1.25. Choroby genetyczne człowieka Opracowała Bożena Smolik Konsultant Arleta Poręba-Konopczyńska

Medycyna opisała jak dotąd około 4 tys. chorób genetycznych. Część z nich ma znikomy wpływ na jakość życia chorego, część powoduje wczesną śmierć dziecka, część zaś towarzyszy człowiekowi całe życie. Niektóre choroby genetyczne są niezwykle rzadkie o innych będąc zwykłymi obywatelami miast rzadko słyszymy, bowiem w naszej kulturze istnieje tendencja do chowania osób chorych przez wzrokiem innych - tak naprawdę więc osób chorych na różnego rodzaju przypadłości jest znacznie więcej niż się nam wydaje. Choroby genetyczne bywają poważnym obciążeniem nie tylko dla pacjenta ale również jego rodziny.

Mutacje Choroby genetyczne są dziedziczone z pokolenia na pokolenie i nazywamy je wówczas dziedzicznymi. Mogą jednak pojawiać się nagle w danej rodzinie i nie być przekazywane dalej. Choroby genetyczne wywołane są zmianą kodu genetycznego na skutek mutacji. Wszystkie czynniki, które wywołują zmiany w DNA, nazywamy mutagenami, natomiast zmiany powstałe w strukturze materiału genetycznego mutacjami. Mutacje, są to trwałe zmiany w materiale genetycznym (w genach). Mogą one powstawać spontanicznie, bez wyraźnej przyczyny, lub pod wpływem czynników mutagennych.

Czynniki mutagenne Do naturalnych czynników oddziałujących na zapis genetyczny należą: Promieniowanie UVA, UVB Promieniowanie kosmiczne Promieniowanie radioaktywnych pierwiastków skorupy ziemskiej, np. radu Wraz z rozwojem cywilizacji przemysłowej człowiek zaczął produkować substancje obce środowisku, które wyjątkowo agresywnie oddziałują na kod genetyczny. Są to między innymi: Azbest Nikotyna Smoły Pestycydy Dioksyny i furany

Rodzaje mutacji- mutacje genowe Choroby spowodowane mutacjami genowymi to np.: - mukowiscydoza - anemia sierpowata - fenyloketonuria - hemofilia - daltonizm - progeria - albinizm - alkaptonuria - pląsawica Huntingtona Mutacje genowe dotyczą zmian w sekwencji (kolejności) nukleotydów. Ta zmiana może powodować zaburzenia w odczytywaniu kodu genetycznego. Mutacje te tworzą się w wyniku błędów podczas replikacji DNA. Mogą spowodować zatrzymanie produkcji określonego białka, albo zmianę jego właściwości. Zmiany te są bardzo odczuwalne w komórce haploidalnej, mogą doprowadzić do jej śmierci, natomiast w komórce diploidalnej zmiana ta może w ogóle się nie ujawnić. Zdecyduje o tym drugi, niezmutowany allel.

Rodzaje mutacji- mutacje chromosomowe Mutacje chromosomowe wywołują zmiany w liczbie lub strukturze chromosomu. Zmiany liczby chromosomów wynikają z zaburzeń w ich segregacji podczas podziałów komórkowych. Mutacje te są skutkiem zaburzeń w czasie mejozy, gdy do jednej komórki trafia para chromosomów homologicznych. Zmiany w materiale genetycznym gamet maja ogromne znaczenie dla następnych pokoleń, ponieważ są dziedziczone. Mutacje kariotypu najczęściej prowadzą do śmierci jeszcze na etapie życia płodowego. Zmiany liczby chromosomów dotyczą zarówno chromosomów autosomalnych, jak i płciowych. Choroby, będące wynikiem zmian kariotypu to między innymi: - zespół Downa - zespół Turnera - zespół Klinefeltera

Hemofilia XH Xh XH XH XHXh Y XH Y XhY Hemofilia i daltonizm są chorobami sprzężonymi z płcią , ponieważ odpowiedzialne za nie geny zlokalizowane są w chromosomie X. Przyczyną hemofilii jest brak jednego białka, uczestniczącego w procesie krzepnięcia krwi. Osoby chore są narażone na wykrwawienie nawet z powodu drobnych skaleczeń, ponieważ ich krew nie tworzy skrzepów. Gen, który jest odpowiedzialny za syntezę brakującego białka, znajduje się w chromosomie płciowym X. Kobiety mają dwa chromosomy X, dlatego zmutowany, recesywny allel nie ujawnia się, gdy w drugim chromosomie jest jego zdrowy odpowiednik. Kobietę z takim genotypem nazywamy nosicielką. U mężczyzn uszkodzony allel w chromosomie X nie ma swojego zdrowego odpowiednika w chromosomie Y i mężczyźni z recesywnym allelem chorują. Pokazuje to zamieszczona niżej krzyżówka genetyczna. XH Xh XH XH Zdrowa dziewczynka XHXh nosicielka Y XH Y Zdrowy chłopiec XhY Chory chłopiec

Fenyloketonuria U chorych na fenyloketonurię jest nieczynny gen, kodujący enzym odpowiedzialny za rozkład pewnego toksycznego aminokwasu, powstającego w organizmie człowieka w wyniku przemian biochemicznych. Gromadzący się aminokwas wywołuje uszkodzenie centralnego układu nerwowego u noworodków i niemowląt, prowadząc do ciężkiego upośledzenia umysłowego. Obecnie fenyloketonurię wykrywa się podczas badania moczu noworodka. Jeżeli stwierdzi się obecność toksycznego aminokwasu stosuje się odpowiednią dietę od momentu urodzenia do osiągnięcia pełnego rozwoju układu nerwowego. Na fenyloketonurię może zachorować tylko dziecko rodziców, będących jednocześnie nosicielami tego recesywnego genu.

Mukowiscydoza Wywołuje ją uszkodzony, recesywny gen, podobnie jak to było przy fenyloketonurii. Na mukowiscydozę zachoruje więc dziecko, które ma dwa uszkodzone allele i nie produkuje białka odpowiedzialnego za transport jonów chlorkowych w organizmie. Następuje wówczas gromadzenie się w układzie oddechowym gęstego śluzu, który zalegając utrudnia transport powietrza i jest pożywką dla bakterii chorobotwórczych – dochodzi do stanów zapalnych oskrzeli i płuc.

Zespół Downa Prawdopodobieństwo wystąpienia u noworodka choroby zwanej zespołem Downa wzrasta z wiekiem matki, szczególnie po przekroczeniu 40 roku życia. Przyczyna tej choroby jest dodatkowy chromosom 21 pary ( tzw. trisomia). Objawy choroby to: -niedorozwój umysłowy o różnym stopniu nasilenia -wada serca -niski wzrost -charakterystyczne rysy twarzy

Diagnostyka chorób genetycznych Metody identyfikowania chorób dziedzicznych Analiza rodowodów – pozwala na ustalenie faktu istnienia oraz sposobu dziedziczenia danej choroby. Analiza kariotypu- polega na porównywaniu badanego obrazu chromosomów z wzorcem. W tym celu pobiera się próbkę płynu owodniowego z łona matki, zawierającego komórki płodu ( amniopunkcja). Testy DNA – wykorzystuje się tu tzw. Sondy molekularne, czyli odcinki DNA o określonej sekwencji, komplementarnej do badanego genu. Umożliwia to ocenę badanego genu pod kątem jego prawidłowości.

Nowotwory Przyczyną powstawania nowotworu może być wrodzona podatność organizmu na zmiany genetyczne, zaburzenia odporności, niektóre zaburzenia hormonalne, niekiedy starzenie się organizmu. Przyczyną powstania nowotworu może być mutacja genów, które odpowiadają za tworzenie się w organizmie ważnych białek, regulujących prawidłowe funkcjonowanie komórek. Nowotwór to grupa komórek, których podział przestał być kontrolowany przez organizm. Prowadzi do nienaturalnego rozrostu tkanki nowotworowej. Komórki nowotworowe tracą zdolność różnicowania się w określone tkanki.

Mechanizm powstawania nowotworów Substancje rakotwórcze Promieniowanie Mutacje genowe Genom człowieka zawiera geny, które odpowiadają za prawidłowy podział, wzrost i różnicowanie się komórek w odpowiednie tkanki. Dzięki temu młode organizmy rozwijają się, a u dojrzałych i starych następuje zastępowanie obumarłych komórek nowymi. Na skutek mutacji może dojść do zakłócenia tego naturalnego procesu. onkogeny Komórka nowotworowa Niekontrolowane podziały komórek Niekontrolowany rozrost tkanki NOWOTWÓR

Wdychanie dymu papierosowego przez osoby niepalące, Palacze narażeni są najbardziej na nowotwory płuc, krtani, jamy ustnej, przełyku, nerek, pęcherza moczowego i trzustki. Ryzyko zachorowania na nowotwór wzrasta od kilku do kilkunastu razy u osoby palącej ( w zależności od liczby wypalanych dziennie papierosów i czasu trwania nałogu). Wdychanie dymu papierosowego przez osoby niepalące, czyli palenie bierne, jest równie szkodliwe, jak palenie papierosów. Zadbaj, aby nie palono w Twojej obecności!

Wpływ diety- nadmiar Na częstość występowania nowotworów, szczególnie układu pokarmowego, mają wpływ również składniki diety każdego człowieka. Nadmierne spożywanie niektórych potraw wpływa na podwyższenie ryzyka powstania i rozwoju nowotworu: 1. Nadmierne spożywanie produktów wędzonych. 2. Nadmierne spożywanie tłuszczów zwierzęcych. 3. Spożywanie potraw grilowanych i przypalonych. 4. Spożywanie niektórych konserwantów i sztucznych barwników występujących w żywności.

Dodatki do żywności Czy sprawdzasz co kupujesz i co jesz?

Wpływ diety- niedobory witamin Brak pewnych składników odżywczych w pokarmach może również sprzyjać pojawianiu się choroby nowotworowej. Mała zawartość owoców i warzyw w codziennej diecie wiąże się z brakiem witamin A, C i B , które zostały nazwane przeciwutleniaczami. Przeciwutleniacze chronią organizm przed powstaniem onkogenów.

Alkohol Alkohol to również czynnik rakotwórczy. U osób nadużywających alkoholu wzrasta ryzyko zachorowania na raka wątroby.

Azbest To grupa związków chemicznych, mających włóknistą postać. Łamanie i kruszenie azbestu uwalnia mikroskopijne włókna, które unoszą się w powietrzu i mogą wnikać do płuc, wbijając się w nabłonek pęcherzyków płucnych i wywołując zmiany nowotworowe.

Dioksyny i furany To jedne z najbardziej rakotwórczych substancji. Powstają w czasie spalania plastiku, opon i oleju. Ludzie, którzy dopuszczają się spalania tych substancji w paleniskach domowych narażają siebie , swoich bliskich i innych na choroby nowotworowe.

Czynniki biologiczne Toksyny, wytwarzane przez niektóre grzyby pleśniowe i przenikające do pokarmu, na którym się rozwijają mają działanie onkogenne. Zarodniki grzybów pleśniowych, np. pleśniaka czarnego, dostających się do powietrza z zagrzybionych ścian, również wywołują nowotwory. Niektóre wirusy (np. wirus opryszczki), przyłączające się do genomu gospodarza również mogą wywoływać choroby nowotworowe

Zadania Wyjaśnij, dlaczego daltonizm występuje głównie u chłopców. Podaj bezpośrednią przyczynę powstawania chorób genetycznych. Oblicz prawdopodobieństwo urodzenia zdrowego dziecka, gdy oboje rodzice są nosicielami mukowiscydozy. Wyjaśnij, dlaczego na fenyloketonurię chorują tylko dzieci posiadające zmutowane oba allele genu? Podaj cechę charakterystyczną dla kariotypu dziecka z zespołem Downa.

Źródła W.Lewiński,J.Prokop, Biologia 2, Operon, Gdynia, 2004 J.Loritz-Dobrowolska i wsp., Biologia, Operon, Gdynia, 2007 B.Sągin, M.Sęktas, Puls życia, Nowa Era, 2008 B.Klimuszko, Biologia III, Żak, Warszawa 2001 E.Kłos i wsp., Ciekawa biologia, WSiP, Warszawa, 2002 E.Wierbiłowicz, Biologia, ABC, Poznań, 2001 B.Potocka, W.Górski, Biologia 2, MAC Edukacja,2003 Z.Sendecka i wsp., Vademecum, Operon, 2008r.