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.