Генетические аномалии и пороки развития

Генетическая аномалия

Генетическая аномалия — это наследственно обусловленное отклонение от типичного для вида или породы фенотипа. Большая часть генов, ответственных за генетические аномалии в популяциях, рецессивна и скрыта в гетерозиготном состоянии. В настоящий момент весьма интенсивно развиваются и совершенствуются методы молекулярно-генетического изучения генома собаки. В связи с этим все время расширяются и возможности генетического тестирования, стремительно разрабатываются и становятся доступными новые тесты на разнообразные аномалии, поэтому их список постоянно расширяется. Чаще всего это не говорит о появлении каких-то новых аномалий и ухудшении генофонда собаки. Это просто результат более глубокого его изучения.

Генетические аномалии — это морфофункциональные нарушения в организме животного, возникающие вследствие генных и хромосомных мутаций. Генные мутации могут нарушать морфогенез органов и тканей на разных этапах онтогенеза, отсюда столь широкий спектр врожденных аномалий, связанных с изменениями молекулы ДНК. Изменения числа хромосом в клетках или их структуры обычно приводят к прекращению развития эмбриона или рождению особей с тяжелыми пороками развития, нарушению у животных воспроизводительных функций.

Однако далеко не все генетические аномалии представляют собой патологии. Часто под аномалией понимается просто отклонение от нормального фенотипа. Например, иной цвет глаз, появление нетипичных для породы пятен, отклонения в количестве зубов или непредусмотренные стандартом фактура и длина шерсти.

Гетерохромия у хаски – породный признак (рис.1)

Развитие многих аномалий определяется взаимодействием факторов окружающей среды и генотипа. Это так называемые наследственно-средовые аномалии, которые, по-видимому, контролируются полигенной системой. Фенотипическое проявление этих признаков зависит от количества мутантных генов, обуславливающих аномалию. Существует понятие порога действия таких генов, что соответствует их числу, то есть силе кумулятивного действия, необходимого для проявления аномалии. Если число мутантных генов ниже порогового, животное останется фенотипически нормальным. В то же время высота порога действия зависит от условий среды. В некоторых случаях фенотипически сходные аномалии имеют разную генетическую детерминированность. В других случаях возникновение фенотипически сходных аномалий у особей с определенными генотипами может происходить под действием внешней среды. Такие аномалии называются фенокопиями.

Породные аномалии представляют собой отклонения от существующего породного типа, часто возникающие вследствие некорректного использования различных методов разведения (Визнер, Виллер, 1979).

Причины возникновения генетических аномалий

Основной причиной возникновения генетических аномалий являются мутации генов либо хромосом.

Моногенные мутации — мутации в одном гене, наследуются в полном соответствии с законами Менделя.

Генеративные мутации — нарушение структуры ДНК в половых клетках.

Геномные мутации — изменение количества хромосом, кратное гаплоидному набору.

Хромосомные мутации (аберрации):

1. Делеция — выпадение участка хромосомы.

2. Дупликация — удвоение участка хромосомы.

3. Инверсия — поворот участка хромосомы на 180 градусов.

4. Дефишенси — концевые нехватки хромосом.

5. Транслокация — обмен участками между хромосомами.

6. Кольцевая хромосома.

Наследование генетических аномалий

Чаще всего аномальные потомки рождаются от фенотипически нормальных, но гетерозиготных родителей. Расщепление по рецессивным признакам обычно носит менделирующий характер. Аномальные гены в соответствии с правилом чистоты гамет могут сохраняться в гетерозиготном состоянии в генотипе сколь угодно долго и проявятся лишь у потомства, рожденного от двух гетерозиготных по аналогичному аллелю половых партнеров.

Признаки, обусловленные доминантными генами, как правило, проявляются и в гетерозиготном состоянии. В ряде случаев нарушения в развитии мутантного организма при мутации бывают настолько сильными, что организм погибает. Гены, вызывающие такое нарушение, называются летальными. При наличии разных летальных генов организм может погибнуть на разных стадиях развития. Как правило, летальное действие таких генов рецессивно, т. е. проявляется лишь тогда, когда они находятся в гомозиготном состоянии. При возникновении мутации с доминирующим летальным действием гомозиготный организм погибает, не давая потомства. Однако в некоторых случаях летальные гены, оказываясь безвредными в гетерозиготном состоянии, вызывают видимые изменения фенотипа, которые оказываются привлекательными с эстетической точки зрения, поэтому искоренением никто не занимается и, напротив, их успешно культивируют. Таковы, например, фактор Мерля, отсутствие волос у голых собак, платиновый окрас лисиц, куцехвостость вельш корги и т. д. Летальными являются, например, гены, способствующие развитию таких аномалий, как мозговая грыжа, внешний кишечник, атрезия ануса и т. д.

Отсутствие шерсти – определяющий породный признак у голых собак (рис.2)

Каждая популяция животных насыщена вредными рецессивными генами, возникающими в результате спонтанного мутационного процесса. Частота мутаций возрастает при увеличении загрязнения среды химическими соединениями и источниками ионизирующих излучений, а также вследствие вирусных болезней животных. Число летальных и других вредных генов, присутствующих в этой популяции в гетерозиготном состоянии и снижающих приспособленность особи-носителя и популяции в целом к условиям окружающей среды, называется генетическим грузом. Генетический груз можно обнаружить на всех этапах онтогенеза путем учета:

• гибели эмбрионов, т. е. пренатального генетического груза;

• аномалий новорожденных и соотношения полов;

• проявления аномалий в последующие периоды онтогенеза.

В популяциях животных возможен рост генетического груза за счет увеличения давления мутагенов среды, а также введения в нее посторонних производителей. Наглядное представление о возможном характере наследования новой в популяции вариации, генетическая основа которой неизвестна, дает графическое построение родословной. Поскольку в генетике собак в большинстве случаев отсутствует возможность экспериментального проведения анализирующих скрещиваний, изучать характер наследования того или иного признака приходится путем сбора посемейных данных. В этом плане генетика собаки близка к генетике человека.

Аномалии могут наследоваться несколькими путями.

При аутосомно-рецессивном типе наследования аномалия обусловлена рецессивным геном, находящимся в аутосоме, поэтому у мужских и женских особей дефект проявляется с одинаковой частотой. Для проявления аномалии требуется переход этих аллелей в гомозиготное состояние и их полная пенетрантность.

Для этого типа наследования характерно проявление наследственного дефекта не в каждом поколении, так называемые проскакивающие поколения.

Гидроцефалия у щенка чихуахуа (рис.3)

Для аутосомно-доминантного типа наследования характерно проявление аномалий как у гетеро-, так и гомозиготных особей, что и обнаруживается в каждом поколении. Проскакивающее поколение отсутствует. Отсутствие признаков аномалии у некоторых гетерозигот бывает связано с неполной пенетрантностью или разной экспрессивностью аллелей, ее обуславливающих.

Наследование, сцепленное с Х-хромосомой, относится к признакам, аллели которых находятся в Х-хромосоме и могут быть как рецессивными, так и доминантными. Особенность этого типа наследования заключается в том, что отсутствует передача признака от отца к сыну.

Пороки развития

Врожденными пороками развития называют нарушения, возникающие во внутриутробном периоде, проявляющиеся сразу или через некоторое время после рождения и вызывающие нарушения функций органов. В зависимости от вызывающих их причин пороки делятся на наследственные, экзогенные (средовые) и мультифакториальные.

Наследственными называют пороки, вызванные генными или хромосомными нарушениями, появившиеся еще у родителей, и в одном из случаев вследствие нарушения биохимических, субклеточных, клеточных, тканевых, органных и организменных процессов. Время проявления нарушений в онтогенезе зависит от времени начала действия соответствующего мутантного гена.

Экзогенными называют пороки, возникающие под влиянием тератогенных факторов, то есть факторов внешней среды, которые, действуя во время эмбриогенеза, нарушают развитие тканей и органов. Средовые факторы в конечном счете оказывают влияние на биохимические субклеточные и клеточные процессы. Механизмы возникновения врожденных пороков развития при их действии идентичны генетическим. В результате фенотипические проявления средовых и генетических пороков могут быть весьма сходными, что обозначается термином ≪фенокопия≫. Так, например, волчья пасть может возникать как под воздействием большого количества тератогенов, так и быть обусловлена действием одного гена, поэтому судить о причинах пороков однозначно бывает достаточно трудно.

«Волчья пасть» у щенка английского бульдога в возрасте 14 недель (рис.4)

Мультифакториальными называют пороки, которые развиваются под воздействием как экзогенных, так и генетических факторов. В зависимости от порядка возникновения различают первичные и вторичные врожденные пороки. Первичные пороки обусловлены непосредственным воздействием тератогенного фактора. Вторичные являются следствием первичных и связаны с ними патогенетически. Среди первичных пороков могут быть выделены:

• изолированные (одиночные);

• системные (в пределах одной системы органов) и множественные (в органах двух и более систем).

Тератогенные факторы

Врожденные аномалии могут возникать под воздействием повреждающих факторов внешней среды — тератогенов. Часто они оказываются сходными с генетически обусловленными дефектами. Так, например, волчья пасть может возникнуть как при тератогенном воздействии, так и быть наследственно обусловленной. Все внутриутробное развитие щенка от единственной клетки — зиготы — и до рождения проходит за очень короткий, двухмесячный период. Именно поэтому ежедневно развивающийся плод претерпевает весьма значительные изменения на пути своего совершенствования.

На разных этапах внутриутробного развития системы и органы эмбриона оказываются более или менее уязвимыми к разнообразным воздействиям. Существуют так называемые критические периоды реактивности организма как в пренатальном, так и постнатальном онтогенезе. Критические периоды эмбриогенеза — это периоды повышенной чувствительности эмбрионов к воздействию как эндогенных, так и экзогенных факторов. Один и тот же фактор окружающей среды, совсем безопасный на одной стадии развития, на другой стадии может стать фатальным. Не совпадают друг с другом во времени и критические периоды развития разных органов и частей тела. При этом действие разных факторов может вызвать одинаковые аномалии.

К воздействию факторов окружающей среды могут оказаться чувствительными не только уже развивающиеся эмбрионы, но и соматические и половые клетки. Все усиливающееся влияние человека на окружающую среду закономерно привело к зарождению, а затем и развитию генетической токсикологии (Инге-Вечтомов, 1989), которая изучает генетические последствия возрастающего загрязнения биосферы. Тесно с ней связана и экологическая генетика.

Дермоид верхнего века у молодого золотистого ретривера (рис.5)

Тератогены

Описаны целые группы химических соединений и физических воздействий, которые можно объединить в группу тератогенов (в переводе на русский язык — «порождающих чудовищ»), то есть факторов, оказывающих пагубное воздействие на эмбриональное развитие организмов. Условно можно выделить четыре группы, или класса, тератогенов.

Первый класс тератогенов — это агенты или воздействия, вызывающие появление генных мутаций. К ним относятся ионизирующее излучение и химические мутагены. Исследования мутагенной активности ионизирующей радиации показали, что даже самые небольшие дозы повышают вероятность возникновения мутаций. Воздействие таких факторов, как ультразвук, токи высокой частоты, переменное магнитное поле, также может вызвать появление генетических аномалий.

Второй класс тератогенов — вирусы. Многочисленные исследования на различных организмах показали наличие так называемого инфекционного мутагенеза. Проникновение вирусных частиц в развивающийся плод может привести как к гибели и последующей резорбции или мумификации эмбриона, так и к рождению больных и мертворожденных щенков. Особую опасность в этом плане представляют, например, аденовирусный гепатит или герпес. Переболевшие животные часто надолго остаются вирусоносителями и часто остаются пустыми или рождают мертвых детенышей. Использование вакцин и сывороток в период, предшествующий беременности, и собственно во время беременности резко повышает вероятность нарушения развития эмбрионов как за счет прямого мутагенного воздействия вакцины, так и, возможно, за счет иммунологического стресса, вызванного введением в организм инородных белков.

Третий — микроорганизмы, способные поразить развивающийся плод. К таковым относятся, например, микоплазма, токсоплазма, хламидия, гемолитический стрептококк и другие.

Четвертый класс тератогенов — лекарственные препараты и химические соединения, встречающиеся в природе или созданные человеком. К этой группе тератогенов относят, например, алкоголь, никотин, хинин, медь, ртуть, витаминоподобные соединения и некоторые антибиотики. Для млекопитающих, имеющих кислую реакцию желудочного сока, особенно для собак и кошек, опасным оказывается потребление мяса, консервированного при помощи нитрита натрия, который в кислой среде превращается в нитросоединения, относящиеся к группе супермутагенов (Инге-Вечтомов, 1989).__

Самое подробное раскрытие темы о генетических аномалиях и наследственных заболеваниях у собак вы найдете в книге М.Н. Сотской и Н.Н. Московкиной «Генетика и наследственные болезни собак».