Близнецовый метод изучения генетики человека.

Методы изучения наследственности человека.

 

Методы изучения генетики человека.

Для обеспечения своего здоровья и здоровья всех будущих поколений человеку надо знать свою собственную генетику так же хорошо, как генетику растений животных, микроорганизмов. Но в изучении генетики человека существуют определённые трудности:

1) невозможность применения основного метода генетики – гибридологического, невозможность постановки экспериментов по скрещиванию, подбор родительских пар;

2) медленная смена поколений и небольшое число детей в каждой семье;

3) поздно наступающая (сравнительно) половая и социальная зрелость;

4) биологическая и социальная ценность каждого индивидуума;

5) отсутствие родословных записей в большинстве семей.

Всё, что известно сейчас о наследственности человека, выявлено наукой в результате применения специальных методов исследования:

1) Генеалогического

2) Близнецового

3) Цитогенетического

4) Биохимического

5) Популяционно-статистического.

Генеалогический метод.

Генеалогический метод – это метод изучения родословных, с помощью которого прослеживается распределение болезни (признака) в семье или в роду с указанием типа родственных связей между членами родословной. Этот метод часто называют клинико-генеалогическим, поскольку речь идёт об изучении патологических признаков (болезней) в семье с привлечением приёмов клинического обследования.

Метод был введён в конце XIX века Ф. Гальтоном, хотя эмпирические наблюдения над родословными, в которых отмечалась передача патологических признаков или болезней, известны уже давно. Этим методом выявлены доминантные (карие глаза, курчавые волосы, карликовость и др.) и рецессивные (голубые глаза, прямые волосы, нормальный рост и др.) признаки у человека.

Метод позволяет установить:

1) является ли данный признак наследственным;

2) тип и характер наследования;

3) зиготность лиц родословной;

4) пенентрантность гена;

5) вероятность рождения ребёнка с данной наследственной патологией.

При клинико-генеалогическом анализе выделяют три последовательных этапа:

- сбор данных о всех родственниках обследуемого (анамнез);

- - составление родословной и её графическое изображение;

- анализ родословной и выводы.

Сбор сведений о семье начинается с пробанда – индивида, для которого составляется родословная, чаще всего больного или носителя изучаемого признака. Информация должна касаться не только наличия конкретного заболевания или патологического признака, но и всех случаев абортов, мёртворождений, ранней детской смертности и любых других заболеваниях, встречающихся среди членов семьи. Данные нужно получить с обеих сторон по отцовской и материнской линиям, чтобы наиболее полно составить родословную.

Родословная составляется снизу вверх, начиная с пробанда, по восходящим и нисходящим боковым направлениям. Дети одной родительской пары называются сибсами и изображаются на одном «коромысле» в порядке рождения. Все индивиды одного поколения должны располагаться строго в один ряд. Поколения обозначаются римскими цифрами сверху вниз слева от родословной.

· Символы, используемые при составлении родословной, приводятся в таблице.

Графическое изображение родословной должно сопровождаться «легендой родословной», в которой указывается состояние здоровья члена родословной, информация о котором важна для понимания характера наследования заболевания или особенностей его клинического проявления, возраст начала и характер течения заболевания у поражённых, причину смерти и возраст на момент смерти члена родословной, описание методов диагностики и идентификации заболеваний.

Генеалогический анализ родословной предполагает установление наследственного характера признака, типа наследования и решение поставленной генетической задачи.

Если в родословной встречается один и тот же признак несколько раз, можно думать о его наследственной природе. Чтобы установить тип наследования, надо знать признаки родословных по основным типам наследования.

 

 

3. Критерии родословных при различных типах наследования:

а) Критерии родословных аутосомно-доминантного типа наследования:

· заболевание проявляется в каждом поколении – «вертикальный тип»;

· каждый ребёнок родителя, больного А-Д заболеванием, имеет 50%-ный риск унаследовать его;

· непоражённые дети больных родителей свободны от мутантного гена и имеют здоровых детей;

· заболевания наследуются лицами мужского и женского пола одинаково часто и со сходной клинической картиной.

· Вероятность наследования 100%, 75%, 50%.

При неполном доминировании у гибридов будет проявляться промежуточная форма наследования. При неполной пенентрантности гена больные могут быть не в каждом поколении.

б) Критерии родословных аутосомно-рецессивного типа наследования:

· больные дети рождаются у здоровых фенотипически родителей, которые являются гетерозиготными носителями патологического гена;

· заболевание не зависит от пола ребёнка;

· повторный риск рождения ребёнка с А-Р заболеванием составляет 25%;

· «горизонтальное» распределение больных в родословной, т. е. пациенты встречаются в пределах потомства одной родительской пары;

· в браке двух поражённых родителей все дети будут больны;

· в браке поражённого индивида и гетерозиготного носителя того же мутантного аллеля риск для будущих детей составит 50% (псевдодоминирование);

· чаще проявляются в близкородственных браках;

· вероятность наследования 25%, 50%, 100%.

По А-Р типу наследуется абсолютное большинство наследственных заболеваний обмена веществ (ферментопатий).

в) Сцепленное с полом наследование.

Наследование, сцепленное с Х-хромосомой.

Гены, локализованные в половых хромосомах, по - разному распределяются у мужчин и женщин. У женщин имеются две Х-хромосомы и она, унаследовав патологический аллель, будет гетерозиготной, а мужчина – гемизиготным. Этим определяются основные различия в частоте и тяжести поражения различных полов при Х-сцепленном наследовании, как доминантном, так и рецессивном.

Критерии родословных Х-сцепленного доминантного типа наследования:

· болезнь встречается у женщин в родословных примерно в 2 раза чаще;

· больной мужчина передаёт мутантный аллель всем своим дочерям и не передаёт сыновьям, поскольку последние получают от отца Y-хромосому;

· больные женщины передают мутантный аллель 50% своих детей независимо от пола

· женщины в случае болезни страдают менее тяжело – они гетерозиготны, чем мужчины – они гемизиготны.

При крайней степени выраженности индивиды женского пола - больные живут, мужского пола - гибнут ещё внутриутробно.

 

Рецессивный Х-сцепленный тип наследования - это наследование рецессивных признаков, детерминированных генами, сцепленными с Х-хромосомой. Заболевание, или признак всегда проявляется у мужчин, имеющих соответствующий ген, а у женщин – только в случаях гомозиготного состояния (что наблюдается крайне редко).

Критерии родословных Х-сцепленного рецессивного типа наследования:

· заболевание встречается в основном у лиц мужского пола;

· признак передаётся от больного отца через его фенотипически здоровых дочерей половине его внуков;

· заболевание никогда не передаётся от отца к сыну;

· в браке женщины-нрсительницы с больным мужчиной 50% дочерей будут больны, 50% дочерей будут носителями, 50% сыновей также будут больны, а 50% сыновей – здоровые.

 

 

Близнецовый метод изучения генетики человека.

Введён в медицинскую пратику Ф. Гальтоном в 1876 г. Позволяет определить роль генотипа и среды в проявлении признака.

Различают моно- и дизиготных близнецов. Монозиготные (однояйцевые) близнецы развиваются из одной оплодотворённой яйцеклетки, имеют совершенно одинаковый генотип и, если отличаются фенотипически, то это обусловлено воздействием факторов внешней среды.

Дизиготные (двуяйцевые) близнецы развиваются послеоплодотворения сперматозоидами нескольких одновременно созревших яйцеклеток, близнецы будут иметь разный генотип и их фенотипические различия обусловлены как генотипом, так и факторами внешней среды.

Монозиготные близнецы имеют большую степень сходства по признакам, определяемым генотипом: они всегда однополы, имеют одинаковую группу крови, цвет глаз, дерматоглифический рисунок. Эти фенотипические признаки используют в каческтве критериев диагностики зиготности близнецов.

Процент сходства группы блинецов по изучаемому признаку называется конкордантностью, а прцент различия – дискордантностью.

Если параллельное развитие признака в парах однояйцевых близнецов наблюдается чаще, чем в парах разнояйцевых, это свидетельствует о его наследственной обусловленности. В случае, если частота параллельного развития признака существенно не различается в парах одно- и двухяйцевых близнецов, это подтверждает ведущую роль среды в его развитии. Изучение генетически однородных однояйцевых близнецов в случае воспитания их в разных условиях также позволяет выявить степень зависимости формирования различных признаков от среды. Конкордантность (пол, чвет глаз, группа крови, заболевание туберкулёзом и др.) полностью определяется генотипом. Дискордантность (косолапость, рак, гемофилия и др.) связана с влиянием среды.

Для оценки роли наследственности и среды в развитии того или иного признака используют формулу Хольцингера:

 

Н = КМБ% - КДБ% / 100% - КДБ%;

где Н – доля наследственности;

КМБ% - конкордантность монозиготных близнецов;

КДБ% - конкордантность дизиготных близнецов.

 

Биохимические методы.

Основаны на обнаружении отклонений в биохимических реакциях, происходящих в организме, связанных с изменением генотипа. «Объектами» биохимической диагностики являются биологические жидкости: моча, пот, плазма и сыворотка крови, эритроциты, лейкоциты, культуры фибропластов, лимфоцитов. Появление кетонов в моче младенца позволяет установить заболевание фенилкетонурию и перевести ребёнка на специальную диету. Переливание крови при гемофилии приводит к остановке кровотечения. Введение гормонов роста предотвращает карликовость.

Биохимические методы – это электрофорез, хроматография, спектроскопия, масс-спектрометрия, бомбардировка быстрыми нейтронами

Практически во всех случаях биохимическая диагностика начинается с просеивающего подхода (скрининг-методы), т. к. определять для каждого больного многие метаболиты очень трудоёмко и дорого. Существуют массовые просеивающие программы диагностики среди новорождённых на фенилкетонурию, гипотиреоз, врождённую гиперплазию надпочечников, муковисцидоз, галактоземию, и селективные диагностические.

Высушенные капли капиллярной крови новорождённых на хроматографической или фильтровальной бумаге пересылвют из родильных домов в лабораторию (можно по почте). Материал должен поступить в течении 2-3 дней после взятия пробы.

Для диагностики ФКУ кровь новорождённых берут в родильном доме на третий-пятый день после рождения. Если кровь взята раньше, то возможны ложноположительные результаты. В лаборатории в пятнах крови определяют количество фенилаланина с помощью любого из следующих методов: микробиологический тест Гатри, флуорометрия, распределительная хроматография на бумаге, тонкослойная хроматография (каждая лаборатория выбирает более подходящий для её условий метод).

Тест Гатри – из пятки новорождённого берут каплю крови на диски фильтровальной бумаги и помещают их на агаровую культуру В. subtillis. Последнюю выращивают на минимальной питательной среде, содержащей антиметаболит искомой аминокислоты (например. фенилаланина), который должен одновременно тормозить рост микробов. При наличии в крови младенца большого количества фенилаланина разрушается антиметаболит, и микробы начинают бурно расти. Меняя антиметаболиты с помощью этого теста можно диагностировать наличие в крови определённых аминокислот и углеводов (лейцина, гистидина, фруктозы, галактозы и др.)

Химические экспресс-методы – используют простые цветные реакции для быстрой предварительной диагностики. Например, для диагностики ФКУ новорождённым в пелёнки заворачивают полоску фильтровальной бумаги, смоченной 10% раствором FeCl₃. При наличии в моче фенилпировиноградной кислоты наблюдается зелёное окрашивание фильтровальной бумаги.

Динитрофенилгидрозин используют для выявления кетокислот.

Тонкослойной хроматографией мочи и крови диагностируются нарушения обмена аминокислот, олигосахаридов, гликозаминогликанов (мукополисахаридов).

Газовая хроматография применяется для выявления наследственных болезней обмена органических кислот.

С помощью электрофореза гемоглобинов диагностируются гемоглобинопатии.

Врождённый гипотиреоз (снижение функции щитовидной железы) обусловлен разными причинами, проявляется задержкой умственного развития, резким отставанием в росте, отёчностью кожных покровов, развитием зоба. Суть массовой диагностики сводится к тому, что в крови ребёнка после 3-его дня жизни прверяют, нет ли снижения уровня тироксина (гормона щитовидной железы) в плазме крови и увеличено ли содержание тиреоидстимулирующего гормона – тиреотропного гормона гипофиза. В практике применяется радиоиммунный или иммуноферментный (иммунофлуоресцентный) методы. Тироксин и тиреоидстимулирующий гормон определяют в образцах крови новорождённых, предварительно высушенных на специальной фильтровальной бумаге. При положительном ответе диагноз подтверждается эндокринологом и лабораторным анализом гормонов щитовидной железы в сыворотке крови.

С помощью биохимических нагрузочных тестов можно выявлять гетерозиготных носителей патологического гена (Аа). Например при ФКУ исследуемому вводят внутривенно определённое количество аминокислоты фенилаланина и через равные промежутки времени определяют его концентрацию в крови. Если человек гомозиготен по доминантному гену (АА), то концентрация фенилаланина в крови быстро возвращается к контрольному уровню, который определяется до введения фениаланина. А если он гетерозиготен (Аа), то снижение концентрации фениаланина идёт вдвое медленнее. Аналогично проводятся тесты, выявляющие предрасположенность к сахарному диабету, гипертонии и др. Это уточняющая биохимическая диагностика путём количественного определения метаболита в крови.

Показаниями для применения биохимических методов диагностики у новорождённых являются такие симптомы, как судороги, кома, рвота, гипотония, желтуха, специфический запах мочи и пота, ацидоз, нарушенное кислотно-основное равновесие, остановка роста.