Спадкові хвороби людини: генні та хромосомні

Спадкові хвороби людини поділяють на три великі групи: генні (моногенні), хромосомні та захворювання зі спадковою схильністю (мультифакторні). Щоб правильно співвідносити хворобу з типом мутації, каріотипом і способом успадкування, треба розуміти, чим ці групи відрізняються.

Генні (моногенні) хвороби

Генну хворобу спричиняє мутація одного гена. Така мутація може бути точковою (заміна, вставка або випадіння одного нуклеотида) або стосуватися кількох нуклеотидів, але зачіпає лише один ген. Генні хвороби успадковуються за законами Менделя, найчастіше за одним із трьох типів (рідше трапляються домінантне зчеплене з X-хромосомою та голандричне успадкування):

• аутосомно-рецесивно (хворіють гомозиготи за рецесивним алелем);

• аутосомно-домінантно (хворіють гетерозиготи — достатньо одного мутантного алеля);

• рецесивно, зчеплено з X-хромосомою (хворіють переважно чоловіки, жінки — носійки).

Приклади генних хвороб: фенілкетонурія, альбінізм, серпоподібноклітинна анемія, гемофілія, дальтонізм, полідактилія. Кожну з них ми розглянемо в наступному розділі.

Хромосомні хвороби

Хромосомні хвороби спричиняє зміна кількості хромосом (геномні мутації — трисомія, моносомія) або зміна будови хромосом (хромосомні мутації — делеція, дуплікація, інверсія, транслокація). На відміну від генних хвороб, хромосомні здебільшого не успадковуються від батьків, а виникають заново внаслідок нерозходження хромосом під час утворення гамет (мейозу). Чим старша жінка, тим вищий ризик такого нерозходження.

Найвідоміші хромосомні синдроми: Дауна (трисомія за 21-ю хромосомою), Клайнфельтера (47,XXY) і Тернера — Шерешевського (45,X0). Їхні каріотипи й ознаки ми детально розберемо в розділі «Хромосомні хвороби».

Захворювання зі спадковою схильністю (мультифакторні)

Це хвороби, для розвитку яких потрібне поєднання спадкової схильності (багато генів, кожен із яких дає невеликий внесок) і чинників середовища. Сама схильність ще не означає, що людина обов’язково захворіє. До таких хвороб належать цукровий діабет 2 типу, гіпертонічна хвороба, ішемічна хвороба серця, бронхіальна астма.

Вроджене — не завжди спадкове

Важливо розрізняти поняття «вроджений» і «спадковий». Вроджена вада — це будь-яке порушення, яке дитина має від народження. Її причиною може бути не лише мутація, а й дія тератогенів під час вагітності: інфекція (краснуха), алкоголь, деякі ліки, токсичні речовини. Така вада вроджена, але не спадкова — вона не передається нащадкам. Натомість спадкова хвороба може проявитися не одразу після народження, а в дорослому віці, як-от хорея Гантінгтона (аутосомно-домінантне нейродегенеративне захворювання, що виникає після 30–40 років).

Генні (моногенні) хвороби спричинені мутацією одного гена. Вони успадковуються за законами Менделя. Розгляньмо найважливіші для НМТ генні хвороби, їхні механізми та способи успадкування.

Фенілкетонурія (аутосомно-рецесивна)

Причина — мутація гена, що кодує фермент фенілаланінгідроксилазу. Цей фермент перетворює амінокислоту фенілаланін на тирозин. Якщо фермент відсутній або неактивний, фенілаланін накопичується в крові та тканинах, уражаючи нервову систему. Без лікування це призводить до тяжкої розумової відсталості.

Усіх новонароджених в Україні скринують на фенілкетонурію (біохімічний метод — аналіз крові з п’ятки). Якщо хворобу виявили в перші тижні життя, дитині призначають спеціальну дієту з різким обмеженням фенілаланіну. За дотримання дієти дитина розвивається нормально — розумової відсталості вдається запобігти. Це один із найкращих прикладів того, що спадкова хвороба не означає вирок.

Альбінізм (аутосомно-рецесивний)

Мутація гена, що бере участь у синтезі пігменту меланіну. У хворої людини меланін не утворюється або утворюється в дуже малій кількості. Ознаки: дуже світла шкіра й волосся, світлі (блакитні або рожеві) очі, підвищена чутливість до ультрафіолетового випромінювання. Люди з альбінізмом мають високий ризик сонячних опіків і раку шкіри, тому їм потрібен особливий захист від сонця.

Серпоподібноклітинна анемія (аутосомно-рецесивна)

Причина — точкова мутація (заміна одного нуклеотида) в гені, що кодує $\beta$ -ланцюг гемоглобіну. Це змінює одну амінокислоту в білку, через що еритроцити за низького вмісту кисню набувають форми серпа (півмісяця). Такі еритроцити гірше переносять кисень, швидше руйнуються, закупорюють дрібні судини.

Хворіють рецесивні гомозиготи (обидва алелі мутантні). Гетерозиготи (носії одного мутантного алеля) зазвичай здорові, але мають перевагу: вони стійкіші до малярії, тому в регіонах, де поширена малярія (Африка, Середземномор’я), частота мутантного алеля в популяціях висока.

Гемофілія (рецесивна, зчеплена з X-хромосомою)

Мутація гена фактора зсідання крові (фактора VIII або IX), розташованого в X-хромосомі. У хворих кров погано зсідається: навіть невеликі порізи, забиття чи внутрішні кровотечі можуть бути небезпечними. Хворіють переважно чоловіки (у них одна X-хромосома, і якщо вона несе мутантний алель, іншої нормальної копії немає). Жінки з одним мутантним алелем — носійки, зазвичай без симптомів.

Дальтонізм (рецесивний, зчеплений з X-хромосомою)

Мутація гена, що кодує один із фоторецепторів сітківки (колбочок), також у X-хромосомі. Людина погано розрізняє червоний і зелений кольори (найпоширеніша форма — дейтераномалія, тобто ослаблене сприйняття зеленого; дейтеранопія трапляється рідше). Як і гемофілія, дальтонізм трапляється переважно в чоловіків. Жінки можуть бути носійками або хворіти, якщо обидві X-хромосоми несуть мутантний алель (що трапляється рідко).

Домінантні генні вади

Не всі генні хвороби рецесивні. Існують і аутосомно-домінантні: полідактилія (зайві пальці на руках або ногах) і брахідактилія (укорочення пальців). Людина з такою вадою зазвичай успадкувала мутантний алель від одного з батьків — достатньо однієї копії мутантного гена, щоб ознака проявилася.

Хромосомні хвороби спричиняє зміна кількості хромосом (геномні мутації) або зміна їхньої будови (хромосомні мутації). На відміну від генних хвороб, хромосомні здебільшого не успадковуються від батьків, а виникають заново внаслідок нерозходження хромосом під час мейозу. Розгляньмо три найважливіші хромосомні синдроми, які можуть трапитися в завданнях НМТ.

Синдром Дауна

Синдром Дауна — це трисомія за 21-ю хромосомою. Каріотип: 47,XX,+21 у жінок або 47,XY,+21 у чоловіків. Загальна кількість хромосом — 47 замість 46, оскільки 21-ша хромосома присутня в трьох копіях. Хворіють обидві статі, адже зайва хромосома — аутосома, а не статева.

Характерні ознаки: розумова відсталість різного ступеня, косий розріз очей з епікантусом (вертикальною складкою шкіри біля внутрішнього кута ока), сплощене обличчя, знижений тонус м’язів, часто вади серця. Ризик народження дитини із синдромом Дауна зростає з віком матері: у жінки після 35 років він значно вищий, ніж у 20-річної.

Синдром Клайнфельтера

Синдром Клайнфельтера — це наявність зайвої X-хромосоми в чоловіка. Каріотип: 47,XXY. Загальна кількість хромосом — 47. Хворіють лише чоловіки. Ознаки: високий зріст, довгі кінцівки, недорозвинення сім’яників (гіпогонадизм), безпліддя, часто знижений рівень тестостерону. Інтелект здебільшого в межах норми або злегка знижений.

Синдром Тернера — Шерешевського

Синдром Тернера — Шерешевського — це моносомія за X-хромосомою. Каріотип: 45,X0. Загальна кількість хромосом — 45 (одна статева хромосома відсутня). Хворіють лише жінки. Ознаки: низький зріст (близько 140–145 см), коротка шия з крилоподібними складками шкіри, недорозвинення яєчників, безпліддя, часто вади серця та нирок. Інтелект здебільшого нормальний.

Як не переплутати синдроми

На НМТ цю тему можуть перевірити й логічними парами — наприклад, треба співвіднести синдром із каріотипом або ознакою. Запам’ятай простий спосіб:

• Клайнфельтер — зайва X у чоловіка (XXY). Назва нагадує «клин» — додатковий клин (хромосома) в чоловіка.

• Тернер — Шерешевський — одна X у жінки (X0). «Тернер» асоціюється з «терн» — одна самотня хромосома.

• Дауна — зайва 21-ша аутосома, тому хворіють обидві статі. Не плутай зі статевими хромосомами.

Не всі спадкові захворювання спричинені мутацією одного гена або зміною хромосом. Існує велика група хвороб, для яких спадковість створює лише схильність, а чи розвинеться хвороба, залежить від способу життя та чинників середовища. Такі хвороби називають мультифакторними, або захворюваннями зі спадковою схильністю.

Які хвороби належать до мультифакторних

Найпоширеніші приклади: цукровий діабет 2 типу, гіпертонічна хвороба, ішемічна хвороба серця, бронхіальна астма, деякі форми раку, ожиріння, алергічні захворювання. У розвитку кожної з них беруть участь десятки або сотні генів, і жоден із них не визначає хворобу сам по собі.

Чому схильність — не вирок

Людина може мати обтяжену спадковість (наприклад, у батьків цукровий діабет 2 типу), але ніколи не захворіти, якщо веде здоровий спосіб життя. І навпаки — за відсутності спадкової схильності хвороба може розвинутися через тривалу дію чинників ризику. До чинників ризику належать: переїдання, малорухливий спосіб життя, хронічний стрес, куріння, надлишок солі в їжі, надмірна маса тіла.

Спосіб життя, який знижує ризик: збалансоване харчування, регулярна фізична активність, підтримання нормальної маси тіла, відмова від куріння й алкоголю, контроль артеріального тиску та рівня цукру в крові. Людям, у родині яких є такі хвороби, варто регулярно проходити профілактичні обстеження.

Медико-генетичне консультування

Медико-генетичне консультування — це спеціалізована медична допомога, під час якої лікар-генетик оцінює ризик народження дитини зі спадковою хворобою в конкретній родині та пояснює цей ризик майбутнім батькам. Консультація включає аналіз родоводу, визначення каріотипу батьків (за потреби), молекулярно-генетичні дослідження.

Звертатися до медико-генетичної консультації варто, якщо:

• у родині вже є дитина зі спадковою хворобою або вадою розвитку;

• у родині є відомі спадкові хвороби (фенілкетонурія, гемофілія, м’язова дистрофія тощо);

• шлюб споріднений (двоюрідні або ближчі родичі);

• майбутній матері понад 35 років;

• майбутньому батькові 40 років і більше;

• у жінки були повторні викидні або мертвонародження.

Профілактика спадкових хвороб

Сучасна медицина пропонує кілька рівнів профілактики:

• Пренатальна діагностика — обстеження плода під час вагітності (УЗД, аналіз каріотипу плода, неінвазивне тестування). Методи детально розглянуто в уроці про каріотип людини.

• Скринінг новонароджених — обов’язкове біохімічне тестування всіх дітей на фенілкетонурію, вроджений гіпотиреоз та інші хвороби (в Україні — неонатальний скринінг).

• Уникнення мутагенів і тератогенів під час вагітності: відмова від алкоголю й куріння, обережне застосування ліків, вакцинація від краснухи до вагітності.

Розгляньмо кілька завдань у форматі НМТ на тему спадкових хвороб. Кожне завдання супроводжується покроковим розв’язанням і поясненням, чому інші варіанти неправильні.

Приклад 1. Логічні пари: хвороба — тип мутації й успадкування

Установіть відповідність між хворобою (1–4) і типом мутації / способом успадкування (А–Д).

1 гемофілія; 2 фенілкетонурія; 3 синдром Дауна; 4 цукровий діабет 2 типу.

А генна мутація, рецесивна, зчеплена з X-хромосомою; Б генна мутація, аутосомно-рецесивна; В геномна мутація — трисомія за 21-ю хромосомою; Г спадкова схильність у поєднанні з чинниками середовища; Д голандричне успадкування — зайве.

Розв’язання:

• 1 → А. Гемофілія — генна хвороба, спричинена мутацією гена фактора зсідання крові в X-хромосомі. Успадковується рецесивно, зчеплено з X.

• 2 → Б. Фенілкетонурія — генна хвороба, аутосомно-рецесивне успадкування. Мутація гена фенілаланінгідроксилази.

• 3 → В. Синдром Дауна — хромосомна хвороба, спричинена геномною мутацією (трисомія за 21-ю хромосомою).

• 4 → Г. Цукровий діабет 2 типу — мультифакторне захворювання, розвивається за поєднання спадкової схильності та чинників середовища.

• Д — голандричне успадкування (через Y-хромосому) — зайве, жодна з перелічених хвороб так не успадковується.

Приклад 2. Логічні пари: хвороба — характерна ознака

Установіть відповідність між хворобою (1–4) і характерною ознакою (А–Д).

1 синдром Клайнфельтера; 2 синдром Тернера — Шерешевського; 3 синдром Дауна; 4 фенілкетонурія.

А високий зріст і недорозвинені сім’яники в чоловіка; Б низький зріст і крилоподібні складки на шиї в жінки; В знижений тонус м’язів і вади серця; Г ураження нервової системи через надлишок фенілаланіну; Д відсутність меланіну — зайве.

Розв’язання:

• 1 → А. Синдром Клайнфельтера (47,XXY) — чоловіки з високим зростом і недорозвиненими сім’яниками.

• 2 → Б. Синдром Тернера — Шерешевського (45,X0) — жінки з низьким зростом і крилоподібними складками на шиї.

• 3 → В. Синдром Дауна (47,+21) — знижений тонус м’язів, вади серця, характерні риси обличчя.

• 4 → Г. Фенілкетонурія — накопичення фенілаланіну уражає нервову систему, спричиняючи розумову відсталість без лікування.

• Д — відсутність меланіну (альбінізм) — зайве, не відповідає жодній із перелічених хвороб.

Приклад 3. Вибір однієї відповіді: фенілкетонурія

Завдяки чому дитина з фенілкетонурією може розвиватися нормально?

• А) Хвороба минає з віком.

• Б) Переливання крові.

• В) Дієта з обмеженням фенілаланіну з перших тижнів життя, призначена після скринінгу.

• Г) Видалення зайвої хромосоми.

Розв’язання: Правильна відповідь — В. Фенілкетонурію виявляють скринінгом новонароджених (біохімічний аналіз крові). Якщо негайно призначити дієту з низьким умістом фенілаланіну, токсичні продукти не накопичуються, і нервова система не ушкоджується. Хвороба не минає з віком (А — неправильно), переливання крові не впливає на обмін фенілаланіну (Б — неправильно), а зайвої хромосоми при фенілкетонурії немає — це генна, а не хромосомна хвороба (Г — неправильно).

Приклад 4. Вибір однієї відповіді: два твердження

Оцініть правильність двох тверджень.

I. Цукровий діабет 2 типу успадковується як ознака одного гена за законами Менделя.

II. Здоровий спосіб життя знижує ризик захворювань зі спадковою схильністю.

• А) Правильне лише I.

• Б) Правильне лише II.

• В) Обидва правильні.

• Г) Обидва неправильні.

Розв’язання: Правильна відповідь — Б (правильне лише II). Твердження I хибне: цукровий діабет 2 типу — мультифакторне захворювання, його розвиток залежить від багатьох генів і чинників середовища, а не від одного гена. Твердження II правильне: здоровий спосіб життя (збалансоване харчування, фізична активність, нормальна маса тіла) справді знижує ризик мультифакторних хвороб, навіть за наявної спадкової схильності.

Ось пастки, на які варто зважати в темі спадкових хвороб, і як їх уникнути.

• Плутають синдроми Клайнфельтера і Тернера — Шерешевського. Клайнфельтер — 47,XXY (зайва X у чоловіка), Тернер — Шерешевський — 45,X0 (одна X у жінки). Запам’ятай: Клайнфельтер — чоловіки з додатковою хромосомою, Тернер — жінки з неповним набором.

• Вважають синдром Дауна генною хворобою або ознакою, зчепленою зі статтю. Насправді це трисомія за 21-ю хромосомою — геномна мутація аутосоми, тому хворіють обидві статі. Ні зі статтю, ні з одним геном це не пов’язано.

• Вважають, що людина зі спадковою схильністю неминуче захворіє. Спадкова схильність — лише підвищений ризик. Чи розвинеться хвороба, залежить від способу життя, харчування, фізичної активності, шкідливих звичок. Схильність — не вирок.

• Вважають будь-яку вроджену ваду спадковою. Вроджене — те, що є від народження, але причиною може бути тератоген (краснуха, алкоголь, ліки), а не мутація. Така вада не передається нащадкам. І навпаки: спадкова хвороба може проявитися в дорослому віці (хорея Гантінгтона).

• Вважають, що генні хвороби (фенілкетонурію, гемофілію) можна виявити в каріотипі. Каріотип показує кількість і будову хромосом, але не показує точкових мутацій у генах. Генні хвороби виявляють молекулярно-генетичними методами (ПЛР, секвенування) або біохімічним скринінгом. У каріотипі видно лише хромосомні хвороби.

• Вважають спадкові хвороби зовсім невиліковними. Хоча більшість спадкових хвороб не можна вилікувати повністю, багатьом можна запобігти або полегшити перебіг. Найкращий приклад — фенілкетонурія: дієта з обмеженням фенілаланіну з перших тижнів життя запобігає розумовій відсталості, і дитина розвивається нормально.

Спадкові хвороби людини належать до теми 2.2 «Закономірності спадковості організмів» (розділ 2 програми НМТ з біології): «Спадкові захворювання й вади людини, захворювання зі спадковою схильністю, хромосомний аналіз порушень каріотипу». Програма вимагає вміти аналізувати каріотипи й родоводи, а також співвідносити хворобу з типом мутації та способом успадкування.

Форми завдань

На НМТ з біології ця тема може трапитися в двох формах:

• Вибір однієї відповіді з чотирьох (завдання 1–24, 0 або 1 бал). Наприклад: «Який каріотип має людина із синдромом Клайнфельтера?» або «Яка хвороба належить до мультифакторних?».

• Логічні пари (завдання 25–28, 1–4 → А–Д, одна буква зайва, до 4 балів). Наприклад: «Установіть відповідність між хворобою та каріотипом» або «хвороба — тип мутації чи успадкування».

Зв’язок з іншими темами

Типи мутацій (геномні, хромосомні, точкові) — це тема 2.3 програми. У демоваріанті НМТ-2026 тему 2.3 представляло завдання № 9. Тому, готуючись до спадкових хвороб, варто повторити класифікацію мутацій.

Що треба пам’ятати

Довідкових матеріалів на НМТ немає. Каріотипи хромосомних синдромів (47,+21, 47,XXY, 45,X0) і способи успадкування генних хвороб (аутосомно-рецесивний, аутосомно-домінантний, зчеплений з X) треба знати напам’ять.

Стратегія для логічних пар

У завданнях на логічні пари спершу з’єднай найвпевненіші пари — ті, в яких ти не сумніваєшся. Наприклад, синдром Дауна однозначно відповідає трисомії за 21-ю хромосомою, а гемофілія — рецесивному успадкуванню, зчепленому з X. Потім методом виключення добирай решту. Зайва буква (п’ятий варіант) залишиться невикористаною.

• Генні хвороби — мутація одного гена, успадковуються за законами Менделя.

• Фенілкетонурія, альбінізм, серпоподібноклітинна анемія — аутосомно-рецесивні; гемофілія, дальтонізм — рецесивні, зчеплені з X.

• Дауна — 47,+21, обидві статі; Клайнфельтера — 47,XXY, чоловіки; Тернера — Шерешевського — 45,X0, жінки.

• Спадкова схильність + чинники середовища = мультифакторна хвороба; здоровий спосіб життя знижує ризик.

• Вроджене — не завжди спадкове.

• Медико-генетичне консультування оцінює ризик, а пренатальна діагностика й скринінг допомагають запобігти наслідкам.