- •II Цитогенетический метод
- •III Биохимические методы позволяют выявить изменения в обмене веществ для уточнения диагноза заболевания, установления гетерозиготного носительства.
- •Генные болезни
- •Мультифакториальные болезни
- •Типы онтогенеза:
- •Этапы развития эмбриологии
- •Эмбриональная индукция. Дифференциация и интеграция в развитии.
- •Прямое постэмбриональное развитие:
- •Непрямое постэмбриональное развитие:
- •Роль наследственности и среды в онтогенезе. Критические периоды развития. Тератогенные факторы среды.
- •Механизмы могут быть разделены на 2 группы.
- •Виды регенерации:
- •Регенерация как свойство живого к самообновлению и восстановлению. Физиологическая регенерация. Ее биологическое значение.
- •Виды регенерации:
- •Регенерация крови
- •История становления эволюционной идеи. Сущность представлений ч. Дарвина о механизме органической эволюции. Современный период синтеза дарвинизма и генетики.
- •. Понятие о виде. Реальность вида. Структура вида. Критерии вида.
- •. Популяционная структура вида. Генетическая структура популяции
- •Экологические характеристики популяции. Закон Хайди-Вайберга.
- •Элементарные эволюционные факторы. Мутационный процесс, популяционные волны, изоляция, дрейф генов. Взаимодействие элементарных эволюционных факторов.
- •. Популяционная структура человечества. Демы. Изоляты. Люди как объект действия эволюционных факторов
- •Микро- и макроэволюция. Характеристика механизмов и основных результатов
- •Влияние мутационного процесса, миграции, изоляции и дрейфа генов на генетическую конституцию людей. Специфика действия естественного отбора в человеческих популяциях.
- •Генетический полиморфизм человечества: масштабы, факторы формирования. Значение генетического разнообразия в прошлом, настоящем и будущем человечества (медико-биологический и социальный аспекты).
- •Эволюция и онтогенез. Биогенетический закон Мюллера-Геккеля.
- •Теория филэмбриогенезов а. Н. Северцова. Ценогенезы.
1
Типы наследования признаков у человека
Типы наследования:
1) Аутосомно-доминантный тип наследования.
Признаки:
- болеют в равной степени и мужчины, и женщины;
- больные встречаются в каждом поколении (наследование по вертикали);
- здоровые родители имеют здоровых детей;
- передача заболевания от больных родителей детям (вероятность наследования – 100 %, если один из родителей гомозиготен, 75 % - если оба родителя гетерозиготны, 50 % - если один родитель гетерозиготен).
Исключения из правила о проявлении аутосомно-доминантных заболеваний в каждом поколении составляют случаи новой мутации (спорадические случаи) или неполной пенетрантности (проявляемости гена). Спорадическим называется единственный случай наследственного доминантного заболевания в семье. Он может быть следствием мутации, вновь возникшей в зародышевых клетках одного из здоровых родителей. Пенетрантность – это частота проявления гена среди носителей данного гена. Она представляет собой отношение особей, имеющих данных признак, к особям, имеющим данный ген, выраженное в процентах. Например, пенетрантность синдрома Марфана – 30 %. В случае неполной пенетрантности в родословной с аутосомно-доминантным типом наследования появятся случаи пропуска или «проскока» поколения, то есть индивид будет иметь пораженного предка и пораженного потомка, а сам будет здоров.
Собирая анамнез и анализируя родословную, нельзя забывать о другом свойстве гена – его различной экспрессивности. Экспрессивность – степень выраженности гена. Понятие экспрессивности аналогично понятию тяжести заболевания. При высокой экспрессивности гена развивается тяжелая форма заболевания, часто с летальным исходом; при низкой экспрессивности создается впечатление, что человек здоров. Слабовыраженные клинические формы болезни можно легко пропустить. В этом случае родословная теряет свой «классический» вид, появляются пропуски поколений. Поэтому очень важно лично обследование членов семьи.
2) Аутосомно-рецессивный тип наследования.
Признаки:
- больные дети рождаются у здоровых родителей;
- болеют в равной степени и мужчины, и женщины;
- проявление признака наблюдается в горизонтальной части родословной, то есть больные встречаются в пределах потомства одной родительской пары;
- наблюдается увеличение частоты больных детей в родственных браках;
- вероятность наследования 25 % (если оба родителя гетерозиготны), 50 % (если один родитель гетерозиготен, а другой болен) и 100 % (если оба родителя больные).
3) Х – сцепленный рецессивный тип наследования.
Признаки:
- болеют преимущественно мужчины;
- больной ребенок рождается у фенотипически здоровых родителей (мать является гетерозиготной носительницей патологического гена);
- больные появляются не в каждом поколении;
- заболевание не передается от отца к сыну, но все дочери больных мужчин становятся носительницами;
- проявление признака наблюдается преимущественно в горизонтальной части родословной;
- случаи заболевания женщин возможны, если их отец болен, а мать является носительницей.
4) Х – сцепленный доминантный тип наследования.
Признаки:
- болеют и мужчины, и женщины, но больных женщин в два раза больше;
- больные встречаются во всех поколениях;
- больной мужчина передает заболевание всем дочерям, а все сыновья здоровы;
- больные женщины передает заболевание 50 % своих детей независимо от пола;
- у здоровых родителей все дети здоровы.
5) Y – сцепленное (голандрическое) наследование.
Признаки:
- болеют только мужчины;
- у больного отца больны все сыновья, а все дочери здоровы;
- больные встречаются во всех поколениях.
6) Митохондриальная (цитоплазматическая) наследственность.
Признаки:
- заболевание передается только от матери всем детям независимо от пола;
- больные отцы не передают заболевания своим детям.
2
Человек как объект генетических исследований
Основные закономерности наследственности, установленные для живых организмов, универсальны и в полной мере справедливы и для человека. Вместе с тем, как объект генетических исследований человек имеет свои преимущества и недостатки.
Для людей невозможно планировать искусственные браки. Еще в 1923 г. Н. К. Кольцов (1923) отмечал, что «...мы не можем ставить опыты, мы не можем заставить Нежданову выйти замуж за Шаляпина только для того, чтобы посмотреть, какие у них будут дети». Однако эта трудность преодолима, благодаря прицельной выборке из большого числа брачных пар, соответствующих целям данного генетического исследования.
Большое число хромосом (46) в значительной мере затрудняет возможности генетического анализа человека. Разработка новейших методов работы с ДНК (метод гибридизации соматических клеток и некоторые другие) устраняют эту трудность.
Из-за небольшого числа потомков (во второй половине XX в. в большинстве семей рождалось по 2-3 ребенка) невозможен анализ расщепления в потомстве одной семьи. Однако в больших популяциях можно выбрать семьи с интересующими исследователя признаками. Кроме того, в некоторых семьях определенные признаки прослеживались на протяжении многих поколений, и в таких случаях возможен генетический анализ. Еще одна трудность связана с длительностью смены поколений у человека. Одно поколение занимает в среднем 30 лет, и, следовательно, генетик не может наблюдать более одного-двух поколений.
Для человека характерен генотипический и фенотипический полиморфизм. Проявления многих признаков и болезней в значительной степени зависят от условий внешней среды. Следует отметить, что понятие «среда» для человека более широкое, чем для растений и животных. Наряду с питанием, климатом и другими абиотическими и биотическими факторами для человека средой являются и социальные факторы, которые трудно изменяются по желанию исследователя. Вместе с тем, человека как генетический объект широко изучают врачи всех специальностей, что нередко помогает установить различные наследственные отклонения.
Итак, генетика человека имеет ряд особенностей:
а) на людях запрещены экспериментальные браки;
б) рождается малое количество потомков;
в) наблюдается позднее половое созревание и большая продолжительность смены поколений (25—30 лет);
г) у человека сложный кариотип (много хромосом и групп сцеплений);
д) невозможность создания одинаковых условий жизни исследуемых.
Несмотря на перечисленные трудности, генетика человека изучена сегодня лучше, чем генетика многих других организмов.
В настоящее время интерес и внимание к изучению генетики человека активно возрастают. Так, глобальная международная программа «Геном человека» имеет своей задачей изучение генома человека на молекулярном уровне. Для ее решения используются все новейшие современные методы генетики и медицины.
3
Методы изучения генетики человека
I Генеалогический метод
А) Правила графического изображения родословной:
составление родословной начинается с пробанда;
братья и сестры располагаются в порядке рождения слева направо (от старших к младшим);
все члены родословной, относящиеся к одному поколению, располагаются строго в один ряд;
поколения обозначаются римскими цифрами сверху вниз слева от родословной;
потомки одного поколения нумеруются арабскими цифрами слева направо последовательно (каждый член родословной имеет свой шифр, например, I - 2, II – 3 и т.д.);
супруги родственников пробанда могут не изображаться в родословной, если они здоровы.
необходимо указывать возраст членов семьи, так как некоторые заболевания проявляются в разные периоды жизни.
Графическое изображение родословной сопровождается «легендой», в которой записывают данные о состоянии здоровья родственников, причину и возраст смерти, описание методов диагностики заболевания, а также указывается дата составления родословной.
Генеалогический анализ родословной
Первая задача анализа – установление наследственного характера заболевания (признака). Затем устанавливают тип наследования.
II Цитогенетический метод
Метод применяют для
- изучения нормального кариотипа человека;
- диагностики хромосомных болезней;
- изучения мутантного действия различных веществ при хромосомных и геномных мутациях;
- составления генетических карт хромосом.
Основными показателями для цитогенетического исследования являются:
нарушение репродуктивной функции у мужчин и женщин неясного генеза;
многократные спонтанные аборты и мертворождения;
множественные врожденные пороки развития у ребенка;
подозрение на хромосомную болезнь;
пренатальная диагностика в связи с наличием транслокации у родителей при рождении предыдущего ребенка с хромосомной болезнью (транслокация - перенос части одной хромосомы на другую негомологичную хромосому).
Цитогенетический метод основан на микроскопическом исследовании хромосом. Материалом для цитогенетического исследования могут быть: клетки периферической крови (лимфоциты), фибробласты кожи; клетки амниотической жидкости, эмбриональных тканей, хориона, костного мозга и др.
III Биохимические методы позволяют выявить изменения в обмене веществ для уточнения диагноза заболевания, установления гетерозиготного носительства.
Объектами биохимической диагностики могут быть моча, пот, плазма и сыворотка крови, эритроциты, лейкоциты, культуры клеток (фибробласты, лимфоциты). Показаниями для применения биохимических методов у новорожденных являются такие симптомы, как судороги, кома, рвота, гипотония, желтуха, специфический запах мочи и пота, остановка роста.
У детей биохимические методы используются во всех случаях при подозрении на наследственные болезни обмена веществ (задержка умственного и физического развития, потеря приобретенных функций, непереносимость отдельных пищевых продуктов, лекарственных препаратов и др.).
Биохимическая диагностика начинается с просеивающего подхода, в котором выделяют два уровня: первичный и уточняющий. Основная цель первичного уровня заключается в том, чтобы исключить здоровых индивидов и отобрать индивидов для последующего уточнения диагноза.
Имеются два вида программ первичной биохимической диагностики: массовые и селективные. Массовые просеивающие программы диагностики среди новорожденных определяют фенилкетонурию, муковисцедоз, галактоземию и др. Просеивающие программы массовой диагностики могут быть организованы не только для новорожденных, но и для выявления болезней, которые распространены в каких-либо популяциях или группах взрослого населения. Селективные диагностические программы предусматривают проверку биохимических аномалий обмена у пациентов, у которых подозреваются генные наследственные болезни.
IV Молекулярно-генетические методы позволяют осуществлять точную доклиническую (до развития симптомов заболевания) диагностику многих заболеваний, проводить пренатальную диагностику наследственных болезней. Молекулярно-генетическая диагностика может быть проведена на самых ранних этапах развития эмбриона и плода независимо от биохимических и клинических проявлений болезни. Молекулярно-генетические методы предназначены для выявления особенностей в структуре ДНК. В основе анализа ДНК лежат две ее характеристики как носителя генетической информации: 1) последовательность нуклеотидов в ДНК имеет индивидуальные особенности у каждого отдельного человека (кроме монозиготных близнецов и клонированных организмов); 2) у каждого человека во всех соматических клетках структура ДНК одинакова. Для получения образцов ДНК чаще всего используют лейкоциты периферической крови и клетки ворсин хориона.
Молекулярно-генетические методы используют при диагностике наследственных болезней (гемофилии, фенилкетонурии, гемоглобинопатиях, муковисцедозе и др.), в исследованиях для определения происхождения популяций людей, для определения отцовства, в практике судебной медицины, для генетического анализа клеток костного мозга при его трансплантации, определения мутаций, расшифровки генома человека.
V Близнецовый метод позволяет определить роль генотипа и среды в проявлении признака или заболевания.
А) Различают монозиготных (однояйцовых) и дизиготных (разнояйцовых) близнецов. Монозиготные близнецы развиваются из одной оплодотворенной яйцеклетки, разделившейся на ранних стадиях развития на изолированные эмбрионы. Дизиготные близнецы возникают при оплодотворении двух и более одновременно созревших яйцеклеток. Они имеют около 50 % общих генов, то есть подобны обычным братьям и сестрам, рожденным в разное время. Процент сходства близнецов по изучаемому признаку называется конкордантностью, а процент различия – дискордантностью. Так как монозиготные близнецы имеют одинаковый генотип, то конкордантность у них выше, чем у дизиготных близнецов. Для оценки роли наследственности и среды в развитии того или иного признака используют формулу Хольцингера: КМБ % - КДБ %
Н = ----------------------
100 % - КДБ % , где
Н – доля наследственности;
КМБ – конкордантность монозиготных близнецов;
КДБ – конкордантность дизиготных близнецов.
Если результат расчетов по формуле Хольцингера приближается к единице, то основная роль в развитии признака принадлежит наследственности, и наоборот – чем ближе результат к нулю, тем больше роль средовых факторов.
VI Метод дерматоглифики – это изучение папиллярных узоров пальцев, ладоней и стоп. На этих участках кожи имеются крупные дермальные сосочки, а покрывающий их эпидермис образует гребни и борозды. Дерматоглифические узоры обладают высокой степенью индивидуальности и остаются неизменными в течение всей жизни. Поэтому их используют для определения зиготности близнецов, диагностики некоторых геномных и хромосомных мутаций (болезни Дауна, Патау и др.), идентификации личности в криминалистике, установления отцовства в судебной медицине.
VII Иммуногенетический метод позволяет поставить или уточнить диагноз при врожденных иммунодефицитных состояниях (синдром Брутока, Ди Джорджа, Луи-Бара и др), а также при подозрениях на антигенную несовместимость матери и плода по тем или иным системам групп крови (наиболее часто по системе АВ0 возникает конфликт при следующих сочетаниях матери и будущего ребенка: мать 0 (I) – ребенок А (II), мать 0 (I) – ребенок В (III); несовместимость по резус-фактору возникает в случае, когда резус-положительный плод развивается в матке резус-отрицательной матери).
VIII Метод моделирования.
Биологическое моделирование определенных наследственных болезней человека можно проводить на животных, имеющих сходные нарушения. Например, у собак встречается гемофилия, обусловленная рецессивным, сцепленным с полом геном; мышей – незаращение губы и неба, сходное с аналогичными аномалиями человека; кроликов – эпилепсия, хомяков и крыс – сахарный диабет, ахондроплазия, мышечная дистрофия и др. В основе метода моделирования лежит закон Н.И.Вавилова о гомологичных рядах наследственной изменчивости, согласно которому генетически близкие виды и роды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости.
Метод биологического моделирования применяется в основном для изучения мутагенного и тератогенного действия новых клинических препаратов перед их клиническими испытаниями и для решения вопросов генной инженерии.
IX Популяционно-статистический метод позволяет рассчитать в популяции частоту нормальных и патологических генов и генотипов: гетерозигот, гомозигот по доминантным и рецессивным аллелям, а также частоту нормальных и патологических фенотипов. Частота генотипов и фенотипов рассчитывается по формуле Харди-Вайнберга:
p2 + 2pq + q2 = (p + q) = 1, где
р – частота доминантного гена;
q - частота рецессивного гена;
р2 – частота гомозигот по доминантному гену;
q2 – частота гомозигот по рецессивному гену.
Наследственные заболевания распределены по разным регионам земного шара, среди разных рас и народностей неравномерно. Знания частоты заболевания в данном регионе способствуют правильной организации профилактических мероприятий.
Х Методы пренатальной диагностики представляют собой совокупность исследований, позволяющих обнаружить заболевание до рождения ребенка.
Показаниями для проведения пренатальной диагностики являются:
- наличие в семье точно установленного наследственного заболевания;
- возраст матери старше 35 лет, отца старше 45 лет;
- наличие у матери Х-сцепленного рецессивного патологического гена;
- беременные, имеющие в анамнезе спонтанные аборты, мертворождения неясного генеза, детей с множественными врожденными пороками развития и хромосомной патологией;
- наличие структурных перестроек хромосом у одного из родителей;
- гетерозиготность обоих родителей по одной паре аллелей при аутосомно-рецессивных заболеваниях;
- беременные из зоны повышенного радиационного фона.
В пренатальной диагностике используют неинвазивные и инвазивные методы.
К неинвазивным методам пренатальной диагностики относятся ультразвуковое исследование и биохимические методы.
Ультразвуковое исследование (УЗИ) плода является обязательным компонентом обследования беременных женщин. С помощью УЗИ диагностируются пороки развития конечностей, дефекты невральной трубки, дефекты передней брюшной стенки, гидро- и микроцефалия, пороки сердца, аномалии почек. Для диагностики врожденной и наследственной патологии УЗИ необходимо проводить в динамике на ранних и более поздних сроках беременности.
Биохимические методы включают определение уровня альфа-фетопротеина, хорионического гонадотропина, несвязанного эстрадиола в сыворотке крови беременных. Эти методы являются просеивающими как предварительные для выявления врожденных пороков развития, многоплодной беременности, внутриутробной гибели плода, маловодия, угрозы прерывания беременности, хромосомных заболеваний плода.
К инвазивным методам относятся амниоцептез, хорионбиопсия и кордоцентез, плацентоцентез и феноскопия.
Амниоцентез – это получение амниотической жидкости путем пункции амниотического мешка через переднюю брюшную стенку или через влагалище. Амниоцентез имеет важное значение в диагностике наследственных заболеваний обмена веществ, хромосомной патологии и определении пола плода при гетерозиготном носительстве матери Х-сцепленного рецессивного гена. При проведении амниоцентеза возможны осложнения со стороны плода или матери (гибель плода, инфицирование полости матки).
Хорионбиопсия. Клетки ворсин хориона несут такую же генетическую информацию, как и клетки плода. Анализ этих клеток цитогенетическими, биохимическими и молекулярно-генетическими методами используется для дородовой диагностики многих наследственных болезней. Недостатком данного метода является более высокая частота выкидышей после взятия ворсин хориона.
Кордоцентез – взятие крови из пупочной вены плода. Культивирование лейкоцитов позволяет провести цитогенетический анализ. По образцам крови возможна биохимическая и молекулярно-генетическая диагностика наследственных болезней без культивирования.
Фетоскопия – метод визуального наблюдения плода в полости матки через эластический зонд, оснащенный оптической системой. Метод применяется для диагностики видимых врожденных пороков конечностей, лица, заболеваний кожи, нарушений развития половых органов.
Плацентоцентез – получение ворсин плаценты во втором триместре беременности.
4