Основные методы антропогенетики: генеалогический, близнецовый, цитогенетический, биохимический, популяционно-статистический, дерматоглифический

Генеалогический метод основан на прослеживании какого-либо признака в ряде поколений с указанием родственных связей (составление родословной).

Метод включает два этапа:

1. Сбор сведений о семье.

2. Генеалогический анализ.

Сбор сведений начинается от пробанда. Пробанд – лицо, родословную которого необходимо составить (Слюсарев, Жукова, 1987). Братья и сестры пробанда называются сибсы.

Для построения родословной применяются специальные символы (Рис. 7). Методы позволяют установить тип наследования признака: аутосомно-доминантный, аутосомно-рецессивный, сцепленный с Х-хромосомой доминантный, сцепленный с Х‑хромосомой рецессивный и Y‑сцепленный.

При аутосомно-доминантном наследовании ген проявляется в гетерозиготном состоянии у лиц обоих полов; сразу в первом поколении; большое количество больных, как по вертикали, так и по горизонтали. По такому типу наследуются веснушки, брахидактилия, катаракта, хрупкость костей, хондродистрофическая карликовость, полидактилия.

При аутосомно-рецессивном наследовании мутантный ген проявляется только в гомозиготном состоянии у лиц обоего пола. Как правило, у здоровых родителей (ген в гетерозиготном состоянии) рождаются больные дети. Признак проявляется не в каждом поколении. Так наследуются признаки: леворукость, рыжие волосы, голубые глаза, миопатия, сахарный диабет, фенилкетонурия.

При Х-сцепленном доминантном наследовании болеют лица обоего пола, чаще встречается у женщин. Так наследуются признаки: пигментный дерматоз, кератоз, пузырчатость стоп ног, коричневая эмаль зубов.

При Х-сцепленном рецессивном наследовании больны в основном лица мужского пола. В семье больны половина мальчиков, а 50% девочек – гетерозиготны по мутантному гену. Так наследуется гемофилия А и В, мышечная дистрофия Дюшена, дальтонизм.

При Y-сцепленном наследовании больны только мужчины. Такие признаки определяются голандрическими генами, например, гипертрихоз.

Близнецовый метод основан на изучении признаков, изменяющихся под влиянием условий жизни, у моно- и дизиготных близнецов. При генетических исследованиях близнецов необходимо сравнительно изучать оба типа. Только так можно оценить влияние разных условий среды на одинаковые генотипы (у монозигот), а также проявление разных генотипов в одинаковых условиях среды (у дизигот).

Сходство признаков у близнецов называется конкордантность, различия признаков – дискордантность. Сравнение степени сходства у двух групп близнецов позволяет судить о роли наследственности и среды в развитии патологических признаков. Метод основан на сравнительном изучении признаков близнецов. Он позволяет выявить перечень болезней с наследственной предрасположенностью, определить роль среды и наследственности в проявлении болезни. Для этого используют коэффициент наследственности (Н) и влияние среды (Е), которые вычисляют по формуле К. Хольцингера:

Н =(%MZ - %DZ/100 - %DZ) х 100

Е = 100 - Н, где:

MZ – конкордартность монозиготных близнецов, DZ – дизиготных.

Если значение Н=1, то признак в большей степени (100%) формируется под влиянием наследственных факторов; Н=0 – на признак влияет действие среды (100%); Н=0,5 – одинаковая степень влияние среды и наследственности.

Например: конкордантность монозиготных близнецов по заболеваемости шизофренией равна 70%, а дизиготных – 13%. Тогда Н=70-13/100-13=57/87=0,65 (65%). Следовательно, преобладание наследственности – 65%, а среды – 35%.

При помощи метода изучают:

1. Роль наследственности и среды в формировании признаков организма;

2. Конкретные факторы, усиливающие или ослабляющие влияние внешней среды;

3. Корреляцию признаков и функций;

Цитогенетический метод основан на микроскопическом исследовании хромосом, анализе кариотипа человека в норме и патологии. Изучение хромосомного набора проводят на метафазных пластинках лимфоцитов, фибробластов, культивируемых в искусственных условиях. Анализ хромосом проводят методом микроскопирования. Для идентификации хромосом проводят морфометрический анализ длины хромосомы и соотношение их плеч (центромерный индекс), затем проводят кариотипирование по Денверской классификации. Этот метод позволяет установить наследственные болезни человека, связанные с изменением числа и структуры хромосом, транслокациями, а также используются для построения генетических карт.

В 1969 году Т. Касперсон разработал метод дифференцированного окрашивания хромосом, который позволил идентифицировать хромосомы по характеру распределения окрашиваемых сегментов. Разнородность ДНК в разных участках по длине хромосомы обуславливает разное окрашивание сегментов (гетеро- и эухроматиновые участки). Этот метод позволяет выявлять анеуплоидии, хромосомные перестройки, транслокации, полиплоидии (трисомии по 13-й, 18-й, 21-й – аутосомам и их делеции). Делеции по 5-й хромосоме формируют синдром «кошачьего крика»; по 18-й – нарушение формирования скелета и умственную отсталость.

Если нарушения касаются половых хромосом, то применяется метод исследования полового хроматина. Половой хроматин (тельце Барра) – это спирализованная Х-хромосома, которая инактивируется у женского организма на 16-е сутки эмбрианального развития. Тельце Барра имеет дисковидную форму и обнаруживается в интерофазных клеточных ядрах млекопитающих и человека под ядерной мембраной. Половой хроматин может быть определен в любых тканях. Чаще всего исследуются эпителиальные клетки слизистой оболочки щеки (буккальный соскоб).

В кариотипе нормальной женщины имеются две Х-хромосомы, и одна из них образует тельце полового хроматина. Количество телец полового хроматина у человека и других млекопитающих на единицу меньше, чем число Х хромосом особи. У женщины с кариотипом Х0, ядра клеток не содержат полового хроматина. При трисомии (ХХХ) образуется 2 тельца, т.е. с помощью полового хроматина можно определить количество половых хромосом в мазках крови. В ядрах нейтрофилоцитов тельца полового хроматина имеют вид барабанных палочек, отходящих от ядра лейкоцитов.

В норме у женщин хроматин-положительные ядра составляют 20-40%, у мужчин – 1-3%.

В буккальном эпителии можно определить и Y хроматин. Он представляет собой интенсивно светящийся большой хромоцентр, расположенный в любой точке ядра. В норме у лиц мужского пола 20-90% ядер содержат Y хроматин.

Биохимические методы используются для диагностики болезней обмена веществ, причиной которых является изменение активности определенных ферментов (генные мутации). С помощью этих методов обнаружено более 500 молекулярных болезней.

При различных типах заболеваний удается определить либо сам аномальный фермент, либо промежуточные продукты обмена.

Методы включают несколько этапов:

1) Выявление на простых, доступных методиках (экспресс-методах), качественных реакциях продуктов обмена в моче, крови.

2) Уточнение диагноза. Для этого используются точные хроматографические методы определения ферментов, аминокислот, углеводов и т.д.

3) Применение микробиологических тестов, основанных на том, что некоторые штаммы бактерий могут расти на средах, содержащих только определенные аминокислоты, углеводы. Если в крови или моче есть требуемое для бактерии вещество, то на таком приготовленном субстрате наблюдается активное размножение бактерий, чего не бывает у здорового человека.

Биохимическими методами выявляются гемоглобинопатии, болезни нарушения обмена аминокислот (фенилкентонурия, алкаптонурия), углеводов (сахарный диабет, галактоземия), липидов (амавротическая идиотия), меди (болезнь Коновалова-Вильсона), железа (гемохроматозы) и др.

Популяционно-статистический метод позволяет рассчитать частоту гетерозиготного носительства патологического гена в человеческих популяциях, распределение генных и хромосомных аномалий. Метод использует демографические и статистические данные, математическая обработка которых основана на законе Харди-Вайнберга.

Исследование частоты распределения генов имеет важное значение для анализа распространения наследственных болезней человека. Известно, что подавляющее число рецессивных аллелей представлено в гетерозиготном состоянии. Закон Харди-Вайнберга позволяет выявить частоту носительства патологического гена при помощи равенств:

p+q=1, где p – частота встречаемости доминатного аллеля, q – частота рецессивного аллеля;

p²+2pq+q²=1, где p² – частота встречаемости доминантных гомозигот в популяции, 2pq – частота гетерозигот, q² – частота рецессивных гомозигот.

Метод дерматоглифики. Дерматоглифика изучает наследственно-обусловленные рельефы кожи на пальцах, ладонях и подошв стоп. На этих частях тела имеются эпидермальные выступы – гребни, которые образуют сложные узоры. Рисунки кожных узоров строго индивидуальны и генетически обусловлены. Процесс образования папиллярного рельефа происходит в течение 3-6 месяцев внутриутробного развития. Механизм образования гребней связан с морфогенетическими взаимоотношениями между эпидермисом и нижележащими тканями.

Гены, обеспечивающие формирование узоров на подушечках пальцев, участвуют в регуляции насыщения жидкостью эпидермиса и дермы.

Ген А – обуславливает появление дуги на пальцевой подушечке, ген W – появление завитка, ген L – появление петли. Таким образом, выделяют три основных типа узоров на подушечках пальцев. Частота встречаемости узоров: дуги – у 6%, петли – около 60%, завитки – 34%. Количественным показателем дерматоглифики является гребневой счет (число папиллярных линий между дельтой и центром узора; дельта – пункты сближения папиллярных линий, образующих фигуру в виде греческой буквы дельта Δ).

В среднем на одном пальце бывает 15-20 гребней, на 10-ти пальцах у мужчин – 144,98; для женщин – 127,23 гребней.

Ладонный рельеф (пальмоскопия) более сложный. В нем выявляют ряд полей подушечек и ладонных линий. У оснований II, III, IY, Y пальцев находятся пальцевые трирадиусы (а, в, с, d), у основания ладони – ладонный (t). Ладонный угол – a t d в норме не превышает 57º.

Кожные узоры наследственно обусловлены. Гребневой рельеф кожи наследуется полигенно.

На формирование дерматоглифических узоров могут оказывать некоторые повреждающие факторы на ранних стадиях эмбриогенеза (например, внутриутробное действие вируса краснухи дает отклонение в узорах сходные с болезнью Дауна).