1. Исследование кариотипа.

Бурное развитие этот метод получил после 1956 года, когда шведские ученые Дж. Тийо и А. Леван предложили новую методику исследования хромосомного набора и установили, что кариотип человека в норме содержит 46 хромосом.

Метод позволяет поставить диагноз хромосомного заболевания человека.

2. Исследование полового хроматина (телец Барра) – экспресс-метод.

При помощи шпателя делают соскоб со слизистой щеки, наносят мазок на предметное стекло, окрашивают и исследуют под микроскопом клетки, находящиеся на стадии интерфазы.

Метод позволяет установить количество Х-хромосом в кариотипе по числу телец Барра в клетке. В норме у женщин одна из Х-хромосом в период интерфазы не функционирует и образует тельце Барра (половой хроматин), которое хорошо видно в микроскоп как глыбка хроматина, прилежащая к ядерной мембране. В мужских соматических клетках тельце Барра в норме отсутствует.

Биохимический метод

Метод основан на знании принципов реализации гена в признак: ген – фермент – биохимическая реакция – признак. О наличии нормального или мутантного гена можно судить по ферментам или продуктам биохимических реакций, которые они катализируют.

Осуществляется в два этапа. На первом этапе проводится обследование большого контингента лиц с целью выявления предположительных случаев заболевания или носительства патологического гена. Эти программы называются просеивающими, или скрининг-программами. Использование программ просеивания преследует две цели:

• выявление больных в доклинической стадии, т.е. до развития симптомов заболевания, когда возможно эффективное лечение;

• выявление здоровых носителей патологического гена с целью определения дальнейшей тактики по планированию семьи.

Просеивающие программы подразделяются на два вида:

1. Массовые, когда объектом обследования является максимально большое количество видимо здоровых лиц в популяции.

2. Выборочные, или селективные, когда объектом просеивания являются только определенные контингенты больных, среди которых ожидается повышенная частота встречаемости патологического генотипа.

Требования к скрининг-программам:

а) методы просеивания должны быть простыми и экономичными, что позволяет обследовать большие группы лиц. Должен использоваться легкодоступный материал в малых количествах (кровь, моча, слюна). Желательно, чтобы исследуемый образец был пригоден для пересылки и хранения (капля крови на фильтровальной бумаге);

б) методы должны быть надежными и диагностически значимыми;

в) просеиванию подлежат заболевания, которые достаточно широко распространены в популяции. Следовательно, в каждой местности целесообразно осуществлять скрининг тех мутаций, частота встречаемости которых в генофонде данной популяции высока. Например, в Ивановской области и близлежащих областях проводится скрининг новорожденных на предмет выявления фенилкетонурии и гипотиреоза. Оба заболевания являются моногенными и имеют высокую частоту встречаемости в популяциях средней полосы России.

На втором этапе с помощью более сложных методов обследуют выявленных в ходе просеивания лиц с целью подтверждения диагноза.

Методы генетики соматических клеток

• Целью данной группы методов является изучение процессов наследственности и изменчивости соматических клеток, что позволяет судить о генетических закономерностях организма в целом. Соматические клетки человека получают из различных органов и тканей (клетки крови, кожных покровов и слизистых, костного мозга, эмбриональные клетки). Чаще всего для исследования берут фибробласты и лимфоциты. (для: культивирования, клонирования, селекции сом. клеток, гибридизация сом. клеток).

Метод позволяет установить:

• локализацию гена в хромосоме;

• группы сцепления;

• механизм взаимодействия генов;

• мутантное действие тех или иных веществ;

• заболевание в дородовый период.

Популяционно-статистический метод

Метод заключается в изучении генетических закономерностей в популяции. Теоретической основой данного метода является основной закон генетики популяций – закон Харди-Вайнберга.

Метод позволяет установить:

1. Частоту встречаемости аллелей одного гена в популяции, т.е. генные частоты. По частоте встречаемости гены можно разделить на две группы:

а) гены, имеющие универсальное распространение, т.е. встречающиеся в разных популяциях с одинаковой частотой,

б) гены, имеющие локальное распространение.

Например, ген, определяющий серповидно-клеточную анемию, распространен в странах Средиземноморья и на Африканском континенте. Ген, определяющий врожденный вывих бедра, распространен у малых народов Севера. Гены, определяющие нарушение строения гемоглобина, распространены в среднеазиатских популяциях. Изучение генных частот в разных популяциях лежит в основе современной геногеографии.

2. Генотипическую структуру популяции, т.е. частоты встречаемости генотипов. Исследование генотипических частот позволяет решить две основные задачи:

а) изучить распространенность наследственных заболеваний,

б) определить частоту гетерозиготного носительства патологического гена в популяции.

3. Факторы, влияющие на генофонд популяции, в частности, интенсивность мутационного процесса и стабилизирующего естественного отбора.

4. Прогнозировать изменение генных и генотипических частот в популяции, снижение или рост заболеваемости и грамотно обосновать необходимость проведения соответствующих профилактических мероприятий в данном регионе.

Методы моделирования

Различают два вида моделирования: биологическое и математическое.

Теоретической основой для биологического моделирования является закон гомологических рядов наследственной изменчивости, открытый Н.И.Вавиловым. Исходя из этого закона, можно предположить, что мутации, имеющиеся у человека, должны вызывать такие же фенотипические изменения признаков у других представителей класса млекопитающих. Следовательно, для изучения определенных наследственных болезней человека можно использовать экспериментальных животных. Описаны и изучены многие генные мутации у животных, имеющие сходство с соответствующими аномалиями у человека. Так, гемофилия А и В встречается у собак и обусловлена генами, расположенными в Х-хромосоме. У кроликов и крыс можно вызвать эпилептоидные припадки (сходные с эпилепсией у человека) путем воздействия на них сильным звуковым раздражителем. Наследственная глухота обнаружена у морских свинок. У хомяков и крыс встречаются такие заболевания, как сахарный диабет, ахондроплазия, мышечная дистрофия и др.

Математическое моделирование. Наибольшее применение эти методы нашли в популяционной генетике, где моделируются различные процессы, влияющие на генофонд популяции (например, дрейф генов, миграционные процессы). Кроме того, с помощью математических методов изучается взаимодействие наследственных факторов и среды в развитии отдельных признаков, анализируется сцепление большого числа генов и т.д.

33. Наследственные болезни человека. Классификация, принципы лечения, методы диагностики и профилактики.

Наследственные болезни - болезни, причиной которых являются изменения наследственного материала.

Классификация:

1.Генные болезни.

а) Моногенные болезни: аутосомно-доминантные;аутосомно-рецессивные;Х-сцепленные доминантные;Х-сцепленные рецессивные;У-сцепленные.

б). Полигенные болезни (ретинобластома, нефробластома).

2.Хромосомные болезни.

а) Аутосомные синдромы:анеуплоидии;хромосомные аберрации.

б). Гетерохромосомные синдромы:анеуплоидии;хромосомные аберрации

Профилактика и диагностика наследственной патологии

В настоящее время профилактика наследственной патологии проводится на четырех уровнях: 1) прегаметическом; 2) презиготическом; 3) пренатальном; 4) неонатальном.

Прегаметический уровень

Осуществляется:

1.Санитарный контроль за производством – исключение влияния на организм мутагенов.

2.Освобождение женщин детородного возраста от работы на вредном производстве.

3.Создание генетических регистров, т.е. перечней наследственных заболеваний, которые распространены на определенной территории, с указанием частоты встречаемости этих заболеваний.

Презиготический уровень

Важнейшим элементом этого уровня профилактики является медико-генетическое консультирование (МГК) населения.

МГК населения ставит своей целью информировать семью о степени возможного риска рождения ребенка с наследственной патологией и оказать помощь в принятии правильного решения о деторождении.

Различают два вида МГК: проспективное и ретроспективное.

Проспективное МГК проводится относительно прогноза здоровья потомства еще до рождения больного ребенка в семье.

Ретроспективное консультирование осуществляется относительно здоровья следующих детей после появления в семье больного ребенка.

Пренатальный уровень

Заключается в проведении пренатальной (дородовой) диагностики.

Пренатальная диагностика – это комплекс мероприятий, который осуществляется с целью определения наследственной патологии у плода и прерывания данной беременности

К методам пренатальной диагностики относятся:

1. Ультразвуковое сканирование (УЗС).

2. Фетоскопия – метод визуального наблюдения плода в полости матки через эластичный зонд, оснащенный оптической системой.

3. Биопсия хориона. Метод основан на взятии ворсин хориона, культивировании клеток и исследовании их с помощью цитогенетических, биохимических и молекулярно-генетических методов.

4. Амниоцентез – пункция околоплодного пузыря через брюшную стенку и взятие амниотической жидкости. Она содержит клетки плода, которые могут быть исследованы цитогенетически или биохимически в зависимости от предполагаемой патологии плода.

5. Кордоцентез – пункция сосудов пуповины и взятие крови плода. Лимфоциты плода культивируют и подвергают исследованию.

Неонатальный уровень

На четвертом уровне проводится скрининг новорожденных на предмет выявления аутосомно-рецессивных болезней обмена в доклинической стадии, когда своевременно начатое лечение дает возможность обеспечить нормальное умственное и физическое развитие детей. Основывается на клиническом, генетическом и лабораторно-инструментальном обследовании пациентов.

Принципы лечения наследственных заболеваний

Различают следующие виды лечения.

1. Симптоматическое (воздействие на симптомы болезни).

2. Патогенетическое (воздействие на механизмы развития заболевания).

Симптоматическое и патогенетическое лечение не устраняет причины заболевания, т.к. не ликвидирует генетический дефект.

В симптоматическом и патогенетическом лечении могут использоваться следующие приемы.

• Исправление пороков развития хирургическими методами (синдактилия, полидактилия, незаращение верхней губы и т.п.).

• Заместительная терапия, смысл которой заключается во введении в организм отсутствующих или недостаточных биохимических субстратов.

• Индукция метаболизма – введение в организм веществ, которые усиливают синтез некоторых ферментов и, следовательно, ускоряют процессы, в которых эти ферменты участвуют.

• Ингибиция метаболизма – введение в организм препаратов, связывающих и выводящих аномальные продукты обмена из организма.

• Диетотерапия (лечебное питание) – устранение из пищевого рациона веществ, которые не могут быть усвоены организмом.

3.Этиологическое лечение ставит своей целью исправление наследственного дефекта. Этот вид лечения еще не разработан, сегодня сформулированы лишь исследовательские программы на перспективу. Они основаны на идеях генной инженерии.

33. Медико-генетическое консультирование.

Медико-генетическое консультирование включает четыре этапа:

1.Установление диагноза наследственного заболевания. На этом этапе врач использует все доступные и необходимые методы исследования.

2. На втором этапе определяется генетический риск рождения больного ребенка. Риск рождения ребенка с любыми наследственными аномалиями в здоровой супружеской паре составляет в среднем 1-2%, что определяется случайными генеративными мутациями. Эта величина называется неспецифическим общепопуляционным риском. Обратившихся в консультацию интересует больше специфический риск – это риск рождения ребенка с определенным наследственным заболеванием, уже встречавшимся в семье.

3. На третьем этапе врач в доступной форме сообщает семье сведения о величине риска и оказывает помощь в принятии решения относительно деторождения.

4. На четвертом, заключительном этапе проводится оценка эффективности медико-генетического консультирования в ходе дальнейшего наблюдения за семьей.

33. Хромосомные болезни человека. Классификация. Краткая характеристика заболеваний.

Встречается в 1% случаев среди всех новорожденных, в 7% - среди мертворожденных и в 42% самопроизвольных выкидышей.

Хромосомные болезни делятся на 2 группы: аутосомные (нарушения со стороны аутосом) и гетерохромосомные (нарушения со стороны половых хромосом).

Гетерохромосомные болезни:В 1971 г. на Международном генетическом конгрессе в Париже была введена единая международная цитогенетическая номенклатура.Согласно этой номенклатуре, кариотип нормальной женщины – 46 (общее число хромосом), ХХ (половые хромосомы); кариотип нормального мужчины – 46, ХY.

Синдром Шерешевского-Тернера 45, X (моносомия по половой хромосоме)

Краткая характеристика фенотипа Пол – женский.Частота – 7 случаев на 10000 новорожденных девочек. Низкий рост, короткая шея, крыловидная складка на шее (от затылка к предплечью). Бесплодность (недоразвитие яичников). Инфантилизм.

Но: услужливость, трудолюбие.

Синдром Клайфельтера 47, XXY (легкая степень) или 48, XXXY (тяжелая степень)

Пол – мужской. 20-25 / 10000 новорожденных мальчиков. Недоразвитие семенников.

Узкие плечи, широкий таз, евнухоидный тип (отложение жира по женскому типу).

Умственная отсталость.

Синдром полисомии по Х-хромосоме 47, ХХХ и 48, ХХХХ

Пол – женский. 14 / 10000 новорожденных девочек. Фенотип – разнообразный. Могут даже давать потомство. Патологические признаки тем выраженнее, чем больше число Х-хромосом.

Синдром добавочной Y-хромосомы 47, XYY

Пол – мужской. 10/ 10000 новорожденных мальчиков. Фенотип – различный, может быть и нормальным. Впервые этот синдром был обнаружен у заключенных в Англии. в связи с чем возникла гипотеза: преступность – явление биологическое. Однако с той же частотой он обнаруживается и у свободных граждан. Однако все же часты агрессивность, раздражительность, неадекватное поведение – характерные черты психопатической личности.

Аутосомные болезни

Синдром Дауна 47, XY + 21 или 47, XX + 21 (трисомия по 21-ой паре хромосом)

С полом не связан. 15 / 10000 новорожденных обоих полов. Укороченные конечности, маленькая головка, плоское лицо, широкая переносица, монголоидный разрез глаз, большой язык (поэтому рот приоткрыт). Аномалии строения внутренних органов.

Резко выраженная умственная отсталость. Женщины иногда могут иметь детей, мужчины – никогда. 31% больных умирает до 1 года, причем от обычных простых заболеваний, так как снижен иммунитет. Вообще живут недолго.

Иногда обусловлен не трисомией, а транслокацией (реципрокной) между 13 – 15 и 21 хромосомами; в этом случае хромосом 46.

Синдром Эдвардса 47, ХХ + 18 или 47, XY + 18 (трисомия по 18-ой паре хромосом)

2 / 10000новорожденных обоего пола. Множественные уродства (низкий лоб, широкий затылок, недоразвитая нижняя челюсть, а также и внутренние органы).

Живут недолго, часто до трех месяцев.

Синдром Патау 47, XY + 13 или 47, ХХ + 13 (трисомия по 13-ой паре хромосом)

1 / 10000 новорожденных обоего пола. Расщелины мягкого и твердого неба, недоразвитие глаз, неправильно сформированные уши. Живут до года.

Синдром Лепсьена 46, ХХ, 5р- или 46, XY, 5р- (делеция короткого плеча ( р ) 5-ой хромосомы)

Другое название – «синдром кошачьего писка» вследствие нарушения строения гортани.

Агрессивность. Тяжелая форма слабоумия. Живут недолго.Данных по частоте нет, так как описан недавно.

33. Генетика популяций. Закон Харди-Вайнберга: содержание и математическое выражение. Дрейф генов.

ГЕНЕТИКА ПОПУЛЯЦИЙ

Популяция является формой существования любого вида. Популяция - это совокупность особей одного вида, достаточно длительное время существующая на одной территории, внутри которой осуществляется панмиксия и которая отделена от других таких же совокупностей той или иной степенью изоляции.

Совокупность генотипов всех особей, составляющих данную популяцию, носит название генофонд.

Существует ли закономерность в распределении генов и генотипов внутри генофонда? Да. Она была сформулирована в 1908 году одновременно двумя учеными: английским математиком Харди и немецким врачом Вайнбергом и получила название закона Харди-Вайнберга. Этот закон полностью справедлив только для идеальных популяций, т.е. популяций, отвечающих следующим требованиям:

1) бесконечно большая численность;

2) внутри популяции осуществляется панмиксия (свободное скрещивание);

3) отсутствуют мутации по данному гену;

4) отсутствует приток и отток генов;

5) отсутствует отбор по анализируемому признаку (признак нейтральный!).

Природные популяции в большинстве своем приближаются к идеальным, поэтому данный закон находит применение.

Закон Харди-Вайнберга имеет математическое и словесное выражения, причем в двух формулировках:

1. Частоты встречаемости генов одной аллельной пары в популяции остаются постоянными из поколения в поколение.

p + q = 1,

где p – частота встречаемости доминантного аллеля (А), q – частота встречаемости рецессивного аллеля (a).

2. Частоты встречаемости генотипов в одной аллельной паре в популяции остаются постоянными из поколения в поколение, а их распределение соответствует коэффициентам разложения бинома Ньютона 2-й степени.

p² + 2pq +q² = 1

Эту формулу следует выводить с помощью генетических рассуждений.

Допустим, что в генофонде популяции доминантный аллель А встречается с частотой р, а рецессивный аллель а с частотой q. Тогда в этой же популяции женские и мужские гаметы будут нести аллель А с частотой р, а аллель а с частотой q. При свободном скрещивании (панмиксии) происходит случайное слияние гамет и образуются самые разные их сочетания:

	pА	qa
pA	р^2AA	pqAa
qa	pqAa	q^2aa

Запишем полученные генотипы в одну строку:

p²AA + 2pqAa + q²aa = 1.

Теперь докажем на конкретном примере, что частоты встречаемости генов одной аллельной пары из поколения в поколение не меняются. Допустим, что в некой популяции в данном поколении pA = 0,8, qa = 0,2. Тогда в следующем поколении будет:

	0,8А	0,2a
0,8A	0,64AA	0,16Aa
0,2a	0,16Aa	0,04aa

0,64 АА + 0,32 Аа + 0,04 аа = 1.

При этом частота встречаемости аллельных генов в гаметах остается без изменений:

А = 0,64+0,16 = 0,8; а = 0,04+0,16 = 0,2.

Закон Харди-Вайнберга применим и для множественных аллелей.

Так, для трех аллельных генов формулы будут следующие:

1. p + q + r = 1,

2. p² + 2pq + 2pr + 2 qr + q² + r² = 1.

Практическое значение закона Харди-Вайнберга состоит в том, что он позволяет рассчитать генетический состав популяции в данный момент и выявить тенденцию его изменения в будущем.

Применение этого закона на практике показало, что популяции отличаются друг от друга по частоте встречаемости генов. Так, по генам группы крови в системе АВ0 различия между русскими и англичанами были следующие:

	I^A	I^B	I^0
Русские	0,25	0,19	0,56
Англичане	0,25	0,05	0,70

Дрейф генов

В малочисленных популяциях закон Харди-Вайнберга не действует. Там имеет место явление дрейфа генов. Под дрейфом генов понимают случайное изменение частоты встречаемости генов одной аллельной пары в популяции. Ввели данный термин зарубежные ученые. Российские ученые это явление назвали генетико-автоматическими процессами.

Дрейф генов может привести популяцию в гомозиготное состояние. Он играет очень важную роль в формировании генофонда малочисленных популяций. Именно дрейфом генов ученые объясняют отсутствие у североамериканских индейцев (коренных жителей) гена группы крови I^B, и соответственно у них имеется только две группы крови (0 и А).

Доказательство дрейфа генов было получено в эксперименте на мухах-дрозофилах. Мух анализировали по одному признаку – строению щетинки

(адаптивного значения не имеет):

А – ген, определяющий нормальное строение щетинки;

а – ген, определяющий раздвоенность щетинки.

Взяли 96 ящиков, в каждый из них поместили по 4 самца и 4 самки. Из полученного потомства в каждом поколении методом случайной выборки оставляли в каждом ящике 4 самца и 4 самки. И так проделывали на протяжении 16 поколений. На 16-м поколении получили следующий результат: в 41 ящике все мухи имели генотип АА, в 29 ящиках – генотип аа, в 26 – генотип Аа.

33. Модификационная изменчивость. Норма реакции. Фенокопии. Адаптивный характер модификаций.

Фенотипическая, или модификационная изменчивость – изменение фенотипа в ответ на действие факторов внешней среды. Этот вид изменчивости был выделен еще Ч. Дарвином и назван им «определенная». Приобретенные в ходе онтогенеза признаки по наследству не передаются. Пределы изменчивости признака называются нормой реакции. Норма реакции передается по наследству. Она может быть широкая и узкая. (Приведите примеры.)

Для эволюционного процесса фенотипическая изменчивость имеет большое значение, т.к. естественный отбор особей в природе идет по фенотипу.

Фенокопия – фенотипическая копия наследственного признака или заболевания. Фенокопии по наследству не передаются. Например, возможна фенокопия глухонемоты. Она может возникнуть в том случае, когда женщина в период беременности переболеет коревой краснухой. При этом вирус проникает через плаценту в организм плода и нарушает у него процесс формирования слуховых косточек, что в последующем ведет к глухонемоте. В то же время существует глухонемота, которая определяется патологическим геном и передается по наследству. Другой пример – фенокопия кретинизма. Кретинизм – это наследственное заболевание, в основе которого лежит гипофункция щитовидной железы. Фенокопия кретинизма возникает в условиях недостаточного поступления йода с пищей. Вследствие образования после травмы рубца в головном мозге может возникнуть фенокопия наследственного заболевания эпилепсии.

33. Мутационная изменчивость. Определение, классификация

Мутационная изменчивость связанна с внезапно возникающими изменениями в наследственных задатках или хромосомах, что приводит к изменениям тех или иных признаков организма.

Спонтанные мутации – это мутации, которые возникают без видимых причин. Они широко распространены в природе. Все свойства и признаки организма подвержены спонтанным мутациям.

Причины спонтанных мутаций условно делятся на 2 группы – внешние и внутренние. Внешние связаны с естественным радиационным фоном: космическими излучениями, радиацией элементов земной коры, радиактивными изотопами, поступающими в организм с пищей. Обычные показатели естественного радиационного фона (как привыкли говорить, в норме, хотя понятие нормы в данном случае неприменимо) – 13 – 27 микрорентген в час. Внутренние обусловлены генотипом. Так, у кишечной палочки есть гены-мутаторы, наличие которых увеличивает частоту мутаций других генов в 2000 раз. Длительное хранение семян приводит к увеличению частоты спонтанных мутаций. У дрозофилы в норме частота летальных мутаций, локализованных в Х-хромосоме, составляет приблизительно 0,15%; но есть линии, где эта частота равна 1%.

Индуцированные мутации возникают в результате целенаправленного действия какого-то фактора.

33. Генные и хромосомные мутации. Классификация, механизм возникновения, значение для биологии и медицины.