Опыты дома с исследованиями генетики человека. Взломщик ДНК: микробиолог поставил генетический эксперимент над собой (2 фото)

Генетическая инженерия представляет собой новейший инструмент биотехнологии, который позволяет получать требуемые качества организма с помощью манипуляций с генами и внедрением их в другие организмы. Получение генетически модифицированных культур, овощных и зерновых, производство человеческого инсулина, выведение новых пород животных и новых видов растений – все это результаты применения генной инженерии.

Громкие генетические эксперименты

Съесть и привиться от гепатита В? Индийские ученые не так давно опубликовали свои работы по созданию такого сорта бананов. Заодно были проведены аналогичные эксперименты и с другими фруктами и овощами, но в итоге выбор остановили на . Новый сорт бананов является носителем ослабленного штамма вируса гепатита В. По замыслу ученых, попав в организм вместе со сладким лакомством, вирус должен вызвать соответствующую реакцию организма и способствовать формированию иммунитета.

Еще дальше пошли британские исследователи, которые предлагают лечить рак куриными яйцами! Особая порода кур, чьи гены смешаны с человеческими, содержит в своем организме белок, являющийся противораковым препаратом. Таким образом, яйца, которые на большую часть состоят из этого , могут вполне заменить собой дорогостоящие противораковые лекарства.

Известно, что ни одна искусственная молочная смесь для младенцев не способна заменить собой грудное молоко, уступая ему как в полезных, так и в питательных свойствах. Китайские генетики провели эксперимент, следствием которого стало появление коровьего молока, почти идентичного молоку кормящих матерей. Добавление клонированных генов человека в ДНК коровьего эмбриона призвано было вывести новую породу коров, дающих «человеческое» молоко.

Корова дает «мамино» молоко, а коза – молоко с шелком! Американский ученый выделил ген паука, отвечающий за создание нитей паутины, и скрестил его с геном коз. В итоге козлята, родившиеся от этой козы, сохранили ген, ответственный за производство шелка.

Капуста, убивающая насекомых-вредителей ядом скорпиона, отнюдь не выдумка , а результат работы китайских генетиков. Рыбка, которая растет не по дням, а по часам – итог генного эксперимента по внедрению в организм лосося сразу двух генов: от быстро растущей чавычи и налима, растущего в любое время года. В итоге получен вид лосося, который имеет размер вдвое больше обычного и растет в два раза быстрее, и этот сорт рыбы официально разрешен к употреблению в пищу.

Все эти ставшие широко известными генетические эксперименты призваны были сделать жизнь человека лучше и удобнее, обеспечив его дешевыми и легко получаемыми продуктами и лекарствами. Однако ученые до сих пор спорят, насколько

По одной из гипотез человечество было создано инопланетянами. Первые люди на Земле относились к своим творцам как к богам. Самые древние народы знали о существовании пришельцев. Об этом свидетельствуют настенные росписи, оставленные в храмах и гробницах.

На основании тщательного анализа фресок в египетских храмах, исследователи сделали вывод, что пришельцы создали искусственную сборку человека из его частей. К примеру, некоторые рисунки на стенах гробниц демонстрируют процесс введения в яйцеклетку микропипеток.

Согласно мнению ученых, так «боги» воздействовали на человеческие гены . Если взглянуть на картину внимательнее, то становится понятным, что пришельцы занимались генетическими экспериментами. Причем на фресках экспериментаторы показаны высокорослыми существами, а люди – низкорослыми.

По всей видимости, люди раньше использовались в качестве подопытных животных, как сейчас применяются современными людьми кролики и мыши. Профессора полагают, что мужчины были созданы для того, чтобы быть для пришельцев рабочей силой. Сейчас генетики уверены, что эволюция мужчин и женщин завершена.

Виген Геодакян, доктор биологических наук, считает, что мужчина отвечает за эволюцию человечества .

В современном мире люди делятся на сильную и слабую половину. Можно ли их так делить? Мужчины физически сильнее, но энергетического запаса больше у женщин. Свидетельствует ли это о том, что женщина живучее мужчины? Может быть, женщины были созданы генетическими экспериментами для того, чтобы обеспечивать мужчинам благоприятные условия для работы?

У сторонников этой гипотезы имеется неопровержимый факт: в любой религии Бог – это мужчина, но рядом с ним всегда находится Богиня, которая оберегает его.

Сегодня многие ученые говорят, что существование женщины без мужчины невозможно. Впрочем, как и наоборот. Из 23-х хромосом у человека лишь одна отвечает за половую принадлежность. У мужчин ХY, а у женщин – ХХ. Может показаться, что разница небольшая, но отличий между мужчиной и женщиной очень много.

Специалисты пришли к выводу, что у мужчин изначально заложена их гениальность. Подтвердить эти слова можно тем, что изобретателями, первооткрывателями и гениальными учеными чаще становятся мужчины. Но у представителей сильной половины есть опасность разрушения собственных мужских хромосом, в деградации которых виновато ухудшение экологии. На сегодняшний день у представителей американских племен сохранилась самая стойкая мужская хромосома.

По этой причине вполне возможно, что в ближайшем будущем женщины будут рождать детей от индейских мачо. Но если и те не справятся с такой задачей, надежда останется лишь на высокие технологии. Однако такой поворот станет опасным для мужчин, ведь уже сегодня зачатие возможно без их участия. Действительно ли человек является результатом генетических экспериментов, проводимых внеземным разумом, остается лишь гадать. Так или иначе, версия очень интересная.

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.

Сейчас ученые-генетики всего мира исследуют геном человека, животных и растений. Геном человека уже давно расшифрован, недавно ученые предоставили очередную расшифровку — на сей раз, кукурузы. Конечно, теперь ведутся работы по изучению роли каждого гена в геноме. Некоторые эксперименты оказываются полезными. Правда, некоторые исследования выглядят несколько странно — вот о них мы сегодня и поговорим.

Город близнецов

Так вот, именно этот эксперимент Менгеля, который, кстати, смог избежать наказания, сбежав в Латинскую Америку, сейчас приносит свои плоды. Удивительно, но факт — в бразильском городе Кандидо Гондои (Candido Godoi) очень много близнецов. Не просто много, а очень много — такое впечатление, что там одни близнецы.

Причем здесь доктор Менгель? Да притом, что по свидетельству местных жителей, доктор Менгель посещал городок в 60-х годах прошлого века, оказывая медицинские услуги женщинам города. Теперь у бразильцев проблема — каждая пятая забеременевшая женщина рождает близнецов, причем дети голубоглазые и светловолосые. Почему? Ученые этого не понимают.

Прояснить ничего не могут до сих пор, и доктор Менгель вряд ли уже что-то расскажет, поскольку он умер своей смертью в 1979 году.

Козы-пауки

Ученые решили решить проблему неожиданным способом — внедрив в геном коз некоторые гены из генома пауков. В результате молоко генетически модифицированных коз содержит белок, из которого и состоит паутина. Молоко таких коз можно пить, и вряд ли кто отличит его от обычного козьего молока. Но из этого молока, после соответствующей его обработки, выделяется белок, который называют паучьим шелком.

Клонирование замороженной мыши

Еще немного — и по Земле начнут бродить мамонты и другие вымершие животные, ДНК которых еще можно выделить. Кстати, начинают уже поговаривать о клонировании людей, завещавших заморозить себя после смерти — наверное, вы слышали о подобном.

К сожалению, оживить замороженные тела пока нет никакой возможности, но вот клонировать «полярников» можно.

Генетически модифицированные москиты

Переносчиками заразы являются москиты — кровососущие насекомые, в телах которых возбудители малярии прекрасно себя чувствуют. Так вот, ученые создали разновидность москитов, организм которых сопротивляется возбудителям малярии, так что укус такого москита «чистый». Ученые, которые создали новый вид москитов, выпустили несколько таких насекомых, с тем, чтобы позволить им размножиться в естественных условиях. Авторы исследования надеются, что ген противодействия малярии окажется доминирующим, и лет через десять количество заболеваний малярией начнет снижаться.

Женщины и розовый цвет

Но... никакие исследования генома человека не проводились, ученые просто провели ряд компьютерных тестов, где группе добровольцев предлагали выбрать различные геометрические фигуры розового и голубого цветов. По результатам тестов оказалось, что женщины чаще выбирают фигуры, окрашенные в розовый цвет, в то время, как мужчины выбирают фигуры, окрашенные в голубой цвет.

Кстати говоря, результаты исследований были представлены в нескольких авторитетных медицинских изданиях. Но выглядит все это несколько странно — ведь цветовые предпочтения не обязательно обусловлены геномом, вполне может быть, что они вырабатываются в течение жизни. Но, как бы там ни было, ученым виднее.

Выращиваем глаза

Так, ученым в 2007 году удалось понять, какие вещества провоцируют появление глаз в заданном месте. Оказалось, что индикатором, меткой, являются специфические азот-содержащие молекулы. Ученым даже удалось добиться появления третьего глаза, при введении дополнительной такой молекулы-триггера.

Вероятно, подобный же механизм действует и при формировании глаз у других животных и человека. Теперь генетики продвинулись настолько далеко, что им удалось получить амфибий с глазами на лапах и даже не хвосте (речь идет о саламандрах).

Коровы и молоко

Теперь, если тесты покажут пригодность такого молока, то его можно использовать в качестве лечебного препарата, причем очень вкусного. Конечно, есть и противники подобных опытов с коровами, но сторонников пока все же больше.

Быстрорастущие деревья

Сами деревья, конечно же, не будут использоваться в виде дров — нет, речь идет о спирте, который ученые и собираются получать из этих деревьев. Точнее, не из них самих, а из целлюлозы, являющейся основной составной частью древесины. Вполне может статься, что этанол, получаемый из деревьев, и будет топливом будущего.

Эксперименты на людях всегда будут спорной темой. С одной стороны, такой подход позволяет нам получить больше информации о человеческом теле, которой в будущем найдётся полезное применение, с другой же есть целый ряд этических вопросов. Лучшее, что мы можем сделать как цивилизованные человеческие существа - это постараться найти некий баланс. В идеале мы должны проводить эксперименты, нанося человеку как можно меньше вреда

Однако случаи из нашего списка - полная противоположность этой концепции. Мы можем только представить себе боль, которую испытывали эти люди - для тех, кому нравилось играть в Бога, они значили не больше морских свинок.

Доктор Генри Коттон считал, что основополагающими причинами безумия являются локализованные инфекции. После того, как в 1907-м году Коттон стал главой сумасшедшего дома в городе Трентон, он стал практиковать процедуру, называемую им хирургической бактериологией: Коттон и его команда выполнили тысячи хирургических операций на пациентах, часто без согласия последних. Во-первых, они удаляли зубы и миндалины, а если этого оказывалось недостаточно, то «врачи» делали следующий шаг - удаляли внутренние органы, являющиеся, по их мнению, источником проблемы.

Коттон настолько верил в свои методы, что прибегал к ним даже на себе и своей семье: например, он удалил некоторые зубы самому себе, своей жене и двум сыновьям, одному из которых также была удалена часть толстого кишечника. Коттон утверждал, что при его лечении наблюдался высокий процент выздоровления пациентов, а также что он просто стал громоотводом для критики тех моралистов, которые находили его методы ужасающими. Смерть 49-ти своих пациентов при колэктомии, например, Коттон оправдал тем, что те до операции уже страдали «терминальной стадией психоза».

Последующее независимое расследование показало, что Коттон сильно преувеличивал. После его смерти в 1933-м году подобные операции больше не проводились, а точка зрения Коттона канула в безвестность. К его чести, критики постановили, что он был вполне искренен в своих попытках помочь пациентам, хоть и делал это безумным обманным путём.

Джей Марион Симс, почитаемый многими как пионер в области американской гинекологии, в 1840-м году приступил к обширным исследованиям в области хирургии. В качестве подопытных он использовал нескольких женщин из числа негритянок-рабынь. Исследование, занявшее три года, было нацелено на хирургическое лечение пузырно-влагалищных свищей.

Симс считал, что недуг возникает при аномальном соединении мочевого пузыря с влагалищем. Но, что странно, операции он выполнял без анестезии. Один субъект, женщина по имени Анарча, пережила целых 30 таких операций, что в конечном счёте позволило Симсу доказать свою правоту. Это было не единственным ужасающим исследованием, проведённым Симсом: он также пытался лечить детей рабов, страдающих от тризма - спазмов жевательной мускулатуры - используя сапожное шило, чтобы сломать, а потом выровнять их кости черепа.

Ричард Стронг, врач и глава Биологической лаборатории Филипиннского научного бюро, сделал заключённым из манильской тюрьмы несколько прививок в попытке найти идеальную вакцину против холеры. В одном из таких экспериментов в 1906-м году он по ошибке заразил заключённых вирусом бубонной чумы, что привело к смерти 13-ти человек.

Правительственное расследование инцидента затем подтвердило этот факт. Было заявлено о трагической случайности: бутыль с вакциной перепутали с вирусом. Стронг после своего фиаско на некоторое время залёг на дно, но шесть лет спустя вернулся в науку и сделал заключённым ещё одну серию прививок в этот раз в поисках вакцины от болезни бери-бери. Некоторые участники эксперимента умерли, а выжившим компенсировали страдания, подарив им несколько пачек сигарет.

Пресловутые эксперименты Стронга были настолько бесчеловечными и привели к таким катастрофическим последствиям, что позже на Нюрнбергском процессе нацистские обвиняемые привели их в качестве примеров в попытке оправдать собственные ужасающие эксперименты.

Такой метод можно расценивать скорее как пытку, чем как лечение. Доктор Уолтер Джонс в 1840-х годах рекомендовал кипяток в качестве лекарства от брюшной пневмонии - он в течение нескольких месяцев испытывал свой метод на многочисленных рабах, страдающих от этого заболевания.

Джонс очень подробно описал, как одного пациента, 25-летнего мужчину, раздели догола и заставили лечь животом на землю, а затем Джонс вылил на спину пациента около 22-х литров кипятка. Тем не менее, это был не конец: врач заявил, что процедуру следует повторять каждые четыре часа, и, возможно, этого будет достаточно для «восстановления капиллярного кровообращения».

Позднее Джонс заявлял, что вылечил таким способом множество пациентов, и утверждал, что никогда ничего не делал собственноручно. Ничего удивительного.

Хотя идея бить током кого-либо для лечения нелепа сама по себе, врач из Цинциннати по имени Робертс Бартолоу вывел это на следующий уровень: он послал разряд электрического тока прямо в мозг одного из своих пациентов.

В 1847-м году Бартолоу лечил больную по имени Мэри Рафферти, страдающую от язвы в черепе - язва в буквальном смысле проела часть черепной кости, и мозг женщины был виден через это отверстие.

С разрешения пациентки Бартолоу вставил электроды непосредственно в мозг и, пропуская по ним разряды тока, стал наблюдать за реакцией. Он повторил свой эксперимент восемь раз в течение четырёх дней. Поначалу, казалось, Рафферти чувствовала себя прекрасно, но на более поздней стадии лечения впала в кому и через несколько дней умерла.

Реакция общественности была настолько велика, что Бартолоу пришлось уехать и продолжить свою работу в другом месте. Позже он поселился в Филадельфии и в итоге получил почётную должность преподавателя в медицинском колледже Джефферсона, доказав, что даже сумасшедшим учёным может сильно повезти в жизни.

У Лео Стэнли, главврача тюрьмы Сан-Квентин с 1913-го по 1951-й год, была сумасшедшая теория: он считал, что мужчины, совершавшие преступления, имели низкий уровень тестостерона. По его словам, повышение уровня тестостерона у заключённых приведёт к снижению преступного поведения.

Чтобы проверить свою теорию, Стэнли провел серию странных операций: он хирургически пересаживал яички недавно казнённых преступников ещё живым заключённым. В связи с недостаточным количеством яичек для экспериментов (в среднем в тюрьме проводилось три смертных казни в год) Стэнли вскоре стал использовать яички разных животных, которые он обрабатывал различными жидкостями, а потом вводил под кожу заключённых.

Стэнли заявил, что к 1922-му году провёл подобные операции на 600 испытуемых. Он также утверждал, что его действия были успешными, и описал один частный случай, как престарелый заключённый кавказского происхождения стал бодрым и энергичным после того как ему пересадили яички молодого негра

Лауретта Бендер больше всего известна, пожалуй, благодаря созданию психологического гештальт-теста Бендер, оценивающего движения ребёнка и его способности к познанию.

Однако Бендер также занималась несколько более спорными исследованиями: будучи психиатром в больнице Беллвью в 1940-х годах, она ежедневно подвергала по 98 пациентов-детей шоковой терапии в попытке вылечить их состояние под названием «детская шизофрения», которое сама же и придумала.

Она сообщила, что шоковая терапия была крайне успешной, и что рецидив наблюдался впоследствии лишь у нескольких детей. Как будто шоковой терапии было недостаточно, Бендер также вводила детям дозы ЛСД и псилоцибина - химического вещества, содержащегося в галлюциногенных грибах, причём таких доз наркотиков было бы много и для взрослого человека. Часто дети получали по одному такому уколу в неделю.

В 2010-м году американской общественности стало известно о крайне неэтичном эксперименте с сифилисом. Профессор, изучавший печально известное исследование сифилиса Таскиги, обнаружил, что та же здравоохранительная организация также провела аналогичный эксперимент в Гватемале.

Это откровение побудило Белый дом сформировать следственный комитет, и обнаружилось, что спонсируемые правительством исследователи преднамеренно инфицировали 1300 гватемальцев сифилисом в 1946-м году. Целью исследования, продолжавшегося два года, было узнать, может ли пенициллин быть эффективным средством лечения для уже инфицированного пациента. Учёные заплатили проституткам, чтобы те заразили других людей, в основном солдат, заключённых и психически больных.

Разумеется, мужчины не знали о том, что их намеренно хотят заразить сифилисом. В общей сложности из-за эксперимента погибло 83 человека. Эти ужасные результаты побудили президента Обаму лично извиниться перед президентом и народом Гватемалы.

Дерматолог Альберт Клигман в 1960-х годах испытывал комплексную экспериментальную программу на заключённых тюрьмы Холмсбург. Один из таких экспериментов, спонсируемых армией США, был направлен на увеличение прочности кожи.

Теоретически укреплённая кожа могла бы защитить солдат от химических раздражителей в зонах боевых действий. Клигман применял различные химические кремы и средства на заключённых, но единственным результатам стало появление многочисленных рубцов - и боль.

Фармацевтические компании также нанимали Клигмана для проверки своей продукции: они платили ему за то, чтобы он использовал заключённых в качестве хомячков. Разумеется, добровольцам тоже платили, хоть и немного, но они не были полностью проинформированы о возможных неблагоприятных последствиях.

В результате многие химические смеси привели к возникновению на коже волдырей и ожогов. Клигман же был совершенно безжалостным человеком. Он писал: «Когда я приехал в тюрьму в первый раз, всё, что я видел перед собой - это бесконечные акры кожи». В конце концов, возмущение общественности и последующее расследование вынудило Клигмана прекратить свои эксперименты и уничтожить всю информацию о них.

К сожалению, бывшим испытуемым компенсацию за ущерб так и не предоставили, а Клигман позже разбогател, изобретя Ретин-А - средство по борьбе с акне.

Люмбальная пункция, иногда называемая также поясничным проколом, - часто необходимая процедура, особенно при неврологических заболеваниях и заболеваниях позвоночника. Но гигантская игла, втыкаемая прямо в позвоночный столб, обязательно принесёт пациенту мучительную боль.