Генетика человека

Генетика  человека.

1. Методы изучения  наследственности человека.

           1.1. Генеалогический, понятие о  генокопиях и фенокопиях.

           1.2. Близнецовый. 

           1.3. Цитогенетический:

                  1.3.1. Изучение кариотипа. 

                  1.3.2. Определение полового хроматина.

                  1.3.3.Методы пренатальной диагностики  (амниоцентоз,  ультразвуковое

сканирование,  фетоангиография,  фетоскопия,  биопсия  хормона,  молекулярная

цитогенетика).

           1.4. Дерматоглифический.

           1.5. Биохимический. 

           1.6. Метод генетики соматических  клеток.

           1.7. Моделирование (биологическое  и математическое).

           1.8. Популяционно- статистический.

            Изучение наследственности человека  затруднено невозможностью

использовать  гибридологический метод,  который  широко применяется в

генетике.  У  человека 23  группы сцепления,  большое  количество генов,  а число

потомков в  каждой семье очень небольшое.  Длительный период полового

созревания.  Полигенность многих признаков обусловлена взаимодействием

генов. 

             Благоприятно для генетики человека:

1) большое количество  супружеских пар с одинаковой  патологией;

2) человек всесторонне  изучен с использованием биохимических, 

физиологических и других методов.

1. Методы изучения наследственности  человека.

При изучении человека используются следующие методы:

1) генеалогический; 

2) близнецовый; 

3) цитогенетический;

4) биохимический; 

5) дерматоглифический;

6) популяционно-статистический;

7) методы моделирования;

8) метод гибридизации  соматических клеток.

           1.1. Генеалогический метод, понятие о генокопиях и фенокопиях.

          Этот метод основан на прослеживании  какого-либо нормального или

патологического признака в ряду поколений с указанием родственный связей

между членами  родословной.

           Сбор сведений начинается от  пробанда.  Пробандом называется  лицо,

родословную которого необходимо составить.  Метод включает два этапа:  сбор

сведений о  семье и генеалогический анализ.

            При составлении родословной  поколения можно обозначать римскими

цифрами сверху вниз (слева от родословной).  Потомство  одного поколения

(сибсы) располагается  в одном горизонтальном ряду  в порядке рождения (слева

направо).  В  пределах одного поколения каждый член обозначается арабскими

цифрами, в том  числе мужья и жены сибсов.            Генеалогический метод тем информативнее,  чем больше имеется

достоверных сведений о здоровье родственников больного.

           При анализе родословной в  первую очередь требуется установить, имеет ли

признак наследственный характер.  Если какой-либо признак  встречается в

родословной несколько  раз,  то можно думать о наследственной природе.  При

анализе родословной  могут встречаться фенокопии,  которые иммитируют

картину наследственных заболеваний.  Например,  какие-то внешние факторы

могут вызвать  сходные заболевания у членов одной семьи. Критинизм -  может

быть наследственным заболеванием,  а может быть вызван недостатком йода в

пище. Глухонемота -  может быть наследственно обусловленным заболеванием,

но глухонемой ребенок может родиться у женщины, перенесшей краснуху на 2-3

месяце беременности.

            В случае обнаружения наследственного  характера признака необходимо:

            1) Установить тип наследования:  аутосомно-доминантный,  аутосомно-

рецессивный, сцепленный с полом.

            2)  Определить вероятные генотипы  членов родословной. 

            3)   При несцепленном с полом  наследовании определить вероятность

рождения больных  или здоровых детей от той или иной супружеской пары.

     Основные признаки аутосомно-доминантного наследования: 

1) признак должен  выявляться у одного или обоих  родителей;

2) проявление  признака в равной мере у  представителей обоих полов;

3) наличие больных  во всех поколениях (по вертикали).

Например: короткопалость – брахидактилия

                   куриная слепота

                   близорукость

                   шестипалость

                   ахондроплазия – нарушение роста  трубчатых костей

                   синдактилия – рачья клешня

                  большие глаза

Доминантные мутации  сразу фенотипически проявляются  и элиминируют под

влиянием естественного  отбора.

         При аутосомно-рецессивном типе  наследования мутации накапливаются в

гетерозиготном  состоянии.  Родители больного ребенка чаще фенотипически

здоровы, но являются гетерозиготными носителями рецессивного гена. Признак

проявляется у  детей и внуков. Есть «проскальзывающие» поколения.

         Вероятность рождения больного  ребенка у гетерозигот 25%.  Переходу в

гомозиготное  состояние способствуют близкородственные  браки,  в 2-4  раза

ускоряющие  переход рецессивного признака в  гомозиготное состояние.

          Существует тип наследования,  сцепленный с полом.  Заболевания, 

обусловленные геном,  локализованным в Х-хромосоме,  могут быть как

доминантными,  так и рецессивными.  При доминантном  Х-сцепленном

наследовании  заболевание одинаково проявляется  как у мужчин, так и у женщин.

В этом случае женская  особь может передать этот ген  половине дочерей и

половине сыновей.  Вероятность передачи Х-хромосомы  с доминантным

мутантным геном  – 50%. Мужчина же передает этот ген  с Х-хромосомой всем

дочерям. Примером такого заболевания является особая форма рахита.      При  рецессивном наследовании заболеваниями, сцепленными с Х-хромосомой,

как правило, страдают мужчины. Гетерозиготная носительница – мать – передает

мутантный ген  половине сыновей (которые будут  больны)  и половине дочерей,

которые,  оставаясь  фенотипически здоровыми,  как  и   мать,  тоже являются

носительницами  и передают рецессивный ген вместе с Х-хромосомой

следующему  поколению.  Примерами таких заболеваний  являются цветовая

слепота (дальтонизм),  гемофилия.  В редких случаях эти  признаки могут

проявиться  и у женщин,  если ее отцом был  больной мужчина,  а мать была

гетерозиготна. 

         Генеалогический метод очень  трудоемок и не позволяет

отдифференцировать  влияние генотипа от условий среды.

          Это дает возможность сделать  близнецовый метод. 

1.2. Близнецовый метод.

              Близнецовый метод –  один из наиболее ранних методов изучения

генетики человека,  не утративший своего значения и в  настоящее время.  Как

правило,  у  человека рождается один ребенок,  но в среднем один случай на 84

новорожденных составляют двойки. Причем, у негров близнецы рождаются чаще,

чем у европейцев,  а у японцев реже,  чем у  европейцев.  Около ⅓ их числа  – 

монозиготные  близнецы.  Они развиваются из разъединившихся бластомеров

одной оплодотворенной  яйцеклетки и,  следовательно,  имеют  одинаковый

генотип. Дизиготные близнецы рождаются чаще (⅔ от общего числа двоен), они

развиваются из двух одновременно созревших и оплодотворенных  яйцеклеток.

Такие близнецы могут быть и однополые,  и разнополые. С генетической точки

зрения, они  сходны как обычные сибсы (брат и сестра). Если изучаемый признак

проявляется у  обоих близнецов пары,  то их называют конкордантными (лат. –

concordar –  быть  сходным).  Конкордантность –   это   процент сходства по

изучаемому  признаку.  Отсутствие признака у  одного из близнецов –

дискордантность. 

      Близнецовый метод используется  в генетике человека для того, чтобы оценить

степень влияния  наследственности и среды на развитие какого- либо нормального

или патологического  признака.  Поскольку у монозиготных близнецов

одинаковые генотипы, то имеющееся несходство вызывается условиями среды в

период либо внутриутробного развития,  либо формирования организма после

рождения. 

Для оценки роли наследственности в развитии того или  иного признака

производят  расчет по формуле Хольцингера:

Н = (% сходства ОБ – % сходства ДБ)/(100 – % сходства ДБ)

Н – коэффициент  наследственности (англ. heredity – наследственность).

При Н = 1 признак  полностью определяется наследственным компонентом, при Н

= 0  определяющую  роль играет влияние среды.  Коэффициент,  близкий к 0,5

свидетельствует о примерно одинаковом влиянии наследственности и среды на

формирование  признака.

Чем больше разница  в конкордантности между одно-  и разнояйцовыми

близнецами,  тем с большей уверенностью можно  говорить, что данный признак

наследственно обусловлен.

1.3. Цитогенетический метод.      Цитогенетический метод основан на микроскопическом исследовании

хромосом и  изучении кариотипа. 

       Кариотип –  совокупность морфологических  особенностей полного

хромосомного  набора, свойственного клеткам данного вида.

        Этот метод позволяет выявить  аномалии в кариотипе человека:  геномные,

хромосомные мутации.

Цитогенетический  метод включает три методики:

1)  изучение  кариотипа; 

2)  определение  полового хроматина; 

3) методы пренатальной диагностики. 

        Хромосомы  выделяют, культивируя клетки человека (клетки костного мозга, 

фибробластов,  лейкоцитов периферической крови,  стимулированных  к делению

фитогемаглютинином). Добавление колхицина останавливает процесс  митоза на

стадии метафазы,  затем  клетки обрабатывают гипотоническим раствором.  В

результате набухания  и разрыва клеточных мембран  хромосомы оказываются

лежащими свободно и на некотором расстоянии друг от друга.  Хромосомы

окрашивают  специальными красителями. Это дает возможность подсчитывать их

и анализировать.  Непосредственно,  путем визуального  наблюдения под

микроскопом это  сделать трудно,  поэтому обычно делают микрофотографии,  а

затем вырезают отдельные хромосомы и располагают их в порядке убывающей

величины,  то есть производят построение идеограммы или кариограммы,  на

основании которой  судят о количестве хромосом и  их структуре.

              Для идентификации хромосом применяют  количественный

морфометрический  анализ.  С этой целью проводят измерение абсолютной

длины хромосомы  в микрометрах. Относительную длину  хромосомы определяют

отношением  общей длины хромосомы к суммарной  длине всех хромосом

гаплоидного набора женского кариотипа. Определяют также  соотношение длины

короткого плеча  к длине всей хромосомы (центромерный индекс).   

В 1960  г.  была разработана первая Международная  классификация хромосом

человека (Денверская).  В основу ее были положены особенности  величины

хромосом и  расположение первичной перетяжки.  По форме и общим размерам

все аутосомы человека подразделяют на 7 групп, обозначаемых буквами A, B, C,

D, E, F, G.  Все  хромосомы имеют порядковые номера.  Наиболее крупная пара

гомологичных  хромосом имеет № 1, следующая –  № 2 и т.д. Половые хромосомы

Х и Y выделяют отдельно.

             Однако идентификация хромосом  по указанным признакам очень

затруднительна. В конце 60-х годов для изучения хромосом были использованы

флюоресцентные  красители,  в частности акрихин-иприт  и его производные.

Последующее изучение в люминесцентном микроскопе показало,  что каждая

хромосома дает строго специфичный рисунок свечения. При чем способностью к

акрихиновой флюоресценции  обладают хромосомы человека,  гориллы  и

шимпанзе.  В  интерфазном ядре этим методом выявляется Y-хромосома,  у

которой ярко светится часть длинного плеча.

Если нарушения  касаются половых хромосом, то диагностика  упрощается. В этом

случае проводится неполное кариотипирование,  а применяется  метод

исследования  полового хроматина в соматических клетках. 

             Половой хроматин –  это  небольшое дисковидное тельце,  интенсивно

окрашивающееся  основными красителями.  Оно обнаруживается в интерфазных

клеточных ядрах  млекопитающих и человека непосредственно  под ядерноймембраной. Половой хроматин обнаружили впервые в 1949 г. М. Барр и Бертрам

в нейронах кошки.  Исследователи обратили внимание,  что он присутствует

только в  ядрах клеток самок и отсутствует  у самцов.  Впоследствии было

уточнено,  что  половой хроматин имеется в большинстве  клеточных ядер самок

(60 – 70%), у  самцов его обычно нет, либо  встречается очень редко (3 –  5%).

         Половой хроматин представляет  собой спирализованную Х-хромосому, 

которая у женщин претерпевает инактивацию еще в  раннем эмбриогенезе до

развития половых  желез.

        Половой хроматин чаще всего исследуют   в эпителиальных клетках

слизистой оболочки щеки (буккальный соскоб).  Это экспресс-метод  при

массовых обследованиях  населения.

        В кариотипе нормальной женщины  имеются две Х-хромосомы, и  одна из них

образует тельце полового хроматина.  Количество телец полового хроматина у

человека на единицу меньше,  чем число  Х-хромосом.  У женщины,  имеющей