Носієм генетичної інформації у всіх клітинах організму людини є молекула ДНК. Основна маса ДНК зосереджена в ядрі клітини. Ген - ділянка молекули ДНК, що несе інформацію про синтез певного поліпептиду або нуклеїнової кислоти. Генотип - набір генів, що отримується нащадком від батьків в момент запліднення. Спадкова інформація, закодована в генах, розглядається як програма синтезу всіх ферментів та інших білків організму. Припускають, що індивідуальні варіації будови і функції органів і систем людини, що не виходять за межі норми, а також відхилення від норми у вигляді аномалій розвитку визначаються насамперед відмінностями в синтезі ферментів. Дослідження з розшифрування генома людини дозволили встановити фактичне число генів. Воно становить приблизно 30 тис. Що значно менше, ніж передбачалося. Однак кількість різних комбінацій патологічних генів в геномі людини величезне. Це пояснює різноманіття спадково обумовленої патології.
Будь-яка зміна послідовності ДНК називається мутацією. Мутації підрозділяються на геномні, хромосомні і генні.
Геномні мутації обумовлені зміною числа хромосом (збільшенням або зменшенням). Більшість геномних мутацій несумісне з життям. Ембріони і плоди гинуть і видаляються з організму матері в ранні терміни вагітності (самовільний викидень). Найбільш часта форма геномних мутацій, сумісних з життям, - синдроми трисомій. Вони є, як правило, наслідком нерозходження хромосом в мейозі і проявляються множинними вродженими вадами розвитку. Прикладом є синдром трисомії по 21-й хромосомі, відомий як синдром Дауна.
Хромосомні мутації (аберації) пов'язані з порушеннями структури хромосом. До них відносяться нестача частини хромосоми, подвоєння її ділянки або його відрив з подальшим поворотом на 180 °, обмін сегментами між негомологічної хромосоми. Хромосомні мутації порушують нормальний розвиток ембріона і проявляються множинними вродженими вадами розвитку. Прикладом може служити синдром «котячого крику», обумовлений втратою ділянки короткого плеча 5-ї хромосоми.
Генні мутації обумовлені зміною структури гена (молекули ДНК). Генні мутації є причиною багатьох форм спадкової патології людини. Основні з них - генні хвороби, вроджені вади розвитку та захворювання зі спадковою схильністю. До числа вроджених і спадкових хвороб, обумовлених генними мутаціями, відносяться вроджена гідроцефалія, ізольовані вроджені пороки серця, шестипалість, альбінізм, фенілкетонурія, гемофілія та ін.
Генні мутації передаються з покоління в покоління відповідно до законів Менделя.
Можуть бути різні типи успадкування (аутосомно-домінантний, аутосомно-рецесивний, Х-зчеплений рецесивний і ін.).
Аутосомно-домінантний тип спадкування в найбільшою мірою відповідає уявленню про те, що спадкова хвороба передається дитині безпосередньо від батьків. Хворі виявляються в кожному поколінні, при цьому один з батьків дитини хворий. Захворювання зустрічається однаково часто у жінок і чоловіків. Ймовірність успадкування становить 100%, якщо хоча б один з батьків гомозиготен, 50% - якщо один з батьків гетерозиготний. Так успадковуються у людини хвороба непереносимості злаків (целіакія), шестипалість.
При аутосомно-рецесивним типі успадкування хвора дитина (гомозигота) народжується у здорових батьків (гетерозигот). Захворювання зустрічається однаково часто у жінок і чоловіків. Ймовірність успадкування - частіше за все 25%, так як хворі або не доживають до дітородного віку, або не одружуються. Багато хвороб обміну речовин (альбінізм, фенілкетонурія) успадковуються по аутосомно-рецесивним типом.
При Х-зчепленому рецессивном типі успадкування хворі народжуються не в кожному поколінні. Хвора дитина народжується у здорових батьків. Хворіють переважно чоловіки. Ймовірність успадкування - 25%. До числа хвороб з Х-зчепленим рецесивним типом успадкування відносяться гемофілія, дальтонізм.
З причин, які викликали мутації, їх підрозділяють на спонтанні (мимовільні) і індуковані.
Спонтанні мутації відбуваються під дією природних мутагенних чинників середовища без втручання людини. Так, причинами спадкових хвороб обміну речовин є помилки реплікації ДНК, вплив різних природних випромінювань, дія перекисів, що утворюються в процесі життєдіяльності організму людини. Частота спонтанної мутації одного гена - приблизно 1. 10-5 - 1. 10-7 на покоління.
Індуковані мутації викликані спрямованим дією певних мутагенних чинників, які є результатом виробничої або індивідуальної діяльності людини (промислові викиди, забруднення води, грунту і продуктів харчування важкими металами, сільськогосподарськими отрутами, наприклад, пестицидами, мінеральними добривами, тютюнопаління, вживання наркотиків і алкоголю).
Встановлено, що до 10% гамет людини несуть мутантні гени. Домінантні мутації проявляються вже в першому поколінні і відразу ж піддаються дії природного відбору. Рецесивні мутації спочатку накопичуються в популяції. Тільки при появі рецесивних гомозигот вони починають проявлятися фенотипно і також піддаються дії природного відбору. Завдяки природному відбору усуваються комбінації генів, що знижують пристосовність організму до умов існування і його життєздатність.
Слід зазначити, що інтенсивність природного добору в сучасних людських популяціях достатня висока.
Природний відбір генетично аномальних ембріонів і плодів здійснюється на всіх стадіях внутрішньоутробного розвитку. Він проявляється внутрішньоутробної загибеллю зародків людини, мимовільними викиднями (абортами), передчасними пологами, мертвонародження. Основна причина внутрішньоутробної загибелі ембріонів і плодів - летальні мутації і хромосомні аберації. Ця «вибракування» генетично аномальних зародків може досягати 40% і більше. Найбільші репродуктивні втрати спостерігаються в перші два тижні з моменту зачаття. Вони можуть досягати 75% і обумовлені патологією заплідненої яйцеклітини і порушенням імплантації плодового яйця. Чим раніше вагітність мимовільно переривається, тим імовірніше, що причиною викидня є хромосомні мутації. Припускають, що 50 - 60% всіх зачать не реалізуються в вагітність, а закінчуються загибеллю зиготи до імплантації. Це відбувається, як правило, через мутацій спадкових структур. Втрати плодів з спадково обумовленої патологією додаються при передчасних пологах, внаслідок мертвонароджень і смертності новонароджених в перші 7 діб після народження. В останні роки внесок вродженої і спадкової патології в дитячу смертність в країні зріс до 30%. Однак при більшості спадкових хвороб обміну речовин, обумовлених генними мутаціями, а також при деяких хромосомних синдромах, наприклад, синдром Дауна у плода вагітність у жінки може протікати без загрози мимовільного переривання або інших відхилень.
Чинники, що викликають мутації, називаються мутагенами. Їх поділяють на три групи: фізичні, хімічні та біологічні.
До фізичних мутагенів належать різні види випромінювань (переважно іонізуючих), висока температура і ін.
До хімічних мутагенів відносяться органічні і неорганічні хімічні сполуки, що забруднюють повітря, воду, грунт (промислові викиди, важкі метали (ртуть, свинець, кадмій), нітрати, нітрити, сільськогосподарські отрути, в тому числі пестициди, гербіциди, мінеральні добрива, продукти нафтопереробки, а також лікарські засоби (антибіотики, гормони), наркотики, алкоголь і ін.
До біологічних мутагенів відносяться віруси, бактерії, найпростіші (токсоплазма), продукти метаболізму деяких гельмінтів (трихінели, котячий сисун).