Caracterele genetice

Toate trăsăturile morfologice, biochimice și comportamentale ale unui individ uman sunt genetic determinate. Această determinare se subordonează mai multor situații.
Două gene alele, una dominantă (A) și cealaltă recesivă (a) aflate în raport de dominanță completă sau semidominanță situate într-un locus pe cromozomii omologi determină variații ale aceluiași caracter: culoarea ochilor, culoarea părului, tipul morfologic al firului de păr, Rh-ul, caracterul fiind monogenic.
În altă situație există mai multe gene subordonate unui anumit locus, care determină variații ale aceluiași caracter în fenomenul de polialelie, întâlnit în cazul eredității grupelor sangvine, caracterul fiind poligenic.
Mai există situația în care exprimarea unui caracter fenotipic se produce datorită interacțiunii între mai multe gene nealele: talia, greutatea corporală, culoarea pielii, temperamentul, inteligența, imunitatea.

Tipuri de caractere genetice

Caracterele genetice reprezintă expresia fizică a informației genetice codificată în ADN-ul unui individ. Caracterele fenotipice reprezintă caracterele rezultate prin interacțiunea dintre genotip și factorii de mediu, fiind încadrate tot în categoria caracterelor genetice, acest termen însumând mai multe variante de caractere:
a. Ereditare - determinate doar de factorii genetici și anume de informația conținută în genotipul individului. Exemplu: grupa sangvină, talia, culoarea pielii, dermatoglifele. Boli: albinism, hemofilie, acondroplazie, sindrom Down.
b. Multifactoriale - determinate de relația dintre genotip și factorii de mediu (fenotipice). Exemplu: greutatea, inteligența, tensiunea arterială. Boli: diabet zaharat, ulcer gastro-duodenal, cardiopatie ischemică.
c. Ecologice - determinate strict de factorii de mediu. Exemplu: infecții, intoxicații, accidente.

Caracterele ereditare sunt determinate 100% de informația genetică codificată în genotip. Ele pot fi caractere ereditare de specie (cum ar fi numărul fix de cromzomi), caractere ereditare normale și caractere ereditare anormale (mutații genetice, boli, malformații).
Caracterele ereditare normale sunt determinate monogenic și transmise mendelian (grupe sangvine, proteine serice, enzime). Fiecare individ al unei populații posedă variante ale acestor caractere (o anumită grupă sangvină, un anumit tip de enzime, anumite tipuri de proteine serice) iar combinația unor variante diferite ale aceluiași caracter pentru fiecare individ din grupul populațional determină unicitatea biologică a individului respectiv.
Caracterele ereditare anormale sunt tot determinate monogenic și cu transmitere mendeliană autozomal dominantă, autozomal recesivă, X-linkat dominantă, X-linkat recesivă sau Y-linkat. Acestea sunt prezente la anumiți indivizi, fiind determinate de mutații la nivelul unei singure gene (boli monogenice- hemofilia), la nivelul unui cromozom (anomalii cromzomiale- sindromul Down) sau la nivelul genomului mitocondrial (atrofia optică Leber). Nu toate bolile genetice sunt ereditare, unele dintre ele fiind combinația dintre genotip și factori de mediu care alterează materialul genetic cum ar fi fenilcetonuria, o cauză de retard mental sever. Pentru aceste boli există posibilități de profilaxie și terapie.

Caracterele multifactoriale sau fenotipice, produse de interacțiunea dintre ereditate și mediu pot fi normale sau anormale. Cele normale reprezintă modul de adaptare al individului la condițiile mediului extern, în funcție de materialul genetic pe care îl deține. De exemplu înălțimea finală a copilului va depinde de înălțimea părinților, acest caracter fiind condiționat genetic în proporție de 67%, restul procentelor fiind datorate adaptării la mediu. Aceste caractere sunt poligenice, însă genotipul este responsabil doar pentru un anumit procent al expresiei caracterului respectiv.
Caracterele multifactoriale anormale sau bolile multifactoriale au caracter familial, ereditatea având un rol important, contribuția ereditară fiind poligenică, dar nu se transmit mendelian. În cazul acestor boli care sunt foarte frecvente (diabet zaharat, hipertensiune arterială, boală coronariană, schizofrenia, boala maniaco-depresivă, malformațiile congenitale de șold) factorul genetic creează o predispoziție către boală. Această predispoziție va conduce la dezvoltarea bolii numai dacă intră în contact cu factorii de mediu, prin urmare nu toți indivizii predispuși se îmbolnăvesc. Câțiva factori de mediu în cazul bolii coronariene sunt: regimul bogat în lipide saturate, fumatul și sedentarismul care conduc la dislipidemie, ateroscleroză și în final la sindroame coronariene. Acești factori sunt implicați în producerea bolilor cardiovasculare într-o măsură mult mai mare decât predispoziția genetică, prin urmare, dacă se înlătură factorii ambientali nefavorabili și se identifică persoanele cu predispoziție genetică, se poate face profilaxia multor boli multifactoriale. Și unele cancere sunt multifactoriale, un exemplu clar fiind cancerul pulmonar de tip scuamos care apare predominant la fumători. O persoană cu predispoziție genetică, dar nefumătoare are un risc mult mai mic de îmbolnăvire decât un fumător.

Caracterele ecologice sunt boli care aparent nu sunt genetice, ci sunt determinate de expunerea individului la factori nocivi din mediul ambiental: agenți fizici și chimici toxici sau agresiuni. Însă, modul condiționat genetic prin care individul răspunde și se adaptează acestor con diții nefavorabile determină felul în care acești factori acționează asupra organismului și produc sau nu boli. Efectele agresiunilor externe asupra individului sunt condiționate genetic.
Astfel a apărut o nouă știință, ecogenetica, care se ocupă cu studiul efectelor diferiților factori agresivi din mediu asupra indivizilor prin analiza genotipului individual și modului în care individul interacționează cu agenții ambientali periculoși pentru sănătate (alcool, fumat, alergeni, substanțe chimice, etc.). Farmacogenetica este o altă știință înrudită cu ecogenetica, care studiază efectele diferitelor medicamente asupra individului cum ar fi reacțiile adverse și efectele secundare. Cel mai bun exemplu ar fi studiul tratamentelor pentru cancer ca citostaticele și radioterapia, responsabile de numeroase efecte negative asupra organismului precum și de mutații genetice.

Termeni frecvent confundați

Frecvent se crează confuzii între termenii: congenital, ereditar și genetic.
Congenital înseamnă „născut cu” și definește o anomalie prezentă la naștere care poate să fie ereditară sau dobândită. O anomalie ereditară este una transmisă genetic de la părinți la descendenți ca hemofilia sau distrofia musculară Duchenne cu care fătul se naște. Însă există și malformații congenitale datorate strict expunerii mamei la anumiți factori nocivi din mediu în timpul sarcinii: medicamente, infecții, radiații etc. Aceste anomalii congenitale precum spina bifida, luxația congenitală de șold sau anomaliile cardiace nu se pot transmite de la părinții bolnavi la urmași, pe când anomaliile ereditare se pot transmite. Termenii de boală genetică și boală ereditară nu sunt nici ei sinonimi deoarece, deși ambele implică anomalii ale genotipului, există boli genetice care nu se transmit ereditar și anume bolile în cazul cărora mutația apare la gameți sau la embrion și niciunul dintre părinți nu este purtător. Un exemplu este sindromul Down sau trisomia 21 datorat faptului că există 3 cromozomi 21, unul din ei fiind în plus. Deși copilul se naște cu boala, nu există antecedente, atât în cazul părinților cât și în generațiile anterioare, defectul fiind izolat.

Caractere umane monogenice

Sunt determinate de cuplul alelic situat pe un locus genetic specific aparținând cromozomilor omologi. Se numesc și caractere simple deoarece se transmit descendenților conform legilor mendeliene ale eredității. Au o distribuție discontinuă în cadrul unei populații fiind rezultatul acțiunii unei singure gene, a cărei expresie nu este afectată în general de factorii ambientali. Un caracter monogenic poate fi prezent sub forma mai multor variante fenotipice.
Caracterele determinate de un cuplu alelic cu două alele diferite, una dominantă și una recesivă se numesc caractere dimorfice, deoarece există în două variante fenotipice într-o populație, fiecare variantă fiind determinată de una din cele două alele. Exemple: tipul firului de păr (drept- dominant, creț- recesiv); grosimea buzelor (groase- dominant, subțiri- recesiv); lungimea degentului II de la picior (mai scurt decât halucele- dominant, mai lung decât halucele- recesiv), linia de inserție frontală a părului (în forma literei V- dominant, dreaptă- recesiv).

Determinismul genetic al caracterului de gustător PTC

Caracterul de gustător PTC este un caracter genetic monogenic dimorfic și reprezintă capacitatea unui individ de a sesiza gustul amar al feniltiocarbamidei (PTC). Acest caracter este prezent în populație în două variante, gustător- percepe gustul substanței, sau negustător- nu percepe gustul substanței. Caracterul este determinat de cuplul alelic situat pe cromozomul 7q compus din alele G (dominantă) și g (recesivă). Alela G determină caracterul de gustător, care este predominant în populație, iar alela g controlează caracterul de negustător.
Compușii similari chimic cu PTC și care au gust amărui se găsesc în varză, napi și brocoli având acțiune antitiroidiană. Dacă legumele respective sunt consumate excesiv, capacitatea organismului de a metaboliza iodul scade, scăzând astfel titrul hormonilor tiroidieni. Glanda tiroidă se mărește și apare gușa adenomatoasă. Disfuncțiile tiroidiene au o incidență mai scăzută la gustători decât la negustători.

Factorul secretor (Se)

Caracterul de a elimina în salivă, mucus, sudoare, plasmă și spermă antigeni care corespund antigenilor de grup sangvin ABO se numește factor secretor și este determinat monogenic. În funcție de prezența asau abența antigenilor respectivi în salivă și alte secreții, un individ poate fi secretor sau nesecretor. Caracterul de secretor este dominant în populație și este determinat de gena dominantă secretor denumită Se. Perechea ei este alela recesivă se. Locusul acestora se află pe cromozomul 19q13. Genotipul homozigot dominant SeSe este secretor, la fel ca și genotipul heterozigot Sese. Genotipul sese homozigot recesiv exprimă caracterul fenotipic de nesecretor.
Antigenii din secreții sunt identici din punct de vedere imunologic cu antigenii eritrocitari, dar caracterul secretor/nesecretor este independent de caracterul de grup sanvin ABO. Prin urmare pot exista indivizi de grup sangvin A, sau B sau 0 sau AB care să fie secretori sau nesecretori. De exemplu, un individ cu grupa sangvină A și genotip AA sau AO cu alela A dominantă poate fi secretor (SeSe sau Sese) sau nesecretor (sese).
Secretorii sunt prezenți în populația europeană în proporție de 80%. A fost dovedit în studii că secretorii au o susceptibilitate mai mică la îmbolnăvire comparativ cu nesecretorii, deoarece secretorii sunt mai protejați împotriva microorganismelor și factorilor ambientali datorită antigenilor din umori. Nesecretorii sunt de asemenea mai susceptibili la infecția cu Helicobacter pylori, afecțiuni orale și carii dentare.

Determinismul genetic al factorului Rh

Sistemul Rh este un caracter hematologic monogenic dimorfic întâlnit la specia umană. Este similar cu sistemul hematologic ABO cu diferența că ABO este poligenic sau polimorfic. Sistemul Rh este constituit din cinci factori principali: C, c, D, E și e. Factorul D este cel care dă denumirea sistemului fiind numit și factor Rh și apare la 85% din populația umană fiind determinat de cuplul alelic rh+ care este dominantă și rh care este recesivă. Denumirea Rh provine de la numele maimuței Rhesus pe care Landsteiner și Wiener, descoperitorii acestui factor au folosit-o ca animal de experiență.
Gena rh+ este gena dominantă, iar indivizii care o exprimă sunt Rh+ (genotip rh+rh+ sau rh+rh) și au antigenul Rh pe suprafața hematiilor. Ceilalți 15% din populația umană care nu exprimă gena rh+ sunt Rh- având genotipul rhrh. Determinarea indivizilor Rh+ și Rh- este deosebit de importantă în realizarea transfuziilor sanvine și în depistarea sarcinilor incompatibile care apar atunci când cei doi părinți au Rh diferit. O mamă cu Rh negativ care are un făt Rh positiv deoarece tatăl este Rh pozitiv va fabrica anticorpi antiRh care vor ataca hematiile Rh pozitive ale fătului. Prima sarcină decurge normal, deoarece hematiile Rh pozitiv ale fătului nu pot traversa placenta și nu ajung în circulația maternă și astfel mama este incapabilă să producă anticorpi antiRh în timpul primei sarcini. La naștere însă, la desprinderea placentei de uter au loc ruperi de vase sanvine și o parte din sângele fetal trece la mamă stimulând producerea de anticorpi anti Rh. La a doua sarcină, mama are deja anticorpii anti Rh în circulație, anticorpi care vor traversa capilarele placentare și vor pătrunde în circulația fătului distrugându-i hematiile. Se ajunge la avort spontan.
În transfuzii, indivizii Rh+ pot primi sânge atât de la indivizi Rh+ cât și de la indivizi Rh-, însă indivizii Rh- pot primi sânge doar de la cei Rh-, fiindcă dacă primesc sânge Rh+ vor dezvolta anticorpi anti Rh și se va produce astfel liza hematiilor Rh- ale individului având ca rezultat moartea acestuia.

Caractere umane poligenice

Caracterele polimorfice sunt cele determinate de alelele multiple ale unei gene și se exprimă sub forma unui număr mare de variante fenotipice în cadrul unei populații. Un astfel de caracter polimorfic sau poligenic este grupa sangvină, determinată de relațiile dintre alelele A, B și O.

Determinismul genetic al grupelor sanvine

Grupele sanvine sunt definite pe baza antigenelor situate pe suprafața eritrocitelor, fiecare antigen de grup sanvin fiind determinat de o altă genă sau de seturi diferite de gene. Grupa sanvină reprezintă un caracter fenotipic polimorfic poligenic fiind determinat de seria polialelică LA, LB și lO, alela care ocupă locusul situat pe cromozomul 9q34 fiind cea care determină grupa sanvină.
Alelele LA și LB sunt dominante față de lO și codominante între ele.
Gena LA determină apariția grupei sanvine A (II) cu genotip LALA sau LAlO, grupă sanvină care prezintă antigene A pe hematii și anticorpi beta în plasmă, gena LA fiind dominantă și lO recesivă.
Gena LB determină apariția grupei sangvine B (III) cu genotip LBLB sau LBlO cu gena LB dominantă și lO recesivă. Antigenele de grup B se află pe hematii, iar în plasmă se află antigenele alfa.
Gena recesivă lO este responosabilă de apariția grupei sangvine 0 (I) cu genotip lOlO, având în plasmă ambele tipuri de anticorpi, alfa și beta.
Dacă genele dominante LA și LB coexistă la același individ, raportul dintre ele fiind de codominanță rezultă grupa sanvină AB (IV) cu antigene A și B pe hematii și fără anticorpi în plasmă.
Cunoașterea grupei sanvine a unui individ precum și a factorului Rh este foarte importantă în cazul transfuziilor sanvine.
Un individ cu grupa sanvină 0 Rh+ poate primi numai sânge izogrup, adică tot cu grupa 0 Rh+ sau 0 Rh- însă poate dona sânge pentru toate grupele sanvine cu condiția ca indivizii primitori să fie Rh+. Individul 0Rh- poate primi sânge doar de la grupa 0 Rh- și poate dona sânge pentru toate grupele sanvine, indiferent de Rh-ul individului primitor.
Individul A Rh+ poate dona sânge pentru A și AB Rh+ și poate primi sânge de la A și 0 indiferent de Rh. Individul A Rh- poate dona sânge pentru A și AB indiferent de Rh și primi sânge de la A și 0 cu condiția ca acestea să fie Rh-.
Individul B Rh + donează sânge pentru B și AB Rh+ și primește sânge de la B și 0 indiferent de Rh. Individul B Rh- donează sânge pentru B și AB indiferent de Rh și primește sânge de la B și 0 obligatoriu Rh-.
Individul AB Rh+ donează sânge doar pentru AB Rh+ dar poate primi sânge de la toate grupele sanvine indiferent de Rh. Individul AB Rh- donează sânge pentru AB indiferent de Rh și primește sânge de la toate grupele sanvine (A, AB, B și 0) cu condiția ca acestea să fie Rh-.

Determinismul genetic al culorii pielii la om

Culoarea pielii umane variază între albă și neagră, fiind condiționată de existența unor perechi de gene nealele care intervin în pigmentarea pielii. S-a descoperit că există între 2 și 20 de gene responsabile de acest caracter dar ele segregă independent și se exprimă fenotipic cumulativ. Astfel, cantitatea de melanină din piele este determinată de efectul cumulativ al genelor P1 și P2. În funcție de modul de exprimare al acestora există următoarele fenotipuri:
- la negri P1P1P2P2, toate alele dominante în stare homozigotă
- la mulatri închiși P1p1P2P2 sau P1P1P2p2, trei gene pentru pigment fiind dominante
- la mulatri propriu-ziși P1p1P2p2 sau P1P1p2p2 cu două gene pentru pigment dominante
- la mulatri deschiși P1p1p2p2 sau p1p1P2p2 cu o genă pentru pigment dominantă
- la caucazieni sau albi p1p1p2p2, toate alelele fiind recesive, cantitatea de melanină fiind foarte redusă

Determinismul genetic al culorii părului la om

Culoarea părului este tot un caracter poligenic datorat unei serii de polialele, iar prin combinarea și însumarea efectelor acestora rezultă fenotipuri concretizate într-o gamă variată de nuanțe de păr. Cantitatea de melanină din păr este determinată de două perechi de gene, una pentru pigmentul închis care este melanina și alta pentru pigmentul roșu. Genele care controlează sinteza de melanină sunt Mbd, Mbw și Mbk iar cele care controlează producția de pigment roșu sunt R+ și R-.

Determinismul genetic al culorii ochilor la om

Este tot un caracter poligenic cu determinism mai complex însă decât culoarea părului, în exprimarea lui fiind implicate trei perechi de gene alele care la rândul lor se prezintă sub forma unor serii polialelice. Genele dominante din perechi sunt: Ebr pentru ochi negri, Egr pentru ochi verzi și Ebl pentru ochi albaștri. Prin urmare ochii albaștri sunt dați de genotipul homozigot EblEbl, însă apar multe nuanțe intermediare la indivizi, datorită interacțiunii variate a celor trei gene.

Alte trăsături umane precum memoria, inteligența și comportamentul sunt extrem de complexe fiind în mică măsură determinate genetic dar influențate foarte mult de factorii ambientali. Se crede că ele sunt determinate poligenic, fiind caractere genetice complexe, însă prezintă o foarte mare variabilitate între indivizi, dtatorită influenței vaste pe care o au factorii ambientali asupra fondului genetic individual.