Rolul principal în acest proces este atribuit eredității – capacitatea de a transmite materialul genetic de la părinți la descendenți.
De cele mai multe ori totul decurge fără probleme, dar uneori apar defecte în moștenirea informațiilor. Acest lucru are ca rezultat avorturi spontane, nașteri de copii morți sau nașterea unor copii cu anomalii genetice. În acest moment, sunt cunoscute peste 1.000 de anomalii, iar mai mult de 100 dintre ele au fost descrise și studiate în detaliu.
Important: aproximativ o zecime din ovule prezintă diverse anomalii cromozomiale. Într-un astfel de caz, cel mai adesea, în primele săptămâni de dezvoltare intrauterină, are loc o întrerupere spontană a sarcinii.
Ce este o genă și un cromozom
O genă este un purtător material al unei anumite trăsături ereditare. Ea codifică o singură proteină. Ea este formată din acid dezoxiribonucleic – ADN. Molecula de ADN este un helix lung cu legături încrucișate. Seamănă foarte mult cu o scară răsucită în jurul axei sale. Fiecare treaptă este formată din 4 tipuri de molecule numite nucleotide: adenină, timină, guanină și citosină. Fiecare nucleotidă are o pereche diferită la care se conectează: adenina la timină și guanina la citozină. Adică, guanina nu se poate împerechea cu timina.
ADN-ul conține un cod special care transportă informații despre sinteza proteinelor. Dimensiunea genelor, ca și dimensiunea proteinelor, este diferită. Proteinele reprezintă structura de bază a organismului. Aceasta îndeplinește multe funcții, dintre care una este cea a enzimelor.
Enzimele sunt proteine complexe care acționează multe procese din organism. Ele acționează ca catalizatori ai reacțiilor chimice, ajută la transformarea unor substanțe în altele. În prezent, sunt cunoscute peste 5000 de enzime.
Întreaga structură și funcționare a organismului este controlată de structuri proteice. Sinteza proteinelor este controlată de genele din cadrul cromozomului. Cromozomii sunt un fir lung de ADN care conține multe gene. Imaginea setului complet de cromozomi din nucleu se numește cariotip, iar procesul de descifrare a acestuia se numește cariotipare.
Un singur cromozom conține sute sau mii de gene. În total, oamenii au aproximativ 22.000 până la 23.000 de gene. Acestea sunt distribuite pe cromozomi într-o ordine strictă.
Important: în mod normal, fiecare celulă umană conține același număr de cromozomi: 46 de bucăți sau 23 de perechi. Excepție fac celulele sexuale. Acestea conțin exact jumătate. Acest lucru este necesar pentru ca fuziunea unui spermatozoid cu un ovul să obțină doar 23 de perechi – setul unei persoane normale.
Combinația individuală a genelor unei persoane determină genotipul său. Genotipul este un set complet de gene moștenite de la ambii părinți. Cu alte cuvinte, este un set de programe care precizează ce proteine și în ce cantitate vor fi sintetizate la o persoană.
Fenotipul este manifestarea genotipului. Adică, structura vizuală a unei persoane: culoarea ochilor, culoarea părului, timbrul vocii și multe altele. Fenotipul se poate schimba în diferite condiții de mediu. De exemplu, alpiniștii au linii șterse pe vârful degetelor din cauza expunerii constante. Acestea sunt modificări ale fenotipului, dar nu și ale genotipului. Copiii cățărătorilor de munte vor fi bine cu liniile de pe degete.
Cum se formează o „ruptură” în genom
O „ruptură” în genom se numește mutație. Este o modificare a uneia sau mai multor gene. Cel mai adesea mutațiile sunt dăunătoare, dar există și excepții. De exemplu, dungile de la zebre sunt o consecință a unei mutații a genei care este responsabilă de coloritul animalului. Ca urmare, o parte a acesteia a fost înlocuită cu alta. Ca urmare, s-a născut o zebră cu dungi unice.
Mutațiile pot fi spontane și induse. Cele spontane apar din întâmplare. Un exemplu de mutație spontană sunt pisicuțele colorate dintr-o iesle. Cauzele mutațiilor spontane nu sunt încă clare în mod definitiv.
Mutațiile induse apar sub influența unor factori externi. Acestea pot fi radiații radioactive, viruși, substanțe chimice, medicamente și altele. Mutațiile induse sunt mai des moștenite și pot fi dăunătoare pentru organism. În funcție de gradul de deteriorare, se disting 4 tipuri de mutații.
Mutațiile genetice apar atunci când o genă este înlocuită cu alta, o genă este eliminată sau o genă este adăugată. Un exemplu de mutație genetică sunt bolile în care este perturbată sinteza unei singure proteine: fenilcetonuria sau albinismul.
Mutațiile cromozomiale apar în urma unor modificări în structura cromozomilor. Cel mai adesea acest lucru se întâmplă atunci când diviziunea celulară este perturbată. Sunt cunoscute 5 procese patologice:
- pierderea – pierderea părții de coadă a cromozomului,
- deleție – pierderea secțiunii de mijloc a cromozomului,
- duplicarea, dublarea unei secțiuni de cromozom,
- inversiunea – întoarcerea la 180 de grade a unui segment de cromozom,
- translocație – transferul unei secțiuni dintr-un cromozom în altul.
În astfel de anomalii există o încălcare a mai multor procese în același timp, ceea ce duce la daune semnificative pentru corpul uman. De exemplu, sindromul Prader-Willi: obezitate, statură mică și retard mental.
Mutațiile genomice afectează întregul genom deodată. Acest lucru se întâmplă de obicei atunci când divergența cromozomilor este perturbată. Modificarea numărului de cromozomi într-o celulă germinală poate fi multiplă (2n, 3n și așa mai departe). Acest lucru se numește poliploidie. O schimbare neplurală (n 1, n 2) se numește aneuploidie. Cel mai cunoscut sindrom genomic este sindromul Down, când 21 de perechi de cromozomi nu se despart. Copilul nu primește doi cromozomi 21, ci trei.
Mutațiile citoplasmatice implică mutații ale genelor care se află în afara nucleului. Celulele umane au propriul ADN în mitocondrie, „centrului energetic” al celulei. Acest tip de mutație este cel mai slab studiat.
Tipuri de moștenire
Mutațiile care cauzează boli moștenite pot avea o moștenire dominantă sau recesivă. În cazul moștenirii autosomale dominante, boala se manifestă dacă o persoană are cel puțin o genă mutantă. În moștenirea autosomală, genele situate pe cromozomii X și Y care nu sunt de sex sunt responsabile pentru dezvoltarea trăsăturilor. Unele tipuri de cancer de sân și sindromul Marfan sunt transmise în acest mod.
Moștenirea autozomal recesivă este un tip în care boala se manifestă dacă gena defectuoasă a fost moștenită de la ambii părinți. Și, în același timp, nu este conținută în cromozomii sexuali X și Y.
O persoană care are doar o singură copie a genei defecte este cel mai adesea aproape sau complet sănătoasă. Aceasta se numește purtător de boală. Dacă partenerul său sau partenera sa este, de asemenea, purtător al aceleiași gene defecte, există o șansă de 25% ca copilul lor să moștenească ambele gene. Și să se nască cu boala. Acesta este modul în care se moștenesc fenilcetonuria și atrofia musculară spinală.
Un alt tip de moștenire este cea recesivă legată de X. Gena defectuoasă se află pe cromozomul X. Boala se manifestă atunci când la o persoană nu există un al doilea cromozom X cu o copie normală a aceleiași gene. Acest lucru este posibil în cazul cariotipului XY sau al transmiterii unui al doilea cromozom bolnav cu cariotipul XX.
De exemplu, un tată cu o boală recesivă și legată de X va transmite cromozomul său Y sănătos fiilor săi. Toți aceștia vor fi sănătoși. Dacă va transmite cromozomul X cu gena defectuoasă fiicelor sale, acestea vor fi purtătoare ale bolii.
Femeile care au o singură genă defectuoasă pe un singur cromozom vor transmite boala la aproximativ jumătate dintre copiii lor. Dacă o femeie are o genă defectuoasă în ambii cromozomi X, toți copiii ei o vor avea. Hemofilia și daltonismul se moștenesc în acest mod.
Metode de diagnosticare
Pentru prima dată despre astfel de boli a început să se facă cercetări amănunțite în anii ’60 ai secolului trecut. În această perioadă au apărut microscoapele puternice și multe dezvoltări științifice, care au permis o înțelegere mai profundă a structurilor genelor umane. În prezent, există mai multe modalități moderne de descifrare a genelor.
Cariotiparea
Analiza cariotipului, studiul complet al cromozomilor unei persoane, este esențială pentru a determina numărul și structura cromozomilor. Cariotipul normal este de 46 XX pentru femei și 46 XY pentru bărbați.
Cromozomii sexuali X și Y sunt cei care stabilesc sexul copilului. Mama poate oferi numai un cromozom X, în timp ce tatăl poate furniza fie X, fie Y, fiind astfel cel care determină sexul viitorului nou-născut.
Cariotiparea este adesea solicitată de cuplurile care întâmpină dificultăți în procreere:
- în cazul absenței sarcinii pe termen lung;
- la infertilitate de cauză necunoscută;
- când diagnosticul indică „sarcină oprita în evoluție”, „anembrionie” sau „avort spontan”;
- după tentative nereușite de fertilizare in vitro;
- dacă s-a născut un copil mort sau dacă au existat copii anteriori cu anomalii cromozomiale sau multiple malformații.
De asemenea, cariotipul este folosit pentru a determina sexul copilului, mai ales în cazurile unde dezvoltarea organelor genitale externe este atipică și identificarea sexului nu este evidentă vizual. Cariotiparea este, de asemenea, recomandată când creșterea copilului este încetinită sau acesta prezintă întârzieri în dezvoltare mentală. Aceasta poate ajuta la înțelegerea cauzelor problemelor întâmpinate.
FISH – Hibridizare in situ fluorescentă
Cariotiparea determină doar numărul și secvența cromozomilor. FISH identifică secvențele de ADN de pe cromozomi. Este mai detaliată decât cariotiparea. Dar numai o singură tulburare genetică poate fi detectată într-un studiu. Adică, această metodă ar trebui utilizată atunci când există deja o suspiciune de patologie a unei anumite zone. Este necesar să se confirme sau să se infirme această ipoteză. Metoda nu va arăta toate locurile rupte.
Analiza microarray cromozomială
Acest studiu captează toate regiunile anormale ale genomului. Această metodă este utilizată ca un înlocuitor mai extins și mai aprofundat al cariotipării. Se efectuează adesea la pacienții cu retard mental, malformații multiple.
Cele mai cunoscute boli de natură cromozomială
Cea mai cunoscută boală de natură cromozomială este sindromul Down. Boala a fost descrisă pentru prima dată de medicul englez John Langdon Down în 1866. Dar abia în 1959, cercetătorul francez Jerome Lejeune a demonstrat natura sa genetică. Anterior, sindromul Down era numit idiopatie mongoloidă. Și abia în secolul al XX-lea boala a fost numită după descoperitorul ei.
Principalele manifestări ale sindromului sunt dizabilitatea mentală și intelectuală. Acesta poate fi combinat cu malformații multiple: inimă, măduva spinării și creier, organe urinare și tractul gastrointestinal. Deoarece există un defect în dezvoltarea anumitor sisteme proteice, copiii cu sindrom Down au o statură mai mică și sunt mai predispuși la dezvoltarea obezității.
Deoarece există adesea un defect în sistemul imunitar, pacienții sunt mai predispuși la boli respiratorii grave. După vârsta de 20 de ani, persoanele cu sindrom Down încep să îmbătrânească mai repede decât persoanele sănătoase. Până la vârsta de 40 de ani, unii dintre ei dezvoltă sindromul Alzheimer.
În 92% dintre cazurile de sindrom Down, există o trisomie pe cromozomul 21. Divergența acestei perechi de cromozomi este perturbată. Și astfel, toate celulele somatice ale pacientului conțin trei cromozomi 21 în loc de doi.
În 3% din cazuri există o formă mozaicată a sindromului. Trisomia pe cromozomul 21 se găsește doar în o parte din celulele organismului. Cea mai frecventă este în neuronii din creier. Celelalte celule vor avea fie un cariotip normal cu doi cromozomi 21, fie un singur cromozom 21. Aceasta se numește monosomie pe cromozomul 21. În acest caz, toate manifestările sindromului Down nu sunt atât de pronunțate. Uneori este diagnosticat doar la vârsta adultă.
5% din cazuri vor avea o formă de translocație a sindromului. cromozomul 21 în întregime sau anumite părți sunt legate de un alt cromozom. Cel mai frecvent 15.
Deficitul intelectual în această formă este slab exprimat, dar ereditatea este mai nefavorabilă. Riscul de a avea un copil cu sindrom Down este de trei ori mai mare decât în cazul trisomiei pe cromozomul 21.
Incidența bolii este de 1 la 700 de nou-născuți vii. Copiii care mor în uter nu sunt incluși în această statistică. Cu cât mama este mai tânără, cu atât riscul de a dezvolta această anomalie este mai mic. Pentru mamele cu vârsta de peste 45 de ani, riscul este deja de 1 la 30.
Cea mai precisă metodă de diagnosticare este studiul cromozomilor fetali, care au căzut în lichidul amniotic al mamei sau sunt conținuți în membrana fetală – corion. Procedura de prelevare a lichidului amniotic se numește amniocenteză, iar cea a corionului se numește biopsie de corion. Aceasta se efectuează numai atunci când este indicată. După depistarea semnelor indirecte ale sindromului Down pe ecografie și a anomaliilor la nivelul indicatorilor biochimici: estriol liber, alfa-fetoproteină și gonadotropină corionică.
Nu există un tratament specific pentru sindromul Down.
Există și alte patologii.
- Sindromul Patau. Sindrom de trisomie pe cromozomul 13. Se manifestă prin subdezvoltarea sistemului nervos, despicătură a palatului dur și moale, polidactilie, rinichi măriți. Defectele cardiace apar în 80% din cazuri. Tulburările grave la nivelul sistemului nervos duc la faptul că în primul an de viață, aproximativ 95% dintre acești copii mor.
- Sindromul Edwards. Trisomie pe cromozomul 18. Se manifestă prin deformări ale oaselor craniului, malformații ale inimii și plămânilor. Se caracterizează prin subdezvoltare cerebelară și retard mental. Copiii intrauterini sunt semnificativ subponderali și atrofiați. Ca și în cazul sindromului Patau, doar 5% dintre copii supraviețuiesc până la vârsta de 1 an.
- Sindromul Shereshevsky-Turner. O tulburare cromozomială în care femeilor le lipsește un cromozom X. Sau acesta este defectuos. Cariotipul acestor paciente poate fi 45 X0, 45 X/ 46 XX, 45 X/ 46 XY. Patologia se caracterizează prin retard de creștere, trunchi și membre disproporționate, infertilitate primară și obezitate. Din punct de vedere vizual, pot exista pliuri de piele asemănătoare unor aripi în regiunea gâtului. Inteligența este cel mai adesea păstrată.
- Sindromul Klinefelter. Cromosomi Y sau X în plus la bărbați. La fiecare 500 de băieți nou-născuți, există unul cu acest sindrom. Sindromul nu devine evident din punct de vedere clinic decât după pubertate. Pacienții sunt înalți și au dezvoltate glandele mamare. Organele slab dezvoltate ale sistemului reproducător duc la infertilitate primară și disfuncție erectilă.
În Romania, toți nou-născuții din maternități fac screening neonatal – examinarea pentru boli genetice severe care nu se manifestă în niciun fel imediat după naștere. Atunci când apar semnele bolii, acestea sunt ireversibile, dar tratamentul în timp util ajută la creșterea unui copil sănătos la maximum.
Se ia o picătură de sânge de pe călcâiul bebelușului și se aplică pe o hârtie de filtru specială. Hârtia se usucă și se transferă la centrul de genetică din oraș sau din district, unde se efectuează studiul.
Anterior, au fost identificate doar cinci boli ereditare. În 2022, ca parte a unui proiect pilot, acestora li s-a alăturat un studiu pentru atrofia musculară spinală. De la 1 ianuarie 2023, screeningul a fost extins la 36 de patologii. Acestea sunt imunodeficiențele primare, bolile metabolice, hipotiroidismul congenital, sindromul adrenogenital, fibroza chistică. Toate acestea sunt susceptibile de terapie.
Referințe:
- https://www.nih.gov/news-events/news-releases/rare-gene-glitch-may-hold-clues-schizophrenia-nih-funded-study
- https://www.wired.com/2010/06/rare-variants/
- https://newsinhealth.nih.gov/2014/12/detecting-rare-disease-causing-glitches
- https://ufhealth.org/news/2006/study-pinpoints-how-genetic-glitch-could-keep-some-people-feeling-full
- https://www.science.org/content/article/buffer-genes-may-protect-these-13-people-rare-genetic-diseases
- https://www.news-medical.net/news/20200630/Glitches-in-DNA-replication-have-important-implications-for-treating-cancer.aspx
Foto: © Freepik.com (cu excepția cazului în care se menționează)
Nu uita!
Articolele din acest site au rol informativ. Administratorii site-ului nu sunt responsabili pentru încercarea de a aplica o rețetă, un sfat sau o dietă și nici nu garantează că informațiile furnizate vă vor ajuta sau nu vă vor dăuna personal. Fiți prudenți și consultați întotdeauna un medic sau un nutriționist!
Vă mulțumim că ați citit! Dacă acest articol vi se pare util și interesant, vă rugăm să îl distribuiți pe rețelele de socializare pentru a fi citit și de alții. În acest fel ne ajutați și ne motivați să scriem mai multe articole interesante.
