Роль наследственности в патологии
Генетика (от греч. genesis — происхождение) — наука о наследственности и ее изменчивости. В широком понимании это наука о наследственности и изменчивости живых организмов, поэтому выделяют генетику растений, генетику микроорганизмов, медицинскую генетику, генетику животных. В задачу последней входит изучение структуры генетического аппарата животных разных видов, закономерностей наследования признаков, генетических основ молочной, мясной, шерстной продуктивности.
Ветеринарная генетика (патогенетика сельскохозяйственных животных) изучает наследственные, генетически детерминированные болезни животных, заболевания, в основе которых лежит, наследственная предрасположенность к действию патогенных факторов; возможную роль наследственности в этиологии и патогенезе болезней различного происхождения.
Под наследственностью понимают свойство живых организмов в определенных условиях передавать свои видоспецифические признаки потомкам. Потомки же развивают признаки и особенности своих родителей или более отдаленных предков. Эти процессы характеризуются двумя особенностями — относительным постоянством генетической конструкции и возможностью ее изменения.
Генетический аппарат. Материальным субстратом наследственности, сформированным в процессе эволюции, является генетический аппарат. Его основу представляют хромосомы, в которых закодирована информация о виде животного, его породе, популяции, индивидуальных особенностях. Геном (набор хромосом) состоит из двух половых хромосом — мужских (X и Y) и женских (XX) и специфического для каждого вида животных числа аутосом. Так, диплоидное число хромосом лошади 64 (32 пары), крупного рогатого скота и коз 60, овец 54, свиней 38, собак и кур 78, кроликов 4, кошек 38. В половых клетках (гаметах) половинный набор хромосом.
Внутри хромосомы находится одна молекула дезоксирибонук-леиновой кислоты (ДНК), окруженная белковой оболочкой. Участки молекулы ДНК представлены генами, расположенными в определенной последовательности. Гены — материальные единицы наследственности, состоят из кодонов. Кодон представлен тремя нуклеотидами, каждый из которых содержит одну молекулу пентозы, остаток фосфорной кислоты и одно из четырех пиримидиновых или пуриновых оснований (цитозин, тимин, аденин, гуанин).
С ДНК генетическая информация переносится (транскрипция) на матричную рибонуклеиновую кислоту (мРНК). Эта матрица обеспечивает синтез белка (трансляция). В процессе трансляции принимает участие транспортная рибонуклеиновая кислота (тРНК), обеспечивающая доставку соответствующей аминокислоты к месту синтеза белка.
Функции генов разнообразны. Одни (цистроны) хранят информацию о структуре белковой молекулы, другие (ген-операторы) управляют их деятельностью. Вместе оба гена представляют собой оперон. Есть и ген-регулятор, влияющий на активность оперона. Синтез мРНК определяется геном-оператором, который включается и выключается в зависимости от потребности клетки в белке.
По активности гены подразделяются на доминантные и рецессивные. Доминантные активны в паре с любым другим геном, рецессивные — только в гомозиготной паре.
Функции генов в клетке помимо генетических регуляторов определяются химическими соединениями, синтезируемыми другими клетками, и факторами внешней среды. Внешние влияния на геном могут выходить за пределы адаптационных возможностей наследственного аппарата. Могут быть нарушены структура ДНК, целостность хромосом.
Мутации. Стойкие, не поддающиеся регенерации изменения в геноме клеток носят название мутаций. Они могут быть вредными для жизнедеятельности животного, полезными или нейтральными. Мутации в зависимости от изменений в наследственном аппарате разделяют на гаметные и соматические, генные и хромосомные.
Гаметные мутации могут передаваться от родителей потомству, соматические ограничиваются клетками и тканями одной особи. Как правило, лишь небольшое число мутаций нейтральных или создающих преимущества при отборе (положительные) сохраняются и являются основой новых признаков. Мутации, связанные с нарушениями обмена веществ, всегда вредны.
Для патогенетики сельскохозяйственных животных особый интерес представляют мутации хромосомного и генного происхождения, негативно сказывающиеся на деятельности животного организма.
Генные мутации затрагивают определенный локус молекулы ДНК и сводятся к биохимическим преобразованиям гена — изменению последовательности нуклеотидов в цепочке ДНК, изменению последовательности пуриновых оснований в нуклеотидах, замещению одного или нескольких пуриновых и пиримидиновых оснований в нуклеотидах, изменению их числа. Единичные, точковые мутации могут вызывать заболевания, серьезные расстройства жизнедеятельности животных. Генные мутации являются причиной структурных и функциональных нарушений клеток, органов, систем.
В результате генной мутации может блокироваться обмен веществ из-за утраты фермента и прерывания определенного этапа в цепи биохимических реакций. Так, нарушение синтеза фермента тирозиназы прерывает образование меланина, в результате чего развивается альбинизм.
Энзимопатии связывают с мутациями гена-регулятора. Выявление генетически обусловленных аномалий обмена у домашних животных — почти не изученная область ветеринарной патогенетики.
Пристальное внимание ветеринарных специалистов разных профилей привлекали и привлекают генные мутации, фенотипически проявляющиеся различными формами уродств и аномалий развития. Они выявляются у животных всех видов. Только в списке летальных дефектов крупного рогатого скота значится 46 аномалий. Почти все они обусловлены мутантными генами. Летальные мутации могут проявляться еще в эмбриональном периоде*. По этой причине эмбрион может погибнуть и рассосаться, плод может быть абортирован, родиться мертвым или погибнуть в раннем постнатальном онтогенезе.
Хромосомные мутации. Под хромосомными мутациями понимают изменения общего количества хромосом в кариотипе, их структуры или сочетания структурных и количественных изменений. Количественные мутации кариотипа проявляются полиплоидией, гетероплоидией и анеуплоидией. Полиплоидия-кратное увеличение числа хромосом, гетероплоидия — большее или меньшее число хромосом в кариотипе, анеуплоидия — увеличение или уменьшение на одну или более хромосом. Такая патология сопряжена с аномалией расхождения хромосом, когда в одной из дочерних клеток лишняя хромосома, в другой же ее недостает.
Предрасполагающие факторы — старение гамет, неудовлетворительное хранение спермы, предназначенной для искусственного оплодотворения, задержка сроков оплодотворения самок, влияние лекарственных препаратов, внедрение вирусов.
Изменения структуры хромосом проявляются транслокацией — обменом сегментами, инверсией—поворотом хромосомы на 180°, делецией — выпадением участка хромосомы. Наиболее часто встречающимися у животных и лучше изученными являются транслокации. Они передаются по наследству, а при изменениях больших участков хромосом могут завершиться эмбриональной или плодной смертностью, мумификацией плода или абортированием.
Факторы, вызывающие генные и хромосомные аберрации у животных, подразделяются на физические, химические, биологические.
Физические аберрации включают в себя механические воздействия, ионизирующие излучения, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, термические факторы.
Механические воздействия играют сравнительно небольшую роль в этиологии врожденных дефектов. Травмы могут быть внешними и связанными с особенностями строения матки и плодных оболочек. Наибольшее же значение в ветеринарной патогенетике имеет ионизирующее излучение, поступающее из разных источников. Видимо, правомерно утверждение, что не существует пороговой дозы, ниже которой повреждающий эффект отсутствует. Прохождение лучей сопровождается возбуждением электронов, поступлением квантов с последующим распадом молекул. В организме же существуют репаративные механизмы, определяющие эволюционно выработанное равновесие между естественным излучением и защитными биологическими процессами. В настоящее время невозможно говорить о влиянии на организм и его наследственном свойстве только естественного радиоактивного фона в силу известных причин. Все живые объекты нашей планеты стали носителями искусственных радиоактивных изотопов, что значительно повышает возможность появления мутаций в соматических и половых клетках. Поражение генома соматических клеток может привести к бластоматозному росту. Поражение генома половых клеток создает угрозу нескольким поколениям потомков.
Недостаток света и избыток УФ-облучения, испытываемые иногда животными, могут быть слабыми мутагенами, чье влияние на генотип опосредовано нарушениями обменных процессов.
На генотип животных может влиять температура окружающей среды. Отмечено, что в тропических и субтропических районах плодовитость сельскохозяйственных животных ниже, чем в районах средних широт. Потомки морских свинок, помещенных в условия повышенной внешней температуры, имели такие генетические дефекты, как пупочная грыжа, недоразвитие почек, катаракта, гипоплазия резцов и др.
К химическим мутагенам, имеющим большое значение в ветеринарной практике, относят гербициды, применяемые в сельскохозяйственном производстве для борьбы с вредителями; добавки к кормам (консерванты и др.); природные компоненты растений и грибов (алкалоиды); нитриты и нитраты, особенно накапливаемые растениями при избыточном внесении в почву азотистых удобрений; некоторые лекарственные препараты.
В экспериментах на животных разных видов сравнительно хорошо изучены мутагенные и тератогенные (действующие на геном плода) свойства акридиновых соединений; цитостатических препаратов (колхицина, никотин-сульфата, афлатоксинов, этиламина, фенола, формальдегида, мочевины, циклофосфамида, теофилина и многих других); антибиотиков (тетрациклина, пенициллина, стрептомицина); избытка или дефицита витаминов.
К мутагенам биологического происхождения относят возбудителей некоторых вирусных и бактериальных инфекций, хотя в ветеринарной литературе очень мало сведений по взаимодействию между инфекционным началом и мутагенезом.
Аномалии развития описаны при ринотрахеите крупного рогатого скота, вирусной дизентерии свиней, ньюкаслской болезни птиц, вирусном аборте лошадей, крупного рогатого скота, овец, лептоспирозе свиней и др.
Наиболее часто встречают следующие генетически обусловленные аномалии развития у сельскохозяйственных животных.
А л ь б и н и з м — наследуемая патология животных разных видов, характеризующаяся полным или частичным отсутствием пигмента (меланина) глаз и покровных тканей — кожи, волосяного покрова.
П у п о ч н ы е г р ы ж и чаще встречаются у крупного рогатого скота, свиней, лошадей. Первое сообщение о генетической обусловленности пупочных грыж у лошадей было еще в XVIII столетии.
Наследственно обусловленные грыжи следует отличать от постэмбрионально приобретенных.
А т р е з и ю (о т с у т с т в и е ) а н а л ь н о г о о т в е р с т и я наблюдают у свиней (рис. 4), крупного рогатого скота, овец, лошадей. Наиболее часто эта генетически обусловленная патология встречается у свиней. У хрячков при этой болезни жизнь сохраняется в течение 2—3 нед постнатального периода за счет рвоты каловыми массами и сохраненного аппетита. С возрастом нарастает интоксикация и животные погибают. У самок при атрезии ануса прямая кишка может сообщаться с влагалищем, через которое и опорожняется кишечник.
![]() |
Рис. 4. Атрезия ануса у свинок (рисунок Моритца):
А — норма; Б— атрезия ануса (опорожнение невозможно); В— атрезия ануса с ректовагинальным свищом (опорожнение кишечника через влагалище); 1—прямая кишка; 2— влагалище; 3— место заращения прямой кишки; 4— ректовагинальный свищ
У к о р о ч е н и е н и ж н е й ч е л ю с т и — наследственно обусловленная патология, встречающаяся у крупного рогатого скота, лошадей, свиней, овец и коз, собак, птиц.
Укорочение нижней челюсти у телят может сочетаться с укорочением верхней и пучеглазием (мопсовидность).
С п а с т и ч е с к и й п а р е з — широко распространенное, генетически обусловленное заболевание крупного рогатого скота. Встречается у животных многочисленных пород стран Запада и Востока. Клинически спастический парез выявляется уже в раннем постнатальном периоде, но может протекать латентно и проявиться у взрослых быков-производителей.
Спастический паралич наносит большой экономический ущерб племенным предприятиям и мелочно-товарным фермам.
Установлена роль наследственности в этиологии массовых случаев рождения телят с летальным синдромом — б е с ш е р с т н о с т ь, у к о р о ч е н и е в е р х н е й ч е л ю с т и, в о л ч ь я п а с т ь.
Заболевания животных, обусловленные мутациями и передаваемые затем из поколения в поколение, получили название наследственных. Вместе с тем могут иметь место нарушения эмбриогенеза, не связанные поражением хромосомного аппарата. Причины, вызывающие повреждения плода — эмбриопатию, разнообразны. К ним следует отнести интоксикацию организма матери, инфекции и инвазии, механические травмы, неправильное расположение плода в матке, патологические роды и др. Следовательно, врожденные болезни, т. е. обнаруживаемые у животных сразу после рождения, могут быть наследственными и ненаследственного происхождения.