i. Τα γονίδια
Τα γονίδια, τα οποία περιέχονται στο κάθε χρωμόσωμα, αποτελούνται από DNA και είναι η κύρια φυσική και λειτουργική μονάδα κληρονομικότητας. Στους ανθρώπους, τα γονίδια διαφέρουν σε μέγεθος, αποτελούμενα από μερικές εκατοντάδες ως και 2 εκατομμύρια βάσεις DNA. Εκτιμάται ότι οι άνθρωποι έχουν 20.000 με 25.000 γονίδια. Κάθε άνθρωπος έχει δύο αντίγραφα κάθε γονιδίου, ένα από τον κάθε γονιό. Αν συγκρίνει κανείς το γονιδίωμα δύο διαφορετικών ατόμων, θα παρατηρήσει διαφορές μόλις στο 1% των DNA αλληλουχιών τους, από τις οποίες το 0.02 % είναι αυτές που συμβάλουν στην μοναδικότητα των φυσικών χαρακτηριστικών κάθε ανθρώπου.
ii. Οι μεταλλάξεις
Η μετάλλαξη είναι μια μόνιμη αλλαγή στην αλληλουχία του DNA που σχηματίζει ένα γονίδιο. Μια μετάλλαξη μπορεί να κληρονομείται από τους γονείς (κληρονομούμενες μεταλλάξεις) ή να προκληθεί σε κάποια στιγμή της ζωής ενός ατόμου (επίκτητες μεταλλάξεις) από εξωγενείς παράγοντες, όπως η ακτινοβολία και οι καρκινογόνες χημικές ουσίες, ή από ένα λάθος αντιγραφής του DNA κατά τη διαδικασία πολλαπλασιασμού των κυττάρων. Οι επίκτητες μεταλλάξεις δεν μεταβιβάζονται από τους γονείς στα παιδιά, εκτός από τις περιπτώσεις που εντοπίζονται στο DNA των γαμετικών κυττάρων. Οι γονιδιακές αλλαγές είναι υπεύθυνες για ορισμένες φυσιολογικές διαφορές μεταξύ των ανθρώπων, όπως είναι το χρώμα των ματιών, το χρώμα των μαλλιών και η ομάδα αίματος. Όταν όμως μια μετάλλαξη μπορεί να επηρεάσει τη φυσιολογική λειτουργία του κυττάρου, τότε μπορεί να διαταράξει τη φυσιολογική ανάπτυξη του ατόμου ή να προκαλέσει μια ασθένεια. Μια τέτοια κατάσταση που οφείλεται σε μεταλλάξεις σε ένα ή περισσότερα γονίδια, ονομάζεται γενετική διαταραχή. Όταν λοιπόν λέμε ότι, κάποιος είναι φορέας για το «γονίδιο της κυστικής ίνωσης», σημαίνει πως έχει μετάλλαξη στο γονίδιο CFTR που προκαλεί την ασθένεια. Δύο γονείς φορείς του παθολογικού αντιγράφου του γονιδίου έχουν πιθανότητα 25% να φέρουν στον κόσμο ένα παιδί που θα πάσχει από κυστική ίνωση.
iii. Οι μονονουκλεοτιδικοί πολυμορφισμοί (SNPs)
Οι μονονουκλεοτιδικοί πολυμορφισμοί (Singlenucleotide polymorphisms-SNPs) είναι μικρές αλλαγές στην αλληλουχία του DNA, δηλαδή σε ένα συγκεκριμένο τμήμα της αλυσίδας του DNA μια βάση υποκαθίσταται από μια άλλη. Τα SNPs είναι συνηθισμένες μεταλλάξεις και υπάρχουν φυσιολογικά στο DNA κάθε ατόμου. Υπολογίζεται πως υπάρχουν περίπου 10 εκατομμύρια SNPs στο σύνολο του ανθρώπινου γονιδιώματος.
Οι περισσότεροι από αυτούς τους πολυμορφισμούς δεν επηρεάζουν άμεσα την υγεία ή την ανάπτυξη ενός οργανισμού, ορισμένοι από αυτούς όμως έχουν αποδειχθεί σημαντικοί για τη διερεύνηση της ανθρώπινης υγείας. Ένας ή περισσότεροι «μονονουκλεοτιδικοί πολυμορφισμοί» (SNPs) μπορεί να καθορίζουν μια σειρά από χαρακτηριστικά όπως τον βαθμό απόκρισής μας σε μια φαρμακευτική αγωγή, τις πιθανότητες εκδήλωσης συγκεκριμένων ασθενειών, την ευαισθησία μας απέναντι σε εξωγενείς περιβαλλοντικούς παράγοντες (όπως είναι οι τοξίνες) και την επιρρέπειά μας σε μολύνσεις. Παράλληλα, διεξάγονται μελέτες σε μεγάλες πληθυσμιακές ομάδες, τα αποτελέσματα των οποίων συσχετίζουν τη σύγχρονη παρουσία πολλαπλών SNPs με την εκδήλωση των πολυπαραγοντικών παθήσεων, όπως είναι τα καρδιαγγειακά νοσήματα, ο σακχαρώδης διαβήτης και συγκεκριμένοι τύποι καρκίνου.
iv. Ανίχνευση φορέων κληρονομούμενων παθήσεων
Ως κληρονομούμενες παθήσεις ορίζονται οι κλινικές καταστάσεις των οποίων τα αίτια είναι αμιγώς γενετικά. Οι «υπεύθυνες» μεταλλάξεις μεταβιβάζονται από τους γονείς στα παιδιά(1 αντίγραφο του γονιδίου από κάθε γονέα) ακολουθώντας ένα συγκεκριμένο πρότυπο. Υπάρχουν τρία πρότυπα μεταβίβασης όσον αφορά τα μονογονιδιακά νοσήματα, το αυτοσωμικό υπολειπόμενο, το αυτοσωμικό επικρατές και το φυλοσύνδετο. Στις δύο πρώτες περιπτώσεις, τα «υπεύθυνα» γονίδια εντοπίζονται στα αυτοσωμικά (μη φυλετικά) χρωμοσώματα ενώ στην τρίτη περίπτωση στα φυλετικά (χρωμοσώματα Χ και Υ).
Μια σειρά από μονογονιδιακά νοσήματα, όπως τα μεταβολικά και η κυστική ίνωση, μεταβιβάζονται με αυτοσωμικό υπολειπόμενο τρόπο. Αυτό σημαίνει ότι για να εκδηλωθεί η νόσος, θα πρέπει το παιδί να έχει λάβει ένα μεταλλαγμένο αντίγραφο (αλληλόμορφο) από κάθε γονέα.
Αν το παιδί έχει κληρονομήσει ένα μεταλλαγμένο αλληλόμορφο από τον ένα γονέα και ένα φυσιολογικό από τον άλλο, τότε θεωρείται φορέας της νόσου. Ο φορέας δεν πάσχει ή δεν εκδηλώνει πλήρως τα συμπτώματα της νόσου αλλά μπορεί να «συμβάλλει» στη μεταβίβαση της νόσου στα παιδιά του, τα οποία θα κληρονομήσουν από εκείνον το μεταλλαγμένο αλληλόμορφο. Επομένως, ο μόνος τρόπος αναγνώρισης των φορέων είναι ο γονιδιακός έλεγχος, ώστε να αποκαλυφθεί αν κάποιος φέρει ή δεν φέρει παθογόνους μεταλλάξεις που σχετίζονται με την εκδήλωση συγκεκριμένων παθήσεων.
Η συχνότητα του κάθε μεμονωμένου αυτοσωμικού υπολειπόμενου νοσήματος είναι συνήθως σχετικά μικρή. Ωστόσο, εάν προσεγγίσει κανείς το πρόβλημα συνολικά, θα δει ότι είναι υπεύθυνα περίπου για το 20% της παρατηρούμενης νεογνικής θνησιμότητας και για το 10% των εισαγωγών σε παιδιατρικά νοσοκομεία. Εκτός αυτού, η έγκαιρη διάγνωσή τους (πρώτες ημέρες μετά τη γέννηση) μπορεί να επιτρέψει τη χορήγηση κατάλληλης αγωγής, ώστε να επιτευχθεί βελτίωση ή και αποφυγή δυσάρεστων κλινικών εκδηλώσεων.