Рекомбинация наследственного материала, ее медицинское значение. Рекон. Комбинативная изменчивость и ее механизмы.

Мейоз и оплодотворение обеспечивают получение организмами нового поколения эволюционно сложившегося, сбалансированного по дозам генов наследственного материала, на основе которого осуществляется развитие организма и отдельных его клеток. Благодаря этим двум механизмам в ряду поколений особей данного вида формируются определенные видовые характеристики и вид как реальная единица живой природы существует продолжительное время. Однако у разных представителей вида в силу постоянно идущего мутационного процесса один и тот же набор генов генома представлен разными их аллелями. Так как при половом размножении у многих видов в воспроизведении потомства принимают участие две особи, то совершенно очевидно, что в результате оплодотворения разные зиготы получают неодинаковый набор аллелей в их генотипах. Увеличению генотипического разнообразия представителей вида способствуют также механизмы, приводящие к перекомбинации родительских аллелей особи в ее гаметах. Действительно, если бы гаметы, образуемые организмом, были одинаковы по набору аллелей в их геноме, то у потомков одной пары организмов при раздельнополости или одного гермафродитного организма не наблюдалось бы генотипического разнообразия. В каждом новом поколении вида генотипически различными были бы лишь дети разных родителей.

Реально в природе наблюдается разнообразие потомков одних и тех же родителей. Например, родные братья и сестры различаются не только по полу, но и по другим признакам. Такие различия потомков объясняются тем, что в каждом акте оплодотворения встречаются генетически различающиеся гаметы. Механизмом,обеспечивающим разнообразие гамет, образуемых одним и тем же организмом, является мейоз, в ходе которого происходит не только уменьшение вдвое наследственного материала, попадающего в гаметы, но и эффективное перераспределение родительских аллелей между гаметами. Процессами, приводящими к перекомбинации генов и целых хромосом в половых клетках, являются Кроссинговер и расхождение бивалентов в анафазе I мейоза.

Кроссинговер. Этот процесс происходит в профазе I мейоза в то время, когда гомологичные хромосомы тесно сближены в результате конъюгации и образуют биваленты. В ходе кроссинговера осуществляется обмен соответствующими участками между взаимно переплетающимися хроматидами гомологичных хромосом . Этот процесс обеспечивает перекомбинацию отцовских и материнских аллелей генов в каждой группе сцепления. В разных предшественниках гамет Кроссинговер происходит в различных участках хромосом, в результате чего образуется большое разнообразие сочетаний родительских аллелей в хромосомах.

Понятно, что кроссинговер как механизм рекомбинации эффективен лишь в том случае, когда соответствующие гены отцовской и материнской хромосом представлены разными аллелями. Абсолютно идентичные группы сцепления при кроссинговере не дают новых сочетаний аллелей.

Кроссинговер происходит не только в предшественницах половых клеток при мейозе. Он наблюдается также в соматических клетках при митозе. Соматический кроссинговер описан у дрозофилы, у некоторых видов плесеней. Он осуществляется в ходе митоза между гомологичными хромосомами, однако его частота в 10 000 раз меньше частоты мейотического кроссинговера, от механизма которого он ничем не отличается. В результате митотического кроссинговера появляются клоны соматических клеток, различающихся по содержанию в них аллелей отдельных генов. Если в генотипе зиготы данный ген представлен двумя разными аллелями, то в результате соматического кроссинговера могут появиться клетки с одинаковыми либо отцовскими, либо материнскими аллелями данного гена.

Расхождение бивалентов в анафазе I мейоза. В метафазе I мейоза в экваториальной плоскости ахромативнового веретена выстраиваются биваленты, состоящие из одной отцовской и одной материнской хромосомы. Расхождение гомологов, которые несут разный набор аллелей генов в анафазе I мейоза, приводит к образованию гамет, отличающихся по аллельному составу отдельных групп сцепления.

В связи с тем что ориентация бивалентов по отношению к полюсам веретена в метафазе I оказывается случайной, в анафазе I мейоза в каждом отдельном случае к разным полюсам направляется гаплоидный набор хромосом, содержащий оригинальную комбинацию родительских групп сцепления. Разнообразие гамет, обусловленное независимым поведением бивалентов, тем больше, чем больше групп сцепления в геноме данного вида. Оно может быть выражено формулой 2ⁿ, где п — число хромосом в гаплоидном наборе. Так, у дрозофилы п = 4 и количество типов гамет, обеспечиваемое перекомбинацией родительских хромосом в них, равно 2⁴ = 16. У человека п = 23, и разнообразие гамет, обусловленное этим механизмом, соответствует 2²³, или 8388608.

Кроссинговер и процесс расхождения бивалентов в анафазе I мейоза обеспечивают эффективную рекомбинацию аллелей и групп сцепления генов в гаметах, образуемых одним организмом.

Оплодотворение. Случайная встреча разных гамет при оплодотворении приводит к тому, что среди особей вида практически невозможно появление двух генотипически одинаковых организмов. Достигаемое с помощью описанных процессов генотипическое разнообразие особей предполагает наследственные различия между ними на базе общего видового генома.

Таким образом, геном как высший уровень организации наследственного материала благодаря мейозу и оплодотворению сохраняет свои видовые характеристики. Но одновременно эти же процессы обеспечивают индивидуальные наследственные различия особей, в основе которых лежит рекомбинация генов и хромосом, т.е. комбинативную изменчивость. Комбинативная изменчивость, проявляющаяся в генотипическом разнообразии особей, повышает выживаемость вида в изменяющихся условиях его существования.

P.S. Материал из методички:

Комбинативная изменчивость зависит от перекомбинации аллелей в шенотипах потомков по сравнению с генотипами родителей. Она связана с получением сочетаний генов в генотипе.

Комбинативная изменчивость возникла с появлением полового процесса. Вероятность появления двух одинаковых в генетическом отношении потомков равна нулю(исключение-однояцевые близнец).

Практическая любая особь оказывается генетически уникальной. Это важно для действия естественного отбора.

Причины комбинативной изменчивости:

1. Независимое расхождение хромосом при мейозе;

2. Случайная встреча гамет при оплодотворении;

3. Рекомбинация генов блягодаря кроссинговеру.

Все источники комбинативной изменчивости действуют независимо и одновременно , создавая огромное разнообразие генотпов. Однако в эволюции выработались механизмы, не только определяющие увеличение изменчивости , но и ведущие к понижению и даже к разрушению комбинаций генов. Именно поэтому часто в потомстве выдающихся по своим качествам живых организмов появляются особи, уступающие родителям. А на уровне особи генетическая стабильность поддерживается механизмом митоза и распределением генов в геноме по группам сцепления в определенных хромосомах, а на уровне ДНК – механизм репарации.

КИ изменчивость является мощным фактором , повышающим гетерогенность популяций. Подсчитано, что около 98% всех наследственных изменений в популяции обязано своим распространением процессу генетической комбинаторики первично сравнительно редких мутаций. Возможность комбинативной изменчивости зависит от наличия разнообразного исходного материала , поставляемого мутационным процессом.

Примером проявления комбинативной изменчивости может быть рождение у родителей , гетерозиготных по II и III группам крови I^A ,I^B детей с любой из четырех групп крови по системе АВО. Другим примером комбинативной изменчивости являются межрасовые браки, результатом которых является переход многих генов в гетерозиготное состояние и повышение жизнеспособности потомства. Высокий уровень КИ обусловлен большим Количеством генов , которые объединены в 23 группы сцепления. Изменчивость. Яляется источником бесконечного разнообразия сочетаемых признаков.

В эволюции КИ имеет огромное значение и ведет к появлению бесконечно большого разнообразия генотипов и фенотипов , служит неиссякаемым источником наследственного разнообразия видов и основой для естественного отбора. В природе играет роль в видообразовании. В селекции комбинативная изменчивость используется для выведения новых сортов растений , животных и штаммов микроорганизмов.

КИ дает возможность организмам приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды, тем самым способствуя выживанию вида в изменяющихся условиях его существования.

Экология клещей. Особенности строения, жизненного цикла паразитических клещей. Возбудители клещевой чесотки и демодекоза. Рекомендации к профилактике заражения.

В настоящее время известно более 10 тысяч ви­дов клещей. Среди них выделяются три эволюционно независимые друг от друга группы: клещи - возбуди­тели заболеваний (чесоточный зудень, угревая железница); клещи - переносчики заболеваний человека (таежный клещ пастбищный клещ поселковый клещ); клещи - обитатели жилища человека (мучной клещ волосатый клещ амбарный клещ домашний клещ).

Клещи имеют несегментированное тело, кото­рое подразделяется на гнатосому (органы ротового аппарата) и собственно туловище - идиосому. Тело обы­чно маленькое, сплющенное в дорсовентральном напра­влении, шаровидное, овальное или иной формы. Име­ется 6 пар конечностей, две из которых преобразованы в органы ротового аппарата (хелицеры и педипальпы) и четыре пары - в ходильные ноги, состоящие из 6-7 члеников, первый из которых основной (тазик или кок­са) сращен с телом.

Ротовой аппарат колюще-сосущего или грызуще-сосущего типа. Представлен сложно устроенным хоботком: снизу располагается уплощенное основание - гипосток, сверху прилегают футляры хелицер. Внутри футляров находятся сами хелицеры, состоящие из члеников. Между гипостомом и футляром хелицер - предрс товая полость и ротовое отверстие. По бокам от хоботка находятся членистые пальпы, выполняющие функцию орга­нов чувств (обонятельную, осязательную).

Идиосома яйцевидной или овальной формы, покрыта эластичной и растяжимой ку­тикулой. У некоторых клещей имеется дополнительный нерастяжимый хитиновый щиток, расположенный на дорсальной поверхности тела. На вентральной стороне тела на уровне второй пары конечностей находится поло­вое отверстие, а ближе к заднему концу тела - анальное отверстие. На брюшной стороне у основания последней пары конечностей расположены стигмы - отверстия дыхательной системы. Дыхание осуществляется либо с помощью трахей, либо всей поверхностью тела. У аргазовых клещей у основания первой и второй пары конеч­ностей открываются отверстия коксальных желез, выполняющих функцию осморегуляции. Органы выделения представлены мальпигиевыми сосудами. Пищеварительная система клещей устроена достаточно сложно, состоит из трех отделов. В ротовую полость открываются протоки слюнных желез, затем следует глотка сосу­щего типа, кишечник с многочисленными выростами, который заканчивается анальным отверстием. Нервная система характе­ризуется слиянием всех ганглиев брюшной нервной цепочки и «головного мозга». Органы чувств представлены в основном орга­нами осязания и обоняния. Глаза простые или могут отсутствовать. На поверхности тела клещей располагаются многочисленные во­лоски, выполняющие функцию органов чувств (хемо- и терморе­цепторы).

Клещи - раздельнополые животные. Для них характерно по­ловое размножение. Развитие происходит с метаморфозом: яйцо - личинка - нимфа - имаго (половозрелая форма). Личинка харак­теризуется наличием трех пар ходильных ног, отсутствием стигм, трахей и половой системы. После первой линьки личинка превра­щается в нимфу. Нимфа имеет четыре пары ходильных ног, дыха­ние осуществляется с помощью трахей (появляются стигмы), по­ловое отверстие отсутствует. В зависимости от вида клещей мо­жет наблюдаться одна или несколько нимфальных стадий. Нимфа после линьки превращается в имаго. Большинство клещей, име­ющих медицинское значение, являются гематофагами. Животными-прокормителями клещей служат млекопитающие, птицы и рептилии.

Клещи могут быть как временными, так и постоянными эктопаразитами. В случае постоянного эктопаразитизма у клещей более выражены адаптация к паразитическому образу жизни и признаки общей дегенерации.

1)Железница угревая Demodex folliculorum (рис. 21.6, Б) — возбудитель демодикоза. Эти клещи имеют червеобразную форму, длиной не более 0,4 мм. Они обитают в сальных железах и волосяных фолликулах кожи лица, шеи и плеч, располагаясь головным концом вниз, обычно группами по четыре особи. Часто встречаются у совершенно здоровых лиц, не вызывая никаких симптомов. Однако у ослабленных людей, в особенности со склонностью к аллергическим реакциям, железницы могут активно размножаться, вызывая закупорку протоков сальных желез, возникновение угрей розового цвета с гнойным содержимым.

Для диагностики демодикоза выдавленное содержимое сальной железы или выдернутую ресницу помещают в каплю бензина на предметное стекло и микроскопируют. Таким образом могут быть обнаружены взрослые формы, нимфы, личинки и яйца паразита.

Расселение угрицы по человеческим популяциям происходит при личном контакте и пользовании общими полотенцами и бельем, причем у 40—60% населения можно обнаружить угрицу, живущую как комменсал. Поэтому профилактика демодикоза сводится большей частью к лечению основных заболеваний, ослабляющих организм, а также выявлению и лечению больных с выраженными аллергическими реакциями.

Угревая железница (Demodex folliculorum и Demodex brevis). Распространены повсеместно.

Мелкие клещи с вытянутым червеобразным телом, длиной 0,15-0,4 мм. В передней части тела находятся короткие ноги. Ротовой аппарат колюще-сосущего типа. Самка откладывает большое количество яиц длиной 0,04-0,06 мм. Личинки очень мелкие с недоразвитым хоботком и тремя парами бугорков вместо ног (рис.11). Развитие происходит по бинимфальному типу. Циклразвития длится около 25 дней.

Demodex folliculorum и Demodex brevis вызывают кожное заболевание – демодекоз. Demodex folliculorum может быть обнаружен и на здоровой коже, поэтому его следует считать условно патогенным. Возбудители демодекоза живут внутри волосяных мешков или фолликулов, сальных желез на коже лица, ушных раковин, шеи, иногда в желе­зах хряща век, фолликулах кожи в области сосков; может быть обнаружен на коже волосистой части головы, в области бро­вей и ресниц. Клещи обычно располага­ются группами - по четыре особи. В коже человека могут наблюдаться большие скопления клещей - до 100 паразитов на 1 мм² кожи человека. Клещи рода демодекс могут длительно сохранять свою актив­ность вне организма человека.

Демодекоз характеризуется появле­нием угревой сыпи узелкового, пузырь­ковидного или пятнистого характера красного цвета, шелушением кожи, выпадением волос. Течение хроническое с обострениями в весенне-летний период. Заражение при прямом контакте с боль­ным человеком. Возможно заражение от домашних животных, больных демодекозом.

Диагноз демодекоза ставится на основании микроскопи­ческого исследования соскобов с кожи лица, секрета сальных же­лез, волосяных фолликулов ресниц. Препарат рассматривают нативным в первые 5-10 минут после приготовления. В соскобе могут быть обнаружены взрослые клещи, нимфы, личинки и яйца пара­зита.

Рекомендации по профилактике. Основной мерой про­филактики является выявление и лечение больных демодекозом. Большое значение имеет лечение заболеваний, ослабляющих орга­низм, а также лечение больных с выраженными аллергическими реакциями.

2)Sarcoptes scabiei — возбудитель чесотки человека. Близкие виды вызывают чесотку у домашних и диких животных, но строгой специфичностью по отношению к хозяину не обладают. Человека могут поражать чесоточные зудни лошадей, овец, коз, верблюдов, собак и других животных. Они вызывают характерные поражения кожи, но на человеке живут недолго и почти не размножаются.

Самка чесоточного зудня длиной до 0,4 мм. Самец значительно меньше. Все тело покрыто щетинками разной длины, и на конечностях имеются присоски. Ротовой аппарат адаптирован к прогрызанию ходов в толще эпидермиса, где обитает этот паразит. Самка откладывает до 50 яиц за всю жизнь, которая длится около 15 сут. Чесоточные зудни могут поселяться в любом месте кожи, но наиболее часто — на нежных ее частях: в межпальцевых промежутках, на сгибах рук, на половых органах. Перемещаясь в толще кожи, клещи раздражают нервные окончания и вызывают нестерпимый зуд, усиливающийся ночью. При расчесывании ходов клещей они переносятся на другие участки кожи или на другого человека. Так происходит расселение клещей по телу хозяина и заражение чесоткой здоровых людей. Заразиться чесоткой можно также и при пользовании одеждой, постельными принадлежностями и личными вещами больного.

Диагностика чесотки проста, так как поражения кожи клещами очень характерны. Они представляют собой прямые или извилистые полоски грязно-белого цвета. На одном из концов хода располагается пузырек, в котором находится клещ. Его можно перенести на предметное стекло в каплю 50 %-ного раствора глицерина и микроскопировать.

Для профилактики чесотки необходимо соблюдение правил личной гигиены, выявление и лечение больных и дезинфекция их одежды, белья и полотенец, а также осторожность при общении с животными.

Чесоточный зудень (Sarcoptes scabiei) - возбудитель заболевания чесотки. Распространен повсеместно.

Размеры самки - 0,4 х 0,3 мм, самца - 0,2 х 0,15 мм. Тело широкоовальное. Покровы светлые с поперечными складками. Спинная сторона тела выпуклая; в средней ее части имеются многочисленные мелкие треугольные чешуйки и несколько пар толстых шиловидных щетинок. Острая вершина чешуек и ост­рие щетинок обращены назад, что препятствует движению кле­ща в обратном направлении. На переднем конце тела находится ротовой аппарат, образованный сросшимися педипальпами, глаза отсутствуют. Ходильные ноги шестичлениковые, коро­ткие, что связано с внутрикожным образом жизни. Две пары конечностей зудня расположены по бокам ротового аппарата, а две отнесены к заднему концу тела. Конечности чесоточного зудня снабжены присосками.

Чесоточные зудни являют­ся внутрикожными паразитами. Цикл развития включает яйцо, ли­чинку, нимфу и имаго. Попадая на тело, половозрелые клещи с по­мощью ротовых органов и ног внедряются в толщу рогового слоя эпидермиса. Этот процесс Длится около часа. Самки за сут­ки проделывают ходы длиной до 15 мм и более. Снаружи ходы пред­ставляются прямыми или дугообразными полосками более светлой окраски, чем окружающая ткань. На конце ходов появляются папулы или пузырьки, под которыми обычно находятся клещи.Вороговевшей коже пузырьки не образуются. Через каждые 1-2 мм ходы сообщаются вентиляционными отверстиями с поверхностью кожи. В ходах самки откладывают по 2-3 яйца в сутки с интервалом 1-2 дня. Яйца овальной формы, 0,15 × 0,1 мм с тонкой белой оболочкой. За свою жизнь самка откладывает 20-30 яиц. Развитие протекает с 1 метаморфозом в течение 9-14 дней. Половозрелые клещи живут 40-60 дней. Спаривание происходит на поверхности кожи в ночное время, когда кожа согревается и увлажняется. Оплодотворенные самки сравнительно быстро (2,5-3 мин) внедряются в эпидермис и делают ходы. Самцы после копуляции погибают или некоторое время живут в роговом слое кожи. Вне хозяина - на предметах обстановки, на белье при температуре 8-14° зудни выживают до 3 недель; при температуре 18-20° выживаемость их сокращается до 2-3 дней. При температуре 60° чесоточные клещи погибают в течение часа. В воде при комнатной температуре клещи сохраняются живыми в течение суток.

Чесотка является самым распространенным паразитарным заболеванием кожи. Число случаев чесотки по г. Самара среди взрослого населения составило 561, среди детей до 14 лет - 277 случаев; по Самарской области среди взрослых - 1597 случаев, а среди детей до 14 лет - 839 случаев. Увеличение числа больных чесоткой обусловлено неконтролируемой миграцией населения, а также поездками в различные регионы страны и за рубеж. Социально-неадаптированные лица, которые наиболее часто заболевают чесоткой, создают вокруг себя неконтролируемые очаги инфекции.

Эпидемиология чесотки обусловлена облигатно-антропонозным характером заболевания, постоянным типом паразитизма возбудителя и преобладанием прямого пути передачи инвазии. Выделяют семейные очаги чесотки и очаги, возникающие в раз­личных коллективах. Семейный очаг является ведущим в эпиде­миологии чесотки.

Инкубационный период при чесотке практически отсу­тствует. Наиболее характерным симптомом чесотки является зуд. Он обычно усиливается ночью, вызывая нарушения сна и нервно-психические расстройства. Одним из достоверных симптомов чесотки являются чесоточные ходы с их характерной локализацией, полиморфные высыпания вне ходов. Ходы имеют вид прямых или извилистых тонких полосок беловато-грязноватого цвета. Длина ходов обычно 5-8 мм. Они слегка возвышаются над кожей и напоминают поджившую царапину. Вдоль хода видны темные точки - отверстия. У слепого конца такого хода иногда виден пузырек, где и находится клещ просвечивающийся темной точкой.

Ходы чесоточного клеща рассматриваются с помощью лупы. Для лучшего различения кожу можно смазать йодной настойкой и вытереть. Лабораторный диагноз подтверждается при обнару­жении клещей при микроскопировании соскобов с кожи.

Рекомендации по профилактике. В борьбе с чесоткой важно активное выявление и лечение больных людей и животных, тщательное соблюдение личной гигиены, дезинсекция одежды, белья, полотенец. Профилактические мероприятия проводятся поэтапно. На первом этапе осуществляется активное выявление больных при профилактических осмотрах населения. На втором устанавливаются очаги чесотки, и производиться их ликвидация. Большое значение имеет санитарно-просветительная работа, которую необходимо проводить целенаправленно с учетом групп риска, используя различные источники информации, включая печать, кино, телевидение.

4).Задача. Бомбейский феномен состоит в том, что наследование групп крови зависит от присутствия в генотипе редкого рецессивного эпистатического гена, который в гомозиготном состоянии подавляет действие гена II и III групп крови. Определите вероятные группы крови у детей в семье, если супруги со II и III группами крови гетерозиготны по эпистатическому гену.

1.

Билет №38