Методы генетики человека üДля генетических исследований человек

Методы генетики человека

üДля генетических исследований человек является неудобным объектом, так как у человека: невозможно экспериментальное скрещивание; большое количество хромосом; поздно наступает половая зрелость; малое число потомков в каждой семье; невозможно уравнивание условий жизни для потомства. üВ генетике человека используется ряд методов исследования.

М ЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ГЕНЕТИКИЧЕЛОВЕКА v 1. Клинико-генеалогический метод (составление родословных, предложил в 1865 г. Ф. Гальтон). v 2. Близнецовый метод (предложил в 1875 г. Ф. Гальтон). v 3. Дерматоглифический метод (предложил в 1892 г. Ф. Гальтон). v 4. Популяционно статистический метод (предложили в 1908 г. Г. Харди и В. Вайнберг). v 5. Цитогенетический метод (предложили в 1956 г. Д. Тийо и А. Левин). v 6. Биохимический метод. v 7. Молекулярно-генетический метод

Генеалогический метод Использование этого метода возможно в том случае, когда известны прямые родственники — предки обладателя наследственного признака (пробанда) по материнской и отцовской линиям в ряду поколений или потомки пробанда также в нескольких поколениях. При составлении родословных в генетике используется определенная система обозначений. После составления родословной проводится ее анализ с целью установления характера наследования изучаемого признака.

Сбор данных начинается с пробанда - человека, родословную которого нужно составить. Братья и сестра его называются сибсы. Для составления родословной применяют условные обозначения и делают графические изображения

Наследование Аутосомнодоминантное Х-сцепленное доминантное Аутосомнорецессивное Х-сцепленное рецессивное У-сцепленное

Генеалогический метод Благодаря генеалогическому методу были определены типы наследования многих признаков у человека. Так, по аутосомно-доминантному типу наследуются полидактилия (увеличенное количество пальцев), возможность свертывать язык в трубочку, брахидактилия (короткопалость, обусловленная отсутствием двух фаланг на пальцах), веснушки, раннее облысение, сросшиеся пальцы, заячья губа, волчья пасть, катаракта глаз, хрупкость костей и многие другие. Альбинизм, рыжие волосы, подверженность полиомиелиту, сахарный диабет, врожденная глухота и другие признаки наследуются как аутосомно-рецессивные.

Генеалогический метод Доминантный признак — способность свертывать язык в трубочку (1) и его рецессивный аллель — отсутствие этой способности (2). 3 — родословная по полидактилии (аутосомнодоминантное наследование).

Т ИПЫ РОДОСЛОВНЫХ аутосомно-доминантного типа аутосомно-рецессивного типа

А УТОСОМНОДОМИНАНТНЫЙ ТИП НАСЛЕДОВАНИЯ АД) ( Болезнь встречается в каждом поколении родословной. Соотношение больных мальчиков и девочек равное. Вероятность рождения больного ребенка, если болен один из родителей, равна 50%. Могут быть пропуски в поколениях из-за малой экспрессивности и низкой пенетрантности или наличия эпистатического гена

П ОЛИДАКТИЛИЯ u Клинические признаки: существует два варианта: u тип А, при котором дополнительный палец функционален, и тип В, когда дополнительный палец недоразвит и представляет собой кожный вырост. u Тип наследования: АД u Популяционная частота – от 1: 3000 до 1: 650

А УТОСОМНО РЕЦЕССИВНЫЙ ТИП НАСЛЕДОВАНИЯ( АР) Больной ребенок рождается у клинически здоровых родителей. Болеют сибсы, т. е. братья и сестра. Оба пола поражаются одинаково. Чаще встречается при кровно-родственных браках. Если больны оба супруга, то все дети будут больными.

Т ИПЫ РОДОСЛОВНЫХ сцепленного с полом доминантного типа голандрического типа сцепленного с полом рецессивного типа

Х – СЦЕПЛЕННЫЙДОМИНАНТНЫЙ ТИП НАСЛЕДОВАНИЯ( Х-Д) Если отец болен – болеют все дочери, все сыновья здоровы. Если болен один из родителей – болеют дети. У здоровых родителей все дети здоровые Мать больна – вероятность болезни у детей независимо от пола – 50% Больных женщин в 2 раза больше, чем больных мужчин

Х – СЦЕПЛЕННЫЙ РЕЦЕССИВНЫЙТИП НАСЛЕДОВАНИЯ( Х-Р) Гемизиготность у мужчин Заболевают преимущественно мужчины Сын никогда не наследует заболевание отца Если пробанд женщина, то ее отец обязательно болен. Гетерозиготная носительница – мать передает мутантный ген половине дочерей и сыновей.

С ИНДРОМ К ОФФИНАЛ ОУРИ Синдром впервые описан в 1966 г. Клинические признаки: антимонголоидный разрез глаз, гипертелоризм, луковицеобразный нос, низкий рост, конусовидные пальцы , открытый рот, полные губы, квадратный лоб, массивный подбородок, килевидная грудная клетка, сколиоз, умственная отсталость (IQ ниже 50). Тип наследования: Х-сцепленный доминирующий. Популяционная частота – неизвестна (клиника у мужчин ярко выражена, у женщин чаще стертая)

Y – СЦЕПЛЕННЫЙТИП НАСЛЕДОВАНИЯ Голандрический тип наследования Передача только по мужской линии

Гипертрихоз Ихтиоз- заболевание кожи. Рыбья чешуя

Генеалогический метод Использование генеалогического метода показало, что при родственном браке, по сравнению с неродственным, значительно возрастает вероятность появления уродств, мертворождений, ранней смертности в потомстве. В родственных браках рецессивные гены чаще переходят в гомозиготное состояние, в результате развиваются те или иные аномалии. Примером этого является наследование гемофилии в царских домах Европы. Наследование гемофилии в царских домах Европы: — гемофилик; — женщинаноситель.

Близнецовый метод Близнецами называют одновременно родившихся детей. Они бывают монозиготными (однояйцевыми) и дизиготными (разнояйцевыми). Монозиготные близнецы развиваются из одной зиготы (1), которая на стадии дробления разделилась на две (или более) части. Поэтому такие близнецы генетически идентичны и всегда одного пола. Монозиготные близнецы характеризуются большой степенью сходства (конкордантностью) по многим признакам. Дизиготные близнецы развиваются из двух или более одновременно овулировавших и оплодотворенных разными сперматозоидами яйцеклеток (2). Поэтому они имеют различные генотипы и могут быть как одного, так и разного пола. 1 — монозиготные близнецы 2 — дизиготные близнецы

Б ЛИЗНЕЦОВЫЙ МЕТОД Монозиготные близнецы (однояйцевые) Дизиготные близнецы (двуяйцевые)

И СПОЛЬЗУЕТСЯ : Для определения соотносительной роли наследственности и среды в формировании признаков Для выявления наследственности признака Для определения пенетрантности и экспрессивности Для оценки эффективности действия лекарственных препаратов, обучения, воспитания.

Двойни встречаются 1/84 новорожденных, 1/3 из них – монозиготные (однояйцовые – близнецы), остальные дизиготные (двуяйцовые – двойняшки). Сходные признаки у близнецов называются – конкордантными

Близнецовый метод В отличие от монозиготных, дизиготные близнецы характеризуются дискордантностью — несходством по многим признакам. Признаки Конкордантность, % Монозиготные близнецы Дизиготные близнецы Нормальные Группа крови (АВ 0) 100 46 Цвет глаз 99, 5 28 97 23 Цвет волос Патологические Косолапость 32 3 «Заячья губа» 33 5 Бронхиальная астма 19 4, 8 Корь 98 94 Туберкулез 37 15 Эпилепсия 67 3 Шизофрения 70 13

Близнецовый метод Благодаря близнецовому методу, была выяснена наследственная предрасположенность человека к ряду заболеваний: шизофрении, эпилепсии, сахарному диабету и другим. Наблюдения за монозиготными близнецами дают материал для выяснения роли наследственности и среды в развитии признаков. Причем под внешней средой понимают не только физические факторы среды, но и социальные условия.

Цитогенетический метод Основан на изучении хромосом человека в норме и при патологии. В норме кариотип человека включает 46 хромосом — 22 пары аутосом и две половые хромосомы. Материалом для кариотипического анализа чаще всего являются лимфоциты крови. Лимфоциты культивируются в особой питательной среде, в состав которой добавлены вещества, «заставляющие» лимфоциты интенсивно делиться митозом. Через некоторое время в культуру клеток добавляют токсические вещества, которые останавливает митоз на уровне метафазы. Именно во время метафазы хромосомы являются наиболее конденсированными. Далее клетки переносятся на предметные стекла, сушатся и окрашиваются различными красителями. Окраска может быть а) рутинной (хромосомы окрашиваются равномерно), б) дифференциальной (хромосомы приобретают поперечную исчерченность, причем каждая хромосома имеет индивидуальный рисунок). Рутинная окраска позволяет выявить геномные мутации, определить групповую принадлежность хромосомы, узнать, в какой группе изменилось число хромосом. Дифференциальная окраска позволяет выявить хромосомные мутации, определить хромосому до номера, выяснить вид хромосомной мутации

К АРИОТИП ЧЕЛОВЕКАВ НОРМЕ

Ц ИТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД

Цитогенетический метод Использование данного метода позволило выявить группу болезней, связанных либо с изменением числа хромосом, либо с изменениями их структуры. Такие болезни получили название хромосомных. К числу хромосомных заболеваний относятся: синдром Клайнфельтера, синдром Тернера-Шерешевского, синдром Дауна, синдром Патау, синдром Эдвардса и другие. Больные с синдромом Клайнфельтера (47, ХХY) всегда мужчины. Они характеризуются недоразвитием половых желез, дегенерацией семенных канальцев, часто умственной отсталостью, высоким ростом (за счет непропорционально длинных ног).

Кариотип девочки с синдромом Шерешевского-Тернера Синдром Тернера-Шерешевского (45, Х 0) наблюдается у женщин. Он проявляется в замедлении полового созревания, недоразвитии половых желез, аменорее (отсутствии менструаций), бесплодии. Женщины с синдромом Тернера-Шерешевского имеют малый рост, тело диспропорционально — более развита верхняя часть тела, плечи широкие, таз узкий — нижние конечности укорочены, шея короткая со складками, «монголоидный» разрез глаз и ряд других признаков.

С ИНДРОМ Д АУНА Кариотип девочки с синдромом Дауна Синдром Дауна — одна из самых часто встречающихся хромосомных болезней. Она развивается в результате трисомии по 21 аутосоме(47; 21, 21). Болезнь легко диагностируется, так как имеет ряд характерных признаков: укороченные конечности, маленький череп, плоское, широкое переносье, узкие глазные щели с косым разрезом, наличие складки верхнего века, психическая отсталость. Часто наблюдаются и нарушения строения внутренних органов.

Х РОМОСОМНЫЕБОЛЕЗНИ (АНОМАЛИИ АУТОСОМ ) Синдром Патау (трисомия по 13 паре) Синдром Дауна (трисомия по 21 паре) Синдром Эдвардса (трисомия по 18 паре)

Цитогенетический метод Хромосомные болезни возникают и в результате изменения самих хромосом. Так, делеция р-плеча аутосомы 5 приводит к развитию синдрома «кошачий крик» . У детей с этим синдромом нарушается строение гортани, и они в раннем детстве имеют своеобразный «мяукающий» тембр голоса. Кроме того, наблюдается отсталость психомоторного развития и слабоумие. Чаще всего хромосомные болезни являются результатом мутаций, произошедших в половых клетках одного из родителей.

Ц ИТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД ПОЗВОЛЯЕТ УСТАНОВИТЬ нарушение количества хромосом изменение структуры хромосом в каком поколении появилась мутация причину наследственной патологии

Э КСПРЕСС– МЕТОДЫИ МЕТОДЫПРЕНАТАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ в семье наследственные заболевания возраст матери старше 35 лет, отца – 40 гетерозиготность матери по Х-сцепленному рецессивному заболеванию беременность женщин с тяжелой предыдущей беременностью структурные перестройки хромосом у одного из родителей синдром ломкой Х- хромосомы беременные в зоне неблагоприятных условий среды

Биохимический метод Позволяет обнаружить нарушения в обмене веществ, вызванные изменением генов и, как следствие, изменением активности различных ферментов. Наследственные болезни обмена веществ подразделяются на болезни углеводного обмена (сахарный диабет), обмена аминокислот, липидов, минералов и др. Фенилкетонурия относится к болезням аминокислотного обмена. Блокируется превращение незаменимой аминокислоты фенилаланин в тирозин, при этом фенилаланин превращается в фенилпировиноградную кислоту, которая выводится с мочой. Заболевание приводит к быстрому развитию слабоумия у детей. Ранняя диагностика и диета позволяют приостановить развитие заболевания.

Б ИОХИМИЧЕСКИЙМЕТОД – ИЗУЧЕНИЕ СОСТАВАВНУТРЕННИХ СРЕД ОРГАНИЗМА (ГРУППЫКРОВИ СЫВОРОТОЧНЫЕ , БЕЛКИИ Т. Д. ) С ЦЕЛЬЮ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТАИ ХАРАКТЕРА МУТАЦИЙ Серповидно-клеточная анемия N вал-гис-лей-тре-про-глутаминовая к. -глу-лиз-. . * вал-гис-лей-тре-про-валин-глу-лиз-. .

Б ИОХИМИЧЕСКИЙМЕТОД • Биохимический метод – метод обнаружения изменений в биохимических параметрах организма, связанных с изменением генома. • Биохимический микроанализ позволяет обнаружить нарушение в одной клетке. Таким образом, можно установить диагноз у неродившегося ребёнка по отдельным клеткам, находящимся в околоплодной жидкости беременной женщины для таких болезней как сахарный диабет, фенилкетонурия и пр.

Экспресс-методы позволяют выявить биохимические нарушения у новорожденных определить зиготность предотвратить рождение ребенка с тяжелыми наследственными заболеваниями снизить близнецов идентифицировать личность определить Методы пренатальной диагностики позволяют отцовство частоту наследственной патологии новорожденных

Популяционностатистический метод Это метод изучения распространения наследственных признаков (наследственных заболеваний) в популяциях. Существенным моментом при использовании этого метода является статистическая обработка получаемых данных. Под популяцией понимают совокупность особей одного вида, длительное время обитающих на определенной территории, свободно скрещивающихся друг с другом, имеющих общее происхождение, определенную генетическую структуру и в той или иной степени изолированных от других таких совокупностей особей данного вида. Популяция является не только формой существования вида, но и единицей эволюции, поскольку в основе микроэволюционных процессов, завершающихся образованием вида, лежат генетические преобразования в популяциях.

Популяционностатистический метод Изучением генетической структуры популяций занимается особый раздел генетики — популяционная генетика. У человека выделяют три типа популяций: 1) панмиктические, 2) демы, 3) изоляты, которые отличаются друг от друга численностью, частотой внутригрупповых браков, долей иммигрантов, приростом населения. Население крупного города соответствует панмиктической популяции. В генетическую характеристику любой популяции входят следующие показатели: 1) генофонд (совокупность генотипов всех особей популяции), 2) частоты генов, 3) частоты генотипов, 4) частоты фенотипов, система браков, 5) факторы, изменяющие частоты генов. Для выяснения частот встречаемости тех или иных генов и генотипов используется закон Харди-Вайнберга.

Закон Харди-Вайнберга В идеальной популяции из поколения в поколение сохраняется строго определенное соотношение частот доминантных и рецессивных генов, а также соотношение частот зигот p + q = 1 р2 + 2 pq + q 2 = 1 где p — частота встречаемости доминантного гена А; q — частота встречаемости рецессивного гена а; р2 — частота встречаемости гомозигот по доминантным генам АА; 2 pq — частота встречаемости гетерозигот Аа; q 2 — частота встречаемости гомозигот по рецессивным генам аа.

Закон Харди-Вайнберга Идеальной популяцией является достаточно большая, панмиктическая (панмиксия — свободное скрещивание) популяция, в которой отсутствуют: мутационный процесс, естественный отбор, миграции и другие факторы, нарушающие равновесие генов. Понятно, что идеальных популяций в природе не существует, в реальных популяциях закон Харди. Вайнберга используется с поправками. Закон Харди-Вайнберга, в частности, используется для примерного подсчета носителей рецессивных генов наследственных заболеваний.

Задача с решением Например, если известно, что фенилкетонурия встречается с частотой 1: 10000 и наследуется по аутосомно-рецессивному типу, можно посчитать частоту встречаемости гетерозигот и гомозигот по доминантному признаку. Больные фенилкетонурией имеют генотип q 2(аа) = 0, 0001. Отсюда q = 0, 01. p = 1 — 0, 01 = 0, 99. Частота встречаемости гетерозигот равна 2 pq, равна 2 х 0, 99 х 0, 01 ≈ 0, 02 или ≈ 2%. Частота встречаемости гомозигот по доминантному и рецессивному признакам: АА = p 2 = 0, 992 = 0, 9801 ≈ 98%, аа = q 2 = 0, 012 = 0, 0001 = 0, 01%.

З АДАЧА С РЕШЕНИЕМ В одном из городов при обследовании населения на резус-фактор, 16% людей оказалось резусотрицательными, а 84% людей – резус-положительными. Определить частоту людей с генотипами АА, Аа, аа. Решение q 2 аа = 16% или 0, 16, q = 0, 40 или 40% 1 -q=p; 1 -0, 40=0, 60 или 60% p 2 AA= 0, 36 или 36% 2 pq. Aa=2 x 0, 60 x 0, 40=0. 48 или 48% Вывод: 36% имели положительный резус с генотипом АА, 48% с генотипом Аа, 16% с генотипом aа.

Закон Харди-Вайнберга Изменение равновесия генотипов и аллелей в панмиктической популяции происходит под влиянием постоянно действующих факторов, к которым относятся: мутационный процесс, популяционные волны, изоляция, естественный отбор, дрейф генов, эмиграция, иммиграция, инбридинг. Именно благодаря этим явлениям возникает элементарное эволюционное явление — изменение генетического состава популяции, являющееся начальным этапом процесса видообразования.

Генетика человека