Окружающая среда и наследственность человека

Здоровье человека зиждется на полноценном функционировании его нормальной генетической информации во всех клетках тела. ДНК - носитель этой информации - в той или иной форме, в определенном числе случаев, подвергается изменениям. Эти изменения могут происходить в соматических клетках. Тогда возникает заболевание, не передающееся потомкам. Примером служит злокачественный рост клеток, возникающий под действием разных канцерогенных факторов, таких, как химические соединения, ионизирующая радиация, ультрафиолетовый свет, вирусы и так далее. Во всех случаях заболевания раком, при специфических поражениях ДНК, клетка выходит из-под организменного контроля и дает начало злокачественной опухоли.

Когда поражение затрагивает ДНК в зародышевых клетках человека, могут появляться дети с врожденными дефектами. Широко распространилось мнение, что мутации - это редкие события, так что с ними, собственно, считаться не приходится. Действительно, когда мы имеем дело с отдельными генами человека, то частота их изменений в среднем определяется как один на 100 000 (10^-5) зародышевых клеток. Однако у человека число генов исчисляется примерно в 100 000 - 200 000.

Если взять эти величины, то одна новая мутация того или иного гена возникает соответственно среди каждых 10 или 5 зародышевых клеток. Это показывает, что в целом такие изменения представляют собой массовое явление, называемое давлением мутаций, что говорит о постоянно идущем процессе (новые мутации в каждом поколении в любой популяции). Если эти изменения рецессивны, они заметно не влияют на структуру популяций, как это мы рассмотрели для аллеля альбинизма. Другое дело, если многие из нарушений имеют доминантный или полудоминантный характер. В этом случае они сразу проявляются в первом поколении.

Давление мутаций в качественном и количественном отношении имеет закономерный характер, оно приводит к тому, что среди массы нормальных людей регулярно, в каждом поколении, часть популяции рождается в виде дефективных особей.

У человека генетический груз выражается в наследственных болезнях, обнаруживающихся при рождении ребенка или в дальнейших процессах онтогенеза. Наследственные дефекты возникают по трем причинам.

Первая - генные мутации, при которых азотистое основание в гене заменяется на другое, теряется, меняет место и так далее. Примером может служить болезнь, получившая название серповидно-клеточной анемии, когда среди 1500 азотистых оснований, входящих в состав гена гемоглобина, всего лишь одно заменяется на другое, и в результате в 300 аминокислот кодируемого белка вклинивается одна неверная. Вследствие такого молекулярного изменения ДНК гемоглобин теряет способность к транспорту кислорода, и дети при рождении погибают от злокачественной анемии.

Второй источник мутаций - нарушение числа хромосом. Потеря любой из 46 хромосом или добавление лишней ведет к тяжелым расстройствам развития. Пример - дети с синдромом Дауна. У них наблюдаются анатомические нарушения, слабоумие и другие дефекты. Причина болезни состоит в появлении зародышевой клетки с лишней хромосомой в 21-й паре.

Третий источник наследственных отклонений - это разнообразное нарушение структуры хромосом в зародышевых клетках родителей. В таких случаях рождаются дети, скажем, с синдромом болезни, называемой "кошачий крик". У них поражена нервная система, нарушена анатомия гортани, имеются и другие дефекты. И все из-за того, что определенный участок из пятой хромосомы был утерян в зародышевой клетке, давшей начало такому организму.

Давление мутаций у человека, приводящее к появлению наследственных болезней, в прошлом длительное время, по-видимому, держалось на одном относительно небольшом уровне, величины которого мы не знаем. Однако с 1956 года объем генетического груза стал измеряться медиками и генетиками. По данным Всемирной Организации Здравоохранения, в 1956 году среди населения рождалось 4 процента детей, отягощенных наследственными дефектами.

За прошедшие 25 лет заметно изменилось положение в среде, окружающей человека. В биосферу уже введено 4 миллиона несвойственных ей химических веществ и каждый год добавляется еще 6 тысяч. В постоянном пользовании у людей находится 63 тысячи веществ. Идет медленный рост влияния источников ионизирующих излучений.

Таким образом, среда, окружающая людей, постепенно накапливает так называемые мутагенные агенты, способные проникать в зародышевые клетки людей и поражать в них молекулы ДНК. Распространены они как локально, так и глобально. К последним в первую очередь относятся мутагены, загрязняющие атмосферу, такие, как двуокись серы, бисульфит, окись азота, азотистая кислота, полициклические ароматические углеводороды, нитриты, пероксиды, озон, галогенезированные углеводороды, пестициды, формальдегиды, этиленоксид, органические и неорганические дервиты свинца, ртути и многие другие соединения.

При наличии большого количества мутагенов в биосфере не приходится сомневаться в том, что давление мутаций и соответственно генетический груз в наследственном аппарате людей увеличиваются, причем не только локально, но и повсеместно на всей планете.

Данные, говорящие об отрицательных генетических процессах в популяции людей, имеются. Например, в США в 1965 году зарегистрировано, что 3 процента детей страдают врожденной умственной отсталостью, мешающей им усваивать школьную программу.

В отчете Научного комитета по эффектам атомной радиации при ООН за 1977 и 1980 годы сообщается, что в Северном полушарии 10,5 процента детей рождается с врожденными отклонениями. Увеличение числа врожденных аномалий с 1956 но 1980 годы не вызывает сомнения.

О том, что молекулы ДНК в клетках человека служат мишенью для мутагенов среды, красноречиво говорит динамика роста некоторых форм рака. В США по 6 диагностируемым формам показано, что число заболеваний с 1930 по 1975 год увеличилось в 3 раза.

Существуют разные мнения о роли повышенного мутагенного фона в отношении большой группы врожденных заболеваний комплексной этиологии. Но, тем не менее, доказано, что общее число врожденных отклонений увеличилось за последние 25 лет в 2,5 раза.

В Соединенных Штатах Америки в городе Атланте штата Джорджия имеется специальный Центр по наблюдению за наследственными болезнями детей. По данным Центра, больных пороком сердца с 1968 по 1978 год стало в 4 раза больше. Конечно, частично тут имеет значение лучшая диагностика, однако сами американские ученые пишут, что для некоторых наиболее хорошо диагностируемых заболеваний сердца действительно характерно реальное увеличение.

Возросло число наследственных заболеваний, природа которых доказана. Например, в США за последние 10 лет увеличилось количество младенцев с врожденным вывихом бедра. Подобные данные имеются и у наших ученых. Работы Института микробиологии и эпидемиологии имени Гамалеи Академии медицинских наук СССР показали, что частота врожденных пороков среди населения РСФСР с 1960 по 1973 увеличилась значительно. Согласно исследованиям кафедры социальной гигиены Ленинградского педиатрического медицинского института, в 1972 году в ленинградских родильных домах имеется определенное число детей с врожденными дефектами. Многие из них продолжают жить, создавая трагедии семей, нанося экономический ущерб, нарушая социальную структуру общества.

Таким образом, перед нами картина увеличения генетического груза. Совершенно ясно, что если так будет продолжаться и дальше, то к 2000 году мы встретимся с весьма серьезной проблемой, по своему значению не уступающей всему объему проблем экологии. Создается тревожная обстановка в отношении врожденного здоровья человечества.

Кроме того, не надо забывать, что данная оценка учитывает не все болезни, поскольку некоторые из них проявляются в разные сроки после рождения. В частности, это относится к категории умственной отсталости, касающейся 3 процентов детей. Немалая доля наследственных изменений определяет и предрасположенность людей к таким болезням, как сердечно-сосудистые, туберкулез, рак, аллергия, иммунные недостаточности и так далее. В целом стоит вопрос о биологическом качестве населения: ведь если число врожденных отклонений будет все время расти, то это даст основание тревожиться о будущем физическом существовании нормального типа человека.

Нет сомнений, что перед генетикой и медициной встала задача огромного значения. Наука должна разобраться в причинах явления, и, если оно реально и угрожает человечеству, надо найти способы защиты.

Необходимо создать методы оценки уровня частоты мутаций и наблюдения за их динамикой. Для этих целей широко используются чувствительные к мутагенам тест-системы, сконструированные на линиях бактерий, по доминантным леталям у мышей, то есть мутации, убивающие эмбрионы мышей на разных стадиях развития. Но без прямого анализа мутационного процесса у населения не обойтись.

К настоящему моменту определены методы оценки частоты появления хромосомных мутаций на лимфоцитах крови человека, с успехом используемые в ряде стран для выявления частоты мутаций в популяциях повышенного риска. Однако тут есть серьезное ограничение. Во-первых, по хромосомным аномалиям нельзя судить о частоте генных мутаций. Во-вторых, в общем количестве врожденных болезней хромосомные мутации составляют лишь 4 процента. Это показывает, что проблема может быть правильно решена только на основе методов слежения за частотой возникновения генных мутаций, что до недавнего времени было трудно выполнимо.

Переход на уровень биохимических методов позволил разработать основы генетического мониторинга, то есть слежения за частотой мутаций среди людей.

В 1969 году Ю. П. Алтухов привлек внимание к так называемым мономорфным локусам, которые показывали редкую изменчивость, находящуюся на уровне частот естественного мутирования.

В Институте общей генетики АН СССР выдвинули предположение, что редкость мутационных вариантов некоторых белков крови скорее всего результат пониженной жизнеспособности их носителей, детей-мутантов. Следовательно, новые мутации белков крови надо искать среди детей, отягощенных множественными пороками. Такой поиск увенчался успехом. Новые мутации среди 20 мономорфных локусов белков крови были обнаружены с частотой 1 мутация на 100 - 200 изученных новорожденных. Результат позволяет считать, что найден метод для практического проведения генетического мониторинга.

Сегодня, в силу определенной сложности предложенного метода, он может быть использован полностью лишь в таких учреждениях, как Институт общей генетики АН СССР, Отдел генетики Мичиганского университета в США, Отдел гигиены Медицинской школы при Кадошимском университете в Японии и в некоторых других учреждениях. В ближайшее время метод необходимо максимально упростить, автоматизировать его, создать методические пособия и подготовить специалистов, что позволит лучше организовать различные генетические службы.

Оценка генетического груза людей, конечно, имеет исключительные социальные последствия. С ней связана стратегия в области народонаселения, от нее будут зависеть многие проблемы в области медицины и педагогики, к решению которых привлечен сегодня большой круг ученых всего мира.

У нас в стране работа в этом направлении ведется в Государственном комитете по науке и технике при Совете Министров СССР, в секции "Генетические аспекты" в проблеме "Человек и биосфера", где координирующим учреждением является Институт общей генетики АН СССР.

Этот же институт занимает важное место и в советско-американском проекте по биологическим и генетическим последствиям загрязнения окружающей среды. Перед советскими учеными стоит очень важная задача - создать генетическую службу страны по изучению дефектов наследственности населения, то есть частоты появления генетических жертв, связанных с последствиями загрязнения.

Выяснив причины роста числа врожденных отклонений, его зависимость от мутагенов, загрязняющих среду обитания человека, медицина и генетика смогут предупреждать наследственные болезни, что является лучшим способом борьбы за здоровое потомство.

Врожденные отклонения охватывают 1/10 часть новорожденных, они присущи сотням миллионов рождающихся людей. В настоящее время среди причин смертности, после сердечно-сосудистых заболеваний и рака, в ряде районов земного шара на третье место выходит влияние наследственных болезней. Думаю, что в целом для человечества это серьезнее любых форм существующих инфекционных заболеваний. Если наука не разработает методы предупреждения и лечения наследственных отклонений, то задача, которую поставила ВОЗ, а именно "Здоровье для всех к 2000 году", вряд ли может быть решена.

В борьбе за наследственное здоровье человека нельзя проходить и мимо опасности, неизбежной для населения Земли, если разразится новая война.

В настоящее время находятся люди, безрассудно стремящиеся к развязыванию так называемой "ограниченной" ядерной войны. И поэтому необходимо, чтобы народы и правительства были ознакомлены не только с прямыми результатами такой войны - человеческие жертвы, нарушения экологии, экономики, но и с ее генетическими последствиями. Нужно назначить международную группу экспертов или для начала поручить какому-либо авторитетному институту представить свои соображения на этот счет.

Сегодня делается немало заявлений о том, какими могут быть последствия ядерной войны. Одни считают, что они выразятся в гибели 50, другие - 10 процентов человечества. Однако в таких заявлениях не учитываются генетические последствия. Если в условиях современного мира 10 процентов новорожденных появляются на свет с врожденными дефектами, то можно ли думать, что, пережив в убежищах ядерную бомбардировку, какая-то часть населения Земли сохранится как человечество. Это глубокое заблуждение. Из убежищ рано или поздно придется выйти, и люди попадут в агонизирующий мир. Уровень радиации подпрыгнет настолько, что подъем частоты мутаций в соматических клетках этих людей и рост генетического груза в первом же поколении захлестнут нормальную наследственную программу.

Такова качественная оценка. Ее можно представить и в виде соответствующих количественных зависимостей при учете предполагаемого подъема уровня радиации на Земле в результате ядерной войны. Эти расчеты должны быть проведены под эгидой ВОЗ и представлены на рассмотрение Генеральной Ассамблеи ООН. В свое время данные о мутагенном эффекте ионизирующих излучений послужили основным аргументом в борьбе за запрещение атомных взрывов в атмосфере. Сегодня же необходимо во весь голос говорить правду о генетических последствиях ядерной войны, добиваясь ее полного запрещения.

Забота о здоровье - долг всех людей Земли. В этой заботе заложена основа процветания в настоящем и будущем всего человечества.