Choroby genetyczne: mukowiscydoza, hemofilia i zespół Downa

Choroby genetyczne to schorzenia wynikające ze zmian w materiale dziedzicznym. Zmiana może dotyczyć pojedynczego genu albo liczby czy budowy chromosomów. W liceum ważne jest rozróżnienie tych dwóch sytuacji, bo od nich zależy sposób dziedziczenia i interpretacja zadań maturalnych.

Do chorób wywołanych mutacją jednego genu należą między innymi mukowiscydoza i hemofilia. Z kolei zespół Downa nie jest chorobą jednogenową, lecz skutkiem zmiany liczby chromosomów. Oznacza to, że jego mechanizm powstania jest inny niż w przypadku chorób dziedziczonych zgodnie z prawami Mendla.

W analizie chorób genetycznych trzeba zwracać uwagę na pojęcia: allel dominujący, allel recesywny, nosiciel, autosom oraz chromosomy płci. Dzięki temu można określić, czy choroba dotyczy obu płci podobnie często, czy częściej występuje u jednej z nich.

Mukowiscydoza jest chorobą dziedziczoną autosomalnie recesywnie. Oznacza to, że aby choroba się ujawniła, dziecko musi odziedziczyć dwa nieprawidłowe allele — po jednym od każdego rodzica. Osoby mające tylko jeden allel chorobowy są zwykle nosicielami i nie wykazują objawów.

Skutkiem mutacji jest zaburzone działanie białka odpowiadającego za transport jonów przez błony komórkowe, co prowadzi do powstawania gęstego i lepkiego śluzu. Taki śluz utrudnia pracę przede wszystkim układu oddechowego i pokarmowego. Pojawiają się nawracające infekcje dróg oddechowych, problemy z oddychaniem oraz zaburzenia trawienia i wchłaniania.

W zadaniach genetycznych mukowiscydoza jest klasycznym przykładem cechy recesywnej na autosomie. Jeśli oboje rodzice są nosicielami, to prawdopodobieństwo urodzenia chorego dziecka wynosi $25\%$, nosiciela $50\%$, a dziecka zdrowego bez allelu chorobowego $25\%$.

Hemofilia to choroba związana z zaburzeniami krzepnięcia krwi. Najczęściej jest dziedziczona jako cecha recesywna sprzężona z chromosomem $X$. Gen odpowiedzialny za chorobę leży więc na chromosomie płciowym, a nie na autosomie.

To wyjaśnia, dlaczego hemofilia częściej występuje u chłopców. Chłopiec ma układ chromosomów płci $XY$, więc jeśli odziedziczy od matki chromosom $X$ z allelem chorobowym, nie ma drugiego prawidłowego allelu na drugim chromosomie $X$, który mógłby „zamaskować” mutację. Dziewczynka ma zwykle układ $XX$, dlatego aby zachorować, musiałaby odziedziczyć dwa allele chorobowe.

W praktyce kobieta może być nosicielką hemofilii i nie mieć objawów, ale przekazywać allel chorobowy części potomstwa. W rodowodach typowe jest to, że chorzy synowie pojawiają się po zdrowych fenotypowo matkach-nosicielkach.

Zespół Downa jest związany z aberracją chromosomową liczbową, a dokładniej z trisomią 21. Oznacza to obecność trzech chromosomów 21 zamiast dwóch. Jest to zupełnie inny mechanizm niż w chorobach jednogenowych, takich jak hemofilia czy mukowiscydoza.

Najczęstszą przyczyną trisomii 21 jest nondysjunkcja, czyli nieprawidłowe rozejście się chromosomów podczas podziału komórkowego prowadzącego do powstania gamet. W rezultacie może powstać komórka rozrodcza zawierająca dodatkowy chromosom 21. Po zapłodnieniu zarodek ma wtedy łącznie o jeden chromosom więcej.

Zespół Downa wiąże się z charakterystycznymi cechami rozwojowymi i zwiększonym ryzykiem niektórych zaburzeń zdrowotnych. W szkolnym ujęciu najważniejsze jest jednak rozumienie przyczyny genetycznej: nie jest to cecha recesywna ani dominująca w prostym sensie mendelowskim, lecz skutek zmiany liczby chromosomów.

Do wykrywania takich zmian wykorzystuje się badanie kariotypu, czyli ocenę liczby i wyglądu chromosomów w komórkach.

W zadaniach maturalnych warto najpierw ustalić, czy opisana choroba jest jednogenowa, czy wynika ze zmiany liczby chromosomów. Jeśli mowa o dodatkowym chromosomie 21, chodzi o zespół Downa. Jeśli pojawia się informacja o zaburzeniach krzepnięcia, należy myśleć o hemofilii. Jeśli opis dotyczy gęstego śluzu, nawracających infekcji oddechowych i problemów trawiennych, chodzi o mukowiscydozę.

W rodowodach choroba autosomalna recesywna może pojawić się u dziecka zdrowych rodziców, jeśli oboje są nosicielami. Taką sytuację typowo analizuje się przy mukowiscydozie. Z kolei przy chorobie sprzężonej z chromosomem $X$ często obserwuje się częstsze występowanie objawów u chłopców, co jest charakterystyczne dla hemofilii.

Najczęstszym błędem jest mylenie mutacji genowej z aberracją chromosomową. Mukowiscydoza i hemofilia wynikają z mutacji dotyczących konkretnego genu, natomiast zespół Downa jest skutkiem nieprawidłowej liczby chromosomów. Drugi częsty błąd to uznawanie, że każda choroba genetyczna musi być dziedziczona bezpośrednio po rodzicach — tymczasem niektóre zmiany mogą pojawić się po raz pierwszy.

Trzeba też pamiętać, że nosiciel nie musi chorować. W chorobach recesywnych allel chorobowy może pozostawać ukryty przez wiele pokoleń. To właśnie dlatego zdrowi rodzice mogą mieć dziecko chore na mukowiscydozę, a zdrowa matka może mieć syna chorego na hemofilię.

Podsumowując:

• mukowiscydoza — choroba autosomalna recesywna,
• hemofilia — choroba recesywna sprzężona z chromosomem $X$,
• zespół Downa — skutek trisomii 21.

Jeśli umiesz połączyć objawy z mechanizmem genetycznym i odczytać prosty rodowód, to opanowałeś najważniejszą część tego tematu na poziomie liceum.