Στον οργανισμό μας κάθε χαρακτηριστικό ελέγχεται από την παρουσία όχι ενός γονιδίου, αλλά ενός ζεύγους γονιδίων. Το ένα από αυτά κληρονομούμε από τη μητέρα και το άλλο από τον πατέρα. Στη μεσογειακή αναιμία για παράδειγμα, δύο γονίδια ελέγχουν και την σωστή κατασκευή της πρωτεΐνης του αίματος, που λέγεται αιμοσφαιρίνη και μεταφέρει το οξυγόνο στο σώμα μας. Σε περίπτωση που το ένα από αυτά είναι ελαττωματικό δεν εκδηλώνεται νόσος.
Κάθε γονίδιο είναι υπεύθυνο για τη δημιουργία μιας πρωτεΐνης που µε τη σειρά της παίζει κάποιο ρόλο στην εμφάνιση κάποιου χαρακτήρα.
Τα κύτταρα χωρίζονται σε σωµατικά και σε γεννητικά.
Στον άνθρωπο ένα σωµατικό κύτταρο έχει 46 χρωµατοσώµατα (23 ζεύγη οµολόγων) ενώ ένα γεννητικό κύτταρο έχει 23 χρωµατοσώµατα.
Το ζυγωτό που προκύπτει από την γονιµοποίηση έχει ένα χρωµατόσωµα του κάθε ζεύγους από τον ένα γονιό και ένα από τον άλλο και ως αποτέλεσμα τα µισά γονίδια του προέρχονται από τον έναν και τα άλλα µισά από τον άλλο γονιό.
Αφού το ζυγωτό προέρχεται από τη συνένωση δύο γεννητικών κυττάρων σηµαίνει ότι για το δεδοµένο χαρακτήρα έχει δύο αλληλόµορφα γονίδια που προέρχονται το ένα από τον ένα γονιό και το δεύτερο από τον άλλο.
Για µερικούς χαρακτήρες δεν είναι µόνο δύο αλληλόµορφα γονίδια υπεύθυνα αλλά περισσότερα από δύο γονίδια ή µόνο ένα.
Οµόζυγα ή οµοζυγώτες ή καθαρόαιµα ως προς ένα χαρακτήρα ονοµάζονται τα άτοµα που προέρχονται από ζυγωτό στο οποίο τα δύο αλληλόµορφα γονίδια είναι όµοια µεταξύ τους.
Ετερόζυγα ή ετεροζυγώτες ή υβρίδια ή µιγάδες ή νόθα ως προς ένα χαρακτήρα ονοµάζονται τα άτοµα που προέρχονται από ζυγωτό στο οποίο τα δύο αλληλόµορφα γονίδια είναι ανόµοια µεταξύ τους.
Όλη η γενετική ποικιλότητα προέρχεται από τη διαδικασία που είναι γνωστή ως μεταλλαγή, η οποία ορίζεται ως μία αλλαγή στην ακολουθία του DNA. Οι μεταλλαγές μπορούν να έχουν επιπτώσεις είτε στην αναπαραγωγική σειρά (germline) μέσω των γαμετών είτε στα σωματικά κύτταρα (όλα τα άλλα κύτταρα του οργανισμού πλην των γαμετών).
Οι μεταλλαγές στα σωματικά κύτταρα μπορούν να οδηγήσουν σε καρκίνο και είναι συνεπώς το ίδιο ανησυχητικές.
Ως αποτέλεσμα των μεταλλαγών, ένα γονίδιο μπορεί να διαφέρει μεταξύ των ατόμων ως προς την αλληλουχία του DNA του. Οι διαφορετικές αλληλουχίες αναφέρονται ως αλληλόμορφα. Η θέση ενός γονιδίου σε ένα χρωμόσωμα καλείται γενετικός τόπος (locus). Παραδείγματος χάριν, λέγεται ότι ένα άτομο έχει ένα ορισμένο αλληλόμορφο γονίδιο στη γενετική θέση της β-αιμοσφαιρίνης στο χρωμόσωμα 11. Εάν ένα άτομο έχει το ίδιο αλληλόμορφο γονίδιο και στα δύο μέλη ενός χρωμοσωμικού ζεύγους, ονομάζεται ομοζυγώτης. Εάν τα αλληλόμορφα γονίδια διαφέρουν στην ακολουθία DNA, το άτομο είναι ετεροζυγώτης. Τα αλληλόμορφα γονίδια που είναι παρόντα σε μία δεδομένη γενετική θέση αναφέρονται ως ο γονότυπος του ατόμου. Μερικές γενετικές θέσεις ποικίλλουν σημαντικά μεταξύ των ατόμων. Εάν μία γενετική θέση έχει δύο ή περισσότερα αλληλόμορφα γονίδια των οποίων οι συχνότητες υπερβαίνουν το 1% σε έναν πληθυσμό, η γενετική θέση λέγεται πολυμορφική ("πολλές μορφές"). Η πολυμορφική γενετική θέση καλείται συχνά πολυμορφισμός.
Επικρατής ασθένεια προκαλείται από ένα μοναδικό αντίγραφο μίας μεταλλαγής (πχ. νοσούν οι ετεροζυγώτες), ενώ μία υπολειπομένη ασθένεια απαιτεί την ύπαρξη και των δύο μεταλλαγμένων αλληλομόρφων (πχ. μόνο οι ομοζυγώτες νοσούν)
Οι μεταλλαγές που οδηγούν σε μειωμένη λειτουργικότητα παρατηρούνται συχνά σε υπολειπόμενες ασθένειες. Σε τέτοιες ασθένειες, η μεταλλαγή οδηγεί στην απώλεια του 50% του πρωτεϊνικού προϊόντος (π.χ. ένα μεταβολικό ένζυμο), αλλά το 50% που παραμένει είναι ικανοποιητικό για την κανονική λειτουργία. Ο ετεροζυγώτης είναι έτσι απρόσβλητος, αλλά ο ομοζυγώτης επηρεάζεται.
Η φυσική επιλογή περιγράφεται συχνά ως ο "συντάκτης" της γενετικής ποικιλότητας. Αυξάνει τη πληθυσμιακή συχνότητα των ευνοϊκών μεταλλαγών (δηλ., εκείνοι που φέρνουν τη μεταλλαγή θα παράγουν περισσότερους επιζώντες απόγονους), και μειώνει τη συχνότητα των γονιδίων που είναι δυσμενή σε ένα δεδομένο περιβάλλον (δηλ., οι φορείς των γονιδίων παράγουν λιγότερους επιζώντες απόγονους). Χαρακτηριστικά, οι μεταλλαγές ασθενειών εισάγονται συνεχώς σε έναν πληθυσμό μέσω των διαδικασιών λάθους που περιγράφηκαν, ενώ η φυσική επιλογή αφαιρεί τις μεταλλαγές. Ορισμένα περιβάλλοντα, εντούτοις, μπορούν να οδηγήσουν σε ένα επιλεκτικό πλεονέκτημα για μια μεταλλαγή που οδηγεί σε ασθένεια. Η δρεπανοκυτταρική ασθένεια παρέχει πάλι ένα παράδειγμα. Όπως συζητήθηκε προηγουμένως, τα άτομα που είναι ομοζυγώτες για την υπεύθυνη μεταλλαγή είναι πιθανότερο να πεθάνουν νωρίς. Οι ετεροζυγώτες δεν έχουν συνήθως κανένα ιδιαίτερο πλεονέκτημα ή μειονέκτημα. Εν τούτοις, έχει αποδειχθεί ότι οι ετεροζυγώτες δρεπανοκυττάρωσης έχουν ένα ευδιάκριτο πλεονέκτημα επιβίωσης σε περιβάλλοντα όπου η ελονοσία Plasmodium falciparum είναι κοινή (π.χ., δυτική – κεντρική Αφρική).
Ο όρος 'στίγμα της μεσογειακής αναιμίας' χρησιμοποιείται συχνά για να περιγράψει την κατάσταση που στην ιατρική ορολογία λέγεται ετερόζυγος β-μεσογειακή αναιμία. Οι ετερόζυγες θαλασσαιμίες είναι συνήθως συμπτωματικές.
Νόσος (δηλαδή μεσογειακή αναιμία - νόσος του Cooley) εκδηλώνεται όταν και τα δύο γονίδια είναι ελαττωματικά. Τα άτομα που έχουν στίγμα μεσογειακής αναιμίας ζουν μια φυσιολογική ζωή. Είναι υγιείς φορείς και όχι νοσούντες. Απλά έχουν σχετικά μικρότερο αιματοκρίτη και κάποιες μορφολογικές ατυπίες των ερυθρών αιμοσφαιρίων σε μικρό ποσοστό. Όταν ένας από τους δύο γονείς έχει στίγμα, η πιθανότητα να έχει στίγμα και το παιδί τους είναι 50%. Η διάγνωση του στίγματος γίνεται με μια απλή εξέταση αίματος που λέγεται ηλεκτροφόρηση αιμοσφαιρίνης. Σήμερα υπάρχουν ασφαλείς μέθοδοι διάγνωσης της μεσογειακής αναιμίας πριν τη γέννηση ενός παιδιού.
Οι θαλασσαιμίες ανήκουν στην κατηγόρια συγγενών νοσημάτων και οφείλονται σε μετάλλαξη του γονιδίου που είναι υπεύθυνο για τη σύνθεση της α - ή β - αλυσίδας αιμοσφαιρίνης. Οι ασθενείς που φέρουν δύο παθολογικά γονίδια ονομάζονται ομοζυγώτες και παρουσιάζουν τυπική νόσο (μείζονα θαλασσαιμία). Οι ετεροζυγώτες, ασθενείς με ένα παθολογικό γονίδιο, είναι συνήθως ασυμπτωματικοί. Η ομόζυγη α - θαλασσαιμία είναι σπάνια, συναντάται κυρίως στην Ασία και συχνά προκαλεί εμβρυϊκό θάνατο. Η διάγνωση της νόσου γίνεται βάσει των εργαστηριακών ευρημάτων.
Οι θαλασσαιμίες είναι τα συχνότερα μονογονιδιακά νοσήματα, με το 5% του παγκόσμιου πληθυσμού να είναι καταγεγραμμένοι φορείς. Πρόκειται για μια ετερογενή ομάδα κληρονομικών αναιμιών που χαρακτηρίζονται από διαταραχή στη σύνθεση (περιορισμένη βιοσύνθεση ή πλήρη απουσία) μιας ή περισσοτέρων από τις φυσιολογικές πολυπεπτιδικές αλυσίδες της αιμοσφαιρίνης (HbA, α2β2 σφαιρίνες). Κατατάσσονται σε διάφορες υποομάδες ανάλογα με τα είδη των αλυσίδων που δεν παράγονται.
Οι σπάνιες παθήσεις χαρακτηρίζονται από χαμηλή συχνότητα εμφάνισης και υψηλή ετερογένεια και στην πλειονότητά τους είναι γενετικής φύσης (αυτοάνοσα νοσήματα, συγγενείς δυσπλασίες, κ.λπ.). Απειλούν τη ζωή ή επιφέρουν χρόνια αναπηρία, το 80% είναι γενετικής αιτιολογίας, το δε 50% αυτών εμφανίζεται στην παιδική ηλικία. Παρά τη σπανιότητά τους, ο αριθμός των ασθενών που νοσούν είναι συνολικά υψηλός για το λόγο ότι υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι σπάνιων παθήσεων και υπολογίζεται ότι περίπου 37.000.000 Ευρωπαίοι έχουν προσβληθεί από μία σπάνια ασθένεια. Συνολικά έχουν καταγραφεί παγκοσμίως 6.000 – 8.000 σπάνια νοσήματα. Ένας εμπεριστατωμένος κατάλογος με τις σπάνιες παθήσεις κατά αλφαβητική σειρά περιέχεται στον επίσημο ιστοχώρο της ΕΕ για τις σπάνιες παθήσεις
Ο καρκίνος είναι μια πολυπαραγοντική νόσος. Τα τελευταία χρόνια η επανάσταση στην μοριακή γενετική κατέστησε δυνατή την ανίχνευση προδιαθεσικών παραγόντων με την μορφή μεταλλαγμένων γονιδίων για την εμφάνιση διαφόρων μορφών της νόσου. Η ανίχνευση μεταλλαγών στα γονίδια που έχουν συσχετιστεί με αυξημένο κίνδυνο ανάπτυξης κάποιου από τους οικογενείς καρκίνους δεν αποτελεί απόδειξη ότι το άτομο θα αναπτύξει σίγουρα
κάποια μορφή καρκίνου αλλά είναι μια πληροφορία που μπορεί να αξιολογηθεί από τον κλινικό γιατρό για να προγραμματίσει την συχνότητα παρακολούθησης συγκεκριμένων ασθενών είτε ατόμων της ίδιας οικογένειας. Επιπρόσθετα η δεδομένη πληροφορία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για γενετική συμβουλευτική σε προγενετικό έλεγχο η, γενικότερα, για οικογενειακό προγραμματισμό.
Μεταξύ των μορφών της νόσου που επιδέχονται γενετικής ανίχνευσης ενδεικτικής για προδιάθεση είναι οι εξής
1. Καρκίνος του μαστού / ωοθηκών Γονίδια BRCA1 / BRCA2
2. Οικογενής αδενωματώδης πολυποδίαση του παχέος εντέρου
3. Κληρονομικός μη πολυποδιακός καρκίνος του παχέος εντέρου
4. Σύνδρομο Li-Fraumeni
5. Πολλαπλή ενδοκρινική νεοπλασία (ΜΕΝ)
