Genetika

ZÁKLADY GENETIKY PRO LAIKY 

 Stručné shrnutí genetiky :

  • Každé lidské tělo je složeno z více než 100 miliónů buněk
  • Každá buňka je ohraničena pevnou buněčnou membránou, pod kterou je uvnitř rosolovitá hmota  zvaná cytoplazma. V cytoplasmě je uloženo jádro buňky, které obsahuje mimo jiné chromozomy. 
  • Každý chromozom (má tvar šroubovice) obsahuje tisíce genů. Geny jsou základními jednotkami dědičné informace. Každý gen tvoří jinou bílkovinu. Důležitost jednotlivých bílkovin je velmi rozlišná.
    • Existují dva základní typy nukleových kyselin: deoxyribonukleová (DNA) je lokalizována v buněčném jádře a ribonukleová (RNA) je v cytoplasmě.
  •  Lidská DNA obsahuje 20–25 tisíc genů, které se skládají z asi   3,1–3,2 miliardy párů bází (částí, které se nazývají alely). Alely jsou konkrétní formy genu (určují např. barvu očí či vlasů). Různé kombinace alel  vedou k různým fenotypovým projevům.
  • Většina buněk lidského těla má 46 chromozomů uspořádaných do 23 dvojic.  Jeden chromozom z každé dvojice pochází od matky a druhý od otce. Výjimku z tohoto pravidla představují pouze zralé červené krvinky, které ztrácejí své chromozomy v konečném stadiu svého vývoje, a pohlavní buňky (vajíčka a spermie), které obsahují polovinu obvyklého množství chromozomů, a úplný počet chromozomů je opět získán až při oplodnění vajíčka spermií.
  • Člověk má 22 párů chromozomů nepohlavních = autozomy a jeden pár chromozomů  heterologních neboli pohlavních chromozomů = gonozomy. Autozomy jsou označeny arabskými číslicemi od 1 do 22, gonozomy jsou označeny písmeny X a Y podle pohlaví. Tyto pohlavní chromozomy se nazývají X a Y podle jejich tvaru. Ženy mají dva X chromozomy, u mužů je jeden chromozom v páru X a druhý Y. Takže muž má 46 XY chromozomů a žena 46 XX.
  • Chromozomy od otce jsou určují pro pohlaví zárodku.
  • Dědičnost je proces, ve kterém potomek (buňka nebo organismus) získává vlastnosti nebo predispozice k vlastnostem rodičovské buňky nebo organismu.
  • Typy dědičnosti: A/ Autosomální dědičnost = tento typ dědičnosti je podmíněn geny uloženými na autosomech (nepohlavních chromosomech).
    • Autosomálně recesivní dědičnost=  obě pohlaví jsou postižena stejně často, rodiče jsou obvykle zdrávi, nemoc se projevuje až u potomků, obecně se zvyšuje pravděpodobnost projevu choroby u příbuzenských sňatků
    • Autosomálně dominantní dědičnost  přenos  znaku je podmíněn dominantní postiženou alelou, obě pohlaví jsou postižena stejně často, typicky je to vertikální typ dědičnosti – alespoň jeden rodič je postižen (nejčastěji heterozygot), nemoc se vyskytuje prakticky v každé generaci, viz. následující graf
  •      B/  Gonosomální dědičnost = tento typ dědičnosti je podmíněn geny uloženými na gonosomech (pohlavních chromosomech).
    • Gonosomálně recesivní dědičnost =  je to přenos sledovaného znaku, jehož  alela leží v gonozomu, a to nejčastěji v chromozomu X (X-vázaná dědičnost) např. nemoc hemofilie. Typickým projevem je daleko větší počet nemocných mužů než žen, které jsou v drtivé většině jen zdravé přenašečky.
    • Gonosomálně dominantní dědičnost =  přenos  znaku je podmíněn dominantní postiženou alelou, obě pohlaví jsou postižena stejně často, typicky je to vertikální typ dědičnosti – alespoň jeden rodič je postižen (nejčastěji heterozygot), nemoc se vyskytuje prakticky v každé generaci
    • Y-vázaná dědičnost (Holandrická dědičnost) je specifický typ dědičnosti vázaný na pohlavní chromosom Y. který je přítomen pouze u jedinců mužského pohlaví. Přenos Y-vázaných genů se tak odehrává výlučně z otce na syna. U člověka je ovšem na chromosomu Y lokalizováno relativně málo genů, proto není známa žádná dědičná choroba vázaná na chromosom Y.
    • X-vázaná dědičnost je specifický typ dědičnosti, který se týká genů  lokalizovaných na chromosomu X. V rámci genetiky člověka jde prakticky o synonymum výrazu gonosomální dědičnost (tedy dědičnosti vázané na pohlavní chromosomy), protože chromozom Y  obsahuje jen velmi málo genů a tak můžeme Y vázanou dědičnost prakticky zanedbat.
    • Výsledek obrázku pro dědičnost
    • Mnohem častější je dominantní typ dědičnosti než recesivní.
  • Gen se značí písmenem. Dominantní gen (ten se prosadí) je značen velkým písmenem a recesivní  gen (ten se neprosadí)  je značen malým písmenem.
  • Homozygot je jedinec, který má v určitém místě téhož chromozomového páru stejné alely, heterozygot je jedinec, který má v určitém místě téhož chromozomového páru odlišné alely

Podrobnější popis genetiky:

Dědičnost je unikátní schopnost živých organizmů, díky které si mohou předávat z generace na generaci určité znaky, vlohy a schopnosti. Existuje několik různých typů dědičnosti, z nichž některé jsou dokonce vázané na pohlaví. Pochopení základních zákonů dědičnosti je klíčové pro pochopení celé problematiky genetiky a jejích nemocí.

Každé lidské tělo je složeno z více než 100 miliónů buněk, což jsou mikroskopické struktury zpravidla o průměru pouhé setiny milimetru. Buňka není schopna samostatně přežít mimo lidské tělo, pokud nemá speciální podmínky (umělá kultivace na speciálních zárodečných půdách). Buňky lidského těla se navzájem liší svým tvarem, velikostí a složením podle funkce, kterou zastávají. Například svalové buňky jsou dlouhé a tenké a mají schopnost se stahovat a uvolňovat a tím umožňují pohyb těla. Velké množství nervových buněk jsou také dlouhé a tenké, ale jsou určeny k přenosu impulsů, ze kterých vznikají vzkazy přenášené nervy z mozku do periferních (okolních) tkání. Jaterní buňky mají zase tvar šestiúhelníku a jsou uzpůsobeny k provádění mnoha životně důležitých chemických procesů. Červené krvinky mají tvar oválu a přenášejí kyslík a kysličník uhličitý, zatímco buňky slinivky mají kulovitý tvar a tvoří a vyměšují hormon insulin atd.

Výsledek obrázku pro lidská buňka

Navzdory všem rozdílům je složení všech buněk založeno na stejných pravidlech. Každá buňka je ohraničena pevnou buněčnou membránou, pod kterou je uvnitř rosolovitá hmota, zvaná cytoplazma. V cytoplasmě je uloženo jádro buňky (obsahuje chromozomy) a ostatní orgány buňky, zvané organely (ty mají důležité specifické funkce). V každém buněčném jádru je uložena informace ve formě chemické látky zvané deoxyribonukleová kyselina (DNA). DNA je organizovaná do genů, které jsou uspořádány do struktur zvaných chromozomy. Chromozomy jsou ve tvaru šroubovice. Lidská DNA obsahuje 20–25 tisíc genů, které se skládají z asi   3,1–3,2 miliardy párů bází (částí, které se nazývají alely). Kdyby se seřadila jednotlivá vlákna za sebe, vzniklá řada by byla dlouhá asi jeden metr. Počet nefunkčních genů (pseudogenů) představuje však dalších asi 20 000. Co je to nefunkční gen ? „Mrtvý gen“ zvaný pseudogen je takový gen, který není aktivní a jeho informace není realizována. Důvodem této neaktivity jsou většinou nefunkční nebo chybějící regulační sekvence (části).

Každý chromozom tedy obsahuje tisíce genů,  z nichž každý má dostatečnou informaci k tvorbě jedné bílkoviny. Každý gen tvoří jinou bílkovinu. Důležitost jednotlivých bílkovin je velmi rozlišná, některé bílkoviny mají jen malý význam pro nitrobuněčné pochody, jiné jsou velmi důležité a ovlivňují nápadné zevní znaky lidského těla, například barvu očí, charakter vlasů, barvu kůže apod.

Související obrázek

Geny jsou základními jednotkami dědičné informace. Jsou to právě geny, které zásadní měrou ovlivňují různé znaky každého živého organizmu. Cesta od informace (genu) k výsledné podobě (znaku) ovšem není jednoduchá. Dědičnost jednotlivých znaků zprostředkovávají geny a jejich konkrétní formy – alely (viz.obrázek).  Alely jsou konkrétní formy genu – tedy jsou to právě ony,  které rozhodují o konkrétní podobě příslušného dědičného znaku u konkrétního jedince. Různé kombinace alel navíc vedou k různým fenotypovým projevům.

Výsledek obrázku pro alela

Dědičnost dělíme na

a) Monogenní = vlastnost je řízena jedním genem – tzv. majorgenem. Je to gen velkého účinku, podílí se na tvorbě znaků, většinou jde o znak kvalitativní. Je neovlivnitelný vnějšími vlivy.

b) Polygenní = geny jsou malého účinku. Není mezi nimi dominance. Na tvorbě znaku se podílí více genů, které stejnou měrou určují jeden znak (např. tělesná výška,váha,barva očí atd.). Mohou být aktivní, které se projeví, ale i pasivní, které se neprojeví. Nezanedbatelný je i vliv vnějšího prostředí, většinou ovlivňuje kvantitativní znaky.

Geny jsou uloženy na chromosomech za sebou – ve specifickém a neměnném pořadí. Každý gen tak má své unikátní místo na určitém chromosomu a na jeho určité části – toto místo označujeme jako genový lokus. V diploidní buňce existují pro jeden gen 2 alely (části), tedy konkrétní formy genu. Alelu (případně alely), která se vyskytuje běžně v populaci a podmiňuje normální (zdravý) fenotypový znak nazýváme alelou divokou. Alela, jejíž sekvence nukleotidů byla změněna mutací (a může tak podmiňovat patologický znak), pak označujeme jako alelu mutovanou. Dominantní alela úplně potlačí projev recesivní alely. Dominantní alela je tedy taková, která se projeví i v heterozygotní kombinaci. Dominantní alela nepotlačuje recesivní alelu úplně, recesivní alela se také částečně projeví.

Výsledek obrázku pro gen

Většina buněk lidského těla má 46 chromozomů uspořádaných do 23 dvojic. Jeden chromozom z každé dvojice pochází od matky a druhý od otce. Výjimku z tohoto pravidla představují pouze zralé červené krvinky, které ztrácejí své chromozomy v konečném stadiu svého vývoje, a pohlavní buňky (vajíčka a spermie), které obsahují polovinu obvyklého množství chromozomů, a úplný počet chromozomů je opět získán až při oplodnění vajíčka spermií. Takže si to shrneme. Člověk má 22 chromozomů, které jsou nepohlavní chromozomy = autozomy a tvoří homologní páry, zatímco jeden poslední pár je heterologní a je tvořen pohlavními chromozomy= gonozomy.

Autozomy jsou označeny arabskými číslicemi od 1 do 22, gonozomy jsou označeny písmeny X a Y podle pohlaví.

V okamžiku oplodnění začínají geny uplatňovat instrukce pro utváření a modelování nového lidského jedince. Chromozomy od otce jsou určují pro pohlaví zárodku. Tyto chromozomy se nazývají X a Y podle jejich tvaru. Ženy mají dva X chromozomy, u mužů je jeden chromozom v páru X a druhý Y. Jestliže je vajíčko, které má vždy X chromozom, oplodněno spermií s chromozomem X, vznikne zárodek ženského pohlaví, jedná-li se o spermii s chromozomem Y,  je zárodek mužského pohlaví. Je tedy velice důležité si uvědomit, že zatímco žena má dva chromosomy X (a má veškeré geny z chromosomu X ve dvou kopiích), muž má chromosom X jenom jeden. Muž tak má řadu genů z chromosomu X pouze v jedné kopii (hovoříme o tom, že muž je pro tyto geny hemizygotní). Z toho plyne, že mutace v takovémto genu je pro muže závažnější než pro ženu, protože nemá druhou – potenciálně zdravou – kopii genu (alelu), která by mohla negativní účinek mutované kopie zmírnit. Takže muž má 46,XY chromozomů a žena 46,XX. DNA v chromozomech má nejen schopnost uchovat genetickou informaci, ale také schopnost vlastní reprodukce. Bez této schopnosti by se buňky nemohly dělit a nemohly by přenášet genetickou informaci z generace na generaci.Proces dělení buněk, při kterém se buňky reprodukují, se nazývá mitóza. Tento typ dělení buněk se uplatňuje v procesu růstu oplodněného vajíčka během nitroděložního života nejprve v zárodek (embryo) a později v plod (fetus), po narození pak v dítě a dále v dospělého jedince. Stejný princip dělení buněk je uplatňován také v procesu náhrady opotřebených buněk. Když se buňka nedělí, nejsou chromozomy v jádře viditelné, ale při dělení buňky se chromozomy zkracují a ztlušťují a je vidět jejich podélné rozštěpení na 2 poloviny. Tyto zdvojené chromozomy se pak roztrhnou na dvě stejné části a přesouvají se na opačné konce buňky. Nakonec se rozdělí hmota obklopující buněčné jádro (cytoplazma) a vytvoří se nová buněčná membrána kolem 2 nových buněk. Obě nové buňky mají normální počet 46 chromozomů. Každý den odumře obrovské množství buněk ,ale jsou nahrazeny novými. Některé buňky jsou v tomto směru zdatnější než ostatní. Například mozkové a nervové buňky, jestliže jsou jednou zformovány, nejsou již nahraditelné, naproti tomu jaterní, kožní a krevní buňky jsou kompletně vyměněny několikrát do roka.

Výsledek obrázku pro dělení buněk

U buněk s polovičním počtem chromozomů je to maličko jinak. Aby byly zachovány dědičné znaky,  je třeba odlišného způsobu dělení, který se nazývá meióza. Tento proces probíhá tak, že se chromozomy stejně jako u mitotického dělení nejprve zkrátí, ztluští a rozdělí na dvě části, ale pak chromozomy vytvoří opět páry tak, že jeden chromozom od matky a jeden chromozom od otce leží vedle sebe. Pak se chromozomy velmi pevně propletou, takže při eventuálním rozštěpení každý nový chromozom obsahuje některé geny od matky a některé od otce. Poté se obě nové buňky opět rozdělí, takže každé vajíčko nebo spermie obsahuje potřebných 23 chromozomů. Tyto výměny genetického materiálu během procesu meiózy vysvětlují, proč děti nevypadají přesně jako jejich rodiče a proč každý kromě jednovaječných dvojčat má unikátní genetickou výbavu.

Geny jsou zodpovědné za naše charakteristické rysy, jako je barva očí, výška, krevní skupina, tělesné a povahové znaky aj. Každý z nás má tisíce genů. Všichni vždy zdědíme dvě kopie genů. Jednu kopii od své matky a jednu kopii od svého otce. Na X chromosomu je mnoho genů důležitých pro růst a vývoj. Y chromosom je o mnoho menší a má méně genů. Ženy mají dvě kopie X chromosomu (XX), a proto když je jeden z genů na jednom X chromosomu změněn, může normální gen na druhém X chromosomu změnu vyrovnat. V takovém případě je pak žena zdravou nosičkou onemocnění vázaného na X chromosom. Být nosičkou znamená, že nemá onemocnění, ale přenáší změněnou kopii genu. V některých případech mohou ženy nosičky mít mírné příznaky daného onemocnění.Muži mají jeden X a jeden Y chromosom (XY), a proto když je některý z genů na X chromosomu změněn, nemá muž jinou kopii genu, která by mohla změnu vyrovnat. Takový muž bude postižen daným onemocněním. Onemocnění, která se dědí tímto způsobem, se nazývají recesivní onemocnění vázaná na X chromosom.

Výsledek obrázku pro genetika

Ačkoli většina na X chromosom vázaných onemocnění (jednotek) je recesivní, velmi vzácně mohou být i na X chromosom vázaná onemocnění přenášena dál dominantně. To znamená, že i když žena zdědí jednu normální kopii a jen jednu změněnou kopii genu, tato jedna kopie změněného genu u ní postačí ke vzniku onemocnění. Když muž zdědí změněný X chromosom bude též postižen onemocněním, neboť muži mají jen jeden chromosom X. Postižená žena má 50% (1/2) riziko, že bude mít postižené děti (syny i dcery). Postižený muž bude mít všechny dcery postižené, ale všichni jeho synové budou nepostiženi. Mnohem názorněji to ukazují přiložené obrázky.

Má-li žena přenašečka syna, předá mu buď X chromosom s normálním genem, nebo změněný (mutovaný) X chromosom. Každý syn má proto 50% (1/2) riziko, že zdědí změněný gen a bude postižen onemocněním. Stejně tak je 50% (1/2) šance, že syn zdědí normální gen. V tom případě nebude postižen onemocněním. Tato šance zůstává v každém těhotenství stejná.

Má-li žena přenašečka dceru, předá jí buď X chromosom s normálním genem, nebo změněný (mutovaný) X chromosom. Každá dcera má tedy 50% (1/2) riziko, že zdědí změněný gen. Pokud se tak stane, je dcera přenašečkou stejně jako její matka. Stejně tak je 50% (1/2) šance, že dcera zdědí normální gen. V tom případě nebude přenašečkou a zcela jistě nebude postižena onemocněním. Tato šance zůstává v každém těhotenství stejná.

Pokud má muž postižený chorobou vázanou na X chromosom dceru, vždy jí předá změněný gen. Je to proto, že muži mají jen jeden X chromosom a ten dávají dcerám. Všechny dcery proto budou přenašečkami. Dcery obvykle nejsou postiženy onemocněním, ale mají riziko, že budou mít postižené syny.

Pokud má muž postižený chorobou vázanou na X chromosom syna, jeho syn nikdy nezdědí změněný gen na X chromosomu. Je to proto, že muži vždy svým synům předávají Y chromosom (když předají X chromosom, narodí se dcera).

Někdy se může narodit chlapec postižený onemocněním vázaným na X chromosom jako první v celé rodině. To se může stát, když ke změně genu dojde ve vajíčku či ve spermii, ze kterých budoucí dítě vznikne. To pak má změněný gen ve všech buňkách svého těla a může změněný gen předat dále svým dětem .

Pro některé lidi může být obtížné říci rodině o dědičném onemocnění,které je postihlo. Mohou mít strach, že způsobí v rodině obavy a nebo se mohou za vzniklou situaci stydět. Někdy tak raději přeruší kontakt s rodinou a tím ztíží situaci ostatním členům rodiny. Klinický genetik má často dostatek zkušeností s rodinami v takovýchto situacích a může nabídnout pomoc pro optimální řešení této situace.

Ženy přenašečky mají 50% pravděpodobnost, že předají změněný gen dětem (bez rozdilu pohlaví). Pokud změněný gen dostane syn, bude postižený onemocněním (vzniklým v důsledku změněné funkce genu). Pokud změněný gen dostane dcera, může být přenašečkou stejně jako její matka. Muž postižený onemocněním vázaným na X chromosom vždy předá změněný gen všem svým dcerám a ty pak mohou být přenašečkami tohoto onemocnění. Muž nikdy nepředá změněný gen svým synům.Mutovaný gen se nedá opravit, mutace je přítomna celý život. Mutovaným genem se člověk nemůže „nakazit“ od jiného nemocného. Lidé s autosomálně dominantním onemocněním mohou být dále například dárci krve. Lidé někdy cítí vinu za dědičné onemocnění, které se v jejich rodině vyskytuje. Je důležité si pamatovat, že to není ničí “vina” a že nikdo z rodiny to nemohl způsobit.

Na závěr bych Vám ráda ještě doporučila návštěvu následujících  webových stránek:

http://nemoc-pomoc.cz/?page_id=20

http://nemoc-pomoc.cz/?page_id=30

http://nemoc-pomoc.cz/?page_id=42

http://nemoc-pomoc.cz/?p=308

zdroje:
kniha: Lidské tělo (Z anglického originálu The Human Body), vydavatelství Gemini 1992
kniha: Lidské tělo  (Z anglického originálu The Joy of Knowledge), vydavatelství Albatros 1985
kniha: Anatomie 1 a 2,autor MUDr. Radomír Čihák,DrSc., vydavatelství Avicenum 1988

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *