Kategórie
Psychologický slovník

Rozdiel medzi genotypom a fenotypom

V genetike sa rozlišuje genotyp a fenotyp. „Genotyp“ je úplná dedičná informácia organizmu, aj keď nie je vyjadrená. „Fenotyp“ sú skutočné pozorované vlastnosti organizmu, ako napríklad morfológia, vývoj alebo správanie. Toto rozlíšenie má zásadný význam pri štúdiu dedičnosti znakov a ich evolúcie.

Genotyp predstavuje jeho presnú genetickú výbavu – konkrétny súbor génov, ktoré má. Dva organizmy, ktorých gény sa líšia čo i len v jednom lokuse (mieste v genóme), majú rôzne genotypy. Prenos génov z rodičov na potomkov je pod kontrolou presných molekulárnych mechanizmov. Objavovanie týchto mechanizmov a ich prejavov sa začalo Mendelom a zahŕňa oblasť genetiky.

Fyzikálne vlastnosti organizmu priamo určujú jeho šance na prežitie a reprodukciu, zatiaľ čo dedičnosť fyzikálnych vlastností je len sekundárnym dôsledkom dedičnosti génov. Preto na správne pochopenie teórie evolúcie prostredníctvom prírodného výberu je potrebné pochopiť rozdiel medzi genotypom a fenotypom.

Mapovanie súboru genotypov na súbor fenotypov sa niekedy označuje ako genotypovo-fenotypová mapa.

Podobné genotypové zmeny môžu viesť k podobným fenotypovým zmenám, a to aj v širokom spektre druhov.

Genotyp organizmu je hlavným (v prípade morfológie zďaleka najväčším) faktorom ovplyvňujúcim vývoj fenotypu, ale nie je jediným. Aj dva organizmy s identickým genotypom sa zvyčajne líšia vo svojich fenotypoch. V každodennom živote sa s tým stretávame v prípade jednovaječných (t. j. identických) dvojčiat. Jednovaječné dvojčatá majú rovnaký genotyp, pretože ich genómy sú identické, ale nikdy nemajú rovnaký fenotyp, hoci ich fenotypy môžu byť veľmi podobné. Prejavuje sa to tým, že ich matky a blízki priatelia ich vždy dokážu od seba rozlíšiť, aj keď ostatní nemusia byť schopní vidieť jemné rozdiely. Ďalej sa jednovaječné dvojčatá dajú rozlíšiť podľa odtlačkov prstov, ktoré nikdy nie sú úplne identické.

Pojem fenotypová plasticita opisuje mieru, do akej je fenotyp organizmu determinovaný jeho genotypom. Vysoká miera plasticity znamená, že faktory prostredia majú silný vplyv na konkrétny fenotyp, ktorý sa vyvíja. Ak je plasticita nízka, fenotyp organizmu možno spoľahlivo predpovedať na základe znalosti genotypu bez ohľadu na osobitosti prostredia počas vývoja. Príklad vysokej plasticity možno pozorovať na larvách mloka1: keď tieto larvy vycítia prítomnosť predátorov, ako sú vážky, vyvinú sa im väčšie hlavy a chvosty v pomere k veľkosti tela a prejavia sa tmavšou pigmentáciou. Larvy s týmito znakmi majú väčšiu šancu na prežitie, keď sú vystavené predátorom, ale rastú pomalšie ako ostatné fenotypy.

Na rozdiel od fenotypovej plasticity sa koncept genetickej kanalizácie zaoberá tým, do akej miery fenotyp organizmu umožňuje vyvodzovať závery o jeho genotype. O fenotype sa hovorí, že je kanalizovaný, ak mutácie (zmeny v genóme) nemajú výrazný vplyv na fyzické vlastnosti organizmu. To znamená, že kanalizovaný fenotyp môže vzniknúť z veľkého množstva rôznych genotypov a v takom prípade nie je možné presne predpovedať genotyp na základe znalosti fenotypu (t. j. mapa genotyp-fenotyp nie je inverzná). Ak nie je prítomná kanalizácia, malé zmeny v genóme majú okamžitý vplyv na vzniknutý fenotyp.

Pojmy „genotyp“ a „fenotyp“ vytvoril Wilhelm Johannsen v roku 1911.

Skoršia verzia tohto článku bola uverejnená na portáli Nupedia.

Kategórie
Psychologický slovník

Gregor Mendel

Mendel sa narodil v nemecky hovoriacej rodine v Heinzendorfe v Sliezsku, ktoré bolo vtedy súčasťou Rakúskeho cisárstva (dnes Hynčice v Českej republike), a o dva dni neskôr bol pokrstený. V detstve pracoval Mendel ako záhradník a ako mladý muž navštevoval Filozofický ústav v Olmützi v Olomouci. V roku 1843 vstúpil do augustiniánskeho opátstva svätého Tomáša v Brne (Brünn). Narodil sa ako Johann Mendel a po vstupe do kláštora prijal meno Gregor. V roku 1851 ho poslali študovať na Viedenskú univerzitu, do opátstva sa vrátil v roku 1853 ako učiteľ, najmä fyziky.

Gregora Mendela, ktorý je známy ako „otec modernej genetiky“, inšpirovali k štúdiu variability rastlín jeho profesori na univerzite aj kolegovia v kláštore. Svoje štúdium začal v kláštornej experimentálnej záhrade. V rokoch 1856 až 1863 Mendel vypestoval a otestoval približne 29 000 rastlín hrachu. Jeho pokusy priniesli dve zovšeobecnenia, ktoré sa neskôr stali známe ako Mendelove zákony dedičnosti.

Johann- pamätná tabuľa v Olomouci.

Mendel predniesol svoj príspevok „Pokusy o hybridizácii rastlín“ na dvoch stretnutiach Prírodovedného spolku v Brne na Morave v roku 1865. Keď bol Mendelov článok v roku 1866 publikovaný v Zborníku Prírodovednej spoločnosti v Brne, nemal veľký vplyv a počas nasledujúcich tridsiatich piatich rokov bol citovaný asi trikrát. Jeho článok sa dočkal množstva kritiky.

Jeho vedecká práca, ktorú v roku 1868 povýšili na opáta, sa z veľkej časti skončila, pretože Mendela začali pohlcovať administratívne povinnosti, najmä spor s civilnou vládou, ktorá sa pokúšala uvaliť na cirkevné inštitúcie osobitné dane.

Mendelova práca bola najprv odmietnutá (a až po jeho smrti bola všeobecne prijatá). V tom čase prevládal názor, že za dedičnosť sú zodpovedné pangény. Dokonca aj Darwinova evolučná teória používala pangenézy namiesto Mendelovho modelu dedičnosti. Moderná syntéza používa mendelovskú genetiku.

Mendel zomrel 6. januára 1884 v Brünne (Brno) v Rakúsko-Uhorsku (dnes Česká republika) na chronický zápal obličiek.

Znovuobjavenie Mendelovej práce

Dominantné a recesívne fenotypy. (1) Rodičovská generácia. (2) Generácia F1. (3) Generácia F2.

Význam jeho myšlienok si uvedomili až začiatkom 20. storočia. V roku 1900 jeho dielo znovuobjavili Hugo de Vries a Carl Correns. Hoci sa pôvodne pripisovalo znovuobjavenie aj Erichovi von Tschermakovi, už sa to neprijíma, pretože Mendelove zákony nepochopil. Mendelove výsledky boli rýchlo replikované a genetická väzba sa rýchlo vypracovala. Biológovia sa k tejto teórii hrnuli, pretože hoci ešte nebola aplikovateľná na mnohé javy, snažila sa poskytnúť genotypové chápanie dedičnosti, ktoré podľa nich chýbalo v predchádzajúcich štúdiách dedičnosti, ktoré sa zameriavali na fenotypové prístupy. Najvýznamnejším z týchto posledných prístupov bola biometrická škola Karla Pearsona a W. F. R. Weldona, ktorá sa vo veľkej miere opierala o štatistické štúdie fenotypovej variability. Najsilnejšiu opozíciu voči tejto škole predstavoval William Bateson, ktorý sa v začiatkoch azda najviac zaslúžil o propagáciu výhod Mendelovej teórie (slovo „genetika“ a veľká časť ďalšej terminológie tejto disciplíny pochádza od Batesona). Táto diskusia medzi biometrikmi a mendelistami bola v prvých dvoch desaťročiach dvadsiateho storočia mimoriadne živá, pričom biometrici tvrdili, že sú štatisticky a matematicky presní, zatiaľ čo mendelisti tvrdili, že lepšie rozumejú biológii. Nakoniec sa tieto dva prístupy spojili ako moderná syntéza evolučnej biológie, najmä prácou, ktorú vykonal R. A. Fisher v roku 1918.

Jeho experimentálne výsledky sa neskôr stali predmetom značných sporov. Fisher analyzoval výsledky pomeru F1 (prvého synovca) a zistil, že sú nepravdepodobne blízke presnému pomeru 3:1. Len málokto by Mendela obvinil z vedeckého pochybenia alebo ho nazval vedeckým podvodom – reprodukcia jeho experimentov preukázala správnosť jeho hypotézy – výsledky však pre mnohých zostali naďalej záhadou, hoci sa často uvádzajú ako príklad konfirmačného skreslenia. Tá by mohla vzniknúť, ak by na začiatku svojich experimentov s malou vzorkou zistil približný pomer 3:1 a pokračoval v zbieraní ďalších údajov, kým by sa výsledky viac priblížili presnému pomeru. Niekedy sa predpokladá, že mohol cenzurovať svoje výsledky a že jeho sedem znakov sa vyskytuje každý na samostatnom chromozómovom páre, čo je veľmi nepravdepodobné, ak boli vybrané náhodne. V skutočnosti sa gény, ktoré Mendel skúmal, vyskytovali len v štyroch väzbových skupinách a len jeden génový pár (z 21 možných) je dostatočne blízky na to, aby vykazoval segregačné skreslenie; nejde o pár, ktorý Mendel skúmal.

Štandardná botanická skratka autora Mendela sa používa pre druhy, ktoré opísal.

Mendelova busta na Mendelovej poľnohospodárskej a lesníckej univerzite v Brne, Česká republika.

Historik evolúcie Peter J. Bowler tvrdí, že by nebolo veľmi dôležité, keby Darwin alebo dokonca Galton čítali Mendela, pretože ani Mendel sa nesnažil argumentovať, že ním pozorované pomery sú univerzálne (považoval ich za špeciálny prípad). V každom prípade Darwin a väčšina jeho súčasníkov považovali dedičnosť za otázku, ktorá sa najlepšie rieši pozorovaním vývoja buniek – najmä embryológie – a pravdepodobne by neboli schopní oceniť prepojenie evolúcie a toho, čo sa stalo genetikou (a skutočne ich ocenili až začiatkom 20. storočia).

Augustiniánske opátstvo svätého Tomáša, Brno.

Kategórie
Psychologický slovník

Prírodný výber

Prírodný výber je proces, pri ktorom sa v populácii v priebehu nasledujúcich generácií rozšíria dedičné znaky, ktoré zvyšujú pravdepodobnosť prežitia a úspešného rozmnožovania organizmu. Je to kľúčový mechanizmus evolúcie.

Prirodzená genetická variabilita v rámci populácie organizmov znamená, že niektorí jedinci prežijú a rozmnožia sa úspešnejšie ako iní v ich aktuálnom prostredí. Napríklad v Spojenom kráľovstve sa vyskytujú svetlé aj tmavé farby mole peperovej, ale počas priemyselnej revolúcie mnohé stromy, na ktorých mole odpočívali, sčerneli od sadzí, čo poskytlo tmavým moliam výhodu pri skrývaní sa pred predátormi. Vďaka tomu mali tmavé mole väčšiu šancu prežiť a splodiť tmavé potomstvo a už po niekoľkých generáciách bola väčšina moľ tmavá. Dôležité sú aj faktory, ktoré ovplyvňujú reprodukčný úspech, čo je problematika, ktorú Charles Darwin rozvinul vo svojich myšlienkach o pohlavnom výbere.

Prírodný výber pôsobí na fenotyp alebo pozorovateľné vlastnosti organizmu, ale genetický (dedičný) základ každého fenotypu, ktorý poskytuje reprodukčnú výhodu, sa v populácii stane bežnejším (pozri frekvenciu alel). Tento proces môže časom vyústiť do adaptácií, ktoré špecializujú organizmy na určité ekologické niky a nakoniec môžu viesť k vzniku nových druhov. Inými slovami, prirodzený výber je dôležitý proces (aj keď nie jediný), ktorým prebieha evolúcia v populácii organizmov.

Prírodný výber je jedným zo základných kameňov modernej biológie. Tento pojem zaviedol Darwin vo svojej prelomovej knihe O pôvode druhov z roku 1859, v ktorej prirodzený výber opísal analogicky k umelému výberu, procesu, pri ktorom sú zvieratá a rastliny s vlastnosťami, ktoré šľachtitelia považujú za žiaduce, systematicky uprednostňované pri rozmnožovaní. Koncepcia prirodzeného výberu bola pôvodne vytvorená v situácii, keď neexistovala platná teória dedičnosti; v čase Darwinovho písania nebolo známe nič o modernej genetike. Spojenie tradičnej darwinovskej evolúcie s následnými objavmi v klasickej a molekulárnej genetike sa označuje ako moderná evolučná syntéza. Prirodzený výber zostáva hlavným vysvetlením adaptívnej evolúcie.

Darwinove ilustrácie variability zobákov u pĺžov na Galapágoch, kde žije 13 blízko príbuzných druhov, ktoré sa najvýraznejšie líšia tvarom zobákov. Zobák každého druhu je prispôsobený jeho preferovanej potrave, čo naznačuje, že tvary zobákov sa vyvinuli prirodzeným výberom.

Prirodzená variabilita sa vyskytuje medzi jedincami každej populácie organizmov. Mnohé z týchto rozdielov nemajú vplyv na prežitie (napríklad rozdiely vo farbe očí u ľudí), ale niektoré rozdiely môžu zlepšiť šance na prežitie konkrétneho jedinca. Králik, ktorý beží rýchlejšie ako ostatní, môže mať väčšiu šancu uniknúť pred predátormi a riasy, ktoré sú efektívnejšie pri získavaní energie zo slnečného svetla, rastú rýchlejšie. Jedinci, ktorí majú lepšie šance na prežitie, majú aj lepšie šance na rozmnožovanie.

Ak sú vlastnosti, ktoré týmto jedincom poskytujú reprodukčnú výhodu, tiež dedičné, t. j. prenášajú sa z rodičov na deti, potom bude v nasledujúcej generácii o niečo vyšší podiel rýchlych králikov alebo efektívnych rias. Tento jav sa nazýva diferenciálna reprodukcia. Aj keď je reprodukčná výhoda veľmi malá, v priebehu mnohých generácií sa každá dedičná výhoda stane v populácii dominantnou v dôsledku exponenciálneho rastu. Takto prirodzené prostredie organizmu „selektuje“ znaky, ktoré poskytujú reprodukčnú výhodu, čo spôsobuje postupné zmeny alebo evolúciu života. Tento efekt prvýkrát opísal a pomenoval Charles Darwin.

Koncepcia prirodzeného výberu vznikla ešte pred poznaním genetiky, ktorá sa zaoberá štúdiom dedičnosti. V modernej dobe sa chápe, že výber pôsobí na fenotyp organizmu alebo pozorovateľné vlastnosti, ale dedí sa genetická výbava organizmu alebo genotyp. Fenotyp je výsledkom genotypu a prostredia, v ktorom organizmus žije (pozri Rozdiel medzi genotypom a fenotypom).

Ide o spojenie medzi prírodným výberom a genetikou, ako ho opisuje moderná evolučná syntéza. Hoci úplná teória evolúcie vyžaduje aj opis toho, ako genetická variabilita vôbec vzniká (napríklad mutáciou a pohlavným rozmnožovaním), a zahŕňa aj iné evolučné mechanizmy (napríklad tok génov), prirodzený výber sa stále chápe ako základný mechanizmus evolúcie.

Pojem prirodzený výber má v rôznych kontextoch trochu odlišné definície. Najčastejšie sa definuje ako pôsobenie na dedičné znaky, pretože práve tieto znaky sa priamo podieľajú na evolúcii. Prírodný výber je však „slepý“ v tom zmysle, že zmeny fenotypu (fyzických a behaviorálnych vlastností) môžu poskytnúť reprodukčnú výhodu bez ohľadu na to, či je znak dedičný alebo nie (nededičné znaky môžu byť výsledkom faktorov prostredia alebo životných skúseností organizmu).

Po Darwinovom primárnom použití sa tento termín často používa na označenie evolučného dôsledku slepého výberu aj jeho mechanizmov. Niekedy je užitočné explicitne rozlišovať medzi mechanizmami selekcie a jej dôsledkami; keď je toto rozlíšenie dôležité, vedci definujú „prirodzený výber“ konkrétne ako „tie mechanizmy, ktoré prispievajú k výberu jedincov, ktorí sa rozmnožujú“, bez ohľadu na to, či je základ selekcie dedičný. Niekedy sa to označuje ako „fenotypový prírodný výber“.

Hovorí sa, že vlastnosti, ktoré spôsobujú vyšší reprodukčný úspech organizmu, sú selektované, zatiaľ čo tie, ktoré znižujú úspech, sú selektované proti. Selekcia na určitý znak môže viesť aj k selekcii iných korelovaných znakov, ktoré samy o sebe nemajú priamy vplyv na reprodukčnú výhodu. Môže k tomu dôjsť v dôsledku pleiotropie alebo génovej väzby.

Aj keď prirodzený výber pôsobí na jednotlivcov, vplyvom náhody možno v skutočnosti definovať zdatnosť len „v priemere“ pre jednotlivcov v populácii. Fitness konkrétneho genotypu zodpovedá priemernému účinku na všetkých jedincov s týmto genotypom. Genotypy s veľmi nízkou fitness spôsobujú, že ich nositelia majú v priemere málo potomkov alebo nemajú žiadnych; príkladom je mnoho ľudských genetických porúch, ako napríklad cystická fibróza.

Keďže fitness je spriemerovaná veličina, je tiež možné, že priaznivá mutácia vznikne u jedinca, ktorý sa nedožije dospelosti z nesúvisiacich dôvodov. Fitness tiež v rozhodujúcej miere závisí od prostredia. Stavy, ako je kosáčikovitá anémia, môžu mať v bežnej ľudskej populácii nízku hodnotu fitness, ale keďže kosáčikovitá anémia poskytuje imunitu voči malárii, má vysokú hodnotu fitness v populáciách, ktoré majú vysokú mieru infekcie maláriou.

Prírodný výber môže pôsobiť na akýkoľvek fenotypový znak a selektívny tlak môže byť spôsobený akýmkoľvek aspektom prostredia vrátane pohlavného výberu a konkurencie s príslušníkmi toho istého druhu. To však neznamená, že prirodzený výber je vždy smerový a vedie k adaptívnej evolúcii; prirodzený výber často vedie k udržaniu status quo elimináciou menej vhodných variantov.

Jednotkou selekcie môže byť jednotlivec alebo iná úroveň v hierarchii biologickej organizácie, napríklad gény, bunky a príbuzenské skupiny. Stále sa diskutuje o tom, či prírodný výber pôsobí na úrovni skupín alebo druhov, aby sa vytvorili adaptácie, ktoré sú prospešné pre väčšiu, nepríbuzenskú skupinu. Selekcia na inej úrovni, napríklad na úrovni génu, môže viesť k zvýšeniu fitness daného génu a zároveň k zníženiu fitness jedincov, ktorí sú nositeľmi tohto génu, v procese nazývanom intragenomický konflikt. Celkovo kombinovaný účinok všetkých selekčných tlakov na rôznych úrovniach určuje celkovú zdatnosť jedinca, a teda aj výsledok prírodného výberu.

Životný cyklus pohlavne sa rozmnožujúceho organizmu. Pre každú životnú fázu sú uvedené rôzne zložky prirodzeného výberu.

Prírodný výber prebieha v každom štádiu života jedinca. Jednotlivý organizmus musí prežiť do dospelosti, aby sa mohol rozmnožovať, a výber tých, ktorí dosiahnu toto štádium, sa nazýva výber životaschopnosti. U mnohých druhov musia dospelí jedinci navzájom súťažiť o partnerov prostredníctvom pohlavného výberu a úspech v tejto súťaži určuje, kto bude rodičom ďalšej generácie. Keď sa jedinci môžu rozmnožovať viac ako raz, dlhšie prežívanie v reprodukčnej fáze zvyšuje počet potomkov, čo sa nazýva selekcia na prežitie.

Plodnosť samíc aj samcov (napríklad obrovské spermie u niektorých druhov drozofíl) môže byť obmedzená prostredníctvom „selekcie plodnosti“. Životaschopnosť produkovaných gamét sa môže líšiť, pričom vnútrogenómové konflikty, ako napríklad meiotický pohon medzi haploidnými gamétami, môžu viesť k gametickej alebo „genovej selekcii“. Napokon spojenie niektorých kombinácií vajíčok a spermií môže byť kompatibilnejšie ako iné; to sa označuje ako selekcia kompatibility.

Je užitočné rozlišovať medzi „ekologickým výberom“ a „sexuálnym výberom“. Ekologický výber zahŕňa akýkoľvek mechanizmus výberu v dôsledku prostredia (vrátane príbuzenských vzťahov, napr. príbuzenský výber, konkurencia a infanticída), zatiaľ čo „pohlavný výber“ sa vzťahuje konkrétne na konkurenciu o partnera.

Niektoré znaky, ktoré sú obmedzené len na jedno pohlavie určitého druhu, možno vysvetliť výberom, ktorý vykonáva druhé pohlavie pri výbere partnera, napríklad extravagantné operenie niektorých samcov vtákov. Podobne aj agresia medzi príslušníkmi rovnakého pohlavia je niekedy spojená s veľmi výraznými znakmi, ako napríklad parohy jeleňov, ktoré sa používajú v boji s inými jeleňmi. Všeobecnejšie povedané, vnútropohlavný výber sa často spája s pohlavným dimorfizmom vrátane rozdielov vo veľkosti tela medzi samcami a samicami určitého druhu.

Príklady prirodzeného výberu

Rezistencia voči antibiotikám sa zvyšuje tým, že prežívajú jedinci, ktorí sú voči účinkom antibiotík imúnni a ktorých potomstvo potom zdedí rezistenciu, čím sa vytvorí nová populácia rezistentných baktérií.

Známym príkladom pôsobenia prirodzeného výberu je vývoj rezistencie mikroorganizmov voči antibiotikám. Od objavu penicilínu Alexandrom Flemingom v roku 1928 sa antibiotiká používajú na boj proti bakteriálnym chorobám. Prirodzené populácie baktérií obsahujú medzi obrovským počtom jednotlivých členov značnú variabilitu svojho genetického materiálu, ktorá je predovšetkým výsledkom mutácií. Pri vystavení antibiotikám väčšina baktérií rýchlo hynie, ale niektoré môžu mať mutácie, ktoré ich robia o niečo menej citlivými. Ak je expozícia antibiotikám krátka, títo jedinci liečbu prežijú. Toto selektívne vylučovanie neprispôsobených jedincov z populácie je prirodzený výber.

Tieto baktérie, ktoré prežili, sa potom opäť rozmnožia a vytvoria ďalšiu generáciu. Vďaka eliminácii neprispôsobených jedincov v minulej generácii obsahuje táto populácia viac baktérií, ktoré majú určitú odolnosť voči antibiotiku. Zároveň dochádza k novým mutáciám, ktoré prispievajú k existujúcej genetickej variabilite. Spontánne mutácie sú veľmi zriedkavé a výhodné mutácie sú ešte zriedkavejšie. Populácie baktérií sú však dostatočne veľké na to, aby niekoľko jedincov malo výhodné mutácie. Ak nová mutácia zníži ich citlivosť na antibiotikum, je pravdepodobnejšie, že títo jedinci prežijú pri ďalšej konfrontácii s týmto antibiotikom.

Pri dostatočnom čase a opakovanom vystavení antibiotiku sa vytvorí populácia baktérií odolných voči antibiotikám. Táto nová zmenená populácia baktérií odolných voči antibiotikám je optimálne prispôsobená kontextu, v ktorom sa vyvinula. Zároveň už nemusí byť optimálne prispôsobená starému prostrediu bez antibiotík. Konečným výsledkom prírodného výberu sú dve populácie, ktoré sú obe optimálne prispôsobené svojmu špecifickému prostrediu, zatiaľ čo v druhom prostredí obe fungujú neštandardne.

Rozšírené používanie a zneužívanie antibiotík viedlo k zvýšeniu rezistencie mikroorganizmov voči antibiotikám v klinickej praxi, a to až do takej miery, že zlatý stafylokok rezistentný voči meticilínu (MRSA) bol označený za „superbaktériu“, pretože predstavuje hrozbu pre zdravie a je relatívne nezraniteľný voči existujúcim liekom. Stratégie reakcie zvyčajne zahŕňajú používanie iných, silnejších antibiotík; nedávno sa však objavili nové kmene MRSA, ktoré sú odolné aj voči týmto liekom.

Ide o príklad tzv. evolučných pretekov v zbrojení, v rámci ktorých baktérie naďalej vyvíjajú kmene, ktoré sú menej citlivé na antibiotiká, zatiaľ čo výskumní pracovníci v oblasti medicíny pokračujú vo vývoji nových antibiotík, ktoré ich dokážu zničiť. Podobná situácia nastáva v prípade rezistencie rastlín a hmyzu voči pesticídom. Preteky v zbrojení nemusia byť nevyhnutne vyvolané človekom; dobre zdokumentovaný príklad zahŕňa vývoj RNA interferenčnej dráhy v rastlinách ako prostriedku vrodenej imunity proti vírusom.

Evolúcia prostredníctvom prirodzeného výberu

Predpokladom toho, aby prirodzený výber viedol k adaptívnej evolúcii, novým vlastnostiam a vzniku druhov, je prítomnosť dedičnej genetickej variability, ktorá vedie k rozdielom vo fitness. Genetická variabilita je výsledkom mutácií, rekombinácií a zmien v karyotype (počet, tvar, veľkosť a vnútorné usporiadanie chromozómov). Každá z týchto zmien môže mať veľmi výhodný alebo veľmi nevýhodný účinok, ale veľké účinky sú veľmi zriedkavé. V minulosti sa väčšina zmien v genetickom materiáli považovala za neutrálne alebo takmer neutrálne, pretože sa vyskytovali v nekódujúcej DNA alebo mali za následok synonymnú substitúciu. Najnovšie výskumy však naznačujú, že mnohé mutácie v nekódujúcej DNA majú mierne škodlivé účinky. Hoci miera mutácií aj priemerné účinky mutácií na fitness závisia od organizmu, odhadmi na základe údajov u ľudí sa zistilo, že väčšina mutácií je mierne škodlivá.

Predpokladá sa, že bujný chvost páva je výsledkom pohlavného výberu samíc. Tento páv je albín; selekcia proti albínom je v prírode intenzívna, pretože ich ľahko spozorujú predátori alebo sú neúspešní v súťaži o partnera.

Podľa definície fitness je pravdepodobnejšie, že jedinci s vyššou fitness prispejú potomstvom do ďalšej generácie, zatiaľ čo jedinci s nižšou fitness skôr zomrú alebo sa nerozmnožia. V dôsledku toho sa alely, ktoré v priemere vedú k vyššej zdatnosti, stávajú v nasledujúcej generácii hojnejšími, zatiaľ čo alely, ktoré vo všeobecnosti znižujú zdatnosť, sú zriedkavejšie. Ak selekčné sily zostanú rovnaké počas mnohých generácií, prospešné alely sa stávajú čoraz početnejšími, až kým v populácii neprevládnu, zatiaľ čo alely s menšou zdatnosťou vymiznú. V každej generácii spontánne vznikajú nové mutácie a rekombinácie, ktoré vytvárajú nové spektrum fenotypov. Preto sa každá nová generácia obohatí o rastúci počet alel, ktoré prispievajú k tým znakom, ktoré boli zvýhodnené selekciou, čím sa tieto znaky v nasledujúcich generáciách posilňujú.

Niektoré mutácie sa vyskytujú v tzv. regulačných génoch. Ich zmeny môžu mať veľký vplyv na fenotyp jedinca, pretože regulujú funkciu mnohých iných génov. Väčšina, ale nie všetky mutácie v regulačných génoch majú za následok neživotaschopnosť zygoty. Príklady neletálnych regulačných mutácií sa vyskytujú v génoch HOX u ľudí, čo môže mať za následok krčné rebrá alebo polydaktýliu, zväčšenie počtu prstov na rukách alebo nohách. Ak takéto mutácie vedú k vyššej zdatnosti, prírodný výber uprednostní tieto fenotypy a nový znak sa rozšíri v populácii.

Röntgenový snímok ľavej ruky desaťročného chlapca s polydaktýliou.

Ustálené znaky nie sú nemenné; znaky, ktoré majú vysokú vhodnosť v jednom environmentálnom kontexte, môžu byť oveľa menej vhodné, ak sa zmenia environmentálne podmienky. Pri absencii prírodného výberu, ktorý by zachoval takúto vlastnosť, sa táto vlastnosť stane variabilnejšou a časom sa zhorší, čo môže vyústiť do vestigiálneho prejavu vlastnosti. Za mnohých okolností si zdanlivo vestigiálna štruktúra môže zachovať obmedzenú funkčnosť alebo môže byť kooptovaná pre iné výhodné znaky v rámci javu známeho ako preadaptácia. Známym príkladom vestigiálnej štruktúry je oko slepého krtka, o ktorom sa predpokladá, že si zachováva funkciu pri vnímaní fotoperiódy.

Špecifikácia si vyžaduje selektívne párenie, ktoré vedie k zníženiu toku génov. Selektívne párenie môže byť výsledkom napríklad zmeny fyzického prostredia (fyzická izolácia vonkajšou bariérou) alebo pohlavného výberu, ktorého výsledkom je asortatívne párenie. Časom sa tieto podskupiny môžu radikálne rozísť a stať sa rôznymi druhmi, buď z dôvodu rozdielov v selekčných tlakoch na rôzne podskupiny, alebo preto, že v rôznych populáciách spontánne vznikajú rôzne mutácie, alebo z dôvodu efektu zakladateľa – niektoré potenciálne prospešné alely môžu byť náhodne prítomné len v jednej alebo druhej z dvoch podskupín, keď sa prvýkrát oddelia. Menej známy mechanizmus vzniku druhov sa uskutočňuje prostredníctvom hybridizácie, ktorá je dobre zdokumentovaná u rastlín a príležitostne sa pozoruje u druhovo bohatých skupín živočíchov, ako sú cichlidy. Takéto mechanizmy rýchlej speciácie môžu odrážať mechanizmus evolučných zmien známy ako prerušovaná rovnováha, ktorý naznačuje, že evolučné zmeny a najmä speciácia sa zvyčajne uskutočňujú rýchlo po prerušení dlhých období stagnácie.

Genetické zmeny v rámci skupín vedú k zvyšovaniu nekompatibility medzi genómami dvoch podskupín, čím sa znižuje tok génov medzi skupinami. Tok génov sa účinne zastaví, keď sa zafixujú charakteristické mutácie charakterizujúce každú podskupinu. Už dve mutácie môžu viesť k vzniku druhu: ak má každá mutácia neutrálny alebo pozitívny účinok na fitness, keď sa vyskytuje samostatne, ale negatívny účinok, keď sa vyskytuje spoločne, potom fixácia týchto génov v príslušných podskupinách povedie k vzniku dvoch reprodukčne izolovaných populácií. Podľa koncepcie biologického druhu pôjde o dva rôzne druhy.

Moderná teória prírodného výberu vychádza z práce Charlesa Darwina v 19. storočí.

Viacerí starovekí filozofi vyjadrili myšlienku, že príroda vytvára obrovské množstvo tvorov, zdanlivo náhodne, a že prežijú len tie tvory, ktoré sa dokážu samy uživiť a úspešne rozmnožovať; medzi známe príklady patrí Empedokles a jeho intelektuálny nasledovník Lukrécius, pričom súvisiace myšlienky neskôr zdokonalil Aristoteles. Boj o existenciu neskôr opísal al-Džahíz v 9. storočí. Takéto klasické argumenty v 18. storočí znovu zaviedol Pierre Louis Maupertuis a ďalší, vrátane starého otca Charlesa Darwina Erasma Darwina. Hoci títo predchodcovia mali vplyv na darwinizmus, neskôr mali len malý vplyv na trajektóriu evolučného myslenia po Charlesovi Darwinovi.

Až do začiatku 19. storočia prevládal v západných spoločnostiach názor, že rozdiely medzi jedincami určitého druhu sú nezaujímavými odchýlkami od platónskeho ideálu (alebo typusu) stvorených druhov. Teória uniformity v geológii však presadzovala myšlienku, že jednoduché, slabé sily môžu pôsobiť nepretržite počas dlhých časových období a spôsobovať radikálne zmeny v krajine Zeme. Úspech tejto teórie zvýšil povedomie o obrovskom rozsahu geologického času a urobil vierohodnou myšlienku, že drobné, prakticky nepostrehnuteľné zmeny v po sebe idúcich generáciách môžu mať dôsledky v rozsahu rozdielov medzi druhmi. Evolucionisti zo začiatku 19. storočia, ako napríklad Jean Baptiste Lamarck, navrhli dedičnosť získaných vlastností ako mechanizmus evolučných zmien; adaptívne vlastnosti získané organizmom počas jeho života by mohli zdediť jeho potomkovia, čo by nakoniec spôsobilo transmutáciu druhov. Táto teória sa stala známou ako lamarckizmus a mala vplyv na antigenetické myšlienky stalinského sovietskeho biológa Trofima Lysenka.

V roku 1859 Charles Darwin predstavil svoju teóriu evolúcie prirodzeným výberom ako vysvetlenie adaptácie a vzniku druhov. Prírodný výber definoval ako „princíp, podľa ktorého sa každá nepatrná zmena [znaku], ak je užitočná, zachováva“. Táto koncepcia bola jednoduchá, ale účinná: jedinci najlepšie prispôsobení svojmu prostrediu majú väčšiu šancu prežiť a rozmnožovať sa. Pokiaľ medzi nimi existuje určitá variabilita, bude nevyhnutne dochádzať k selekcii jedincov s najvýhodnejšími variantmi. Ak sa tieto variácie dedia, potom rozdielny reprodukčný úspech povedie k postupnej evolúcii jednotlivých populácií druhu a populácie, ktoré sa vyvinú tak, aby boli dostatočne odlišné, sa nakoniec stanú rôznymi druhmi.

Keď mal Darwin svoju teóriu, „podľa ktorej pracoval“, starostlivo zbieral a zdokonaľoval dôkazy, čo bolo jeho „hlavným koníčkom“, kým svoju myšlienku zverejnil. Práve písal svoju „veľkú knihu“, v ktorej predstavil svoje výskumy, keď prírodovedec Alfred Russel Wallace nezávisle od neho prišiel na tento princíp a opísal ho v eseji, ktorú poslal Darwinovi, aby ju postúpil Charlesovi Lyellovi. Lyell a Joseph Dalton Hooker sa rozhodli (bez Wallaceovho vedomia) prezentovať jeho esej spolu s nepublikovanými spismi, ktoré Darwin poslal kolegom prírodovedcom, a v júli 1858 bola Linnej spoločnosti prečítaná kniha O tendencii druhov vytvárať odrody a o pretrvávaní odrôd a druhov prirodzeným výberom, v ktorej sa oznamovalo spoločné objavenie tohto princípu. Darwin uverejnil podrobný opis svojich dôkazov a záverov v knihe O pôvode druhov v roku 1859. V treťom vydaní z roku 1861 Darwin uznal, že aj iní – najmä William Charles Wells v roku 1813 a Patrick Matthew v roku 1831 – navrhli podobné myšlienky, ale nerozvinuli ich ani ich nepredložili vo významných vedeckých publikáciách.

Moderná evolučná syntéza

Prírodný výber sa v rozhodujúcej miere opiera o myšlienku dedičnosti, ktorá však vznikla dávno pred základnými pojmami genetiky. Hoci rakúsky mních Gregor Mendel, otec modernej genetiky, bol Darwinovým súčasníkom, jeho práca zostala v zabudnutí až do začiatku 20. storočia. Až po integrácii Darwinovej evolučnej teórie s komplexným štatistickým zhodnotením „znovuobjavených“ zákonov dedičnosti Gregora Mendela sa prirodzený výber stal všeobecne akceptovaným vedcami. Práca Ronalda Fishera (ktorý vytvoril potrebný matematický jazyk a genetickú teóriu prirodzeného výberu), J. B. S. Haldanea (ktorý zaviedol pojem „náklady“ prírodného výberu), Sewalla Wrighta (ktorý objasnil podstatu výberu a adaptácie), Theodosia Dobzhanského (ktorý zaviedol myšlienku, že mutácia vytváraním genetickej rozmanitosti poskytuje suroviny pre prírodný výber: William Hamilton (ktorý prišiel s myšlienkou príbuzenského výberu), Ernst Mayr (ktorý uznal kľúčový význam reprodukčnej izolácie pre druhovanie: pozri Systematika a pôvod druhov) a mnohí ďalší vytvorili modernú evolučnú syntézu. Táto syntéza upevnila prirodzený výber ako základ evolučnej teórie, ktorým zostáva dodnes.

Darwinove myšlienky spolu s myšlienkami Adama Smitha a Karla Marxa mali hlboký vplyv na myslenie 19. storočia. Azda najradikálnejším tvrdením teórie evolúcie prostredníctvom prirodzeného výberu je, že „zložito konštruované formy, ktoré sa od seba tak veľmi líšia a sú od seba tak zložito závislé“, sa vyvinuli z najjednoduchších foriem života pomocou niekoľkých jednoduchých princípov. Toto tvrdenie inšpirovalo niektorých Darwinových najhorlivejších stúpencov – a vyvolalo najhlbší odpor. Radikálnosť prirodzeného výberu podľa Stephena Jaya Goulda spočívala v jeho sile „zvrhnúť niektoré z najhlbších a najtradičnejších útech západného myslenia“. Konkrétne spochybnil dlhodobé presvedčenie o takých koncepciách, ako je osobitné a vznešené miesto človeka vo svete prírody a dobrotivý stvoriteľ, ktorého zámery sa odrážajú v poriadku a dizajne prírody.

Sociálna a psychologická teória

V poslednom období viedla práca antropológov a psychológov k rozvoju sociobiológie a neskôr evolučnej psychológie, čo je oblasť, ktorá sa snaží vysvetliť vlastnosti ľudskej psychológie z hľadiska adaptácie na prostredie predkov. Najznámejším príkladom, ktorý v raných prácach rozvíjal najmä Noam Chomsky a neskôr Steven Pinker, je hypotéza, že ľudský mozog je prispôsobený na osvojenie si gramatických pravidiel prirodzeného jazyka. Aj iné aspekty ľudského správania a sociálnych štruktúr, od špecifických kultúrnych noriem, ako je vyhýbanie sa incestu, až po širšie vzorce, ako sú rodové roly, majú podľa hypotéz podobný pôvod ako adaptácie na rané prostredie, v ktorom sa vyvinuli moderní ľudia. Analogicky k pôsobeniu prírodného výberu na gény vznikol koncept mémov – „jednotiek kultúrneho prenosu“ alebo kultúrnych ekvivalentov génov podliehajúcich selekcii a rekombinácii -, ktorý v tejto podobe prvýkrát opísal Richard Dawkins a následne ho rozšírili filozofi ako Daniel Dennett ako vysvetlenie komplexných kultúrnych aktivít vrátane ľudského vedomia. Rozšírenie teórie prírodného výberu na takúto širokú škálu kultúrnych javov bolo výrazne kontroverzné a nie je všeobecne akceptované.

Teória informácií a systémov

V roku 1922 Alfred Lotka navrhol, že prírodný výber možno chápať ako fyzikálny princíp, ktorý možno opísať v zmysle využitia energie systémom, pričom tento koncept neskôr rozvinul Howard Odum ako princíp maximálneho výkonu, podľa ktorého evolučné systémy so selektívnou výhodou maximalizujú rýchlosť premeny užitočnej energie. Takéto koncepcie sú niekedy relevantné pri štúdiu aplikovanej termodynamiky.

Princípy prirodzeného výberu inšpirovali rôzne výpočtové techniky, ako napríklad „mäkký“ umelý život, ktorý simuluje selektívne procesy a môže byť veľmi účinný pri „adaptácii“ entít na prostredie definované určitou funkciou vhodnosti. Napríklad trieda heuristických optimalizačných algoritmov známych ako genetické algoritmy, ktorých priekopníkom bol John Holland v 70. rokoch 20. storočia a ktoré rozšíril David E. Goldberg, identifikuje optimálne riešenia simulovanou reprodukciou a mutáciou populácie riešení definovaných počiatočným rozdelením pravdepodobnosti. Takéto algoritmy sú obzvlášť užitočné, keď sa aplikujú na problémy, ktorých krajina riešení je veľmi drsná alebo má veľa lokálnych miním.

Genetický základ prírodného výberu

Myšlienka prirodzeného výberu vznikla ešte pred poznaním genetiky. V súčasnosti máme oveľa lepšiu predstavu o biológii, ktorá je základom dedičnosti, ktorá je základom prirodzeného výberu.

Prírodný výber pôsobí na fenotyp alebo fyzické vlastnosti organizmu. Fenotyp je určený genetickou výbavou organizmu (genotypom) a prostredím, v ktorom organizmus žije. Prírodný výber často pôsobí na špecifické znaky jedinca a na označenie týchto špecifických znakov sa používajú úzke pojmy fenotyp a genotyp.

Ak majú rôzne organizmy v populácii rôzne verzie génu pre určitý znak, každá z týchto verzií sa nazýva alela. Práve táto genetická variabilita je základom fenotypových znakov. Typickým príkladom sú určité kombinácie génov pre farbu očí u ľudí, ktoré napríklad vedú k fenotypu modrých očí. (Na druhej strane, ak majú všetky organizmy v populácii rovnakú alelu pre určitý znak a tento stav je v priebehu času stabilný, hovorí sa, že alela je v danej populácii fixovaná.)

Niektoré znaky sú riadené len jedným génom, ale väčšina znakov je ovplyvnená interakciou mnohých génov. Zmena jedného z mnohých génov, ktoré sa podieľajú na danom znaku, môže mať len malý vplyv na fenotyp; tieto gény môžu spolu vytvárať kontinuum možných fenotypových hodnôt.

Smerovanie výberu

Ak je niektorá zložka znaku dedičná, selekcia zmení frekvencie rôznych alel alebo variantov génu, ktorý produkuje varianty znaku. Selekciu možno rozdeliť do troch tried na základe jej vplyvu na frekvencie alel.

Smerová selekcia nastáva vtedy, keď má určitá alela väčšiu zdatnosť ako iné, čo vedie k zvýšeniu jej frekvencie. Tento proces môže pokračovať, až kým sa alela nestabilizuje a celá populácia nezdieľa vhodnejší fenotyp. Práve smerový výber je ilustrovaný na vyššie uvedenom príklade rezistencie voči antibiotikám.

Oveľa častejšia je stabilizujúca selekcia (známa aj ako čistiaca selekcia), ktorá znižuje frekvenciu alel, ktoré majú škodlivý účinok na fenotyp – to znamená, že vytvárajú organizmy s nižšou zdatnosťou. Tento proces môže pokračovať, až kým sa alela z populácie nevylúči. Purifikačná selekcia vedie k tomu, že funkčné genetické vlastnosti, ako sú gény kódujúce bielkoviny alebo regulačné sekvencie, sa v priebehu času zachovávajú v dôsledku selektívneho tlaku proti škodlivým variantom.

Napokon existuje niekoľko foriem vyrovnávajúcej selekcie, ktoré nevedú k fixácii, ale udržiavajú alelu v populácii na stredných frekvenciách. K tomu môže dôjsť u diploidných druhov (t. j. druhov, ktoré majú dva páry chromozómov), keď heterozygotné jedince, ktoré majú na každom chromozóme v jednom genetickom lokuse rôzne alely, majú vyššiu zdatnosť ako homozygotné jedince, ktoré majú dve rovnaké alely. Toto sa nazýva výhoda heterozygotov alebo overdominancia, ktorej najznámejším príkladom je odolnosť voči malárii pozorovaná u heterozygotov, ktorí sú nositeľmi iba jednej kópie génu pre kosáčikovitú anémiu. K udržaniu alelickej variability môže dôjsť aj prostredníctvom rušivej alebo diverzifikačnej selekcie, ktorá zvýhodňuje genotypy, ktoré sa odchyľujú od priemeru v oboch smeroch (t. j. opak overdominancie), a môže viesť k bimodálnemu rozdeleniu hodnôt znaku. Napokon, vyrovnávajúca selekcia sa môže vyskytnúť prostredníctvom selekcie závislej od frekvencie, pri ktorej fitness jedného konkrétneho fenotypu závisí od rozloženia ostatných fenotypov v populácii. Princípy teórie hier boli použité na pochopenie rozdelenia fitness v týchto situáciách, najmä pri štúdiu príbuzenského výberu a evolúcie recipročného altruizmu.

Výber a genetická variabilita

Časť všetkých genetických variácií je funkčne neutrálna, pretože nevytvára žiadny fenotypový efekt ani významný rozdiel vo fitness; hypotéza, že táto variácia predstavuje veľkú časť pozorovanej genetickej diverzity, je známa ako neutrálna teória molekulárnej evolúcie a jej autorom je Motoo Kimura. Ak genetická variabilita nevedie k rozdielom vo fitness, selekcia nemôže priamo ovplyvniť frekvenciu tejto variability. V dôsledku toho bude genetická variabilita na týchto miestach vyššia ako na miestach, kde variabilita ovplyvňuje fitness.

Rovnováha výberu mutácií

Prírodný výber vedie k zníženiu genetickej variability prostredníctvom eliminácie neprispôsobených jedincov a následne mutácií, ktoré spôsobili neprispôsobenie. Zároveň sa objavujú nové mutácie, čo vedie k rovnováhe medzi mutáciou a selekciou. Presný výsledok týchto dvoch procesov závisí od rýchlosti výskytu nových mutácií a od sily prirodzeného výberu, ktorý je funkciou toho, ako nepriaznivá sa mutácia ukáže byť. Z toho vyplýva, že zmeny v rýchlosti mutácií alebo v selekčnom tlaku budú mať za následok odlišnú rovnováhu medzi mutáciami a selekciou.

Genetická väzba nastáva vtedy, keď sú lokusy dvoch alel spojené alebo sa nachádzajú v tesnej blízkosti chromozómu. Počas tvorby gamét dochádza pri rekombinácii genetického materiálu k preskupeniu alel. Šanca, že dôjde k takémuto preskupeniu medzi dvoma alelami, však závisí od vzdialenosti medzi týmito alelami; čím sú alely bližšie k sebe, tým je menej pravdepodobné, že k takémuto preskupeniu dôjde. V dôsledku toho, keď sa selekcia zameria na jednu alelu, automaticky to vedie k selekcii aj druhej alely; prostredníctvom tohto mechanizmu môže mať selekcia silný vplyv na vzorce variability v genóme.

K selektívnemu výberu dochádza vtedy, keď sa alela v populácii stáva častejšou v dôsledku pozitívneho výberu. S rastúcou prevalenciou jednej alely sa môžu stať bežnejšími aj súvisiace alely, či už neutrálne alebo dokonca mierne škodlivé. Tento jav sa nazýva genetický autostop. Výsledkom silnej selekcie je oblasť genómu, kde pozitívne selektovaný haplotyp (alela a jej susediace alely) sú v podstate jediné, ktoré v populácii existujú.

To, či došlo alebo nedošlo k selektívnemu zametaniu, sa dá zistiť meraním väzbovej nerovnováhy, alebo či je daný haplotyp v populácii nadmerne zastúpený. Za normálnych okolností vedie genetická rekombinácia k preskupeniu rôznych alel v rámci haplotypu a žiadny z haplotypov nebude v populácii dominovať. Počas selektívneho zásahu však selekcia pre určitú alelu spôsobí aj selekciu susedných alel. Preto prítomnosť silnej väzbovej nerovnováhy môže naznačovať, že došlo k „nedávnemu“ selektívnemu zásahu, a to sa môže použiť na identifikáciu miest, ktoré boli nedávno predmetom selekcie.

Výber pozadia je opakom selektívneho prechádzania. Ak sa na určitom mieste uskutoční silná a trvalá očisťujúca selekcia, spolu s ňou sa vyradí aj súvisiaca variabilita, čím sa v genóme vytvorí oblasť s nízkou celkovou variabilitou. Keďže selekcia pozadia je výsledkom škodlivých nových mutácií, ktoré sa môžu vyskytnúť náhodne v akomkoľvek haplotype, nevytvára žiadnu väzbovú nerovnováhu.

Kategórie
Psychologický slovník

Výskum bipolárnych porúch

Dedičnosť alebo dedičnosť ochorenia

Viac ako dve tretiny ľudí s bipolárnou poruchou majú aspoň jedného blízkeho príbuzného s touto poruchou alebo s unipolárnou depresiou, čo naznačuje, že toto ochorenie má genetickú zložku. Štúdie zamerané na identifikáciu genetického základu bipolárnej poruchy naznačujú, že náchylnosť vyplýva z viacerých génov. Vedci pokračujú v hľadaní týchto génov pomocou pokročilých genetických analytických metód a veľkých vzoriek rodín postihnutých touto chorobou. Výskumníci dúfajú, že identifikácia génov náchylnosti na bipolárnu poruchu a mozgových proteínov, ktoré kódujú, umožní vyvinúť lepšiu liečbu a preventívne zásahy zamerané na základný proces ochorenia.

Výskumníci z NIMH zistili súvislosť medzi DGKH (diacylglycerol kináza eta) a bipolárnou poruchou.
Časť genómu, ktorá kóduje DGKH, kľúčový proteín v dráhe fosfatidyl inozitolu citlivého na lítium
. Celogenomová asociačná štúdia poukazuje na účasť diacylglycerol kinázy eta (DGKH) a niekoľkých ďalších génov v etiológii bipolárnej poruchy. Enzým DGKH súvisí s reakciami liekov používaných pri liečbe lítiom. Skutočný mechanizmus (mechanizmy) a chemické účinky lítia v mozgu s ohľadom na duševné choroby stále nie je úplne známy. Výskumníci vyvíjajú lepšie lieky skúmaním molekulárnych zlúčenín pôsobiacich na enzým DGKH s cieľom kontrolovať rýchlosť jeho tvorby. Tieto terapie a lieky by potenciálne mohli kontrolovať, koľko enzýmu a akou rýchlosťou sa produkuje. To by mohlo byť prospešné pre ľudí s bipolárnou poruchou alebo inými súvisiacimi duševnými chorobami. Táto prvá celogenómová asociačná štúdia bipolárnej poruchy ukazuje, že niekoľko génov, každý so skromným účinkom, reprodukovateľne ovplyvňuje riziko ochorenia.

Bipolárna porucha môže byť polygénne ochorenie.

Bipolárna porucha sa považuje za výsledok komplexných interakcií medzi génmi a prostredím. Miera monozygotnej konkordancie tejto poruchy je 70 %. To znamená, že ak má poruchu osoba, je 70 % pravdepodobnosť, že ju bude mať aj jej identické dvojča. Dvojvaječné dvojčatá majú 23 % mieru zhody. Tieto miery zhody nie sú v literatúre všeobecne reprodukované, nedávne štúdie ukázali miery približne 40 % pre jednovaječné dvojčatá a < 10 % pre dvojvaječné dvojčatá (pozri Kieseppa, 2004 a Cardno, 1999 ).

V roku 2003 skupina amerických a kanadských výskumníkov publikovala prácu, v ktorej pomocou metód génovej väzby identifikovala mutáciu v géne GRK3 ako možnú príčinu až 10 % prípadov bipolárnej poruchy. Tento gén je spojený s enzýmom kinázou nazývanou G proteínová receptorová kináza 3, ktorá sa zrejme podieľa na metabolizme dopamínu a môže predstavovať možný cieľ pre nové lieky na bipolárnu poruchu. Inhibítory enzýmu GSK-3β môžu napodobniť terapeutický účinok stabilizátorov nálady, ako je lítium.

Súčasný a prebiehajúci výskum

Výskumníci z Johns Hopkins a NIMH vytvorili databázu bipolárnej poruchy a táto databáza je porovnateľná s rozsiahlymi genetickými projektmi, napr. HapMap, Human Genome Project a Genetic Analysis Information Network. Databáza ponúka možnosti na definovanie nových klinických podtypov bipolárnej poruchy, testovanie rodinnej agregácie a vykonávanie genetických väzieb a asociačných štúdií, ktoré používajú špecifické klinické znaky ako kovariáty alebo ako primárne fenotypy. Vzorky krvi sa zbierali v piatich čiastkových projektoch s rôznymi nástrojmi počas 20 rokov a tieto informácie sa kombinujú do databázy. Informácie zo série rozhovorov boli validované. Po vyčistení a analýze údajov je výsledkom kombinovaná databáza fenómu bipolárnej poruchy, ktorá pozostáva z 5 721 subjektov (3 186 postihnutých) v 1 177 rodinách, 197 premenných a 1 127 037 dátových bodov. S touto databázou sú spojené rôzne možnosti nového výskumu, ale treba mať na pamäti, že ide (len) o fenomenologickú databázu. Používatelia databázy fenómu bipolárnej poruchy musia mať legitímny vedecký cieľ a výskumníci musia požiadať o používateľské práva.

Výskumníci používajú pokročilé techniky zobrazovania mozgu na skúmanie funkcie a štruktúry mozgu u ľudí s bipolárnou poruchou, najmä pomocou funkčnej magnetickej rezonancie a pozitrónovej emisnej tomografie. Dôležitá oblasť neurozobrazovacieho výskumu sa zameriava na identifikáciu a charakterizáciu sietí vzájomne prepojených nervových buniek v mozgu, ktorých interakcie tvoria základ normálneho a abnormálneho správania. Výskumníci predpokladajú, že abnormality v štruktúre a/alebo funkcii určitých mozgových okruhov by mohli byť základom bipolárnych a iných porúch nálady a štúdie zistili anatomické rozdiely v oblastiach, ako je prefrontálna kôra a hipokampus. Metaanalýza 98 neurozobrazovacích štúdií MRI alebo CT uvádza, že pacienti s bipolárnou poruchou mali bočné mozgové komory o 17 % väčšie ako kontrolné skupiny a pacienti mali 2,5-krát vyššiu pravdepodobnosť hyperintenzity hlbokej bielej hmoty. Lepšie pochopenie nervových obvodov, ktoré sa podieľajú na regulácii stavov nálady, a genetických faktorov, ako je napríklad gén kadherínu FAT spojený s bipolárnou poruchou, môže ovplyvniť vývoj nových a lepších liečebných postupov a v konečnom dôsledku môže pomôcť pri včasnej diagnostike a dokonca aj pri liečbe.

Typy alebo vlastnosti osobnosti

V porovnaní s pacientmi s veľkou depresívnou poruchou (unipolárnou poruchou) a pacientmi, ktorí netrpia bipolárnou poruchou, sa literatúra o povahe osobnosti a temperamentu vyvíja. Tieto rozdiely môžu byť diagnosticky relevantné. Pomocou skóre kontinua MBTI boli pacienti s bipolárnou poruchou významne viac extrovertní, intuitívni a vnímaví a menej introvertní, vnímaví a posudzujúci ako pacienti s unipolárnou poruchou [Ako odkazovať a odkazovať na zhrnutie alebo text]. To naznačuje, že by mohla existovať korelácia medzi jungovským extravertným intuitívnym procesom a bipolárnou poruchou. Táto štúdia má určité obmedzenia v tom, že mnohí bipolárni jedinci, najmä básnici, spisovatelia, vedci a umelci, majú tendenciu byť introvertní.

Výskum nových liečebných postupov

Koncom roka 2003 výskumníci z McLean Hospital zistili predbežné dôkazy o zlepšení nálady počas echo-planárnej magnetickej rezonancie (EP-MRSI) a pokúšajú sa ju rozvinúť do podoby, ktorá by sa dala vyhodnotiť ako možná liečba,

NIMH začala rozsiahlu štúdiu na dvadsiatich miestach v USA s cieľom určiť najúčinnejšie stratégie liečby ľudí s bipolárnou poruchou. Táto štúdia, Systematic Treatment Enhancement Program for Bipolar Disorder (STEP-BD), bude sledovať pacientov a dokumentovať výsledky ich liečby počas 5 až 8 rokov. Viac informácií nájdete na stránke klinických štúdií na webovej stránke NIMH.

Transkraniálna magnetická stimulácia je ďalšou pomerne novou skúmanou technikou.

Farmaceutický výskum je rozsiahly a prebieha, ako je vidieť na stránke clinicaltrials.gov.

Génová terapia a nanotechnológia sú ďalšie dve oblasti budúceho vývoja.

Kategórie
Psychologický slovník

Genetická dominancia

V genetike dominancia opisuje vplyv rôznych verzií určitého génu na fenotyp organizmu. Mnohé živočíchy (vrátane človeka) a rastliny majú vo svojom genóme dve kópie každého génu, jednu zdedenú od každého rodiča. Rôzne varianty konkrétneho génu (napríklad génu kódujúceho ušnice) sa nazývajú alely. Ak organizmus zdedí dve alely, ktoré sú vo vzájomnom rozpore, a fenotyp organizmu je úplne určený jednou z alel, potom sa hovorí, že táto alela je dominantná. Druhá alela, ktorá nemá žiadny hmatateľný vplyv na fenotyp organizmu, sa označuje ako recesívna.

Voľné a pripojené ušné lalôčiky.

Ak napríklad človek zdedí od jedného rodiča alelu pre voľné ušné lalôčiky a od druhého rodiča alelu pre prirastené ušné lalôčiky, bude mať voľné ušné lalôčiky. Preto sa hovorí, že alela voľných ušných lalôčikov je dominantná voči alele pripevnených ušných lalôčikov (a alela pripevnených ušných lalôčikov je recesívna voči alele voľných ušných lalôčikov). Aby mal človek prirastené ušné lalôčiky, musí zdediť alelu pre prirastené ušné lalôčiky od oboch rodičov. Všimnite si, že to nemusí nevyhnutne znamenať, že niektorý z rodičov musí mať prirastené ušné lalôčiky – pretože obaja rodičia môžu byť nositeľmi alely pre prirastené lalôčiky, pričom navonok majú voľné lalôčiky.

Vo väčšine prípadov sa dominantný vzťah prejavuje vtedy, keď gén kóduje enzým a jeho recesívny náprotivok ho nekóduje. V mnohých prípadoch možno normálnu funkciu zachovať len s polovičným množstvom enzýmu. V týchto prípadoch jediná kópia dominantnej alely produkuje dostatočné množstvo produktu génu, aby sa dosiahol rovnaký účinok ako pri dvoch normálnych kópiách.

Dominanciu objavil Mendel, ktorý zaviedol používanie veľkých písmen na označenie dominantných alel a malých písmen na označenie recesívnych alel, čo sa stále bežne používa v úvodných kurzoch genetiky (napríklad E a e pre alely spôsobujúce voľné a pripojené laloky). Hoci je toto používanie pohodlné, je zavádzajúce, pretože dominancia nie je vlastnosť alely posudzovaná samostatne, ale vzťah medzi účinkami dvoch alel. Keď genetici voľne hovoria o dominantnej alele alebo recesívnej alele, myslia tým, že alela je dominantná alebo recesívna voči štandardnej alele.

Genetici často používajú termín dominancia v iných kontextoch, pričom rozlišujú medzi jednoduchou alebo úplnou dominanciou, ako je opísané vyššie, a inými vzťahmi. Vzťahy opísané ako neúplná alebo čiastočná dominancia sa zvyčajne presnejšie opisujú ako vzťahy, ktoré poskytujú prechodný alebo zmiešaný fenotyp. Vzťah opísaný ako kodominancia opisuje vzťah, v ktorom sa odlišné fenotypy spôsobené každou alelou prejavujú, keď sú prítomné obe alely.

Mačiatko s genotypom mc/mc: prejavuje sa recesívny vzor tabby

Gény sa v skratke označujú kombináciou jedného alebo niekoľkých písmen – napríklad v genetike mačacej srsti hrajú významnú úlohu alely Mc a mc (pre „mackerel tabby“). Alely vytvárajúce dominantné znaky sa označujú veľkými začiatočnými písmenami; tie, ktoré poskytujú recesívne znaky, sa píšu malými písmenami. Alely prítomné v lokuse sa zvyčajne oddeľujú lomkou „/“; v prípade Mc vs mc je dominantným znakom vzor „mackerel-stripe“ a recesívnym vzor „classic“ alebo „oyster“ tabby, a teda mačka s klasickým vzorom tabby by niesla alely mc/mc, zatiaľ čo mačka s mackerel-stripe by bola buď Mc/mc alebo Mc/Mc.

Vzťah k iným koncepciám genetiky

Príkladom autozomálne dominantnej poruchy u ľudí je Huntingtonova choroba, ktorá je neurologickou poruchou vedúcou k poruche motorických funkcií. Výsledkom mutantnej alely je abnormálny proteín, ktorý obsahuje veľké opakovania aminokyseliny glutamínu. Tento defektný proteín je toxický pre nervové tkanivo, čo vedie k charakteristickým príznakom ochorenia. Preto stačí jedna kópia, aby sa porucha prejavila.

Zoznam ľudských znakov, ktoré sa riadia jednoduchým vzorom dedičnosti, nájdete v ľudskej genetike. Ľudia majú niekoľko genetických ochorení, ktoré sú často, ale nie vždy, spôsobené recesívnymi alelami.

Genetické kombinácie možné pri jednoduchej dominancii možno vyjadriť diagramom nazývaným Punnettov štvorec. Alely jedného rodiča sú uvedené v hornej časti a alely druhého rodiča sú uvedené na ľavej strane. Vnútorné štvorce predstavujú možné potomstvo v pomere ich štatistickej pravdepodobnosti. V predchádzajúcom príklade farby kvetov predstavuje P dominantnú alelu fialovej farby a p recesívnu alelu bielej farby. Ak sú obaja rodičia fialovo sfarbení a heterozygoti (Pp), Punnettov štvorec pre ich potomkov by bol nasledovný:

V prípadoch PP a Pp je potomstvo fialovo sfarbené v dôsledku dominantného P. Iba v prípade pp sa prejavuje recesívny bielo sfarbený fenotyp. Preto je fenotypový pomer v tomto prípade 3:1, čo znamená, že potomstvo generácie F2 bude v priemere trikrát zo štyroch prípadov fialovo sfarbené.

Dominantný znak označuje genetickú vlastnosť, ktorá vo fenotype jedinca skrýva recesívny znak. Dominantný znak je fenotyp, ktorý sa vyskytuje v homozygotnom AA aj heterozygotnom Aa genotype. Mnohé znaky sú podmienené dvojicami komplementárnych génov, z ktorých každý sa dedí od jedného rodiča. Často sa pri ich spárovaní a porovnaní zistí, že jedna alela (dominantná) účinne vylučuje pokyny druhej, recesívnej alely. Napríklad ak má osoba jednu alelu pre krvnú skupinu A a jednu pre krvnú skupinu O, bude mať vždy krvnú skupinu A. Aby mala osoba krvnú skupinu O, musia byť obe jej alely O (recesívne).

Ak má jedinec dve dominantné alely (AA), stav sa označuje ako homozygotne dominantný; jedinec s dvoma recesívnymi alelami (aa) sa nazýva homozygotne recesívny. Jedinec nesúci jednu dominantnú a jednu recesívnu alelu sa označuje ako heterozygot.

Dominantný znak sa pri zápise do genotypu vždy zapisuje pred recesívny gén v heterozygotnom páre. Heterozygotný genotyp sa píše Aa, nie aA.

Jednoduchá dominancia alebo úplná dominancia

Zoberme si jednoduchý príklad farby kvetov hrachu, ktorý ako prvý skúmal Gregor Mendel. Dominantná alela je fialová a recesívna alela je biela.[potrebné overenie]
U daného jedinca sa dve zodpovedajúce alely chromozómového páru dostanú do jedného z troch vzorov:

Ak sú obe alely rovnaké (homozygotné), znak, ktorý reprezentujú, sa prejaví. Ak však jedinec nesie jednu z každej alely (heterozygot), prejaví sa len dominantná alela. Recesívna alela bude jednoducho potlačená.

Jednoduchá dominancia v rodokmeňoch

Dominantné znaky sa dajú rozpoznať podľa toho, že nepreskakujú generácie ako recesívne znaky. Je teda celkom možné, že dvaja rodičia s fialovými kvetmi majú medzi svojimi potomkami biele kvety, ale dvaja takíto bieli potomkovia nemôžu mať fialové potomstvo (hoci veľmi zriedkavo môže mutáciou vzniknúť jedno z nich). V tejto situácii museli byť obaja fialoví jedinci v prvej generácii heterozygoti (nesúci po jednej kópii každej alely).

Neúplná dominancia (niekedy nazývaná čiastočná dominancia), ktorú objavil Carl Correns, je heterozygotný genotyp, ktorý vytvára intermediárny fenotyp. V tomto prípade sa na jednom lokuse prejavuje len jedna alela (zvyčajne divoký typ) v závislosti od dávky, čo vedie k intermediárnemu fenotypu. Kríženie dvoch intermediárnych fenotypov (= monohybridných heterozygotov) bude mať za následok opätovný výskyt oboch rodičovských fenotypov a intermediárneho fenotypu. Vzniká pomer fenotypov 1:2:1 namiesto pomeru fenotypov 3:1, ktorý sa vyskytuje, keď je jedna alela dominantná a druhá recesívna. To umožňuje diagnostikovať genotyp organizmu z jeho fenotypu bez časovo náročných šľachtiteľských testov.

Klasickým príkladom je farba karafiátov.

R je alela pre červený pigment. R‘ je alela bez pigmentu.

Preto potomstvo RR tvorí veľa červeného pigmentu a vyzerá červeno. Potomkovia R’R‘ netvoria žiadny červený pigment a vyzerajú bielo. Potomkovia RR‘ aj R’R vytvárajú určité množstvo pigmentu, a preto vyzerajú ružovo.

Ďalším ľahko viditeľným príkladom neúplnej dominancie je farebná modifikácia Merle u psov.

Ak majú dve osoby s krvnou skupinou AB deti, môžu mať deti krvnú skupinu A, B alebo AB. Vzniká pomer fenotypov 1A:2AB:1B namiesto pomeru fenotypov 3:1, ktorý sa vyskytuje, keď je jedna alela dominantná a druhá recesívna. Ide o rovnaký pomer fenotypov, aký sa vyskytuje pri párení dvoch organizmov, ktoré sú heterozygotné pre neúplné dominantné alely.

Príklad Punnettovho štvorca pre otca s A a i a matku s B a i:

Jedným z mála kodominantných genetických ochorení u ľudí je pomerne časté ochorenie A1AD, pri ktorom majú všetky genotypy Pi00, PiZ0, PiZZ a PiSZ svoje viac-menej charakteristické klinické prejavy.

Väčšina molekulárnych markerov sa považuje za kodominantné.

Ragan má kodominantné folikulové gény, ktoré vyjadrujú jednotlivé červené a biele folikuly.

Niektoré mutácie nie sú stratou funkcie, ale zmenami so ziskom funkcie. Tie sú zvyčajne dominantné. Napríklad „dominantne negatívne“ alebo antimorfné mutácie sa vyskytujú vtedy, keď génový produkt nepriaznivo ovplyvňuje normálny génový produkt divokého typu v tej istej bunke. K tomu zvyčajne dochádza, ak produkt môže stále interagovať s rovnakými prvkami ako produkt divokého typu, ale blokuje niektorý aspekt jeho funkcie. Takéto proteíny môžu byť kompetitívnymi inhibítormi normálnych proteínových funkcií.

Autosomálne dominantný rodokmeň

Autozomálne dominantný gén je gén, ktorý sa vyskytuje na autozomálnom (pohlavie neurčujúcom) chromozóme. Keďže je dominantný, fenotyp, ktorý spôsobuje, sa prejaví, aj keď je gén heterozygotný. To je rozdiel oproti recesívnym génom, ktoré musia byť homozygotné, aby sa prejavili.

Pravdepodobnosť zdedenia autozómovo dominantnej poruchy je 50 %, ak je jeden z rodičov heterozygot pre mutovaný gén a druhý je homozygot pre normálny alebo „divoký“ gén. Je to preto, že potomok vždy zdedí normálny gén od rodiča, ktorý je nositeľom génov divokého typu, a bude mať 50 % šancu, že zdedí mutantný gén od druhého rodiča. Ak sa zdedí mutantný gén, potomok bude heterozygot pre mutantný gén a bude trpieť poruchou. Ak je rodič s poruchou homozygotný pre gén, potomstvo vzniknuté z párenia s nepostihnutým rodičom bude mať vždy poruchu. Pozri Mendelova dedičnosť.

Pojem vertikálny prenos sa vzťahuje na koncept, podľa ktorého sa autozomálne dominantné poruchy dedia z generácie na generáciu. Je to zrejmé, keď preskúmate rodokmeňový diagram rodiny pre určitú vlastnosť. Keďže muži a ženy sú rovnako postihnutí, je rovnako pravdepodobné, že budú mať postihnuté deti.

Hoci by mal byť mutovaný gén prítomný v nasledujúcich generáciách, v ktorých je viac ako jeden alebo dvaja potomkovia, môže sa zdať, že v prípade zníženej penetrancie je generácia vynechaná.

Pojem „recesívna alela“ označuje alelu, ktorá spôsobuje fenotyp (viditeľnú alebo zistiteľnú vlastnosť), ktorý sa vyskytuje len u homozygotných genotypov (organizmy, ktoré majú dve kópie tej istej alely) a nikdy nie u heterozygotných genotypov. Každý diploidný organizmus vrátane človeka má dve kópie každého génu na autozomálnych chromozómoch, jednu od matky a jednu od otca. Dominantná alela génu sa prejaví vždy, zatiaľ čo recesívna alela génu sa prejaví len vtedy, ak má organizmus dve recesívne formy. Ak sú teda obaja rodičia nositeľmi recesívneho znaku, existuje 25 % pravdepodobnosť, že sa u každého dieťaťa prejaví recesívny znak.

Pojem „recesívna alela“ je súčasťou zákonov mendelovskej dedičnosti, ktoré sformuloval Gregor Mendel. Príklady recesívnych znakov v Mendelových slávnych pokusoch s hrachom zahŕňajú farbu a tvar strukov semien a výšku rastlín.

Autosomálne recesívna alela

Vzťah medzi dvoma rodičmi prenášačmi a pravdepodobnosť, že deti budú nepostihnuté, prenášači alebo postihnuté

Autozomálna recesívna dedičnosť je spôsob dedičnosti genetických znakov, ktoré sa nachádzajú na autozómoch (pároch chromozómov, ktoré neurčujú pohlavie – u človeka 22).

Na rozdiel od autozomálne dominantného znaku sa recesívny znak fenotypovo prejaví len vtedy, keď sú prítomné dve podobné alely génu. Inými slovami, subjekt je homozygotný pre danú vlastnosť.

Frekvenciu nosného stavu možno vypočítať podľa Hardyho-Weinbergovho vzorca:
(p je frekvencia jedného páru alel a q = 1 – p je frekvencia druhého páru alel.)

K recesívnym genetickým poruchám dochádza vtedy, keď sú obaja rodičia nositeľmi a každý z nich prispieva do embrya jednou alelou, čo znamená, že nejde o dominantné gény. Keďže obaja rodičia sú heterozygoti pre danú poruchu, pravdepodobnosť, že sa dve alely ochorenia dostanú do jedného z ich potomkov, je 25 % (pri autozomálne dominantných znakoch je táto pravdepodobnosť vyššia). 50 % detí (alebo 2/3 zostávajúcich detí) sú prenášači. Ak je jeden z rodičov homozygotný, znak sa u jeho potomka prejaví len vtedy, ak je aj druhý rodič prenášačom. V takom prípade je pravdepodobnosť ochorenia u potomka 50 %.

Nomenklatúra recesivity

Z technického hľadiska je pojem „recesívny gén“ nepresný, pretože recesívny nie je gén, ale fenotyp (alebo znak). Treba tiež poznamenať, že pojmy recesivita a dominancia boli vyvinuté pred molekulárnym chápaním DNA a pred molekulárnou biológiou, preto je mapovanie mnohých novších pojmov na „dominantné“ alebo „recesívne“ fenotypy problematické. Mnohé znaky, ktoré sa predtým považovali za recesívne, majú mierne formy alebo biochemické abnormality, ktoré vznikajú v dôsledku prítomnosti jednej kópie alely. To naznačuje, že dominantný fenotyp závisí od prítomnosti dvoch dominantných alel a prítomnosť jednej dominantnej a jednej recesívnej alely vytvára určité prelínanie dominantných a recesívnych znakov.

Gregor Mendel pri skúmaní vlastností vykonal mnoho pokusov na hrachu siatom (Pisum sativum), ktorý si vybral kvôli jednoduchej a málo rozmanitej charakteristike, ako aj krátkej dobe klíčenia. Experimentoval s farbou (zelená vs. žltá), veľkosťou (nízka vs. vysoká), štruktúrou hrachu (hladká vs. vrásčitá) a mnohými ďalšími. Pri šťastí sa vlastnosti, ktoré tieto rastliny vykazovali, jasne prejavovali dominantnou a recesívnou formou. To však neplatí pre mnohé organizmy.

Napríklad pri testovaní farby hrachu vybral dve žlté rastliny, pretože žltá bola bežnejšia ako zelená. Spáril ich a skúmal potomstvo. Pokračoval v párení len tých, ktoré sa mu zdali žlté, a nakoniec sa zelené prestali rodiť. Spáril aj tie zelené a zistil, že sa rodia len zelené.

Mendel zistil, že je to preto, lebo zelená je recesívny znak, ktorý sa objavuje len vtedy, keď nie je prítomná žltá, dominantný znak. Taktiež určil, že dominantný znak sa prejaví bez ohľadu na to, či je recesívny znak prítomný alebo nie.

Autozomálne recesívne poruchy

Dominancia/recesivita sa vzťahuje na fenotyp, nie na genotyp. Príkladom je kosáčikovitá anémia. Genotyp kosáčikovej anémie je spôsobený zmenou jedného páru báz v géne beta-globínu: normálny = GAG (glu), kosáčikový = GTG (val).

S kosáčikovitým genotypom je spojených niekoľko fenotypov:

Tento príklad dokazuje, že o dominancii/recesivite možno hovoriť len v súvislosti s jednotlivými fenotypmi.

Mnohé gény kódujú enzýmy. Zoberme si prípad, keď je niekto homozygotný pre nejakú vlastnosť. Obe alely kódujú ten istý enzým, ktorý spôsobuje danú vlastnosť. Pre daný fenotyp môže byť potrebné len malé množstvo tohto enzýmu. Jedinec má preto nadbytok potrebného enzýmu. Tento prípad nazvime „normálny“. Jedinci bez funkčných kópií nemôžu enzým produkovať vôbec a ich fenotyp to odráža. Uvažujme heterozygotného jedinca. Keďže je potrebné len malé množstvo normálneho enzýmu, stále je dostatok enzýmu na to, aby sa prejavil fenotyp. To je dôvod, prečo sú niektoré alely dominantné voči iným.

V prípade neúplnej dominancie jediná dominantná alela neprodukuje dostatočné množstvo enzýmu, takže heterozygoti vykazujú odlišný fenotyp. Týmto spôsobom sa napríklad dedí farba plodov baklažánov. Fialovú farbu spôsobujú dve funkčné kópie enzýmu, pričom biela farba je výsledkom dvoch nefunkčných kópií. Pri iba jednej funkčnej kópii nie je dostatok fialového pigmentu a farba plodov má svetlejší fialový odtieň.

Niektoré nenormálne alely môžu byť dominantné. Mechanizmy tohto javu sú rôzne, ale jedným z jednoduchých príkladov je situácia, keď sa funkčný enzým skladá z niekoľkých podjednotiek, pričom každá z nich je tvorená niekoľkými alelami , pričom sú buď funkčné, alebo nefunkčné podľa jednej z vyššie opísaných schém. Napríklad by sa mohlo zaviesť pravidlo, že ak je niektorá z podjednotiek nefunkčná, celý enzým je nefunkčný v tom zmysle, že sa neprejavuje fenotyp. V prípade jednej podjednotky povedzme, že je kde má funkčnú a nefunkčnú alelu (heterozygotný jedinec)() , koncentrácia funkčného enzýmu určená podľa by mohla byť 50 % normálu. Ak má enzým dve identické podjednotky ( koncentrácia funkčného enzýmu je 25 % normálu. V prípade štyroch podjednotiek je koncentrácia funkčného enzýmu asi 6 % normálu (približne sa škáluje pomalšie ako kde je počet kópií alely ( je asi 51 % percent) To nemusí stačiť na vytvorenie fenotypu divokého typu. Existujú aj iné mechanizmy pre dominantné mutanty.

Je dôležité poznamenať, že väčšina genetických znakov nie je jednoducho riadená jedinou sadou alel. Často sa na komplexných znakoch rôznym spôsobom podieľa mnoho alel, z ktorých každá má svoje vlastné dominantné vzťahy.

Niektoré zdravotné stavy môžu mať viacnásobné dedičné vzorce, ako napríklad centronukleárna myopatia alebo myotubulárna myopatia, kde sa autozomálne dominantná forma nachádza na chromozóme 19, ale pohlavne viazaná forma na chromozóme X.

Kategórie
Psychologický slovník

Epistáza

Epistáza nastáva vtedy, keď je účinok jedného génu modifikovaný jedným alebo viacerými génmi, ktoré sa vyskytujú nezávisle. (Tieto dva gény môžu byť pomerne úzko prepojené, ale ich účinky sa musia nachádzať v rôznych lokusoch genómu). Príklady úzko prepojených génov s epistatickým účinkom na fitness sa nachádzajú v supergénoch a génoch ľudského hlavného histokompatibilného komplexu). Účinok môže nastať priamo na úrovni genómu, kde jeden gén môže kódovať proteín, ktorý bráni transkripcii druhého génu. Prípadne sa účinok môže prejaviť na fenotypovej úrovni. Napríklad gén spôsobujúci albinizmus by zakryl gén riadiaci farbu vlasov človeka. V inom príklade by gén kódujúci vdovský vrchol bol skrytý génom spôsobujúcim plešatosť. Fitness epistáza (kde ovplyvneným znakom je fitness) je príčinou väzbovej nerovnováhy.

Epistáza a genetická interakcia sa vzťahujú na ten istý jav; epistáza sa však široko používa v populačnej genetike a vzťahuje sa najmä na štatistické vlastnosti tohto javu.

Štúdium genetických interakcií môže odhaliť funkciu génov, povahu mutácií, funkčnú redundanciu a interakcie proteínov. Keďže proteínové komplexy sú zodpovedné za väčšinu biologických funkcií, genetické interakcie sú mocným nástrojom.

Klasifikácia podľa fitness alebo hodnoty znaku

Schéma znázorňujúca rôzne vzťahy medzi počtom mutácií a fitness. Synergická epistáza je znázornená červenou čiarou – každá mutácia má disproporčne veľký vplyv na fitness organizmu. Antagonistická epistáza je znázornená modrou čiarou.

Dvojlokusové epistatické interakcie môžu byť buď synergické (pozitívne), alebo antagonistické (negatívne). V príklade haploidného organizmu s genotypmi (v dvoch lokusoch) AB, Ab, aB a ab môžeme uvažovať o nasledujúcich hodnotách znakov (presné hodnoty sú uvedené len ako príklady):

Preto môžeme klasifikovať takto:

Pochopenie toho, či je väčšina genetických interakcií synergická alebo antagonistická, pomôže vyriešiť také problémy, ako je evolúcia pohlavia.

Funkčná alebo mechanistická klasifikácia

Príklad z mendelovského hľadiska

Ako podrobnejší príklad si uveďme rastlinu sladkého hrachu. V jednoduchom zobrazení je fialová farba kvetu (P) dominantná nad bielou (p). Zvážte však pridanie kontrolného génu, ktorý pozostáva z dvoch alel, dominantnej (C) alebo recesívnej (c). V tomto príklade, aby boli kvety fialové, musí mať rastlina aspoň jednu z každej dominantnej alely (t. j. musí byť P-C-, kde „-“ môže byť buď dominantné, alebo recesívne).

Pri dihybridnom krížení, ako je napríklad vyššie uvedený príklad hrachu, keď dochádza ku genetickej interakcii, často vidíte upravený pomer 9:3:3:1. Za normálnych okolností, keď máte dve alely, ktoré sa asortovali nezávisle, dostanete pomer fenotypov 9:3:3:1. Genetické interakcie však môžu tento pomer zakryť a spôsobiť, že sa zdá byť iný. V uvedenom príklade rastlín hrachu je výsledkom pomer fialových a bielych fenotypov 9:7 namiesto očakávaného pomeru 12:4.

de:Epistase
lv:Epistāze
sr:Gene InteractiZe

Kategórie
Psychologický slovník

Genotypy

Tu je znázornený vzťah medzi genotypom a fenotypom pomocou Punnettovho štvorca pre znak farby okvetných lístkov hrachu. Písmená B a b predstavujú gény pre farbu a obrázky znázorňujú výsledné kvety.

Genotyp je genetická konštitúcia bunky, organizmu alebo jedinca (t. j. špecifická alelová skladba jedinca), zvyčajne s ohľadom na konkrétny skúmaný znak . Napríklad ľudský gén pre albínov má dve alelické formy, dominantnú A a recesívnu a, a existujú tri možné genotypy – AA (homozygotný dominantný), Aa (heterozygotný) a aa (homozygotný recesívny).

Je to všeobecne prijímaná teória, podľa ktorej sa na fenotype jedinca podieľajú zdedený genotyp, prenášané epigenetické faktory a nededičné zmeny prostredia.

Nededičné mutácie DNA nie sú klasicky chápané ako genotyp jedinca. Preto vedci a lekári niekedy hovoria napríklad o (geno)type konkrétnej rakoviny, teda o genotype choroby na rozdiel od chorého.

Genotyp a genomická sekvencia

Genotyp človeka sa jemne líši od jeho genomickej sekvencie. Sekvencia nie je absolútnym meradlom základného zloženia jedinca alebo zástupcu druhu či skupiny; genotyp zvyčajne znamená meranie toho, ako sa jedinec líši alebo je špecializovaný v rámci skupiny jedincov alebo druhu. Typicky sa teda hovorí o genotype jedinca vzhľadom na konkrétny gén, ktorý ho zaujíma, a u polyploidných jedincov sa hovorí o tom, akú kombináciu alel jedinec nesie (pozri homozygot, heterozygot).

Každý gén zvyčajne spôsobí pozorovateľnú zmenu v organizme, známu ako fenotyp. Pojmy genotyp a fenotyp sa odlišujú minimálne z dvoch dôvodov:

Jednoduchým príkladom, ktorý ilustruje genotyp ako rozdiel od fenotypu, je farba kvetov hrachu (pozri Gregor Mendel). Existujú tri dostupné genotypy: PP (homozygotný dominantný), Pp (heterozygotný) a pp (homozygotný recesívny). Všetky tri genotypy sa líšia, ale prvé dva majú rovnaký fenotyp (fialový) na rozdiel od tretieho (biely).

Technickejším príkladom na ilustráciu genotypu je jednonukleotidový polymorfizmus alebo SNP. SNP vzniká, keď sa zodpovedajúce sekvencie DNA rôznych jedincov líšia v jednej báze DNA, napríklad keď sa sekvencia AAGCCTA zmení na AAGCTTA. To obsahuje dve alely : C a T. SNP majú zvyčajne tri genotypy, označované všeobecne AA Aa a aa. Vo vyššie uvedenom príklade by tieto tri genotypy boli CC, CT a TT. Iné typy genetických markerov, napríklad mikrosatelity, môžu mať viac ako dve alely, a teda mnoho rôznych genotypov.

Genotyp a mendelovská dedičnosť

S rozdielom medzi genotypom a fenotypom sa bežne stretávame pri štúdiu rodinných vzorcov niektorých dedičných ochorení alebo stavov, napríklad hemofílie. Vzhľadom na diploidiu ľudí (a väčšiny zvierat) existujú pre každý gén dve alely. Tieto alely môžu byť rovnaké (homozygotné) alebo rozdielne (heterozygotné) v závislosti od jedinca (pozri zygotu). Pri dominantnej alele je zaručené, že potomok zdedí danú vlastnosť bez ohľadu na druhú alelu. Pri recesívnej alele závisí fenotyp od druhej alely. V prípade hemofílie a podobných recesívnych chorôb je heterozygotný jedinec nositeľom. Táto osoba má normálny fenotyp, ale je vystavená 50-50 riziku prenosu svojho abnormálneho génu na potomstvo. Homozygotný dominantný jedinec má normálny fenotyp a nemá žiadne riziko abnormálneho potomstva. Homozygotný recesívny jedinec má abnormálny fenotyp a zaručene prenáša abnormálny gén na potomstvo.

Pri starostlivom experimentálnom plánovaní možno použiť štatistické metódy na koreláciu rozdielov v genotypoch populácií s rozdielmi v ich pozorovanom fenotype. Tieto genetické asociačné štúdie sa môžu použiť na určenie genetických rizikových faktorov spojených s ochorením. Môžu byť dokonca schopné rozlíšiť populácie, ktoré môžu alebo nemusia priaznivo reagovať na určitú liečbu liekmi. Takýto prístup je známy ako personalizovaná medicína alebo farmakogenetika.

Inšpirovaná biologickou koncepciou a užitočnosťou genotypov, informatika využíva simulované fenotypy v genetickom programovaní a evolučných algoritmoch. Takéto techniky môžu pomôcť vyvinúť matematické riešenia určitých typov inak zložitých problémov.

Genotypizácia je proces objasňovania genotypu jedinca pomocou biologického testu. Medzi techniky známe aj ako genotypová analýza patrí PCR, analýza fragmentov DNA, sondy ASO, sekvenovanie a hybridizácia nukleových kyselín na mikročipy alebo guľôčky. Medzi niekoľko bežných techník genotypizácie patrí polymorfizmus dĺžky reštrikčného fragmentu (RFLP), polymorfizmus dĺžky terminálneho reštrikčného fragmentu (t-RFLP), polymorfizmus dĺžky amplifikovaného fragmentu (AFLP) a multiplexná amplifikácia sond závislá od ligácie (MLPA). Analýzu fragmentov DNA možno použiť aj na určenie takých genetických aberácií spôsobujúcich ochorenia, ako je mikrosatelitná nestabilita (MSI), trizómia alebo aneuploidia a strata heterozygozity (LOH). MSI a LOH sa spájajú najmä s genotypmi rakovinových buniek pri rakovine hrubého čreva, prsníka a krčka maternice. Najčastejšou chromozómovou aneuploídiou je trizómia chromozómu 21, ktorá sa prejavuje ako Downov syndróm. Súčasné technologické obmedzenia zvyčajne umožňujú efektívne určiť len časť genotypu jedinca.

Kategórie
Psychologický slovník

Dedičnosť

Dedičnosť sa pýta, do akej miery sa na rozdieloch vo výške medzi ľuďmi podieľa genetika. Nie je to to isté ako otázka, do akej miery genetika ovplyvňuje výšku u jedného človeka.

Dedičnosť znaku v rámci populácie je podiel pozorovateľných rozdielov v znaku medzi jednotlivcami v rámci populácie, ktorý je spôsobený genetickými rozdielmi. K rozdielom medzi jednotlivcami v ich pozorovateľných vlastnostiach (vo „fenotypoch“) môžu prispievať faktory vrátane genetiky, prostredia a náhodných okolností[1]. Dedičnosť teda analyzuje relatívny príspevok rozdielov genetických a negenetických faktorov k celkovej fenotypovej variabilite v populácii. Napríklad niektorí ľudia v populácii sú vyšší ako iní; dedičnosť sa pokúša určiť, akú úlohu zohráva genetika v tom, že časť populácie je mimoriadne vysoká.

Dedičnosť sa meria odhadom relatívneho podielu genetických a negenetických rozdielov na celkovej fenotypovej variabilite populácie. Dedičnosť je dôležitým pojmom v kvantitatívnej genetike, najmä v selektívnom šľachtení a genetike správania (napríklad štúdie dvojčiat), ale v populačnej genetike sa používa menej.

Dedičnosť meria podiel variability fenotypu, ktorý možno pripísať genetickej variabilite. Nie je to to isté ako tvrdenie, že táto časť individuálneho fenotypu je spôsobená genetikou. Okrem toho sa dedičnosť môže meniť bez toho, aby došlo ku genetickej zmene (napr. keď prostredie začne prispievať k väčšej variabilite). Príkladom je úvaha, že gény aj prostredie majú potenciál ovplyvňovať inteligenciu. Dedičnosť by sa mohla zvýšiť, ak sa zvýši genetická variabilita, čo spôsobí, že jednotlivci budú vykazovať väčšiu fenotypovú variabilitu (napr. budú vykazovať rôzne úrovne inteligencie). Na druhej strane by sa dedičnosť mohla zvýšiť aj vtedy, ak sa zníži variabilita prostredia, čo spôsobí, že jedinci budú vykazovať menšiu fenotypovú variabilitu (napr. budú vykazovať podobnejšiu úroveň inteligencie). Dedičnosť sa zvyšuje, pretože genetika prispieva k väčšej variabilite alebo pretože negenetické faktory prispievajú k menšej variabilite; dôležitý je relatívny príspevok. Tu vidíme, prečo je dedičnosť špecifická pre konkrétnu populáciu v konkrétnom prostredí.

Miera závislosti fenotypu od prostredia môže závisieť aj od príslušných génov. Otázky dedičnosti sú komplikované, pretože gény môžu fenotyp kanalizovať, čím sa jeho prejav stáva takmer nevyhnutným vo všetkých vyskytujúcich sa prostrediach. Jedinci s rovnakým genotypom môžu tiež vykazovať rôzne fenotypy prostredníctvom mechanizmu nazývaného fenotypová plasticita, čo v niektorých prípadoch sťažuje meranie dedičnosti. Nedávne poznatky molekulárnej biológie identifikovali zmeny transkripčnej aktivity jednotlivých génov súvisiace so zmenami prostredia. Existuje však veľké množstvo génov, ktorých transkripcia nie je ovplyvnená prostredím[2].