Какие генетические эксперименты стали широко известными. Взломщик ДНК: микробиолог поставил генетический эксперимент над собой (2 фото)

Идеей испытать на человеке генную терапию я «загорелся» шесть лет назад, после защиты диссертации в Калифорнийском университете в Дейвисе. Зарегистрировал компанию Butterfly Sciences (и остаюсь единственным ее сотрудником) и начал разрабатывать уникальную плазмиду - маленькую кольцевую молекулу ДНК, отдельную от геномных хромосом и способную реплицироваться автономно. За основу взял ген гормона, высвобождающего гормон роста (GHRH). Эта молекула, попадая в организм, «приказывает» ему производить больше гормона роста, делает сильнее наш иммунитет. Десять лет назад ряд успешных экспериментов с вводом GHRH животным поставила компания VGX Animal Health - база их исследований стала для меня хорошим подспорьем.

Я мечтал изобрести лекарство от СПИДа, но инвесторов найти не удалось. Я потратил почти $500 тыс. своих накоплений, перебрал 15 «кандидатов» в «итоговую» молекулу, остановился на комбинации, которую решил испытать на себе. Я во многом вынужден был стать «чудовищем Франкенштейна» ради экономии ресурсов и времени: я не стал дожидаться разрешения регулятора и проводить доклинические опыты на животных. Рисковал ли я? Да, но ровно в той степени, что и пятеро ученых, за эксперименты на себе в итоге получивших Нобелевскую премию. Я хотел доказать всем свою правоту.
Взломщик ДНК: микробиолог поставил генетический эксперимент над собой общество, ДНК, СПИД, эксперимент, препарат, генетика, генетическая терапия, рбк, длиннопост
Микробиолог Брайан Хенли «хакнул» собственный геном, пытаясь изобрести лекарство от СПИДа Фото: Antonio Regalado / MIT Technology Review

Во время

Для генной инъекции я выбрал метод электропорации. Суть его в том, что с помощью электрического разряда в клеточной мембране временно пробиваются «дыры», через которые в клетки проникают молекулы. Оперировать согласился пластический хирург, с которым мы как-то познакомились в тренажерном зале. Первый эксперимент мы провели в 2015 году. Доктор «вскрыл» мне бедро и вколол плазмиды в заранее обозначенное место, куда одновременно через зажим, на котором размещались два электрода, был подан разряд. Колено затряслось (клетки впустили молекулы ДНК), и все закончилось. Первую операцию я провел без наркоза и сильно об этом пожалел: было очень больно. Когда мы повторили эксперимент в июне 2016-го и ввели уже большее количество плазмид, я подготовился: выпил шесть миллиграммов «Ксанакса» и попросил доктора ввести местную анестезию.

Повышенные тестостерон, уровень лейкоцитов и липидов в крови - так можно описать основные итоги эксперимента спустя полгода. Чувствую себя отлично, много двигаюсь, веду активный образ жизни. За состоянием моего здоровья следят коллеги из лаборатории профессора Джорджа Черча в Гарвардском университете - там работают лучшие эксперты по GHRH. Претензий от властей я не получал. Мечта остается прежней - вывести генную терапию на новый уровень, сделать доступной. Пока я хочу, чтобы Butterfly Sciences стала для отрасли чем-то вроде SpaceX для частного космоса. Сейчас для этого не хватает $6,5 млн инвестиций. Через несколько лет я планирую довести оценку бизнеса до $50 млн и вывести компанию на IPO. Коммерческие перспективы генной терапии безграничны.

/www.infoniac.ru/bitrix/components/bitrix/main.share/templates/.default/images/background.gif" target="_blank">http://www.infoniac.ru/bitrix/components/bitrix/ma....default/images/background.gif); background-attachment: scroll; padding: 0px 1px 1px 4px; background-position: 100% 50%; background-repeat: no-repeat no-repeat;">

Вы наверняка слышали о светящихся в темноте кошках, выведенных в Южной Корее (если нет, то вот видео ). Это генетически модифицированные кошки, в кожу которых добавлена люминесцентная пигментация, приводящая к тому, что под ультрафиолетовым светом они начинают светиться.

Затем ученые успешно клонировали таких кошек, а флуоресцентный ген передался следующему поколению. Хорошо это или плохо, непонятно, но, тем не менее, остается открытым вопрос: как мы узнаем, что зашли слишком далеко? Где находится грань между научным прогрессом и необратимыми изменениями ДНК формы жизни?

Если история про кошек вам показался чем-то экстремальным, то как насчет еще десятка подобных сюжетов?

Генетические эксперименты

10. Паучья коза

Паутина применяется в огромном количестве отраслей, с каждым днем областей использования паучьего шелка становится все больше.

Благодаря своей невероятной силе по отношению к размеру, паутина была исследована на применение ее в пуленепробиваемых жилетах, искусственных сухожилиях, бинтах, даже компьютерных чипах и волоконно-оптических кабелях для хирургии.

Но получение достаточного количества шелка требует наличие десятков тысяч пауков и очень много времени ожидания, не говоря уже о том, что пауки зачастую убивают других пауков на своей территории, поэтому их нельзя выращивать также, как, к примеру, пчел.

Таким образом, исследователи обращаются к козам, единственным животным в мире, которые могли бы помочь в данной ситуации за счет обладания генами паука.

Профессор Рэнди Льюис (Randy Lewis) из университета Вайоминга изолировал ген, ответственный за производство драглайн шелка, самого сильного типа шелка, используемого пауками при создании своих сетей (большинство пауков производят шесть различных типов шелка) .

Затем он скрестил полученный ген с козьим геном, ответственным за выработку молока, спарил козу и убедился в том, что трое из семерых козлят сохранили в своей структуре ДНК ген, производящий шелк.

Все, что осталось сделать сейчас, это получить молоко и отфильтровать паучий шелк. Профессор Льюис не застрахован и от иронии: весь его офис завешан постерами Человека-паука.

Необычные эксперименты

9. Поющая мышь

В большинстве случаев ученые проводят эксперименты, преследуя определенную цель. Иногда, однако, они просто "забрасывают" определенное количество генов в грызунов и ожидают, что произойдет.

Вот так и была получена мышь, которая чирикает как птица. Это было частью японского исследовательского проекта по использованию генной инженерии. Эксперты генетически модифицировали мышей, давая им породу, выращивали их и фиксировали результаты.

Во время проверки нового помета мышей однажды утром они обнаружили у одного из малышей грызунов способность "петь, как птица". Крайне заинтересованные этим, они сосредоточились на изучении этой особи, и теперь существует около 100 грызунов, которые могут петь. На одну из них можно посмотреть .

Более того, эксперты заметили, что когда обычные мыши вырастали в окружении поющих, то они начинали использовать различные звуки и мелодии, наподобие того, как в человеческой популяции распространяется тот или иной диалект.

Для чего можно использовать таких мышей? Пока неизвестно, но цель проекта заключается в том, чтобы искусственно ускорить процесс эволюции, и, судя по всему, это происходит по не совсем ожиданным направлениям.

Профессор Такеши Яги (Takeshi Yagi) утверждает, что ему и его коллегам удалось вывести мышь с короткими конечностями и хвостом, как у таксы. Странно это все.

8. Супер лосось

Этот генетически модифицированный атлантический лосось вырастает в два раза быстрее и в два раза крупнее обычного лосося. Созданная компанией AquaBounty, рыба является носителем двух измененных генов: первый ген от лосося чавычи, который не употребляется в пищу также широко, как атлантический, но гораздо быстрее растет в молодом возрасте.

Второй ген получен от налима, донного угря, который регулярно растет на протяжении всего года. Лосось, с другой стороны, как правило, растет только в летнее время года.

В результате этих экспериментов и был выведен быстро растущий лосось, причем, это первое генетически модифицированное животное, официально разрешенное к употреблению в пищу человеком.

Скрещивание разных видов

7. Вирусный банан

В 2007 году индийская команда экспертов опубликовала свои исследования по созданию штамма бананов, которые прививают людей от гепатита В. Кроме того, специалисты успешно провели подобные эксперименты с морковью, салатом, картофелем и табаком, которые тоже в состоянии быть носителями вакцины.

Однако, самым надежным продуктом, по их мнению, являются все же бананы.

В итоге ослабленный вариант вируса попадает в ваш организм. Он недостаточно силен, чтобы спровоцировать развитие заболевания, но этого количества вируса хватает для того, чтобы ваша иммунная система начала производить антитела, которые защитят вас в случае полноценной попытки вируса проникнуть в ваш организм.

Однако, есть большая вероятность того, что события могут пойти не так, как нужно, начиная от появления аллергических реакций и заканчивая обычным сбоем в работе.

Из-за того, что вирус обладает способностью быстро адаптироваться в ответ на введение вакцины, постоянно должны появляться новые штаммы бананов, то есть система должна идти в ногу с генетической гонкой вооружений.

А если вы не хотите прививаться? Крайне легко занести в свой организм вместе с пищей, какой-нибудь вирус, поскольку нет государств, в которых актуально на законодательном уровне требование маркировки продуктов с ГМО.

6. Экологически чистые свиньи

Мать природа невероятно умна. Сначала она дала нам мясо в виде животных, которые могут от нас убежать, потом сделала этих животных загрязнителями окружающей среды. К счастью, наука вовремя подоспела.

Встречайте свиней, экологически чистых свиней (Enviropig). Эти генетически модифицированные хрюшки поглощают больше фитиновой кислоты, которая, в свою очередь, уменьшает количество фосфорных отходов, производимых ими же.

Целью данного эксперимента было снижение загрязнений фосфором, которым свиной навоз заполняет землю. Более того, большинство свиноферм имеют дело с избыточным количеством отходов, а, следовательно, и с избыточным количеством фосфора.

Избыток фосфора накапливается в почве и в близлежащих источниках воды, что является серьезной проблемой. С дополнительным количеством фосфора в воде водоросли начинают расти с повышенной скоростью, забирая весь кислород из воды, тем самым лишая рыбу возможности жить.

Проект осуществлялся на протяжении 10 поколений Enviropig, однако, потерял финансирование в 2012 году.

5. Куриные яйца - лекарства

Если у вас рак, вы сможете от него избавиться, употребляя в пищу больше яиц. Но не обычных яиц, а яиц, снесенных курами, ДНК которых было смешено с человеческими генами. Британская исследовательница Хелен Санг (Helen Sang) создала кур, генетическая система которых переплетается с человеческой ДНК, содержащей борющиеся с раком кожи белки.

Когда куры несут яйца, половина белка, из которого состоит яйцо, - это белок, использующийся в противораковых препаратах.

Идея состоит в том, что производство лекарственных препаратов таким образом будет дешевле и эффективнее, без использования дорогих био-реакторов, являющихся отраслевым стандартом в настоящее время.

У этой системы есть много потенциальных преимуществ, но некоторые общественные деятели подняли вопрос о том, что куры, используемые для производства лекарств, будут классифицироваться как "медицинское оборудование", а не "животные", что позволяет ученым обходить законы по защите прав животных.

Коровье молоко для ребенка

4. "Очеловеченное" коровье молоко

Если создание "очеловеченных" куры вам не показалось чем-то очень странным, то стоит знать, что ученые в Китае занимались сращиванием генов человека и двух сотен коров с целью получения от них человеческого молока.

И это сработало. По заявлению ведущего специалиста исследования Нинг Ли (Ning Li), все 200 коров в настоящее время производят молоко, которое по своему составу идентично молоку кормящей человеческой матери.

В рамках своей работы они клонировали человеческие гены и смешивали с ДНК эмбриона коровы. Затем эмбрион имплантировался в матку животного. Основная их цель - это создать генетически модифицированную альтернативу человеческому молоку, которое можно будет давать младенцам.

Тем не менее, ясно, что люди обеспокоены тем, насколько безопасным будет этот продукт для маленьких детей.

3. "Скорпионовая" капуста

Androctonus australis - это один из самых опасных скорпионов в мире. Его яд также токсичен, как и яд черной мамбы, а укус может привести к повреждению тканей и кровотечению, не говоря уже о ежегодной гибели нескольких человек.

Капуста, с другой стороны, это всем известный овощ. В 2002 году команда исследователей из колледжа естественных наук в Пекине решила объединить "этих двоих", получив в итоге безопасный для потребления человеком продукт.

В частности, они выделили конкретный токсин из яда скорпиона и изменили геном капусты таким образом, что по мере роста овощ должен был его, токсин, вырабатывать.Для чего необходимо создание ядовитой капусты?

Предположительно, они использовали токсин, который действует только на насекомых, не на людей.

Другими словами, он работает как встроенный пестицид, поэтому, когда насекомое вроде гусеницы претендует на капусту, его сразу же парализует, а затем появляются настолько сильные спазмы, что насекомое умирает от судорог.

Тревожным является тот факт, что генетический измененный овощ приобретает все новые очертания с каждым последующим поколением. Поскольку токсин уже содержится в капусте, то сколько должно пройти времени, чтобы гены мутировали в нечто, что будет токсичным для человека?

2. Свиньи с человеческими органами

Несколько отдельных исследовательских групп начали выращивать свиней с человеческими органами, пригодными для трансплантации людям.

Ксенотрансплантация (трансплантация между видами) была на самом деле проблемой в деле по пересадке органов от свиньи к человеку из-за специфического фермента, который есть у свиней, но который отвергает человеческий организм.

Рэндалл Пратер (Randall Prather), исследователь из университета Миссури, клонировал четырех свиней, причем зашел в своих экспериментах настолько далеко, что у его свиней уже нет гена, который вырабатывает этот фермент.

Шотландская компания, которая произвела на свет всем известную овечку Долли, также сумела успешно клонировать пятерых свиней, в ДНК которых отсутствует этот ген.

Вполне возможно, что в ближайшем будущем генетически модифицированные свиньи будут выращиваться массового. Еще один вариант развития событий - это возможность выращивания человеческих органов внутри свиней.

Такие исследования являются еще более спекулятивными, хотя уже удалось вырастить поджелудочную железу крысы внутри мыши.

Суперсолдаты

1. Суперсолдаты Darpa

Американская компания министерства обороны DARPA на протяжении многих лет была заинтересована в изучении человеческого генома, и, как следовало ожидать от компании, которая создала 99 процентов всех самых опасных роботов в мире, их интерес существовал не только в образовательных целях.

Обойти американский закон о запрете на создание человеческой химеры очень сложно, но они, судя по всему, пришли к высоким результатам путем исследований генома человека.

На один из проектов 2013 года было выделено 44,5 миллиона долларов для создания и развития "биологической системы, которая соответствует работе различных биологических архитектур на молекулярном и генетическом уровне".

Иными словами цель проекта - повысить работоспособность солдат в боевой зоне.

Однако, есть еще один проект, который, откровенно говоря, устрашает: нейронная программа, цель которой определить "может ли сеть нейронов быть дифференциально модулирована посредством оптогенетического нервного возбуждения в животных моделях".

Оптогенетика - это до конца неизученная область неврологии, которая используется для манипулирования нейронной активностью и для контролирования поведения животных.

Причем, стоит отметить, что уже в этом году ученые надеются провести рабочую демонстрацию этой технологии с участием "нечеловеческих приматов". Это говорит о том, что прогресс идет очень быстро, и что, безусловно, в конечном итоге, они планируют испытание своей технологии на людях.

Изображений богов с головами зверей и человеческими телами встречаются у разных народов. Не исключено, что эти существа - плод генетических экспериментов инопланетян.

Антрополог из Кембриджа Кристофер Чиппендейл и историк из Сиднея Пол Такон, изучавшие древние петроглифы, пришли к твердому выводу, что первобытные художники рисовали загадочных существ "с натуры", то есть изображали то, что видели собственными глазами. Примечательно, что доисторические австралийцы и африканцы, обитавшие на разных континентах, украшали свои пещеры рисунками одних и тех же существ. Особенно, однако, удивительно то, что в Австралии ученые нашли изображения кентавров. Достоверно известно, что лошади на этом отдаленном материке никогда не водились. Как удалось австралийским аборигенам изобразить коня с торсом человека, неизвестно.

Остается предположить, что в незапамятные времена на нашей планете гибриды людей и животных действительно существовали. И отнюдь не исключено, считают уфологи, что эти загадочные существа - результат генетических экспериментов пришельцев.

Обслуживающий персонал

Создававшиеся в "пробирке" гибриды или, по крайней мере, многие из них, были разумными. Например, бог Тот, который изображался с головой ибиса или павиана, считался у египтян выдающимся ученым: "Он знает небеса, способный сосчитать звезды, перечислить все, что ни есть на земле, и измерить саму Землю". Сын бога Крона и Филиры кентавр Хирон, обученный Аполлоном и Артемидой охоте, врачеванию, музыке и прорицательству, был учителем героев греческих мифов - Ахилла, Асклепия, Кастора, Полидевка, Ясона.

Легенды рассказывают, что люди-кони пришли в Грецию с гор, но из-за непомерной тяги к спиртному были изгнаны из Эллады людьми.

Гибриды человеко-зверя или животные, наделенные разумом, могли быть своего рода обслуживающим персоналом и выполнять некоторые хозяйственные функции. В Египте около селения Дейр-эль-Медине был открыт поселок строителей фиванского некрополя. Среди них были писцы и художники, расписывавшие стены гробниц. При раскопках обнаружено около 5 тысяч рисунков, изображающих сцены из жизни египтян. Многие из них ставят ученых в тупик.

Например, на египетском папирусе, хранящемся в Британском музее, изображены шакалы, которые стерегут козлят. Оба "пастуха" идут на задних лапах, несут за спинами корзинки. Шествие замыкает шакал, играющий на флейте. Впереди всей группы выступает на задних лапах кот и погоняет хворостинкой гусей. На другом рисунке изображен даже "шахматный турнир" между львом и газелью: они сидят в креслах перед доской; лев оскалился, словно что-то говорит, делая ход; газель всплеснула руками" и выпустила фигуру. Франсуа Шамнольон, который первым расшифровал и прочитал египетские иероглифы, считал, что такие рисунки - своеобразная политическая сатира. Но нет никаких данных о существовании этого литературного жанра у древних египтян.

"Братские могилы"

В начале 1960-х годов при строительстве автомобильной дороги в Крыму бульдозер вывернул на поверхность земли каменный "ящик". Рабочие вскрыли крышку саркофага: в нем оказался человеческий скелет с головой барана, причем костяк был цельным, голова составляла единое целое со скелетом. Дорожный мастер вызвал археологов, экспедиция которых работала неподалеку. Те, взглянув на кости, решили, что дорожники подшутили над ними, и тут же уехали. Убедившись, что находка не представляет какой-либо исторической ценности, рабочие сровняли саркофаг с землей.

Археологи иногда находят древние захоронения, в которых перемешаны скелеты животного и человека, причем часто в могиле отсутствует человеческая голова, а комплект костей животного не полон. Считается, что это останки жертвенных даров. Но вполне возможно, что на самом деле это гибриды, созданные пришельцами.
Пришельцы, видимо, проводили эксперименты по гибридизации самых разных животных.

Доктор биологических наук П. Мариковский, изучая наскальные рисунки каменного века в западных отрогах Джунгарского Алатау на территории Междуречья, обнаружил изображения явных мутантов: горных козлов с двумя головами; козлов с длинными хвостами, как у волков; неизвестных животных с прямыми, как палки, рогами; лошадей с горбами, как у верблюда; лошадей с длинными рогами; верблюдов с рогами; кентавров.

В 1850 году знаменитый французский археолог Огюст Марриет обнаружил в районе пирамиды Сак-кара огромные сводчатые склепы (так называемые крипты), в которых сохранились сотни саркофагов, высеченных из цельных кусков гранита. Их размеры удивили ученых: длина - 3,85 метра, ширина - 2,25 метра, высота - 2,5 метра, толщина стенок - 0,42 метра, толщина крышки 0,43 метра. Общий вес "гроба" и крышки составлял около 1 тонны!

Внутри саркофагов находились измельченные останки животных, перемешанные с вязкой жидкостью, похожей на смолу. Изучив фрагменты тел, Марриет пришел к выводу, что это гибриды самых разнообразных животных. Древние египтяне верили в жизнь после смерти и были убеждены, что живое существо может возродиться, только если его тело будет забальзамировано и сохранит свой внешний облик. Они боялись созданных богами существ и, чтобы воспрепятствовать воскрешению монстров в новой жизни, расчленили их тела на мелкие куски, поместили в гробы, залили смолой, а сверху закрыли массивными крышками.

Таинственные рогоносцы

При раскопках в пустыне Гоби бельгийский ученый Фридрих Мейснер обнаружил человеческий череп с рогами Вначале он предположил, что рога каким-то образом врезаны в череп, то есть проведена их имплантация. Однако исследования патологоанатомов показали, что это естественные образования: они сформировались и росли при жизни этого существа.

Аналогичные черепа были найдены израильской археологической экспедицией под руководством профессора Хаима Расмона при раскопках развалин Субейта. В самых нижних культурных слоях, относящихся к бронзовому веку, археологи обнаружили человеческие скелеты, черепа которых венчали рога. Они держались в черепах настолько прочно, что специалисты не могли прийти к однозначному выводу, выросли рога естественным путем или были каким-то образом "вживлены". Изображения и рельефы людей с рогами встречаются и в других регионах мира, например, в Перу.

Эксперименты продолжаются?

Возможно, пришельцы проводили генетические эксперименты по созданию гуманоидов, а также различных гибридов людей и животных в Средние века. В летописях монголов сохранились любопытные свидетельства о необычных детях:

"У хагана по имени Сарва младший из пяти сыновей родился с волосами бирюзового цвета, руки и ноги его были плоскими; глаза его закрывались "снизу вверх..."; "так как Дува Сохор имел единственный глаз посредине лба, то он мог видеть на расстоянии трех кочевок". О появлении на свет различных уродцев сообщали средневековые ученые: Амбруаз Паре, Уго Апьдрованди, Ликосфен. Имеются сведения о рождении детей с головой кошки, собаки, а также с телом рептилии.

А в наши дни в СМИ приводятся многочисленные сведения о рождении детей-уродцев с жабрами, с кошачьими, вертикально расположенными зрачками, циклопов с одним глазом во лбу, с перепонками между пальцами рук и ног, с зеленой или синей кожей. В марте 2000 года появилось сообщение о том, что в Индии, в одной из больниц города Поллачи (штат Тамилнаду), родилась "русалка" - девочка с рыбьим хвостом вместо ног. Прожила она очень недолго, ее тело было передано в одно из медицинских учреждений для изучения.

В марте 2001 года информационное агентство "Ананова" сообщило, что в Индии, неподалеку от городка Параппанангади, у обычной овечки родился странный детеныш. У необычного ягненка на теле не было шерсти, а нос, глаза, рот, язык и зубы были похожи на человеческие, причем вся его мордочка в целом напоминала лицо лысого мужчины в темных солнцезащитных очках. Мутант (или гибрид?) прожил всего несколько часов после рождения.

Этика научных исследований была актуализирована после окончания Второй мировой войны. В 1947 году был разработан и принят Нюрнбергский кодекс, защищающий по настоящее время благополучие участников исследований. Однако прежде учёные не брезговали ставить опыты на заключённых, рабах и даже членах собственных семей, нарушая все права человека. В этом списке представлены наиболее шокирующие и неэтичные случаи.

10. Стэнфордский тюремный эксперимент

В 1971 году команда учёных Стэнфордского университета во главе с психологом Филиппом Зимбардо провела исследование человеческих реакций на ограничение свободы в условиях тюремного заключения. В рамках эксперимента волонтёры должны были сыграть роли охранников и заключённых в подвальном помещении здания факультета психологии, оборудованном под тюрьму. Добровольцы быстро привыкли к своим обязанностям, однако, вопреки прогнозам учёных, в ходе опыта начали происходить страшные и опасные инциденты. У трети "охранников" проявились ярко выраженные садистские наклонности, в то время как многие "заключённые" оказались психологически травмированы. Двух из них пришлось исключить из эксперимента раньше времени. Зимбардо, обеспокоенный антисоциальным поведением испытуемых, был вынужден остановить исследование досрочно.

9. Чудовищный эксперимент

В 1939 году аспирантка университета Айовы - Мэри Тюдор - под руководством психолога Уэнделла Джонсона поставила не менее шокирующий опыт на сиротах приюта Давенпорта. Эксперимент был посвящён исследованию влияния оценочных суждений на беглость детской речи. Испытуемые были разделены на две группы. В ходе обучения одной из них Тюдор давала положительные оценки и всячески хвалила. Речь детей из второй группы она подвергала жёсткой критике и насмешкам. Эксперимент закончился плачевно, из-за чего впоследствии и получил своё название. Многие здоровые дети не оправились от полученной травмы и страдали от проблем с речью на протяжении всей жизни. Публичные извинения за Чудовищный эксперимент были принесены университетом Айовы только в 2001 году.

8. Проект 4.1

Медицинское исследование, известное как Проект 4.1, было проведено учёными США на жителях Маршалловых Островов, ставших жертвами радиоактивного заражения после взрыва американского термоядерного устройства "Кастл Браво" весной 1954 года. В первые 5 лет после катастрофы на атолле Ронгелап в 2 раза увеличилось число выкидышей и мертворождённых, а у выживших детей появились нарушения развития. В последующее десятилетие многие из них заболевали раком щитовидной железы. К 1974 году у трети появились новообразования. Как позже заключили специалисты, целью медицинской программы по помощи местным жителям Маршалловых Островов оказалось их использование как подопытных кроликов в "радиоактивном эксперименте".

7. Проект МК-ULTRA

Секретная программа ЦРУ MK-ULTRA по исследованию средств манипулирования разумом была запущена в 1950-х гг. Суть проекта состояла в изучении влияния различных психотропных веществ на сознание человека. Участниками эксперимента стали врачи, военные, заключённые и другие представители населения США. О том, что им вводят наркотики, испытуемые, как правило, не знали. Одна из секретных операций ЦРУ получила название "Полуночная кульминация". В нескольких публичных домах Сан-Франциско были отобраны подопытные мужчины, которым вводили в кровь ЛСД, а затем снимали их на видео, предназначенное для изучения. Проект просуществовал по крайней мере до 1960-х. В 1973 году руководство ЦРУ уничтожило большинство документов программы MK-ULTRA, вызвав значительные затруднения в последующем расследовании дела Конгрессом США.

6. Проект "Аверсия"

С 70-х по 80-е годы XX века в армии ЮАР проводился эксперимент, направленный на изменение пола солдат с нетрадиционной сексуальной ориентацией. В ходе сверхсекретной операции "Аверсия" пострадали около 900 человек. Предполагаемых гомосексуалистов вычисляли армейские врачи при содействии священников. В военном психиатрическом отделении испытуемых подвергали гормональной терапии и электрошоку. Если солдат не удавалось "вылечить" таким способом, их ждала принудительная химическая кастрация или операция по смене пола. "Аверсией" руководил психиатр Обри Левин. В 90-х он иммигрировал в Канаду, не желая представать перед судом за совершённые зверства.

5. Эксперименты над людьми в Северной Корее

Северную Корею не раз обвиняли в исследованиях над заключёнными, нарушающих права человека, тем не менее правительство страны отрицает все обвинения, заявляя, что в государстве с ними обращаются гуманно. Однако одна из бывших заключённых рассказала шокирующую правду. Перед глазами арестантки предстал страшный, если не сказать ужасающий опыт: 50 женщин под угрозой репрессий против семей были вынуждены съесть отравленные листья капусты и умирали, мучаясь кровавой рвотой и ректальным кровотечением под аккомпанемент криков других жертв эксперимента. Есть свидетельства очевидцев и о спецлабораториях, оборудованных под опыты. Их объектами становились целые семьи. После стандартного медицинского осмотра палаты запечатывались и наполнялись удушающим газом, а "исследователи" наблюдали через стекло сверху, как родители пытались спасти своих детей, делая им искусственное дыхание до тех пор, пока у них оставались силы.

4. Токсикологическая лаборатория спецслужб СССР

Сверхсекретное научное подразделение, известное также как "Камера", под руководством полковника Майрановского занималось экспериментами в области токсических веществ и ядов, таких как рицин, дигитоксин и горчичный газ. Опыты проводились, как правило, на заключённых, приговорённых к высшей мере наказания. Яды подавались испытуемым под видом лекарств вместе с пищей. Основной целью учёных было нахождение токсина без запаха и вкуса, который бы не оставлял следов после смерти жертвы. В конечном итоге учёным удалось обнаружить искомый яд. Согласно свидетельствам очевидцев, после приёма C-2 подопытный слабел, становился тихим, словно бы съёживался и умирал в течение 15 минут.

3. Исследование сифилиса Таскиги

Печально известный эксперимент начался в 1932 году в алабамском городе Таскиги. На протяжении 40 лет учёные буквально отказывали пациентам в лечении сифилиса, чтобы изучить все стадии заболевания. Жертвами опыта стали 600 бедных афроамериканских испольщиков. Пациенты не были проинформированы о своей болезни. Вместо диагноза врачи сообщали людям, что у них "плохая кровь", и предлагали бесплатное питание и лечение в обмен на участие в программе. За время эксперимента 28 мужчин умерли от сифилиса, 100 - от последующих осложнений, 40 заразили своих жён, 19 детей получили врождённое заболевание.

2. "Отряд 731"

Сотрудники специального отряда японских вооружённых сил под руководством Сиро Исии занимались экспериментами в области химического и биологического оружия. Помимо того, они ответственны за самые ужасающие опыты над людьми, которые только знает история. Военные врачи отряда вскрывали живых испытуемых, ампутировали конечности пленников и пришивали их к другим частям тела, намеренно заражали мужчин и женщин венерическими заболеваниями через изнасилование с целью последующего изучения последствий. Список зверств "Отряда 731" огромен, однако многие из его сотрудников так и не понесли наказания за содеянное.

1. Эксперименты нацистов над людьми

Медицинские опыты, проведённые во время Второй мировой войны нацистами, унесли огромное число жизней. В концентрационных лагерях учёные ставили самые изощрённые и бесчеловечные эксперименты. В Освенциме доктор Йозеф Менгеле провёл исследования более 1500 пар близнецов. В глаза подопытных впрыскивали разнообразные химические вещества, чтобы узнать, изменится ли их цвет, а в попытке создать сиамских близнецов, испытуемых сшивали. Тем временем служащие Люфтваффе пытались найти способ лечения гипотермии, вынуждая пленных лежать в ледяной воде по нескольку часов, а в лагере Равенсбрюк исследователи специально наносили заключённым раны и заражали их инфекциями, чтобы провести испытания сульфаниламидов и других препаратов.

Согласно третьему закону Менделя, сегрегация двух разных пар аллелей происходит независимо друг от друга; все возможные зиготы по двум парам аллелей формируются при свободной рекомбинации. При скрещивании гетерозиготы АаВЬ и гомозиготы aabb образуются в равных пропорциях четыре типа особей.

192 3. Формальная генетика человека

Вскоре после переоткрытия законов Менделя Бэтсон, Сандерс и Пеннет (1908) нашли исключение из этого правила у Lathyrus odoratus. Одни комбинации встречались чаще, а другие - реже, чем ожидалось. В некоторых случаях в потомстве чаще встречались родительские типы (в нашем примере АВ - отцовское растение, а ab-материнское), в других случаях-два других типа Аb и аВ.

Создавалось впечатление, что у каждого из родителей аллельные гены либо притягиваются, либо отталкиваются. Бэтсон и др. предложили для первого случая термин «притяжение», для второго - «отталкивание». Морган (1910) указал, что притяжение и отталкивание отражают расположение двух генов на одной или на гомологичных хромосомах. Он ввел термин «сцепление». Притяжение означает, что у дважды гетерозиготного родителя гены А и В расположены на одной хромосоме , отталкивание означает, что они расположены на гомологичных хромосомах . Для обозначения положения генов

в фазах притяжения и отталкивания чаще употребляются термины цис и транс соответственно. При полном сцеплении потомство может быть только двух типов. Однако в большинстве случаев обнаруживаются все четыре типа, хотя два из них – в меньшем количестве. Морган объяснил это явление обменом хромосомными участками между гомологичными хромосомами во время мейотического кроссинговера. Он обнаружил также, что частота кроссинговера зависит от расстояния между локусами двух генов на хромосоме. Используя в качестве аналитического инструмента рекомбинационный анализ, Морган и его коллеги успешно локализовали большое количество генов у дрозофилы. Их результаты были подтверждены, когда в начале 30-х гг. Гейтц, Бауэр и Пэйнтер открыли гигантские хромосомы у некоторых двукрылых и сопоставили данные о локализации конкретных генов, полученные косвенными методами, со структурными перестройками определенных хромосом. С тех пор анализ сцепления проведен для огромного количества видов.

Сцепление и ассоциация. Иногда предполагают, что сцепленные гены в популяции должны ассоциировать, т. е. хромосомные комбинации АВ и ab (притяжение) должны обнаруживаться чаще, чем комбинации Аb и аВ (отталкивание). Однако для популяции со случайным скрещиванием это не так. Даже при тесном сцеплении повторяющийся во многих поколениях кроссинговер будет приводить к равномерному распределению в популяции всех четырех комбинаций АВ, ab, Ab, аВ. Как правило, ассоциация генетических признаков не указывает на сцепление, а вызвана другими причинами.

Однако это правило имеет исключения. Некоторые комбинации тесно сцепленных генов на самом деле встречаются чаще, чем ожидается при равномерном распределении. Такое «неравновесие по сцеплению» впервые было постулировано у человека для групп крови Rh (разд. 3.5.4) и доказано для главного комплекса гистосовместимости (МНС), особенно для системы HLA (разд. 3.5.5), а также для ДНК-полиморфизмов. Неравновесие по сцеплению имеет две причины.

1. Исследуемая популяция образовалась из двух популяций, различающихся частотами аллелей А, а и В, b, а время, прошедшее с момента смешения, недостаточно для полной рандомизации.

2. Высокая частота определенных ал-

3. Формальная генетика человека 193

дельных комбинаций сцепленных генов поддерживается естественным отбором.

Детальнее эти вопросы будут обсуждаться в связи с системой МНС (разд. 3.5.5) и при обсуждении ассоциации между HLA и разными заболеваниями (разд. 3.7.3).

3.4.2. Анализ сцепления у человека: классический метод родословных

Прямое обследование родословных. У человека анализ сцепления классическими методами, разработанными на дрозофиле, невозможен, поскольку невозможны прямые скрещивания. В ряде случаев некоторую информацию дает анализ родословной. Например, сцепление можно исключить, если один из генов локализован в Х-хромосоме, а другой - в аутосоме, и напротив, сцепление можно с высокой вероятностью утверждать, если оба гена расположены в Х-хромосоме. Выявление сцепления в этом случае может быть затруднено, если гены далеко отстоят друг от друга и разделяются кроссинговером. Это справедливо и для аутосомных генов. Гены, находящиеся в одной хромосоме, называют синтенными. При этом неважно, можно ли формально продемонстрировать сцепление при семейном анализе или нет. Чтобы выявить кроссинговер, нужно исследовать либо большую родословную, либо несколько небольших родословных. На рис. 3.23, А приведена родословная, в которой одновременно наследуются цветовая слепота (на красный и зеленый цвет30380, 30390) и гемофилия. Сибсы мужского пола в группах риска либо имеют оба признака, либо здоровы. Гены находятся в фазе притяжения (или цис -положении). В родословной на рис. 3.23, Б наблюдается противоположная картина: здесь гены находятся в фазе отталкивания (или транс положении). В родословной на рис. 3.23, В кроссинговер должен произойти дважды в материнском ооците. Либо мать несет два мутантных аллеля в цис -положении, и второй и третий сыновья окажутся кроссоверами; либо у нее два мутантных аллеля в транс -положении, и тогда кроссоверами будут первый и четвертый сыновья. К сожалению, информация о цветовом зрении деда со стороны матери отсутствует, а именно она и могла бы разрешить этот спорный вопрос. В настоящее время имеется весьма подробная карта Х-хромосомы человека (разд. 3.4.3, рис. 3.28).

Сцепление аутосомных генов в некоторых случаях может быть установлено простым обзором обширной родословной. На рис. 3.24, А изображена большая родословная, в которой хорея Гентингтона сегрегирует вместе с ДНК-маркером G8, выявляющим Hin dIII-полиморфизм в соот-

194 3. Формальная генетика человека

3. Формальная генетика человека 195

ветствующем фрагменте генома человека . В этой родословной наследуется четыре аллельных варианта маркера G8: А, В, С и D. Ген болезни Гентингтона неизменно проявляется у носителей аллеля С. Только одна женщина (VI. 5, указана стрелкой) еще не заболела. Вероятно, это случится позже. Данная родословная указывает на тесное сцепление гена хореи Гентингтона и ДНКмаркера G8: было выявлено несколько кроссоверов, доля которых (т.е. фракция рекомбинантов) оказалась не выше 4%. На рис. 3.24, Б показана родословная с сегрегацией эллиптоцитоза (овальная форма эритроцитов) и комплекса генов системы резус (Rh). Почти все члены семьи с эллиптоцитозом имели комплекс CDe; выявлено лишь два исключения (II.9; 11.11). Многие непораженные сибсы имели другие комбинации. При анализе этой родословной можно сделать вывод о наличии сцепления между локусом Rh и эллиптоцитозом. Такой вывод подтверждается другими родословными. Эти примеры показывают, что тип фазы аллелей двух анализируемых локусов (цис- или транс -положение) обычно можно установить с большой точностью, а рекомбинанты относительно легко идентифицируются, если для анализа доступны (по крайней мере) три поколения и много сибсов.

Статистический анализ. В большинстве случаев анализ сцепления намного труднее. Обширные родословные, подобные приведенным на рис. 3.24, - не правило, а исключение. Большинство семей состоит только из родителей и детей. В этом случае проблема заключается в том, что фаза сцепления обычно неизвестна: двойная гетерозигота может быть АВ/ab (цис) или АЬ/аВ (транс). Когда аллели распределены в популяции равномерно, оба типа ожидаются примерно с одинаковыми частотами. Индивиды АВ/ab будут формировать гаметы в отношении

С другой стороны, у гетерозиготы Аb/аВ гаметы формируются в отношении

Если два указанных типа имеют примерно равные частоты, то средняя частота всех четырех типов гамет в популяции будет

и все четыре типа гамет оказываются с одинаковыми частотами независимо от вероятности рекомбинации 9. Сцепление не приводит к какой-либо ассоциации аллелей А, В или a, b в популяции. Должен быть найден какой-нибудь другой критерий сцепления, который не зависит от фазы двойных гетерозигот.

Такой критерий должен быть основан на распределении детей в сибствах. В браках АВ/ab (цис -положение) большинство детей должны иметь аллельные комбинации своих родителей; в браках лиц Аb/аВ (транс-положение) большинство детей будут иметь новые аллельные комбинации. Как измерить эти отклонения от равномерного распределения внутри сибств и использовать их для установления сцепления и определения вероятности рекомбинации? Первым предложил такой метод Бернштейн (1931) . В настоящее время для установления сцепления обычно используют метод «лод-баллов», разработанный Холдейном и Смитом (1947) , а также Мортоном (1955 и далее) . Его принцип заключается в следующем.

Вычисляется вероятность Р 2 того, что имеющиеся семейные данные соответствуют случаю двух несцепленных, свободно рекомбинирующих генов. Аналогично определяется вероятность P 1 того, что те же семейные данные соответствуют случаю двух сцепленных генов с частотой рекомбинации 9. Отношение этих двух вероятностей есть отношение правдоподобий, которое выражает шансы за и против сцепления. Это отношение P 1 (F/Q)/P 2 (F/(1 / 2))должно быть вычислено для каждой семьи F.

Пусть, например, один из супругов (муж) имеет генотип двойной гетерозиготы

196 3. Формальная генетика человека

по паре аллелей А,а и В,b, а второй (жена)-генотип двойной гомозиготы по двум рецессивным аллелям этих генов аа, bb. Кроме того, пусть двое сыновей в этой семье являются, подобно отцу, двойными гетерозиготами, т.е. они унаследовали от отца аллели А и В. Если гены сегрегируют независимо, то вероятность такого события равна 1 / 2 1 / 2 = ¼. Если гены тесно сцеплены, то в отсутствии кроссинговера вероятность такой родословной может быть вычислена следующим образом. Гены находятся либо в фазе притяжения АВ/ab, и тогда вероятность совместной передачи двум сыновьям составляет 1 / 2 (передача комбинации ab также имеет вероятность 1 / 2)> либо в фазе отталкивания Аb/аВ, и тогда передача обоих доминантных аллелей одному сыну предполагает наличие кроссинговера, т. е. при тесном сцеплении и отсутствии кроссинговера вероятность совместной передачи в условиях фазы отталкивания равна 0. Следовательно, суммарная вероятность передачи комбинации аВ обоим сыновьям равна 1 / 2 и отношение правдоподобий составляет P 1 /P 2 = (1 / 2)(1 / 4) = 2 в пользу тесного сцепления. Таким же способом можно вычислить аналогичные отношения правдоподобий для любой степени сцепления.

Для удобства используется логарифм отношения правдоподобий "log odds" (логарифм шансов):

В этой фомуле P(F|Q) означает вероятность семьи F, когда частота рекомбинации равна 0. Преимущество в использовании логарифмов вместо самих вероятностей состоит в том, что z i любой вновь обследованной семьи просто суммируется с предшествующим результатом, давая для всех обследованных семей.

В уравнении (3.3) подразумевается, что частота рекомбинантов одинакова для обоих полов. Поскольку существуют половые различия в уровнях рекомбинации , то для реальных данных величина z должна быть вычислена отдельно для каждого из полов:

где θ-частота рекомбинации у женщин, а θ"-у мужчин.

Из определения отношения правдоподобий следует, что с увеличением числителя повышаются шансы в пользу наличия сцепления. В терминах логарифмов это означает, что, чем больше величина z, тем лучше обосновано наличие сцепления. Обычно лод-балл z ≥ 3 рассматривается как доказательство сцепления. При вычислении шансов необходимы небольшие поправки на доминирование и регистрацию родословных с редкими признаками, но здесь мы не будем касаться этого вопроса .

Лод-балл z(θ, θ ") для всей выборки семей равен сумме лод-баллов отдельных семей. Для упрощения вычислений в первом приближении можно положить θ = θ". Когда наличие сцепления уже установлено, можно тестировать половые различия.

Лод-баллы. Существует большое число таблиц лод-баллов, публиковавшихся вместе с правилами их применения. В работе с достаточно обширными родословными рекомендуется использовать алгоритм, предложенный Оттом . В идеальном для исследователя браке один из супругов должен быть двойной гетерозиготой, т.е. гетерозиготой по двум разным генам, а второй – гомозиготой по этим же генам. С другой стороны, есть семьи, которые не дают никакой информации для вывода о сцеплении:

а) в которых ни один из родителей не является двойной гетерозиготой;

б) в которых не выявляется никакой сегрегации;

в) в которых фазы двух генов у супругов неизвестны и, кроме того, имеется лишь один ребенок.

Большинство исследований по сцеплению основаны на анализе либо двух часто встречающихся в популяции генетических маркеров, либо какого-то частого маркера и редкого наследственного заболевания. Благоприятные возможности установить

3. Формальная генетика человека 197

сцепление между двумя редкими генами вряд ли когда-либо реализуются. Идеальная родословная для изучения сцепления включает три поколения и много брачных пар с большим числом детей . Сибства большого размера встречаются в западных странах все реже. Альтернативный подход заключается в тестировании большого числа малодетных семей. Хотя в большинстве случаев выборки такого типа содержат слишком мало данных о сцеплении, но иногда в очень больших выборках можно выявить некоторую новую информацию о сцеплении.

Программа LIPED - компьютерная программа, которая дает оценки максимального правдоподобия параметров сцепления на основе всех данных о родословных. Эта программа вычисляет наиболее вероятные генотипы членов родословной и использует эти данные для получения наиболее вероятного значения частоты рекомбинации. Поскольку скорость компьютера намного превышает скорость ручных расчетов, программа LIPED стала стандартным инструментом в изучении сцепления у человека .

Как уже упоминалось в разд. 2.1.2.4, длина генетической карты генома человека составляет примерно 25,8 морганид. Если считать, что в гаплоидном геноме содержится примерно 3,5·10 9 нуклеотидных пар, то 1 сМ соответствует ≈ 1,356·10 6 нуклеотидных пар (или 1356 т. п. н.). Однако, как будет обсуждаться ниже, распределение сайтов кроссинговера в различных хромосомах не является равномерным.

Когда установлено сцепление и получена максимально правдоподобная оценка 9, необходимо решить вопрос о возможной гетерогенности этого параметра. Например, если имеется сцепление между полиморфным маркером и локусом редкого доминантного признака, то тест на гетерогенность сцепления может оказаться полезным для выявления генетической гетерогенности синдрома (если сцепление справедливо только для некоторой части семейного материала). В приложении 9 приведены два численных примера: для сцепления средней степени и для отсутствия сцепления (или независимой рекомбинации).

Вероятности рекомбинации и генетическая карта. Когда сцепление между несколькими локусами уже установлено, следующий шаг заключается в оценке расстояния между этими локусами на генетической карте. Эти расстояния выражаются в морганидах (или сантиморганидах). Одна сантиморганида (сМ) соответствует 1% рекомбинации (θ = 0,01), если анализируются короткие участки хромосом. Для больших расстояний между локусами необходима поправка на двойной кроссинговер. Для этого были предложены разные методы вычисления так называемой картирующей функции . С помощью специального графика (рис. 3.25) для заданной частоты рекомбинации θ расстояние по карте можно определить непосредственно.

Аутосомное сцепление, половые различия и влияние возраста родителей. Сцепление аутосомных генов у человека впервые было выявлено для локуса системы эритроцитарных антигенов Лютеран и локуса секреции антигенов системы АВО. Несколько лет спустя удалось установить сцепление между локусами системы Rh и эллиптоцитозом (16690). Эти данные использовали для выявления генетической гетерогенности эллиптоцитоза, поскольку не все семьи с этим синдромом обнаруживали сцепление. Впоследствии сцепление было показано для локуса системы АВО и локуса доминантного

198 3. Формальная генетика человека

ногте-надколенного синдрома (16120). В этом случае впервые удалось выявить половые различия по частоте рекомбинации у человека: расстояние на генетической карте составляло 8 сМ у мужчин и 14 сМ у женщин. Аналогичные половые различия были установлены для пары локусов Lu/Se (мужчины: 10 сМ; женщины: 16 сМ), для пары АВО/Ak (аденилаткиназа) (мужчины: 12 сМ; женщины: 19 сМ), для пары HLA-PGM 3 (мужчины: 15 сМ; женщины: 3 сМ). Как мы уже говорили, при анализе сцепления теперь используют полиморфизм по длине рестрикционных фрагментов. В некоторых случаях, например для длинного плеча хромосомы 13, этот метод позволил подтвердить более высокую частоту кроссинговера у женщин . Однако имеются литературные данные и о том, что уровень рекомбинации может быть выше у мужчин. Такой вывод сделан, например, для дистальной трети короткого плеча хромосомы 11 .

Более высокая частота рекомбинации у самок была обнаружена также и для мыши . Эти результаты подтверждают сформулированное Холдейном еще в 1922 г. правило, согласно которому кроссинговер чаще происходит у гомогаметного пола (т. е. ХХ),чем у гетерогаметного (т.е. XY). Например, у самцов дрозофилы кроссинговера нет вовсе.

В свое время имела место продолжительная дискуссия относительно влияния возраста родителей на уровень рекомбинации. Имеющиеся данные на мышах свидетельствуют о том, что с возрастом частота рекомбинации у самок снижается, а у самцов повышается. Вейткамп (1972) для восьми тесно сцепленных локусов у человека обнаружил значимое увеличение частоты рекомбинаций с возрастанием порядкового номера беременности, что указывает на влияние возраста родителей (оно было одинаковым и у женщин, и у мужчин). Зависимость частоты рекомбинации от возраста родителей характерна для пар локусов Лютеран/секретор и Лютеран/миотоническая дистрофия (16090), а для пар локусов АВО/ногте-надколенный синдром и Rh/PGD такое влияние обнаружено не было. Вероятно, частота рекомбинаций разных локусов в мейозе зависит от возраста по-разному .

Как следует из публикаций, цитогенетические данные о частоте хиазм у 204 мужчин свидетельствуют о небольших (или нелинейных) изменениях с возрастом . Для женщин подобные цитогенетические данные отсутствуют. Расхождения между данными формально-генетического анализа сцепления и цитогенетическими данными о частоте хиазм не находят пока четкого объяснения.

Морфологические маркеры хромосом. Пары или кластеры сцепленных аутосомных генов (группы сцепления) невозможно соотнести с конкретными хромосомами на основе использования только формально-генетического анализа родословных. Впервые собственно локализация гена в определенной хромосоме у человека была осуществлена следующим образом .

В длинном плече первой хромосомы у человека часто обнаруживается вторичная перетяжка вблизи центромеры. Примерно в 0,5% случаев в популяции эта перетяжка оказывается намного тоньше и длиннее, чем в норме. Такие варианты наследуются доминантно. Если один из гомологов первой пары хромосом обнаруживает аномальный фенотип, то предполагается, что он несет аллель (фактор деспирализации). Имеются данные о тесном сцеплении между локусом группы крови Даффи и локусом Un-1: θ = 0,05. С другой стороны, ранее было установлено сцепление между локусами Даффи и врожденной очаговой катаракты (11620). Следовательно, группу сцепления из трех локусов: катаракты, Даффи и Un-1 можно соотнести с первой хромосомой или «приписать» ее к этой хромосоме.

Другая возможность локализации гена на конкретной хромосоме связана с анализом делеций. Например, если ген, для которого известна доминантная мутация, оказывается утерянным вследствие делеции, то отсутствие этого гена может детерминировать фенотип, сходный с тем, который обусловливает доминантная мутация. Когда делеция достаточно велика по размеру и захватывает участки, смежные с данным локусом, можно ожидать, что в

3. Формальная генетика человека 199

фенотипе будут представлены дополнительные симптомы. В 1963 г. у умственно отсталого ребенка с двусторонней ретинобластомой была обнаружена делеция в длинном плече одной из хромосом группы D (как выяснилось позже – хромосомы 13). Делеция 13ql4 была найдена и в ряде других случаев с ретинобластомой и дополнительными аномалиями. У больных ретинобластомой без дополнительных симптомов делеция обычно не наблюдалась. Из приведенных фактов следует, что локус ретинобластомы относится к хромосоме 13.

Другой, по-видимому чаще используемый, подход основывается на количественном исследовании ферментативной активности в случаях с хромосомными аномалиями. Большинство ферментов характеризуются четко различимым эффектом дозы гена, т.е. гетерозиготы по ферментативной недостаточности обнаруживают примерно 50%-ную ферментативную активность. Сходный эффект дозы гена можно ожидать и в том случае, когда ген теряется вследствие делеции. Такой подход к картированию использовался для большого числа генетических маркеров. Чаще всего результат оказывался отрицательным, но такого рода «исключающее картирование» полезно тем, что может сузить область вероятной локализации генов-маркеров. Следует, правда, учесть, что на основе этого подхода были сделаны и неправильные выводы, поскольку наличие «молчащего» (нулевого) аллеля, т.е. непроявляющейся мутации, может имитировать эффект делеции.

Если верно, что гетерозиготы и моносомики обнаруживают эффект дозы гена, то вполне реально ожидать наличие такого же эффекта и у трисомиков. Первые исследования активности ферментов при синдроме Дауна (трисомия по 21-й хромосоме), казалось бы, подтвердили такой вывод. Однако, чем больше ферментов включали в анализ, тем больше среди них обнаруживали таких, которые следовало бы отнести к 21-й хромосоме (активность большинства изученных ферментов оказалась повышенной). Кроме того, у больных с синдромом Дауна обнаружилось неожиданное увеличение активности Х-сцепленного фермента G6PD. Отсюда следует, что количественные изменения ферментативной активности у трисомиков in vivo могут быть связаны с нарушениями регуляции активности генов, локализованных в разных хромосомах.

Тем не менее все большее число случаев эффекта дозы генов описывается для трисомных и моносомных клеток, культивируемых in vitro (разд. 4.7.4.3). Остановимся лишь на одном примере. Активность фермента фосфорибозилглицинамид-синтетазы (GARS) изучалась в нескольких случаях частичной моносомии и частичной или полной трисомии 21. Эти исследования были стимулированы предшествующими данными о наличии эффекта дозы гена для этого фермента. При регулярной трисомии коэффициент превышения по отношению к норме составил 1,55. В других случаях соотношения были: 0,99 для моносомии 21q21®21 pter; 0,54 для 21q22 ® 21qter-моносомии; 0,88 для 21q21 ® 21pter-триcoмии и 1,46 для 21q22.1-трисомии. Анализируя эти данные, можно прийти к выводу о возможной локализации гена GARS в субсегменте 21q22.1 . Некоторые другие примеры приведены в табл. 4.27 и приложении 9. Использование разных вариантов хромосомной морфологии (таких, как упомянутая выше вторичная перетяжка на хромосоме 1) и эффекта дозы гена для картирования - путь медленный и недостаточно надежный. Новый метод картирования, основанный на гибридизации клеток, привел к большим успехам в этой области.