Czynniki warunkujące rozwój człowieka są dość powszechnie znane, ale niestety na bardzo niskim poziomie w przypadku zdecydowanej większości ludzi. Znajomość owych czynników może w zasadniczy sposób ułatwić zapewnienie optymalnych warunków rozwojowych. Brak szerokiej, potrzebnej wiedzy na przykład o wpływie środowiska na rozwój dziecka od momentu poczęcia do końca dojrzewania w dużej mierze przyczynia się do występowania chociażby wad rozwojowych. Harmonijny i prawidłowy rozwój powinien być zapewniony każdemu dziecku. Taki prawidłowy rozwój to po prostu zdrowie. Zdrowie natomiast według definicji WHO to nic innego jak dobrostan fizyczny, psychiczny i społeczny. Zdrowie wiec zależy od wpływów otaczającego środowiska. Czasem mówi się ze nie ma ludzi zdrowych a są tylko ludzie niedodgianozowani. Niemniej jednak dopóki dopóty nie stwierdzi się żadnych zaburzeń czynnościowych organizmu a dany człowiek żyje w szeroko pojętej zgodzie ze społeczeństwem i się w nim odnajduje, jest uważany za osobę zdrową. Człowiek taki pod względem medycznym wcale nie musi być zdrowy, gdyż w jego organizmie mogą rozwijać się choroby nie dające pierwotnie żadnych objawów. Otaczające środowisko, czyli powietrze, woda, gleba, a co za tym idzie pokarm oraz otaczający ludzie mają znaczący wpływ na dobrostan psychofizyczny oraz kulturowo-społeczny każdego człowieka. Czynniki te mogą na niego wpływać bezpośrednio, na przykład powietrze czy ludzie, lub pośrednio jak na przykład gleba, od której zależy jakość pożywienia. Aby człowiek był zdrowy, a przynajmniej mógł czuć się zdrowy musi pozostawać w stałej harmonii z tym szeroko pojętym otaczającym środowiskiem. Zaburzenia tej harmonii w większym lub mniejszym stopniu przyczyniają się do rozwoju wielu chorób, umieralności, adaptacji do otaczających warunków oraz do tempa i charakteru rozwoju osobniczego.

Czynniki wpływające na rozwój osobniczy można podzielić na:

- determinanty indywidualnego procesu rozwojowego, które są de facto czynnikami genetycznymi (dziedzicznymi, endogennymi),

- stymulatory indywidualnego procesu rozwojowego, które są de facto również czynnikami endogennymi, ale paragenetycznymi,

- modyfikatory indywidualnego procesu rozwojowego, które są de facto czynnikami egzogennymi (środowiskowymi).

Czynniki modyfikujące (środowiskowe, egzogenne) można podzielić na:

- biologiczno-geograficzne modyfikatory, czyli: powietrze, woda, gleba, zwierzęta, rośliny, klimat,

- społeczno-kulturowe modyfikatory, czyli indywidualny charakter, poziom wykształcenia i wiedzy ogólnej, pochodzenie i status społeczny, dochody pieniężne, otaczające środowisko społeczne, miejsce zamieszkania.

Bez względu, na podziały czynników wpływających na indywidualny rozwój każdego człowieka, w sumie determinowany jest on przez otaczające środowisko oraz czynniki dziedziczne, czyli genetyczne. Czynniki dziedziczne można, zatem podzielić na czynniki paragenetyczne oraz determinanty genetyczne, które są dziedziczone po rodzicach i warunkują rozwój osobniczy wpływając na niezmienność danego gatunku oraz na niektóre indywidualne cechy każdego człowieka. Mają one wpływ na osobnika od momentu zapłodnienia i decydują o wykształceniu wielu cech. Natomiast czynniki paragenetyczne wpływają również od momentu zapłodnienia na rozwój człowieka, ale poprzez wpływ na determinanty. Czyli są to czynniki regulujące ekspresje genów oraz wpływają między innymi na przemianę materii, czy środowisko wewnętrzne dziecka. Czynniki endogenne nie pozostają bez wpływu otaczającego środowiska, które nieustannie zmieniając się zaburza homeostazę każdego organizmu. Na szczęście nasz organizm potrafi temu skutecznie i przeciwstawić się dopóki dopóty jest zdrowy, albo przystosować się do zmian. Dlatego też czynniki egzogenne wpływają na fenotyp każdego osobnika. Można to wykazać przez rozdzielenie bliźniąt jednojajowych i umożliwienie im rozwoju w całkowicie odmiennych warunkach społeczno-kulturalnych i ekonomicznych. Bliźnięta takie będą wykazywać cały szereg cech odmiennych wykształconych pod wpływem odmiennych warunków środowiskowych. Fenotyp jest to ogół cech zewnętrznych odpowiadających danemu genotypowi a zmodyfikowanych pod wpływem środowiska. Główny wpływ na fenotyp mają modyfikatory rozwoju fizycznego, czyli fauna, flora, klimat itp. Oraz rozwoju społeczno-ekonomicznego, czyli zarobki, wykształcenie i wiedza ogólna, tradycje, wielkość miejscowości, w jakiej się mieszka, higiena życia itp.

Wspólna informacja genetyczna otrzymana od obojga rodziców określa kierunek rozwoju zarodka i dalej płodu. Niestety rozwój ten może zostać zaburzony pod wpływem negatywnego wpływu środowiska albo informacja genetyczna wykazuje braki, czy błędy. Zaburzenia materiału genetycznego są skutkiem mutacji i w wielu przypadkach objawiają się w postaci wad wrodzonych. Tak wiec środowisko nie tylko wpływa na cechy fenotypowe, ale również ma niebagatelny wpływ na sam genotyp, to znaczy na wystąpienie ewentualnych jego zaburzeń.

Główne czynniki środowiskowe, które mogą prowadzić do owych zaburzeń genetycznych będących skutkiem mutacji, można podzielić na:

- fizyczne jak promieniowanie jonizujące i gamma. Ryzyko zależy od rodzaju promieniowania i dawki. Szczególnie niebezpieczne są UVB (280 - 320nm) UVC (200 - 280 nm) Ten zakres promieniowania odgrywa coraz większą rolę w związku z tak zwaną dziurą ozonową. Promieniowanie UV o długości 260 nm oraz promieniowanie X lub gamma należą do najaktywniejszych mutagenów fizycznych. Karcynogenne działanie UVB polega na tworzeniu fotodimerów pirymidyn, które w procesie replikacji zatrzymują włączenie nukleotydów przez polimerazę DNA III do syntetyzowanego łańcucha DNA, z następową fragmentacją DNA. Dimery pirymidyn są usuwane z DNA w dość skomplikowanym procesie naprawy przez wycinanie, w którym zaangażowanych jest szereg białek, kodowanych przez wiele genów. UVB może też wywoływać mutacje w genach supresorowych (np. p53) lub onkogenach (na przykład ras). Ponadto UVB upośledza czynność komórek Langerhansa w skórze i wywołuje stan miejscowej immunosupresji.

- chemiczne karcynogeny są coraz bardziej rozpowszechnione w pożywieniu i otoczeniu człowieka. Można powiedzieć, że "pływamy w morzu karcynogenów". Bezpośrednią przyczyną tego stanu jest zanieczyszczenie przyrody wskutek różnego rodzaju działalności człowieka, głównie uprzemysłowienia, rozwoju motoryzacji i palenia tytoniu. Z badań epidemiologicznych wynika, że karcynogeny środowiskowe prawdopodobnie odgrywają rolę w powstawaniu większości nowotworów i mutacji skutkujących wadami genetycznymi człowieka. Wszystkie chemiczne karcynogeny można podzielić na dwie grupy. Do pierwszej zaliczamy karcynogeny działające bezpośrednio, to znaczy nie wymagające aktywacji in vitro (na przykład środki alkilujące). Drugą grupę tworzą tak zwane prokarcynogeny, czyli środki, które per se nie wywołują zmian, ale wymagają metabolizacji in vivo lub przemiany enzymatycznej in vitro. Dopiero w wyniku tych procesów powstają metabolity o działaniu silnie karcynogennym. Głównymi karcynogenami chemicznymi są: tytoń, narkotyki, cytostatyki, antybiotyki,, metale ciężkie, policykliczne i heterocykliczne węglowodory aromatyczne, aminy aromatyczne i barwniki azowe, aflatoksyny, mitomycyna, nitrozaminy i amidy, czterochlorek węgla.

- biologiczne jak na przykład wirusy: grypy, różyczki, ospy wietrznej, świnki, półpaśca, pierwotniaka Toxoplasma gonidii,

Mutacja jest to trwałe uszkodzenie DNA, ale mutacje są przypadkowymi zdarzeniami w trakcie replikacji DNA. W ogromnej większości przypadków są one skutkiem oddziaływania promieniowania, związków chemicznych i wirusów. Końcowym efektem mutacji jest zaburzenie syntezy lub czynności określonego białka. Zaburzenie to może dotyczyć transkrypcji - kiedy na przykład delecja genu lub mutacja promotora ją uniemożliwi, postranskrypcyjnej obróbki mRNA - jeśli na przykład w wyniku mutacji nie zostanie rozpoznana granica pomiędzy intronem a eksonem, translacji - jeżeli, przykładowo, w wyniku mutacji w obrębie genu przedwcześnie powstanie kodon terminacyjny, czy wreszcie enzymatycznych procesów postranslacyjnych modyfikujących łańcuchy polipeptydowe, a wtedy wystarczy, że mutacja dotyczy jednego z enzymów, odpowiadających za prawidłowy przebieg tego procesu. Niektóre mutacje punktowe w obrębie eksonów mogą prowadzić do powstawania nieprawidłowych białek, nawet jeżeli procesy przepisywania, splicingu (obróbki) i tłumaczenia zapisu nukleotydowego na sekwencję polipeptydową będą przebiegać prawidłowo.

Jeśli mutacje dotyczą komórek rozrodczych, wówczas są przenoszone do potomstwa i mogą stanowić przyczynę choroby dziedzicznej. Mutacje dotyczące komórek somatycznych odgrywają zasadniczą rolę w karcynogenezie i w powstawaniu wad wrodzonych.

Wyróżniamy następujące rodzaje mutacji:

1. Mutacje genowe

Biorąc pod uwagę znaczenie biologiczne tego rodzaju aberracji, czyli ich wpływ na fenotyp, można je podzielić na mutacje:

- Ciche, jeśli dochodzi do niej w obrębie niekodujących lub nieregulatorowych części genu lub w przypadku niektórych mutacji punktowych - w trzeciej, najmniej "znaczącej" pozycji kodonu; ich rezultaty nie mają wpływu na fenotyp.

- Zmieniające sens (znaczenie) kodonu. Są to mutacje genów, których efektem jest zmiana aminokwasu w produkcie białkowym. Biologiczne znaczenie tych mutacji zależy od znaczenia danego aminokwasu dla struktury i funkcji białka i waha się od żadnego, (jeśli nowy aminokwas nie zmieni funkcji białka) nawet do letalnego, (jeśli nowy aminokwas całkowicie zaburzy jego funkcję).

- Nonsensowne są mutacjami w wyniku których powstają kodony "stop", czyli sekwencje terminacyjne, prowadzące do zakończenia transkrypcji i do skrócenia mRNA, a w rezultacie produktu jego translacji - białka.

W zależności od rozległości aberracji wyróżniamy mutacje:

a) Punktowe, które charakteryzują się tym, że dotyczą zamiany jednego nukleotydu na inny i nie przesuwają trójnukleotydowej "ramki" odczytu.

- tranzycja, która polega na zamianie puryny na purynę lub pirymidyny na pirymidynę.

- transwersja, która polega na zamianie puryny na pirymidynę lub pirymidyny na purynę.

b) Wielonukleotydowe

Cechą szczególną tego typu mutacji jest zmiana "ramki" odczytu, jeżeli długość DNA kodującego produkt białkowy ulegnie zmianie o liczbę nukleotydów niepodzielną przez trzy. Jeśli liczba nukleotydów zmieni się o wielokrotność trójki, wówczas w produkcie białkowym zazwyczaj przybędzie lub ubędzie odpowiadającej mutacji liczba aminokwasów, co może być przyczyną zmiany jego funkcji.[1]

- Inercja, która polega na trwałym wstawieniu przynajmniej jednego nukleotydu do DNA. Aberracja polegająca na pomnożeniu liczby naturalnie występujących w jądrowym DNA sekwencji trójnukleotydowych jest pewnym wariantem tego rodzaju mutacji.

- Delacja, która polega na trwałym usunięciu przynajmniej jednego nukleotydu z nici DNA.

2. Aberracje chromosomalne

W prawidłowym jądrze komórkowym znajdują się dwa zestawy homologicznych chromosomów. haploidalna liczba chromosomów to pojedynczy zestaw, czyli 23 chromosomy, inaczej określany jako euploidia. Jądro komórkowe zawierające dwa homologiczne zestawy (46 chromosomów) to jądro diploidalne. Stosując odpowiednie metody barwień można uzyskać na chromosomach charakterystyczny, prążkowy wzór. Prążki te numerowane są od centromeru w stronę obwodu ramion chromosomu: krótkiego - p (od i długiego - q. Cały kariogram opisuje się podając najpierw cyframi arabskimi całkowitą liczbę chromosomów, następnie tyle symboli X i Y, ile uwidoczniono chromosomów płcio wreszcie ewentualne położenie obserwowanej i oznaczonej odpowiednim symbolem aberracji chromosomalnej.

a) Zaburzenia strukturalne

- Inwersja oznacza aberrację, w której dochodzi do dwóch pęknięć chromatyny i odwrócenia o 180º wyłamanego fragmentu. Stosunkowo rzadko prowadzi to do poważnych zaburzeń rozwojowych. Oznacza się ją literą i (ang. inversion).

- Delecja oznacza utratę fragmentu chromosomu. Symbolicznie oznaczana jest skrótem del (ang. deletion). Możemy wyróżnić ponadto delecję terminalną, która charakteryzuje się utratą obwodowej części chromosomu - jest ona rezultatem pojedynczego pęknięcia. Odłamany fragment nie posiada centromeru i w trakcie podziału nie przechodzi do komórek potomnych tylko ulega utracie. Oraz delecję wewnętrzną, która charakteryzuje się podwójnym przełamaniem chromatyny i utratą wewnętrznego odcinka chromosomu.

- Chromosom kolisty jest właściwie szczególnym rodzajem delecji. Zaburzenie to jest skutkiem dwóch delecji terminalnych, do których dochodzi na przeciwległych końcach chromosomu, a następnie połączeniu jego uszkodzonych końców. Symbolicznie aberrację tą oznacza się literą r (ang. ring chromosome), Odcięte obwodowe fragmenty ramion chromosomu nie posiadają centromeru i zostają zgubione w czasie podziału komórkowego; sam chromosom kolisty posiada wprawdzie centromer, ale - być może ze względu na kształt - nie zachowuje się normalnie ani w trakcie mejozy, ani mitozy. Zaburzenie to wiąże się, zatem ze znacznymi zaburzeniami fenotypowymi, uzależnionymi nie tylko od ilości utraconego materiału genetycznego.

- Translokacja, w której przypadku aberracja polega na przeniesieniu fragmentu chromosomu w inne miejsce. Zaburzenie to oznacza się literką t (ang. translocation). W zależności od miejsca docelowego można wyróżnić:

Translokację wewnątrzchromosomalną (intrachromosomalną) - fragment chromosomu jest przenoszony z jednego miejsca chromosomu w inne miejsce tego samego chromosomu. O translokacji takiej można powiedzieć, że jest zrównoważona, ponieważ nie ma utraty materiału genetycznego i bardzo rzadko aberracja tego typu doprowadza do poważnych następstw.

Translokację międzychromosomalną (interchromosomalną) - polega na przeniesieniu odcinka chromatyny pomiędzy dwoma chromosomami. Jeśli są to chromosomy homologiczne to mówimy o translokacji siostrzanej, jeśli nie - jest to translokacja zewnętrzna. Można tą aberrację podzielić na: transpozycję (przeniesienie fragmentu chromosomu na inny chromosom) oraz translokację wzajemną polegającą na "wymianie" fragmentów chromosomów pomiędzy sobą.

- Duplikacja jest najczęściej rezultatem transpozycji pomiędzy chromosomami homologicznymi (translokacji siostrzanej) to znaczy fragment jednego z chromosomów zostaje przeniesiony do drugiego i w nim występuje w dwóch kopiach. W jednym z chromosomów dochodzi wtedy do delecji, a w drugim do duplikacji. Duplikację oznacza się skrótem dup (ang. duplication).

- Izochromosom - stanowi szczególny przypadek duplikacji, dotyczący ramienia jednego z chromosomów. Izochromosomem nazywamy taki chromosom, w którym doszło do utraty jednego z ramion, zaś drugie z ramion zostało zduplikowane. W efekcie informacja genetyczna jest identyczna w każdym z ramion. Aberrację tą oznacza się literą i (ang. isochromosome). Najczęstszym zaburzeniem tego typu jest izochromosom długiego ramienia chromosomu X.W tym przypadku można mówić o monosomii ramienia krótkiego chromosomu X (bo pozostaje jeszcze jedno ramię krótkie z drugiego chromosomu X) i trisomii ramienia długiego chromosomu X.

b) Zaburzenia ilościowe można zaklasyfikować jako:

- Aneuploidia - jest to stan, w którym zaburzenie dotyczy podziałów komórkowych, mitotycznych lub mejotycznych - w efekcie tych nieprawidłowości do nowo powstałego jądra komórkowego dostaje się większa lub mniejsza liczba chromosomów niż wielokrotność ich haploidalnej liczby (23).

Brak jednego z chromosomów to monosomia. Obecność jednego dodatkowego chromosomu nazywa się trisomią i stanowi ona najczęstsze zaburzenie chromosomalne. Jeśli w jądrze komórkowym stwierdza się obecność dwóch dodatkowych, homologicznych chromosomów, to stan taki nazywa się tetrasomią; jeżeli nie są one homologiczne, to jest ona podwójną trisomią. Aneuploidia jest wynikiem nondysjunkcji lub tak zwanej utraty chromosomu w anafazie.

Do nondysjunkcji dochodzi wówczas, kiedy homologiczna para chromosomów nie ulega rozdziałowi w czasie pierwszego podziału mejotycznego lub dwie chromatydy nie rozdzielają się w trakcie drugiego podziału mejotycznego lub podczas podziału mitotycznego co doprowadza do powstania dwóch komórek aneuploidalnych. Jeśli do nondysjunkcji dojdzie w trakcie gametogenezy to powstające gamety będą zawierały albo jeden chromosom więcej (23+1=24) lub jeden chromosom mniej (23-1=22). Kiedy takie gamety biorą udział w zapłodnieniu, wówczas dochodzi do powstania zygoty trisomicznej (46+1=47) lub monosomicznej (46-1=45).

W przypadku utraty anafazowej jeden z homologicznych chromosomów w czasie mejozy lub jedna z chromatyd w przebiegu mitozy "spóźnia się" i nie wchodzi do nowo powstającego jądra komórkowego. W efekcie powstaje jedna prawidłowa komórka i jedna komórka monosomiczna.

- Poliploidią nazywamy każdą wielokrotność haploidalnej liczby chromosomów za wyjątkiem diploidalnej, na przykład trzykrotność to triploidia, czterokrotność to tetraploidia itd. Jednym z często stosowanych w celach badawczych czynników wywołujących aberrację tego typu jest oziębienie komórek w czasie podziału.

Schorzenia wynikające z mutacji pojedynczych genów, wywierających znaczący efekt na funkcjonowanie organizmu. Do tej kategorii zaliczyć można stosunkowo rzadkie zaburzenia, takie jak choroby spichrzeniowe i wrodzone błędy metaboliczne. Ponieważ większość tych schorzeń dziedziczonych jest zgodnie z prawami Mendla, nazywane bywają chorobami mendlowskimi. Istnieje jednak heterogenna grupa rzadkich chorób jednogenowych, które nie są dziedziczone zgodnie z prawami Mendla: są to schorzenia będące rezultatem mutacji o typie pomnożenia liczby krótkich sekwencji trójnukleotydowych, mutacji w mitochondrialnym DNA czy zjawisk takich jak wdrukowanie genetyczne lub mozaikowatość gonad.

Choroby będące rezultatem wrodzonych oddziaływań wielogenowych obejmuje często diagnozowane schorzenia, na przykład cukrzycę czy nadciśnienie tętnicze krwi. Ze względu na złożoność stwierdzanych w ich patogenezie interakcji genów i czynników środowiskowych, bywają one nazywane chorobami dziedziczonymi wieloczynnikowo. Są one skutkiem addycyjnych oddziaływań licznych genów wywierających samodzielnie ograniczone efekty, co dodatkowo potęguje wpływ czynników środowiskowych, niejednokrotnie niezbędnych do ujawnienia się zaburzenia.

Do zespołów chorobowych wynikających z zaburzeń dotyczących części lub całych chromosomów zaliczyć można schorzenia będące skutkiem dziedzicznych mutacji strukturalnych i ilościowych chromosomów autosomalnych lub płciowych.