Этот весьма сложный процесс часто идет не так, как надо, создавая эмбрион с хромосомной аномалией[448]. У людей должно быть сорок шесть хромосом, сорок четыре из которых аутосомные, а две — половые хромосомные (XX или XY). Как часть процесса оплодотворения, хромосомы матери и отца должны реплицироваться, встретиться и объединиться, чтобы оплодотворенная яйцеклетка была готова к делению на две части. Ошибки встречаются часто и могут привести к тому, что эмбрион получит неправильное количество хромосом. В сперматозоиде может полностью отсутствовать одна хромосома, так что эмбрион в конечном итоге получает только одну копию, а не две. И наоборот, сперматозоид или яйцеклетка до оплодотворения могут приобрести две копии хромосомы, а не одну, так что яйцеклетка в конечном итоге получает дополнительную копию. Любые ошибки на этом этапе будут переданы каждой клетке в человеческом организме, поскольку все они произошли от одной оплодотворенной яйцеклетки.

Рассмотрим, что происходит, если присутствует только одна аутосомная хромосома. Во-первых, эмбрион подвержен высокому риску генетического заболевания. Как и при Х-хромосомных заболеваниях у мужчин, таких как гемофилия, у эмбриона будет отсутствовать запасная копия сотен, если не тысяч генов. Следовательно, не будет никакого спасения от последствий любой вредной мутации в этой единственной хромосоме. Во-вторых, количество белка, вырабатываемого каждым геном, может уменьшиться, если белок производится одним геном вместо двух. Отсутствие какой-либо аутосомной хромосомы абсолютно смертельно на ранних стадиях беременности.

Более терпимая ситуация наблюдается при отсутствии части хромосомы. Дети, рожденные с синдромом Лежена, известным также как синдром кошачьего крика, имеют низкий вес при рождении, затрудненное дыхание и деформированную гортань, вызывающую характерный плач у младенцев, похожий на кошачий. Люди с синдромом кошачьего крика имеют отличительные черты вроде маленькой головы и подбородка, необычно круглого лица, маленькой переносицы и складок кожи над глазами. Часто встречаются проблемы с костями скелета, пороки сердца, плохой мышечный тонус и проблемы со слухом или зрением. Дети медленно учатся ходить и говорить, у них возникают поведенческие проблемы, такие как гиперактивность или агрессия, и тяжелая умственная отсталость. Примерно один из 30 000 новорожденных страдает этим заболеванием[449].

Французский генетик Жером Лежен обнаружил причину синдрома кошачьего крика в 1963 году. Он также нашел генетическую аномалию, вызывающую синдром Дауна. Синдром кошачьего крика вызван делецией (потерей участка хромосомы) в хромосоме 5. Таким образом, альтернативное название этого состояния — 5p— (5p минус)[450]. Размер делеции варьируется от человека к человеку, что делает уникальными всех детей с синдромом кошачьего крика, но есть одна критическая область хромосомы, в которой отсутствие гена CTNND2 при синдроме кошачьего крика ответственно за тяжелую умственную отсталость[451],[452]. Ген CTNND2 кодирует белок дельта-катенин, который играет решающую роль в функционировании клеток головного мозга и раннем развитии нервной системы. Отсутствие гена CTNND2 оказывает доминирующее влияние, вызывая нарушения интеллекта. В 85 % случаев делеция, вызывающая синдром кошачьего крика, происходит случайно, обычно во время развития сперматозоидов. Иногда, однако, синдром наследуется от родителей, когда части родительской хромосомы поменялись местами или были разорваны и прикреплены в обратном порядке. Тогда с самими родителями все будет в порядке, так как у них имеются все необходимые гены, но в хромосомах, которые они передадут своим детям, теперь могут произойти поломки.

Наиболее частая хромосомная проблема — наличие дополнительной копии хромосомы, обычно полученной от аномальной сперматозоидной клетки. Гораздо опаснее иметь дополнительную аутосомную хромосому, а не дополнительную X или Y-хромосому, при этом только три условия могут привести к рождению ребенка.

Синдром Патау вызывается дополнительной хромосомой 13. Большинство плодов с синдромом Патау ждет выкидыш или аборт, а в случае рождения 90 % детей с этим синдромом умирают в течение первого года жизни из-за серьезных проблем с мозгом и нервной системой, костями, мышцами, почками и гениталиями. Дополнительная хромосома 18 вызывает синдром Эдвардса с пороками почек и сердца, маленькой головой и серьезными интеллектуальными проблемами. Опять же у большинства случаются выкидыши или прерывание беременности, и дети чаще всего не доживают до года.

Наиболее распространенным заболеванием с дополнительной аутосомной хромосомой стал синдром Дауна, при котором, как обнаружил Жером Лежен, может быть три копии хромосомы 21. Хромосома с наименьшим числом генов, кодирующих белок, — это Y-хромосома с примерно 70 генами; следующая — хромосома 21 с примерно 230 генами, что, по-видимому, объясняет, почему дополнительные копии Y-хромосомы или хромосомы 21 менее проблемны, чем другие. Реже случается, что у некоторых детей с синдромом Дауна есть смесь клеток — некоторые с дополнительной хромосомой 21, а некоторые с обычными 46, — и у них, как правило, более слабые симптомы. Иногда общее число хромосом в клетках остается нормальным — 46, но полная или частичная копия хромосомы 21 присоединяется к другой хромосоме, обычно к хромосоме 14. Наличие дополнительных генов обусловливает некоторые особенности синдрома Дауна. Например, ген APP, связанный с болезнью Альцгеймера, обнаружен в хромосоме 21. Таким образом, у людей с синдромом Дауна будет дополнительная копия APP, что обеспечит им больше бета-амилоида и начало болезни Альцгеймера в более раннем возрасте в дополнение к другим проблемам со здоровьем.

Хорошо известно, что синдром Дауна вызывает характерные черты лица, медленный рост и умственную отсталость. Обычно средний IQ молодого взрослого с синдромом Дауна составляет 50, что эквивалентно девятилетнему ребенку, хотя существуют большие различия, так что многие с этим синдромом могут жить независимо. Детей с синдромом Дауна часто описывают как милых и доброжелательных. Этот синдром встречается примерно в одной из 300 беременностей, хотя вероятность сильно зависит от возраста и увеличивается с менее 0,1 % у двадцатилетних матерей до 10 % у женщин в возрасте сорока девяти лет. Женщины теряют фертильность в этом возрасте, возможно, как раз потому, что риск хромосомных проблем становится таким высоким. Однако 80 % детей с синдромом Дауна рождаются у женщин в возрасте до тридцати пяти лет, которые часто понятия не имеют, что вынашивают ребенка с синдромом Дауна, пока он не родится.