. Выдающееся значение для эволюционной генетики имеет проведенный Е.И. Балкашиной в 1928 году анализ гомеозисной мутации aristopedia. Она показала, что действие мутантного гена состоит в преждевременной стимуляции имагинальных дисков антенн: их зачатки начинают сегментироваться в период сегментации ножек, что запускает дифференциацию органа по иному морфогенетическому пути. Е.И. Балкашина отмечала, что эта мутация «выбивает» измененных мух за пределы класса насекомых.

Проанализированная в 1927 году гомеозисная мутация tetraptera переносит признаки мутантов за пределы отряда

двукрылых. Эти мутации можно рассматривать как изменения одного гена, ведущее к неотении. Б.Л. Астауров показал, что неотения может иметь мозаичный характер, изменяя развитие одних органов и не затрагивая остальные структуры.

       Борис Львович Астауров                         Александра Алексеевна Прокофьева-

                (1904-1974)                                               Бельговская  (1903-1984)

     

Позднее, в 1950-е годы явление мозаичности эволюции было изучено Г. де Биром, А.А. Тахтаджаняном и Н.Н. Воронцовым. Анализируя данные своих учеников, Н.К. Кольцов, вслед за В. Гаретангом, сделал вывод о роли неотении в эволюции: « Очевидно, что миллионы лет назад неотения возникла у родоначальников рода Drosophila под влиянием немногих генов, подавляющих развитие соответствующих органов, а теперь эти гены мутировали обратно или же возникли новые гены, сразу отомкнувшие возникший в древние времена запор…Результаты…позволят нам, быть может, вскрыть природу одного мутационного толчка к неотении, который имел место миллионы лет назад и о котором не сохранилось ясных палеонтологических данных». Позднее, в 1940 году, внимание к возможной роли гомеозисных мутаций привлек Р. Гольдшмидт, однако в период торжества синтетической теории эволюции градуализм казался обязательным условием филогенеза. Лишь в 1970-е годы мнения генетиков-эволюционистов начали меняться, возникла новая волна интересов к роли макромутаций, гетерохронии и неотении в эволюции. Неотения рассматривается сегодня в аспекте мутационных изменений, приводящих к гетерохронии, сальтоционному изменению фенотипа, и как альтернатива классической градуалистической модели видообразования.

Большая заслуга в дальнейшем развитии химического мутагенеза и создании химических супермутагенов, в сотни раз повышающих уровень спонтанного мутирования, принадлежит российскому ученому И.А. Рапопорту. Индуцированный мутагенез позволяет наиболее полно выявить возможности генотипа, создать генетические коллекции с учетом всех возможных изменений органов, признаков и свойств у данного вида. Мутации имеют исключительно важное значение при составлении генетических карт разных видов и широко используются в селекции растений для создания исходного материала.

В середине 30-х гг. году под впечатлением успехов генетики в России было решено провести очередной Международный Генетический Конгресс в Москве. Но на это советские власти не дали разрешения. Надвигалась эпоха Лысенко.

Репрессии  и погромы генетики

Начиная с середины 30-х годов поступательное развитие советской генетики оказалось нарушенным. Н.И.Вавилов, Н.К.Кольцов, А.С.Серебровский, С.С.Четвериков и их сподвижники оказались вовлеченными в дискуссии по проблемам генетики и селекции. Хотя оппоненты в ходе этих дискуссий прибегали к ненаучным аргументам и доводам, Н.И.Вавилов и все ведущие отечественные генетики до конца вели полемику как ученые, стараясь объяснить и обосновать основные положения генетики и свою линию внедрения достижений этой науки в практику сельского хозяйства. Предъявлявшиеся генетикам обвинения в оторванности от практики, идеализме, реакционности предопределили трагический конец Н.И.Вавилова, Г.Д.Карпеченко, Л.И.Говорова и других.

Ситуация стала ухудшаться уже в конце 20-х годов, когда некоторые неоламаркисты стали активно защищать теорию наследования благоприобретенных в течение жизни признаков. Эти неоламаркисты получили существенную помощь от группы философов-марксистов, таких как М.Б.Митин и П.Ф.Юдин, заявивших, что теория Ламарка соответствует основным постулатам диалектического материализма. Их оппоненты обвинялись в «идеализме» в том смысле, что они отрицают возможность влияния внешней среды на наследственность. Правительство поддерживало ламаркистов и даже пригласило известного австрийского ламаркиста П.Камерера занять высокий пост в советской биологической науке.

Окончательное вмешательство государства в генетику было  установлено Всесоюзной конференцией по планированию генетики и селекции, проходившей в Ленинграде в 1932 году. На ней было решено, что с этого времени работы по генетике и селекции растений будут проводиться с целью немедленного получения практических результатов и по направлениям, соответствующим официальной доктрине диалектического материализма. Таким образом, произошла подмена ценностей, фундаментальную науку приравняли к прикладной, что в принципе недопустимо.

В середине 30-х годов дискуссии вновь возобновились, но уже с участием быстро набирающего силу Т.Д.Лысенко.

Период гонений на генетику с конца 1935 года по 1964 год в исторической литературе принято называть «лысенковщиной». Данная беспрецедентная в генетике кампания оставила свой след в работе каждого научного коллектива. Несмотря на это, настоящие ученые смогли достойно сохранить свои нравственные убеждения. Невольно приходят на память слова В.Я. Александрова: «Лысенковская биология поставила грандиозный эксперимент по социальной психологии, подлежащий серьезному изучению. Эксперимент выявлял пределы прочности моральных устоев у разных людей. Ведь нормальная обстановка позволяет человеку до конца жизни сохранить благопристойность своего поведения и оставаться в неведении о хрупкости основ, на которых эта благопристойность зиждется. Лысенковский стресс проявил потенциальные возможности человеческих реакций и отношений».

Суть воззрения Лысенко сводилась к следующему.

Во-первых, он отрицал существование генов, объявляя их выдумкой буржуазных идеалистических ученых. Хромосомы, по его мнению, не имели никакого отношения к наследственности. Он отрицал законы Менделя, считая их «выдумкой католического монаха».

Во-вторых, Лысенко безусловно принимал идею наследования приобретенных признаков и отрицал роль отбора в эволюции, который считал «ошибкой Дарвина».

В-третьих, Лысенко полагал, что один вид внезапно, в результате скачка, может превратиться в другой, например, береза – в ольху, овес – в пшеницу, кукушка – в пеночку.

Лысенко никогда не проверял свои идеи ни экспериментально, ни сравнивая с литературными данными. Он заявлял, что источником его знаний являются работы И.В. Мичурина и К.А. Тимирязева, а также «классиков марксизма». На основе этих «знаний» он предлагал рецепты быстрого улучшения сельского хозяйства в целом, быстрого выведения ценных сортов растений – в 2-3 года, в то время, как методы, базирующиеся на основе законов Вейсмана-Менделя-Моргана, требуют  10-15 лет работы.

И.В. Сталин поддержал Лысенко. Началось быстрое продвижение последнего по карьерной лестнице: в 1934 г. – академик АН Украины, в 1935 – академик ВАСХНИЛ, в 1938 – президент этой академии, в 1939 – академик АН СССР. После ареста Н.И.Вавилова в 1940  году Лысенко стал директором Института генетики АН СССР. С 1937 по 1966 год Лысенко – депутат Верховного Совета СССР и заместитель его председателя.

Правой рукой Лысенко был бывший адвокат И.И.Презент. Он готовил «идеологически выверенные» объяснения биологических теорий Лысенко.

В конце 1936 и в 1936 году состоялись публичные дискуссии, организованные философом М.Б.Митиным – редактором журнала «Под знаменем марксизма». Сторону генетиков поддерживали Н.И.Вавилов, Г.Меллер, Н.П.Дубинин, А.Р.Жебрак. Однако на этом этапе научная сторона дискуссий уже не интересовала ни лысенковцев, ни поддерживающую их государственную власть. Вскоре после последней дискуссии в 1940 году Н.И.Вавилов был арестован и погиб в тюрьме Саратова от истощения. Место его могилы неизвестно до сих пор.

В 1939 году в «Правде» появилась злобная статья, направленная против Н.К.Кольцова. Сразу же после этого в возглавляемый им Институт экспериментальной биологии была направлена комиссия, в состав которой входил и Лысенко. На основании заключения комиссии Кольцов был снят с должности директора, а через несколько месяцев умер от инфаркта миокарда. После ареста Вавилова прошла волна арестов среди других генетиков. В камерах пыток погибли Г.А.Левитский, Г.Д.Карпеченко, Н.К.Беляев. Г.К.Мейстер, С.Г.Левит и многие другие.

В 1948 году состоялась печально знаменитая сессия ВАСХНИЛ, которая стала апофеозом могущества Лысенко ( О положении в биологической науке, 1948). Вся процедура этого заседания была фарсом, специально подготовленным для расправы над генетикой. Заслуживают восхищения те немногие из генетиков,которые, зная, что это фарс, пришли на сессию и сказали свои последние слова в защиту генетики. Вот их имена:

И.А.Рапопорт

М.М.Завадовский

С.И.Алиханян

И.А.Поляков

П.М.Жуковский

И.И.Шмальгаузен

А.Р.Жебрак

В.С.Немчинов

Часть из них не выдержала, и к концу сессии они сломались, отступились от генетики после заявления Лысенко о полной поддержке и одобрении Сталиным его доклада о разгроме генетики. Все они потеряли работу.

Сразу после сессии ВАСХНИЛ были составлены списки, по которым множество ученых–генетиков были уволены из вузов и академических институтов. Из журналов вырывали страницы, где были статьи генетиков, в статьях вымарывали слова «ген», «генетика», «хромосомы». Многие ученые были отправлены в ссылку.

Некоторым удалось выстоять, не отказываясь от своих убеждений, благодаря смене специальности: Дубинин несколько лет работал орнитологом, Лобашев – физиологом, Рапопорт – палеонтологом, а З.Никоро – пианисткой в кинотеатре.

История воцарения и господства Лысенко в 1948 году посвящены многие книги. Отметим здесь главное. Боевая операция по разгрому генетики на сессии ВАСХНИЛ в августе 1948 года, которую проводил Лысенко, была лично одобрена Сталиным. Пламя погрома перекинулось на цитологию, эмбриологию, физиологию и достигло даже таких отдаленных областей, как квантовая химия.

Где корни случившегося в 1948 году погрома генетики и воцарения Лысенко? В чем причины лысенковщины?

Первое после революции десятилетие – период бурного роста и успехов русской генетики, возникшей на крепком биологическом фундаменте. Отношение власти к науке было амбивалентное. С одной стороны, естественные науки, и в их числе генетика, получали солидную государственную поддержку. Открывались новые вузы, кафедры, музеи, под которые нередко отдавались старинные особняки и дворцы. Сотрудники и студенты были полны оптимизма и энтузиазма. Политика государственного попечительства совпадала с интересами и устремлениями таких научных гигантов, как Н.И. Вавилов. Эта невиданная ранее для стран Европы государственная поддержка пропагандировалась, поражала и гипнотизировала большинство западных ученых.

Режим фетишизировал науку, но одновременно низводил ее на роль служанки («наука на службе у социализма») в социалистической «перестройке» общества. Классическая теория наследования вступала в очевидное противоречие с марксистскими догмами. В самом деле, необходимо построить коммунистический рай на Земле, а как в него войдут «родимые пятна капитализма»: воры, бродяги, проститутки и сутенеры? Либо их нужно перевоспитать и тем самым «улучшить» их наследственность, либо не удастся построить рай. Генетики не обещали улучшить наследственность, а для Лысенко пообещать это ничего не стоило.

Все, что не соответствовало этим целям – подавлялось. Поэтому, одновременно с ростом естественных наук, уже в первые годы революции были просто разгромлены социальные науки: история, философия и те течения общественной мысли, которые хоть в малейшей мере оппонировали или выходили за рамки марксизма. Наука попала в золотую клетку. С 1929 года с началом Великого Перелома возрастает роль репрессивных органов. Одной из первых жертв стал профессор С.С. Четвериков и его лаборатория. По нелепому доносу его арестовали и без суда и следствия сослали в Свердловск. Он уже никогда не возвращался в Москву. Лаборатория распадается, ряд ее членов также подвергаются ссылке. Другие, спасаясь от репрессий, уезжают из Москвы.

Отечественная эволюционная и популяционная генетика в 1920-30-е годы развивалась исключительно интенсивно. Она оказала огромное влияние как на формирование других разделов отечественной генетики, эволюционизма и общей биологии, так и на развитие синтеза генетики с дарвинизмом, на становление синтетической теории эволюции в мировом масштабе. Все это сопровождалось бурным развитием генетики, быстрым формированием научных школ, направлений, созданием новых институтов, кафедр, станций, притоком международного обмена, предоставленного в те годы советским ученым.

В 1929 году администрирование и левацкие реформы стали доходить до высшей школы и научных учреждений. В Ленинградском государственном университете был подвергнут резкой критике Ю.А. Филипченко. В 1930 году Н.К. Кольцов покинул МГУ, оставшись директором Института экспериментальной биологии (ИЭБ). Несмотря на развернутое Т.Д. Лысенко и И.И. Презентом с 1933-1934 годов наступление на дискуссии 1936 и 1939 годов, потенциал, накопленный отечественной генетикой в первые полтора десятилетия ее развития, был огромен. Развитие эволюционных и популяционных направлений не только продолжалось, но и в конце 1930-х – начале 1940-х годов все еще оказывало стимулирующее влияние на мировую науку.

Резко ухудшилась ситуация в 1940 году, когда Н.И. Вавилов был заменен на  посту директора Института генетики АН СССР Т.Д. Лысенко, ведущие ученые института были уволены. Н.К. Кольцов был освобожден от обязанностей директора ИЭБ, реконструированного в Институт цитологии, гистологии и эмбриологии АН СССР. Арест Н.И. Вавилова, Г.А. Левитского, Г.Д. Карпеченко, Л.И. Говорова в 1940 году и их последующая гибель, репрессии в отношении многих других генетиков – трагические вехи на пути развития эволюционной и популяционной генетики в нашей стране. С 1939-1940 годов во многих вузах было резко сокращено преподавание генетики. Тем не менее, оставались еще кафедры генетики в МГУ, ЛГУ, в Киевском и Харьковском университетах, в Тимирязевской сельскохозяйственной академии. На кафедре дарвинизма МГУ, в Институте эволюционной морфологии АН СССР под руководством И.И. Шмальгаузена продолжали вести исследования, посвященные изучению синтетической теории эволюции, т. е. синтезу генетики с дарвинизмом. В Киеве работал С.М. Гершензон, в Горьком – С.С. Четвериков, З.С. Никоро, И.И. Пузанов, А.Д. Некрасов, С.С. Станков, в Саратове – С.С. Хохлов, в Харькове – В.П. Эфроимсон.

За период с 1917 по 1941 годы отечественная эволюционная и популяционная генетика прошла огромный путь. Сформировались научные школы Н.К. Кольцова, С.С. Четверикова, С.Г. Навашина, В.И. Вавилова, Ю.А. Филипченко. К генетической проблематике стали подходить школы В.А. Догеля, В.Н. Сукачева, И.И. Шмальгаузена. Выросло новое поколение советских генетиков, сумевшее воспринять лучшие традиции от своих учителей, то поколение, на плечи которого выпадет война, события 1948 года и борьба за восстановление генетики и эволюционизма. Вклад советской популяционной и эволюционной генетики в становление синтетической теории эволюции весьма весом.

Следует отметить, что в 40-х годах ХХ века в генетике уже произошли новые качественные перемены, которые ознаменовали ее вступление в современную стадию, наиболее характерной чертой которой является исследование процессов наследственности и изменчивости на молекулярном уровне,  широкое и комплексное применение в ходе этого исследования методов физики, химии и математики, тесное единение генетики с теорией эволюции. Правда, в первой половине 40-х годов новые идеи и методы еще не получили широкого распространения и признания. Еще сказывались зачастую старые традиции и подходы, в том числе и у советских генетиков, превращавшиеся в некоторых случаях в  «абсолютную истину».

Это, по-прежнему, в какой-то мере питало критику, все более последовательно сводившую существо позиций генетики к отдельным, пережившим себя концепциям, сформулированным на ранних этапах ее развития. По сути дела, критика уже совершенно перестала замечать какие-либо сдвиги в генетике, и если обращала на них внимание, то лишь в чисто негативном плане. Нечто, ранее хоть в какой-то степени признававшееся спорным, стало для нее бесспорным. Она потеряла к этому всякий интерес и занялась своими «внутренними» проблемами, эволюционируя уже независимо от процессов, развивающихся по другую сторону «научных баррикад».

Такая эволюция выразилась, в частности, в том, что, если ранее Т.Д. Лысенко и его сторонники «отвоевывали» Дарвина у генетики, ссылаясь на него как на непререкаемый авторитет, объявляя «антидарвинизмом» любую попытку выйти за рамки традиционных методов дарвинизма. Теперь, когда была «обоснована» особая «мичуринская генетика», понадобилось сделать так, чтобы и Дарвин не слишком заслонял ее своей мощной фигурой. К тому же на Дарвина, по мере развития эволюционной генетики, все больше стали ссылаться «менделисты-морганисты». И тогда он стал объектом критики, ему был противопоставлен «советский творческий дарвинизм». Нелепость этого термина адекватна его содержанию, так как за ним все откровеннее стало вырисовываться отброшенное генетикой пугало механоламаркизма.

В самом деле, центральным в дарвинизме – в противовес механоламаркизму – является учение о естественном отборе, основывающееся в значительной мере на представлении о внутривидовой борьбе. Именно по этому звену дарвинизма и попытался нанести удар Т.Д. Лысенко в своей лекции «Естественный отбор и внутривидовая конкуренция», прочитанной в ноябре 1945 года. В ней содержалось, однако, не только отрицание внутривидовой борьбы, но и обвинения Дарвина в мальтузианстве. Это вызвало резкие возражения со стороны многих ученых – прежде всего В.Н. Сукачева и П.М. Жуковского. Но дискуссия по данному вопросу не получила в то время необходимого научного развития. Что касается Т.Д. Лысенко, то он смотрел на нее по-своему. Он считал, что тезис о внутривидовой конкуренции не является научным, а служит «оправданием классовой борьбы» в буржуазном обществе: внутривидовой конкуренции в природе нет, и нечего ее в науке выдумывать.

Эта категоричность оценок и выводов, широко соединяемая с наклеиванием философских и иных ярлыков, окрасила в специфические тона и все содержание доклада, с которым Т.Д. Лысенко выступил на августовской сессии ВАСХНИЛ в 1948 году. В нем он не сказал чего-либо принципиально нового по сравнению с тем, что уже выдвигалось им на протяжении ряда лет. Уже не было в живых Н.И. Вавилова и А.С. Серебровского, поэтому основной огонь критики в докладе был сосредоточен на И.И. Шмальгаузене, М.М. Завадовском, Н.П. Дубинине, П.М. Жуковском, А.Р. Жебраке, И.А. Раппопорте, С.И. Алиханяне и других ученых, взгляды которых отвергались без каких-либо фактических доказательств, а просто путем «сличения» с точкой зрения, получившей претензию считаться «официальной».

У Лысенко была и косвенная международная поддержка. Многие прогрессивные ученые, считая, что в России строится передовое общество, опасались, что открытая критика лысенковщины помешает строительству социализма. Выдающиеся ученые Г.Меллер, Ж.Моно, Дж.Холдейн, Ж.Браше и другие делали все возможное, чтобы не допустить публичного развенчания «мичуринской науки».

2.4.3. Возрождение отечественной генетики

В марте 1953 года пошатнулись позиции Т.Д. Лысенко. В это время были получены результаты, подтвердившие, что не белок, а нуклеиновые кислоты несут в себе запись генетической информации. Потрясающие открытия были связаны с разработкой генетики вирусов и бактерий. Зарождалась молекулярная генетика, которая создавалась на основе принципов, ранее разработанных в хромосомной теории наследственности. Возникли радиационная биология и радиационная генетика, как важнейшие области науки атомного века. Вопреки историческому ходу развития материалистического естествознания и запросов жизни и практики Т.Д. Лысенко замкнулся в кругу своих субъективных построений.

В печати начинают появляться критические замечания в адрес учреждений, которыми руководит Т.Д. Лысенко. В недалеком прошлом это было бы невозможно представить.

После смерти Сталина в 1953 году, в период «оттепели», усиливается противостояние лысенковскому обскурантизму. Начиная с 1953 года, известный эволюционист профессор А.А. Любищев и вернувшийся из лагеря генетик В.П. Эфроимсон посылают в ЦК КПСС, журналы, ведущим биологам серии критических статей о монополии Лысенко в биологии, анализируя большой урон со стороны лысенковщины сельскому хозяйству, медицине, экономике. В 1955 году в ЦК КПСС было направлено знаменитое «письмо трехсот», подписанное ведущими биологами, затем к нему присоединились письма ряда академиков-физиков. Решающий перелом произошел в 1957 году. Профессор М.Е. Лобашев начинает читать курс классической генетики на возглавляемой им кафедре генетики в Ленинградском университете. В это же время в Институте биофизики и институте атомной энергетики создаются генетические лаборатории, а затем в 1957 году М.А.Лаврентьев основывает Институт цитологии и генетики в структуре Сибирского отделения АН СССР (Академгородок, Новосибирск).

Тем не менее, вплоть до 1965 года нельзя было негативно отзываться о сессии ВАСХНИЛ 1948 года, упоминать о том, что преподают генетику в ЛГУ, о подготовке М.Е. Лобашевым первого послевоенного учебника по генетике. Все это делалось на полулегальном уровне. Еще в декабре 1958 году была разогнана редакция «Ботанического журнала» во главе с академиком В.Н. Сукачевым за публикацию серии критических статей об идеях Лысенко. В 1963 году такая же участь постигла журнал «Нева» за яркую и смелую статью генетиков В.С. Кирпичникова и Ж..А. Медведева «Перспективы советской генетики». Более того, наука продолжала подвергаться «псевдооткрытиям»: О.Б.Лепешинская заявила, что клетки возникают не путем митотического деления по принципу Р.Вирхова «omne cellula ex cellula», а непосредственно из «живого вещества» - например, из протухшего яичного белка. Принцип же Р.Вирхова был объявлен «выдумкой буржуазного идеализма». Лысенко поддержал и Лепешинскую, и другого псевдоученого Г.И.Бошьяна, предложившего «теорию» трансформации вирусов в бактерии и обратно.

Интересно сравнить то, что делалось в 50-е годы за рубежом и в России: расшифровка структуры ДНК и генетического кода там и средневековая охота на ведьм у нас.

Явное падение Лысенко началось лишь вслед за падением Н.С. Хрущева в 1964 году. В сентябре 1965 года на заседании Президиума АН под руководством академика М.В. Келдыша впервые, наконец, открыто подверглись критике методы и результаты деятельности Лысенко. В 1965 году он был снят с поста директора академического Института генетики, который  занимал целых четверть века после ареста Вавилова, навязывая через систему государственных учреждений свои бредни.

Активное восстановление научной деятельности в области генетики началось в 60-е годы прошлого века, хотя некоторые ученые и до этого подпольно продолжали свои исследования. Восстановлением научных школ в эти годы наша наука обязана в первую очередь  С.И. Алиханяну, Н.П. Дубинину, М.Е.Лобашеву, Н.В. Тимофееву-Ресовскому. С.И. Алиханян, бывший в 1948 году доцентом кафедры генетики, после августовской сессии перешел на работу в Институт антибиотиков; его работы, выполненные в этом институте, сыграли важную роль в становлении отечественной промышленности по производству антибиотиков. Другой лабораторией, возобновившей генетические исследования, была лаборатория радиационной генетики в институте биофизики АН СССР. Развитие атомной промышленности, проводимые СССР и США испытания атомного оружия подтолкнули развертывание исследований по радиобиологии. В результате была организована лаборатория радиационной генетики при институте биофизики, заведующим лабораторией был утвержден Н.П. Дубинин, которому удалось собрать в ней большинство видных московских генетиков.

Восстановление генетики в Ленинграде связано с именем М.Е. Лобашева. Будучи изгнанным в 1948 году из университета, М.Е. Лобашев работал в Институте физиологии и на время отошел от генетики. Однако при объявлении конкурса на заведование кафедрой в Университете он подал документы и в январе 1957 года был избран. Он объявил о своем желании восстановить и генетические исследования, и преподавание генетики, что ему достаточно быстро удалось сделать. Являясь талантливым ученым, Лобашев заложил основы ряда новых направлений в генетике: с его именем связаны такие важнейшие ее разделы, как химический мутагенез, роль физиологических факторов в мутационном процессе, генетика поведения, сигнальная наследственность. Обладая большой научной интуицией, он организует на кафедре новое направление – генетику микроорганизмов, объектов, имеющих важнейшее значение в области молекулярной генетики.

В 1955 году закончилось пребывание Н.В. Тимофеева-Ресовского в «шарашке» - закрытом исследовательском учреждении на Урале;
с частью своих сотрудников он перешел на работу в Институт биологии УО АН СССР в Свердловске. С 1956 года он стал проводить ежегодные семинары в Миассово, где для его  лаборатории создали экспериментальную базу. Эти неформальные семинары (позднее перенесенные в Подмосковье) сыграли выдающуюся роль в привлечении научной молодежи в радиобиологию, генетику и теорию эволюции.

С 1965 года началась организация новых генетических лабораторий и кафедр. Стал выходить журнал «Генетика». Восстанавливалось преподавание генетики в высших учебных заведениях и основ генетики – в средней школе. Для перестройки университетских курсов важную роль сыграл проведенный на базе МГУ в марте 1965 года Генетический семинар для профессоров и преподавателей вузов. В 1966 году было создано Всесоюзное общество генетиков и селекционеров, которому было присвоено  имя Н.И. Вавилова.

В 1960-1980-е годы общая и молекулярная генетика обогатилась рядом крупных разработок и открытий. Среди них можно указать следующие:

  •  Разработка теории потенциальных повреждений ДНК, которые многоэтапно фиксируются в мутации; обнаружение молекулярных основ образования структурных мутаций (Н.П. Дубинин, Р.И. Салганик, В.Д. Филиппов, А.П. Акифьев, В.П. Жестянников);
  •  Открытие явления пострадиационного восстановления повреждений клетки; это открытие положило начало исследованиям по системам репарации, восстанавливающих нормальную структуру ДНК (В.И. Корогодин, Н.В. Лучник);
  •  Открытие химических мутагенов типа «супермутагенов» и использование химического мутагенеза в селекции растений (И.А. Рапопорт);
  •  Разработка проблем радиационной генетики, оценка удваивающей дозы, закономерности адаптации популяции при повышенном фоне радиации, выяснение значения для селекции радиационных мутантов (Н.П. Дубинин, П.К. Шкварников, В.А. Шевченко);
  •  Разработка проблем мутагенов среды и тест-системы (Н.П. Дубинин, Р.К. Лекявичус, А.Б. Бигалиев и др.);
  •  Разработка проблем антимутагенеза (Н.П. Дубинин, У.К. Алекперов);
  •  Разработка проблем биотехнологии (Ю.А. Овчинников);
  •  Ферментативный синтез гена глобина (В.А. Энгельгардт и др.);
  •  Генная инженерия, клонирование генов интерферона и др. (Ю.А. Овчинников, А.А. Баев);
  •  Разработка проблем экологической генетики и стратегии адаптивной селекции (А.А. Жученко);
  •  Открытие мобильных диспергированных генов (МДГ), занимающих около 20% генотипа дрозофилы и способных перемещаться, транскибироваться, вызывать мутации или изменять экспрессию генов (Г.П. Георгиев, В.А. Гвоздев);
  •  Разработка вопроса об отличиях в регуляторных системах генома прокариот и эукариот; идеи о геноме как о динамической и перестраивающейся системе (Г.П. Георгиев, В.А. Гвоздев, Р.Б. Хесин-Лурье);
  •  Разработка проблем генетики, цитогенетики человека и эпигенетического наследования (В.П. Эфроимсон, А.А. Прокофьева-Бельговская, В.Д. Папонов и др.);
  •  Изучение транс-действующих процессинг-генов, которые регулируют экспрессию генов, кодирующих молекулярные признаки у эукариот; разработка концепции о многоуровневой регуляции экспрессии генов в развитии эукариот (Л.И. Корочкин, В.И. Иванов).

Успехи генетики находили применение и в селекции растений. Советские ученые достигли замечательных успехов в создании высоко продуктивных сортов сельскохозяйственных растений. Именно в те годы П.П. Лукьяненко вывел Безостую-1, В.Н. Ремесло – Мироновскую-808, В.Н. Мамонтова – Саратовскую-29 –лучшие в мире сорта пшеницы.

Потребности возникшего промышленного производства антибиотиков вызвали к жизни работы по селекции микроорганизмов-продуцентов. На современной научной основе они были начаты в 50-е годы в Москве в Институте антибиотиков под руководством С.И. Алиханяна. Путем обработки  грибов актиномицетов мутагенами химической и физической природы в нашей стране был получен целый ряд продуцентов антибиотиков.

Несомненным достижением отечественной генетики является открытие у животных на примере дрозофилы «прыгающих генов» и свидетельства того, что эти гены вызывают вспышки нестабильных мутаций в лаборатории и в природе и связаны с адаптивными преобразованиями генетической системы клетки. Оригинальные результаты, полученные в рамках этого направления российскими генетиками, включая мировые исследования по этой проблеме, были обобщены в замечательной сводке Р.Б. Хесина «Непостоянство генома». Эта сводка несомненно войдет в золотой фонд российской науки. В ней обосновано положение о потенциальном единстве генофонда земных организмов за счет горизонтального переноса генов вирусами и другими подвижными элементами. С именем Р.Б. Хесина, ученика А.С. Серебровского, связано зарождение и развитие молекулярной генетики в стране, которое происходило под крышей Института атомной энергии.

Блестящий цитолог и генетик В.В. Прокофьева-Бельговская, ученица Ю.А. Филипченко, создала школу цитогенетиков, изучающих поведение и структуру хромосом человека в норме и патологии («хромосомные болезни»). Вместе с другим генетиком, В.П. Эфроимсоном, они возродили исследования по медицинской генетике. Однако влияние идеологических запретов на изучение наследственности человека оказалось столь велико, что книга В.П. Эфроимсона «Генетика гениальности» более 20 лет не могла пробиться в печать и вышла лишь в 1998 году.

В 1967 году Ю.М. Оленовым, а в августе А.Ю. Броновицким была предложена эпигеномная концепция канцерогенеза. В 1975 году Г.И. Абелев выдвигает концепцию онкогена.

Таким образом, генетика в нашей стране в 60-80-е годы снова начала свое интенсивное развитие.

Осенью 1988 года, через 40 лет после августовской сессии ВАСХНИЛ, состоялась конференция по генетике, на которой были подведены итоги развития этой науки в России и СССР. По результатам конференции в 1990 году большая группа несломленных противников Лысенко была награждена правительственными наградами. Золотые Звезды Героев Социалистического Труда получили С.М.Гершензон, Н.П.Дубинин, В.С.Кирпичников, Ю.И.Полянский, В.А.Струнников, И.А.Рапопорт и А.Л.Тахтаджян.

К сожалению, пока неизвестно, на сколько лет задержал развитие генетики и всей науки в целом в России «великий реформатор» Б.Н.Ельцин. В результате его экспериментов начала 90-х годов, приведших к массовому обнищанию населения, резкому падению уровня финансирования научных исследований, ничтожному уровню оплаты труда в сфере науки и образования, начался обвальный выезд из страны ученых молодого и среднего возраста, составляющих костяк современной науки. В настоящее время ситуация начинает улучшаться и очень хочется верить, что никогда больше наша наука и страна в целом не подвергнутся очередному варварскому эксперименту.


Глава 3.

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ГЕНЕТИКИ ЧЕЛОВЕКА. ЗНАЧЕНИЕ ГЕНЕТИКИ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

Генетика наряду с морфологией, физиологией и биохимией является теоретической базой медицины, дает ключ к пониманию молекулярно-генетических процессов, приводящих к развитию заболеваний.

Представления о передаваемых по наследству различиях между людьми существовали уже в античные времена (см. гл. 1). Уже в трудах древнегреческих философов ставится проблема врождённого и приобретённого (Гиппократ, Анаксагор, Аристотель, Платон). Некоторые из них даже предлагали «евгенические» меры. Так, Платон в своём труде «Политика» подробно объясняет как следует подбирать супругов, чтобы рождались дети, которые в будущем станут выдающимися личностями и в физическом, и в нравственном отношениях.

В 1752 г. Мопертюи опубликовал сообщение о семье, где в четырёх поколениях наблюдалась полидактилия. Автор пришёл к выводу, что этот порок наследуется и передаётся как от отца, так и от матери.

Английский врач Адамс (1756-1818) в своём труде «Трактат о предполагаемых наследственных свойствах болезней» сделал ряд замечательных выводов. Вот некоторые из них.

1. Существуют семейные и наследуемые факторы.

2. При семейных заболеваниях родители чаще состоят в родстве.

3. Наследственные заболевания могут проявляться в разном возрасте.

4. Существует предрасположенность к заболеваниям, которая приводит к заболеванию при воздействии внешних факторов.

5. Репродуктивная способность у многих больных с наследственными заболеваниями снижена.

Адамс критически относился к  негативным евгеническим программам.

В 1820 г. немецкий профессор медицины Нассе правильно определил наиболее важные закономерности наследования гемофилии.

В работах большинства исследователей XIX века истинные факторы и ошибочные представления были перемешаны, а критериев для установления истины в то время еще не существовало. Генетика человека не имела основных теоретических положений. Как наука она сформировалась в 1865 г., когда появились биометрия и менделизм.

Большое влияние на развитие генетики человека оказали работы Ф. Гальтона. В 1865 г. он опубликовал статью «Наследование таланта и характера», в которой он писал: «…у нас есть все основания считать, что способности или особенности характера зависят от множества неизвестных причин». На основании своих исследований Гальтон сделал вывод о том, что большие способности и достижение известности сильно зависят от наследственности. Начиная с работ Гальтона, исследования в области генетики человека приобрели сильную евгеническую направленность. Позднее, в период нацизма в Германии (1933-1945), стало ясно, к каким ужасным последствиям может привести искажённое толкование утопической идеи об улучшении человеческого рода.

Вклад в генетику человека внесли работы английского врача А.Е.Гэррода по исследованию врожденных нарушений метаболизма при алкаптонурии, альбинизме и цистинурии. В 1908 г. Гэррод опубликовал свой классический труд, посвященный этой теме. В нем он назвал эти заболевания как «врожденные ошибки метаболизма», которые наследуются рецессивно и проявляются чаще в семьях, где родители близкие родственники. Он высказал также предположение, что различная реакция на лекарства и инфекционные агенты может быть обусловлена индивидуальными химическими различиями. Он писал: «…как среди представителей данного вида нет двух особей с идентичным строением тела, так не могут быть идентичными и химические процессы в их организмах». Гэррода по праву считают основателем биохимической генетики человека.

Как уже говорилось ранее, к концу XIX века были обнаружены хромосомы и изучены митоз и мейоз. На первых порах излюбленными объектами генетиков были растения и насекомые. Цитогенетика человека начала бурно развиваться с 1956 г., когда было установлено, что в клетках человека содержится 46 хромосом. Обнаружение трисомии по 21 хромосоме при синдроме Дауна и аномалии половых хромосом при нарушениях полового развития определило важность цитогенетики в медицине.

Открытие групп крови системы АВО К. Ландштейном в 1900 г. (Нобелевская премия 1930г.) и законов их наследования Дунгерном и Гиршфельдом в 1911 г. стало доказательством применимости законов Менделя к наследованию признаков у человека. В 1924 г. Бернштейн установил, что группы крови у человека контролируются серией множественных аллелей. Спустя 25-30 лет Винером, Левиным и Ландштейном был обнаружен резус-фактор (Rh) и показано, что гемолитическая желтуха новорожденных возникает вследствие иммунологической несовместимости матери и плода.

С периода своего зарождения генетика человека развивалась не только как теоретическая, но и как клиническая дисциплина. С одной стороны, изучение общих закономерностей наследования признаков в ряду поколений, развитие хромосомной теории наследственности стимулировало сбор родословных и их генетический анализ; с другой стороны, изучение патологических вариантов признаков (предмет врачебной профессии) служило основой для познания наследственности человека. На основе использования законов классической генетики формировалось понимание общих закономерностей наследственной патологии, причин клинического полиморфизма, признание роли внешней среды в развитии болезней с наследственной предрасположенностью.

    Основателем медицинской генетики в России по праву считается С.Н.Давиденков, одновременно и генетик, и невропатолог. Он первым поставил вопрос  о создании каталога генов (1925 г.) и организовал первую в мире медико-генетическую консультацию (1929г.). По генетике наследственных болезней нервной системы  опубликовал несколько книг: «Наследственные болезни нервной системы» (1932г.), «Проблемы полиморфизма наследственных болезней нервной системы» (1934г.), «Эволюционно-генетические проблемы в невропатологии» (1947 г.).

 Наиболее яркий этап  взаимодействия генетики  человека и медицины начинается с конца 50-х гг., после открытия в 1959 г. хромосомной природы наследственных болезней и введения в медицинскую практику цитогенетического метода исследований. На основе взаимодействия трех ветвей генетики человека – цитогенетики, менделевской и биохимической генетики – формируются современная медицинская и клиническая генетика, основными задачами которых являются:

  1.  изучение наследственных механизмов поддержания гомеостаза организма, обеспечивающих здоровье индивида;
  2.  изучение значения наследственных факторов в этиологии болезней;
  3.  изучение роли наследственных факторов в определении клинической картины болезней;
  4.  диагностика, лечение и профилактика наследственных болезней и т.д.

Непосредственная связь и взаимовлияние генетики человека и медицины стали в последние 40 лет определяющими факторами активного изучения наследственности человека и реализации их достижений в практике.

Значение генетики для медицины огромно. В человеческих популяциях насчитывается свыше 4000 форм наследственных болезней. Около 5% детей рождаются с наследственными или врожденными болезнями. Вклад наследственных и врожденных болезней в младенческую и детскую смертность в развитых странах (по материалам ВОЗ) составляет 30%.  Прогресс в развитии медицины и общества (улучшение медицинского обслуживания, повышение уровня жизни) приводит к относительному возрастанию доли генетически обусловленной патологии в заболеваемости, смертности и инвалидизации. В то же время, человек сталкивается с новыми факторами среды, ранее не встречавшимися на протяжении всей его эволюции, испытывает большие нагрузки социального и экологического характера (избыток информации, стрессы, загрязнения атмосферы, в том числе мутагенными и канцерогенными факторами химической и физической природы). Новая среда может привести к повышению уровня мутационного процесса и, как следствие этого, появлению новой наследственной патологии.

Доказан и существенный вклад генетических факторов в развитие онкозаболеваний, а также таких широко распространенных мультифакториальных болезней,  как сердечно-сосудистые, язвенные болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, сахарный диабет, психические заболевания и т.д. Для лечения и профилактики наследственных и, в частности, мультифакториальных болезней, встречающихся в практике врачей всех специальностей, необходимо знать механизмы взаимодействия средовых и наследственных факторов в их возникновении и развитии, интегрально понимать все стадии индивидуального развития под углом реализации наследственной информации.

Таким образом, генетическое образование врача – одно из необходимых условий  для диагностики, лечения и профилактики наследственных болезней

Генетика предоставляет клинической медицине:

  1.  Методы ранней диагностики наследственных болезней;
  2.   Методы пренатальной (дородовой) диагностики наследственных болезней; интенсивно развиваются и методы преимплантационной (до имплантации зародыша) диагностики наследственных болезней;
  3.  Просеивающие программы диагностики наследственных болезней обмена веществ у новорожденных, что позволяет вовремя вмешаться в течение болезни и предотвратить аномальное развитие или гибель новорожденных;
  4.  Молекулярно-генетические и цитогенетические методы дифференциальной диагностики онкозаболеваний ;
  5.  Методы диагностики наследственной предрасположенности к развитию болезней;
  6.  Комплексную систему профилактики наследственных болезней, внедрение которой обеспечило снижение  частоты рождения детей с наследственной патологией на 60%. Ведущую роль  в профилактике наследственных болезней играет медико-генетическое консультирование – специализированный вид медицинской помощи, заключающийся в определении прогноза рождения ребенка с патологией на основе уточненного диагноза, в объяснении вероятности этого события консультирующимся и помощи семье в принятии решения о деторождении.

   Успехи молекулярной генетики в области первичных продуктов мутантных генов и в понимании патогенеза наследственных болезней позволили улучшить методы лечения многих заболеваний (фенилкетонурия, галактоземия, гипотиреоз, гемофилия и т.д.).

Важнейшей частью генетики человека сегодня являются  экогенетика и фармакогенетика, изучающие значение генетических факторов в индивидуальных  реакциях организма на факторы окружающей среды  (химические, биологические и физические) и на лекарственные препараты, соответственно. В последнее время многочисленные исследования роли генетических факторов, влияющих на токсичность фармацевтических препаратов, в сочетании со стремительным ростом объема информации о структуре и функциях генома человека привели к возникновению качественно нового направления – фармакогеномики. Задача фармакогеномики – проанализировать на уровне целого генома биохимические и генетические механизмы, лежащие в основе индивидуальных различий реакции на лекарственные препараты, и разработать на этой основе индивидуальную терапию, т.е. терапию, адаптированную к индивидуальному пациенту.

Итогом развития генной инженерии  конца ХХ века явилось создание целого ряда генетических технологий, позволяющих решать задачи  генетико-гигиенического нормирования факторов окружающей среды (предупреждение их мутагенных, тератогенных и канцерогенных эффектов), производства лекарственных препаратов, создания новых вакцин и сывороток для лечения целого ряда заболеваний.

Методами генной инженерии получены клоны клеток кишечной палочки, способные продуцировать соматотропин, инсулин, интерферон, интерлейкины, брадикинин и другие лекарственные препараты в промышленных масштабах.

Разработаны методы внесения генов патогенных вирусов в бактериальные клетки и приготовления из синтезируемых ими белков противовирусных сывороток. Таким образом, например, получена сыворотка против одной из форм гепатита.

К числу важных практических достижений генной инженерии следует также отнести создание диагностических препаратов. На сегодняшний день в медицинскую практику введено более 200 новых диагностикумов. Они используются для ранней генодиагностики злокачественных новообразований  разной локализации, инфекционных заболеваний (урогенитальных и внутриутробных инфекций, вирусных заболеваний кожи, гепатитов).

Одним из главных итогов изучения генома человека является появление и быстрое развитие качественно нового этапа медицины – молекулярной медицины. Идентификация тысяч генов человека, выяснение генной природы и молекулярных механизмов многих наследственных и мультифакториальных заболеваний, роли генетических факторов в этиологии и патогенезе различных патологических состояний составляют научную основу молекулярной медицины. Они же определяют и ее две характерные особенности:

  1.  Индивидуальный подход к больному (профилактика, лечение и диагностика любого заболевания основываются на генетических особенностях каждого индивидуума);
  2.  Предиктивный (предупредительный) характер - профилактику и лечение можно начинать заранее, до появления реальной картины патологического процесса.

Практические достижения молекулярной медицины основаны, прежде всего, на широком внедрении молекулярных методов для решения медицинских задач:

  1.  Разработаны универсальные методы диагностики наследственных болезней на любой стадии онтогенеза;
  2.  Разработаны молекулярные подходы для точной идентификации личности (геномная дактилоскопия), для генотипирования органов и тканей, предназначенных для трансплантации;
  3.  Заложены экспериментальные и клинические основы генотерапии наследственных и онкозаболеваний.

Генная терапия является принципиально новым направлением в лечении болезней. С теоретической точки зрения ее преимущества перед другими методами лечения очевидны. С их помощью можно осуществлять коррекцию генетических дефектов соматических клеток организма. Клетками человека, которые можно использовать для переноса генов, являются клетки костного мозга и фибробласты. Их можно извлечь из организма, вырастить в культуре, с помощью вектора перенести в них нужный ген и снова ввести пациенту.

Первая успешная попытка применить генотерапию в клинической практике была предпринята в США в 1990 г.  Ребенку, страдающему тяжелым комбинированным иммунодефицитом, связанным с дефектом гена, кодирующего аденозиндезаминазу, была введена неповрежденная копия гена. Извлеченные у больной клетки (Т-лимфоциты) крови культивировали в пробирке, при помощи ретровирусного вектора вводили в них неповрежденный ген аденозиндезаминазы и возвращали клетки больной. После нескольких курсов генной терапии состояние девочки настолько улучшилось, что она могла вести нормальный образ жизни и не бояться случайных инфекций.

В настоящее время ведется кропотливая работа по созданию векторов, выбору болезней и клеток-мишеней, способам введения генов. Исследования продолжаются широким фронтом, особенно в области лечения злокачественных заболеваний (более 60% всех проводимых клинических испытаний). Большинство клинических протоколов относится к 1-й и 2-й фазам исследования – созданию векторов, проверке безопасности генных конструкций и эффективности переноса генов. В настоящее время уже одобрено более 400 протоколов клинических испытаний различных генных конструкций с целью лечения многих наследственных, мультифакториальных и даже инфекционных заболеваний (СПИД). К сожалению, смерть одного из пациентов с наследственным дефицитом фермента пароксаназы после введения аденовирусной конструкции в 1999 году, несколько затормозила прогресс генной терапии. Этот случай продемонстрировал потенциальную опасность этого направления, в особенности при использовании вирусных векторов. В целом результаты первых 10 лет клинических испытаний генной терапии позволяют сделать заключение о том, что этот способ лечения оказался очень дорогостоящим  и технически более сложным, чем ожидалось. Главной причиной, с точки зрения науки, тормозяшей внедрение генотерапии в клинику, является недостаточная для проявления терапевтического действия эффективность переноса генных конструкций в клетки пациента in vivo. Сегодня эволюция способов доставки ДНК развивается по пути дальнейших структурных модификаций вирусных и синтетических невирусных носителей (липосом и полимеров). Тем не менее, нет сомнений в том, что со временем генная терапия будет успешно применяться для лечения наследственных и злокачественных болезней и займет одно из ведущих мест в борьбе с наиболее страшными человеческими недугами.

Расшифровка первичной структуры генома человека уже позволила получить информацию, принципиально важную для всех разделов медицины. И, в свою очередь, дала начало новым направлениям медицинской науки, одним из которых является предиктивная (предсказательная) медицина.

Концептуальную основу предиктивной медицины составляют представления о генетическом полиморфизме. В молекулярном отношении генетический полиморфизм означает наличие на молекулярном уровне (в первичной структуре ДНК) небольших отклонений в нуклеотидных последовательностях, которые позволяют выживать особи, т.е. совместимы с нормальной функцией ее генома в онтогенезе, но приводят к определенным вариациям в структуре белков, и таким образом формируют биохимическую индивидуальность каждой личности. В отличие от мутаций, приводящих к патологическим изменениям и снижающим жизнеспособность, генетические полиморфизмы проявляются в фенотипе менее отчетливо, в большинстве случаев приводя к появлению белковых продуктов с несколько измененными свойствами и параметрами функциональной активности. В определенных условиях некоторые генетические полиморфизмы могут предрасполагать, либо препятствовать появлению различных заболеваний. Гены, аллельные варианты которых при наличии определенных условий предрасполагают к определенным заболеваниям, получили название «генов предрасположенности». Именно аллельные варианты этих генов и лежат в основе таких частых заболеваний, как атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, диабет, бронхиальная астма, опухоли. Их сочетание для каждой конкретной патологии получило название «генных сетей». В каждой из таких сетей выделяют главные (центральные)  гены, ответственные за начало болезни, и дополнительные (гены-модификаторы), эффект которых во многом определяется средовыми факторами.

Составление генной сети для каждого мультифакториального  заболевания, идентификация в нем центральных генов и генов-модификаторов, анализ ассоциации их полиморфизма с конкретным заболеванием, разработка на этой основе комплекса профилактических мероприятий для конкретного пациента и составляет основу предиктивной медицины.

В настоящее время, как показывает анализ мировой литературы, уже доступны для клинического применения  150-200 генетических тестов для многих мультифакториальных болезней. Идентификация всех генов человека, открытие новых генных сетей неизмеримо увеличат возможности генетического тестирования наследственной предрасположенности и значение медико-генетического консультирования в своевременной коррекции потенциально возможной патологии.     


Заключение

Современная генетика устремлена вперед. Проблемы, которые предстоит ей решать уже в недалеком будущем, намного сложнее тех, которые она решала до сих пор. Если ХХ век был веком физики, подарившим человечеству массу ценнейших изобретений и открытий, то ХХ1 будет веком биологии, а точнее, веком генетики, поскольку уже в ближайшее время есть все основания ожидать самых удивительных открытий в науке о наследственности и изменчивости живых организмов, начиная от самых примитивных (вирусы и бактерии) и кончая наиболее сложными (млекопитающие). Последние годы ХХ века ознаменовались огромными успехами в расшифровке геномов разных организмов: в 1996 году был полностью расшифрован геном дрожжей, в 1998 – геном аскариды, в 2000 – геном дрозофилы и более 600 геномов разных бактерий. На рубеже ХХ - ХХ1 веков мы стали свидетелями эпохального события – расшифровки тонкой структуры генома человека. Впервые человеческий разум проник в святая святых Живой Природы – в структуру наследственного аппарата, в котором закодирована не только вся программа индивидуального развития человека, но и вся история человека как биологического вида (его филогенез), а также история самого человечества как совокупности рас и этнических групп (его этногенез). Проект «Геном человека» явился наиболее ярким достижением науки ХХ века, имеющим огромное фундаментальное и практическое значение. В рамках этого проекта и как его продолжение возникли новые  направления фундаментальной науки, в том числе сравнительная геномика и функциональная геномика, достижения которых позволяют решать важнейшие теоретические и практические задачи.

В рамках первого направления уже получены принципиально новые данные о происхождении человека, его эволюции, возникновении рас и их этногенезе. Генетический анализ разных существующих популяций и этносов, сравнение полученных данных с результатами анализа ДНК останков первобытных людей, позволили по-новому взглянуть на эволюцию человека. В частности, практически доказано, что неандертальцы представляют собой тупиковую ветвь эволюции и не являются прародителями современного человека. Первые следы Человека Разумного обнаружены в Африке  и имеют возраст около 500 000 лет. Любопытно, что анализ митохондриальной ДНК, позволяющий проследить филогенез материнской линии, позволил доказать реальное существование прародительницы Евы, жившей в Африке около 200 000 лет назад.

Особый интерес вызывает сравнение геномов разных классов и таксономических групп с целью создания новой системы классификации живых организмов на основе знания ДНК. Ранние находки молекулярной генетики (наличие ДНК практически у всех живых организмов, универсальность генетического кода, общие свойства записи и передачи наследственной информации) заложили серьезную основу для признания глубокого внутреннего единства жизни на всех ее эволюционных уровнях. Человек, хотя и не без основания претендующий на вершину эволюционной иерархии благодаря удивительным свойствам своего мозга, в действительности, на уровне ДНК, РНК и белков мало отличается от других организмов, особенно от млекопитающих. Примерно 2300 белков дрожжей аналогичны или близки по структуре белкам человека, у аскариды известно 6000 общих с человеком белков, а у дрозофилы – 7000. Более 20% мышиного генома близко по структуре геному человека, несмотря на то, что человека и мышь разделяют примерно 75 млн. лет. Другие примеры эволюционной «консервации» генов еще более впечатляют. Так, первичная нуклеотидная последовательность гена SRY – главного детерминирующего пол гена на Y-хромосоме всех млекопитающих и человека, очень напоминает ген фактора, определяющего пол у бактерий! Высококонсервативные ДНК-связывающие домены генов – регуляторов (так называемых факторов транскрипции), направляющих ранние стадии эмбриогенеза человека, у всех млекопитающих практически идентичны и во многом напоминают таковые у представителей других классов (насекомых, рыб, амфибий и т.д.). Таким образом, исследования геномов показывают, что жизнь действительно очень рациональна и экономична: все новые гены возникают из старых и что эволюция – это не столько процесс эволюции генов, сколько эволюция регуляторных систем  работы генома.      

Основной задачей функциональной геномики является выяснение функций и расшифровка генных продуктов, прежде всего, белков (протеомика). Существующие и активно разрабатываемые методы протеомики позволяют изучать экспрессионные профили многих тысяч генов и использовать полученную информацию в молекулярной медицине. Диагностика болезней по функциональному дефекту профилей многих белков или по конкретному продукту конкретного гена и составит основу молекулярной медицины. Помимо исследования функционального состояния генов и отдельных генных сетей для целей предиктивной медицины, в том числе для предупреждения и терапии опухолей, применение методов функциональной геномики крайне важно. Это важно для решения фундаментальных задач биологии развития, прежде всего для изучения механизмов реализации наследственной информации в процессе индивидуального развития (каким образом, под контролем каких генов и генных сетей разворачивается генетическая информация в процессе онтогенеза?). Наконец, именно с помощью функциональной геномики можно добиться направленного получения трансгенных животных, несущих в своем геноме гены человека и  являющихся высокоэффективными продуцентами особенно важных для человека биоактивных препаратов, незаменимых при лечении многих тяжелых болезней. Зная генные сети и факторы транскрипции морфогенетических процессов, станет реальным управлять процессами дифференцировки эмбриональных стволовых клеток in vitro и таким способом получать в нужных количествах клетки – предшественники, необходимые для восстановления утраченных тканей и органов.

Синтез современных представлений о геноме человека и функциях его генов получил дальнейшее развитие в биоинформатике, позволяющей осуществлять компьютерный анализ генома, формировать и анализировать функции генных сетей, ответственных как за нормальные процессы морфогенеза, так и вовлеченных в различные патологические процессы. Принципиально новые подходы к решению практических задач, разработанные на основе программы «Геном человека», уже привели к созданию молекулярной медицины и ее основных разделов: молекулярной диагностики, предиктивной медицины и генной терапии.       

Абсолютно идеального генома, наверное, нет ни у одного человека на планете. У всех нас имеются поврежденные или мутированные гены, которые в определенной комбинации способны спровоцировать заболевание. Именно по этой причине у здоровых родителей может родиться больной ребенок. Оценить степень риска помогают достижения молекулярной генетики. Ученые пророчат науке о наследственности большое будущее. Руководители международной программы «Геном человека» прогнозируют, каких высот достигнет генетика к 2010-2040 годам. По их мнению, в 2010 году будет возможно генное лечение 25 наследственных заболеваний. Появятся генные лекарства от диабета, гипертонии и других недугов. Со временем станет реальностью генная терапия онкологических заболеваний. Ученые выявят гены устойчивости и чувствительности ко многим лекарствам. К 2030 году, согласно все тем же прогнозам, расшифровка всего генома станет обычным делом, и процедура эта будет стоить меньше тысячи долларов (для сравнения: сегодня на прочтение генома нужно потратить ни много, ни мало -500 миллионов долларов). Примерно тогда же генетики выявят гены старения – будут проводиться клинические испытания по увеличению продолжительности жизни. К 2040 году все общепринятые меры здравоохранения – даже привычный общий анализ крови – будут основаны исключительно на геномике. А главное – станет доступной эффективная профилактическая медицина, учитывающая индивидуальный генетический портрет. С трудом верится, что через какие-то 30-40 лет в медицине произойдет переворот. Однако генетика идет вперед семимильными шагами, так что, возможно, «научно-фантастические» прогнозы в недалеком будущем станут для человечества обыденной реальностью.


Тестовые задания

Выберите правильный ответ (ответы):

Основоположником генетики является:

    1. Г.Мендель

    2. Г.Де Фриз

    3. Т.Морган

    4.Ч.Дарвин

Генетика оформилась в самостоятельную науку в:

     1. 1865 г.

     2. 1900 г.

     3. 1903 г.

     4. 1920 г.

Г.Мендель разработал методы генетики:

   1. Гибридологический

   2. Цитогенетический

   3. Близнецовый

   4. Популяционно-статистический

   5. Генеалогический

Явление сцепленного наследования признаков впервые было обнаружено:

  1.  Т.Морганом
  2.   У.Бэтсоном и Р.Пеннетом
  3.  Г.Надсоном
  4.  Г.Менделем
  5.  Т.Бовери

Хромосомная теория наследственности разработана:

  1.  Г.Менделем
  2.  Т.Морганом
  3.  Н.Вавиловым
  4.  Ф.Криком

Впервые матричный принцип воспроизведения генов был предложен:

  1.  Г.Де Фризом
  2.  Уотсоном и Криком
  3.  Н.Кольцовым
  4.  Т.Морганом

Центральная догма молекулярной биологии сформулирована:

  1.  Т.Морганом
  2.  Ф.Криком
  3.  О.Эвери
  4.  Дж.Ледербергом

Молекулярный этап развития генетики начинается в:

  1.  1920 г.
  2.  1941 г.
  3.  1944 г.
  4.  1953 г.

Расшифровка  структуры молекулы ДНК была предложена на основе работ:

    1. А.Херши и М.Чейза

    2. Дж.Уотсона и Ф.Крика

    3. Дж.Бидла и Э.Татума

    4. Т.Моргана и А.Стертеванта

Оперонный принцип регуляции генной активности у бактерий предложен:

  1.  Г.Кораной
  2.  2. О.Эвери и К.МакЛеодом
  3.  Ф.Жакобом и Ж.Моно
  4.  М.Ниренбергом

Основоположником генной инженерии является:

  1.  Г.Корана
  2.  П.Берг
  3.  К.Итакура и Г.Бойер
  4.  С.Коэн

Основателем популяционной генетики в России является

  1.  М.Лобашев
  2.  С.Четвериков
  3.  Н.Кольцов
  4.   Н.Тимофеев-Ресовский

Основателем медицинской генетики в России являются:

  1.  В.Эфроимсон
  2.  Н.Кольцов
  3.  С.Давиденков
  4.  С.Левит


Установите соответствия

1.АВТОРЫ:

1.Н.Вавилов

2.Г.Мендель

3.Т.Морган

ЗАКОНЫ ГЕНЕТИКИ:

А) закономерности сцепленного наследования признаков

Б) закон независимого наследования признаков

В) закон гомологических рядов в наследственной изменчивости

Г) закон единообразия гибридов первого поколения

2.УЧЕНЫЕ:

    1. Корана

    2. Серебровский

    3. Надсон и Филиппов

    4. Дж.Бидл и Э.Татум

НАУЧНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ:

А) разработали концепцию «один ген – один фермент»

Б) впервые доказали сложную структуру гена и его делимость

В) впервые синтезировали ген искусственным путем

Г) открыли индуцированный мутагенез

Установите правильную последовательность

Этапов генной инженерии:

1. введение вектора в клетку реципиент

2. выделение или синтез гена, кодирующего нужный белок

3. объединение гена с векторной молекулой ДНК

4. отбор клеток с функционально активным чужеродным геном

Дополните

  1.  Предметом генетики является изучение закономерностей ………….. и  ……………….
  2.  Основателем медицинской генетики в России является ………………..
  3.  Современная генетика предоставляет медицине методы …………., …………. и …………….. наследственных болезней.
  4.  В генной инженерии в качестве векторов используются  ……………. и …………….
  5.  Своевременная коррекция потенциально возможной патологии является  главной задачей  …………… медицины.
  6.  Для предотвращения рождения ребенка с наследственной патологией используются методы …………………. и ………………. диагностики.
  7.  Мутантные гены, совместимые с рождением и жизнью, но при  неблагоприятных условиях способствующие развитию заболевания, называются генами ……………..
  8.  Для создания современных противовирусных сывороток и вакцин используются методы ………  ………….

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ НА ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

Выберите правильный ответ (ответы):

Основоположником генетики является:

    Г.Мендель

 

Генетика оформилась в самостоятельную науку в:

     1900 г.

Г.Мендель разработал методы генетики:

   Гибридологический

Явление сцепленного наследования признаков впервые было обнаружено:

Т.Морганом

Хромосомная теория наследственности разработана:

Т.Морганом

Впервые матричный принцип воспроизведения генов был предложен:

Н.Кольцовым

Центральная догма молекулярной биологии сформулирована:

Ф.Криком

Молекулярный этап развития генетики начинается в:

1944 г.

Расшифровка  структуры молекулы ДНК была предложена на основе работ:

    Дж.Уотсона и Ф.Крика

    

Оперонный принцип регуляции генной активности у бактерий предложен:

    Ф.Жакобом и Ж.Моно

Основоположником генной инженерии является:

    Г.Корана

Основателем популяционной генетики в России является

    С.Четвериков

Основателем медицинской генетики в России являются:

    С.Давиденков

Установите соответствия

1.АВТОРЫ. ЗАКОНЫ ГЕНЕТИКИ

1. В

2. Г, Б

3. А

2.УЧЕНЫЕ. НАУЧНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ    

    1. В

    2. Б

    3. Г

    4. А

Установите правильную последовательность

Этапов генной инженерии:

2, 3, 1 ,4


Дополните

  1.  Предметом генетики является изучение закономерностей наследственности и  изменчивости
  2.  Основателем медицинской генетики в России является Давиденков
  3.  Современная генетика предоставляет медицине методы диагностики, лечения и профилактики наследственных болезней.
  4.  В генной инженерии в качестве векторов используются  плазмиды и вирусы
  5.  Своевременная коррекция потенциально возможной патологии является  главной задачей  предиктивной медицины.
  6.  Для предотвращения рождения ребенка с наследственной патологией используются методы пренатальной и преимплантационной диагностики.
  7.  Мутантные гены, совместимые с рождением и жизнью, но при  неблагоприятных условиях способствующие развитию заболевания, называются генами предрасположенности
  8.  Для создания современных противовирусных сывороток и вакцин используются методы генной инженерии


РЕКОМЕНДУЕМАЯ Литература

  1.  Астауров Б.Л. О генетике и ее истории. Вопросы истории естествознания и техники.1987.№ 3. С. 79-88.
  2.  Баранов В.С., Баранова Е.В., Иващенко Т.Э., Асеев М.В. Геном человека и гены «предрасположенности». СПб.: Интермедика. 2000. 271 С.
  3.  Бочков Н.П. Клиническая генетика. М.: Гэотар-Мед, 2002. 447 С.
  4.  Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. Н.: Сибирское университетское изд-во, 2003. 478 С.
  5.  Фогель Ф., Мотульски А. Генетика человека в 3-х томах. Пер. с англ.-М.: Мир, 1989.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

60288. ДО СВИДАНИЯ, ОСЕНЬ! 65 KB
  Отгадать загадку просит: Кто художник этот 1 Кто сегодня в парке нашем Листья красками раскрасил И кружит их с веток сносит Это наступила осень 2 От дождя деревья мокнут Лужи всё никак не сохнут.
60289. Сценарій математичного свята “Веселі змагання” 172.5 KB
  Діти ви захочете допомогти принцесі і визволити її з полону Для цього треба розв’язати математичні завдання. А на дверях 10 замків щоб зняти замки треба їх розкодувати а для цього – розв’язати певні завдання.
60290. Класифікація та причини виникнення надзвичайних ситуацій мирного часу 99 KB
  Надзвичайні ситуації природного характеру розрізняють на: ситуації 1 Геологічного походження землетруси обвали природного 2 Мете реологічного смерчі бурі урагани зливи ожеледь морози характеру...
60291. ПОЭЗИЯ И РУССКИЙ РОМАНС (А. ФЕТ и Ф. ТЮТЧЕВ) 6.03 MB
  Стоит учесть, что лирика не терпит аналитического препарирования. Многие старшеклассники иронично относятся к открытому проявлению эмоций, стесняются проявить их. А уж русский романс они вообще не знают.
60293. Мы и закон (Первое и последнее знакомство с УК) 93.5 KB
  Сформировать у учащихся представление о видах преступлений за которые несовершеннолетние несут ответственность. Воспитывать понимание совершение поступков ответственность за свои действия.
60294. Наш закон – наша сила 60.5 KB
  Звучить Гімн України Любі діти маленькі українці сьогодні відбудеться святкова інтелектуальна гра на якій присутні шановні гості та батьки. Діти а що б було якби люди стали поводитись без правил Діти. Діти які ви знаєте правила Діти. Діти ви кажете правила закон право.
60295. РАЗВИТИЕ РЕЧИ. ЗАКОНЫ ОБЩЕНИЯ. МАСТЕРСТВО КОММУНИКАЦИИ 70 KB
  Главная роскошь на земле - роскошь человеческого общения мудро заметил А. Наши учащиеся к сожалению теряют навыки общения навыки владения языком как средством коммуникации. Сегодня учитель на мой взгляд должен не только давать минимум знаний...