6. Генеалогічний і близнюковий методи. Хромосомні хвороби

органічних кислот. Шляхом електрофорезу гемоглобінів діагностуються гемоглобінопатії.

Біохімічна діагностика спадкових порушень обміну включає два етапи. На першому етапі відбирають ймовірні випадки захворювань, на другому більш точними і складними методами уточнюють діагноз захворювання. Для визначення в крові, сечі або амніотичній рідині проміжних, побічних і кінцевих продуктів обміну, крім якісних реакцій із специфічними реактивами на певні речовини,

використовують хроматографічні методи дослідження амінокислот та інших органічних речовин.

Показаннями для застосування біохімічних методів діагностики новонароджених є такі симптоми: судоми, кома, блювота, гіпотонія, жовтяниця,

специфічний запах сечі і поту, ацидоз, припинення росту. У дітей біохімічні методи використовуються у випадках підозри на спадкові хвороби обміну ре-

човин (затримка фізичного і розумового розвитку, втрата набутих функцій,

специфічна для будь-якої спадкової хвороби клінічна картина).

Порушення первинних продуктів генів виявляють за допомогою біохімічних методів, а локалізацію відповідних ушкоджень у спадковому матеріалі -за допомогою методів молекулярної генетики.

Метод дерматогліфіки. Дерматогліфіка (від грец. бєрца - шкіра і укьщ -

гравірувати) - наука, що вивчає спадкову обумовленість малюнку, який утворюють лінії шкіри на кінчиках пальців, долонях і підошвах людини.

Дерматогліфіка поділяється на: дактилоскопію - вивчення малюнка пальців;

пальмоскопію - вивчення особливостей будови долонь; плантоскопію —

вивчення особливостей будови підошов. Метод запропоновано в 1892 р. Ф.

Гальтоном як один із шляхів вивчення шкірних гребінчастих візерунків пальців і долонь, а також згинальних долонних борозен. Встановлено, що візерунки є індивідуальною характеристикою людини і не змінюються впродовж життя. Дер-

матогліфічні дослідження мають важливе значення у визначенні зиготності

близнюків, у діагностиці багатьох спадкових захворювань, а також в окремих випадках спірного батьківства.

Долонний рельєф дуже складний. У ньому виділяють багато полів, подушечок і долонних ліній. Подушечок на долоні 11 і їх поділяють на три групи:

1.П'ять кінцевих (апікальних) подушечок на кінцевих фалангах пальців.

2.Чотири міжпальцеві подушечки розміщуються навпроти міжпальцевих проміжків.

3.Дві долонні проксимальні подушечки – тенар і гіпотенар.

Долоня дистально обмежена п'ястково-фаланговими згинальними складками,

а проксимально -зап'ястковою, або браслетною, згинальними складками. Як на долонях, так і на пальцевих подушечках шкірні гребінці розміщені потоками.

Точки зустрічі цих потоків утворюють трирадіуси, або дельти. На кожній із 4

міжпальцевих подушечок звичайно є трирадіуси, їх позначають малими літерами латинського алфавіту (a, b, c, d), починаючи від вказівного пальця (а) і

закінчуючи мізинцем (d). Поблизу браслетної складки розташований головний

(осьовий) долонний трирадіус /. Якщо провести лінії від трирадіусів а і d до t, то утворюється кут долоні < atd, який в нормі не перевищує 57°.

Гребінчасті візерунки зазвичай вивчають під лупою. Як на кінчиках пальців,

так і на долонних підвищеннях можуть спостерігатися різноманітні папілярні візерунки у вигляді завитків, петель і дуг, відкритих в ульнарний або радіальний бік. Те ж саме спостерігається на тенарі й гіпотенарі. Проте тут частіше бувають дуги. На середній і головній фалангах пальців гребінчасті лінії знаходяться поперек пальців, створюючи різноманітні візерунки - прямі, серпоподібні, хвиле-

подібні, дугоподібні - і сполучення.

Загальноприйняті показники особливостей шкірних візерунків на пальцях:

1.Загальний гребінцевий рахунок (загальна кількість папілярних ліній) - сума на всіх 10 пальцях папілярних ліній між центром візерунка і дельтою.

2.Індекс інтенсивності візерунка - сума дельт на 10 пальцях обох рук.

3.Частота окремих візерунків – співвідношення кількості візерунків того чи

іншого типу (дуги, петлі радіальні, петлі ульнарні, завитки) до загальної кількості всіх візерунків.

У популяційних дослідженнях обчислюють індекси, що відображають в основному дельтовий показник, тобто співвідношення петель і завитків на всіх 10

пальцях за формулою A+2W/10. Найчастіше застосовується формула Dt 10 = A +2W/(A+L+W) 10.

У групових дослідженнях користуються вивченням кількісного значення візерунка, тобто числа гребінців від дельти до центру візерунка (гребінцевий рахунок). У середньому на одному пальці буває 15-20 гребінців, на всіх 10

пальцях у чоловіків -144,98, а у жінок-127,23.

При вивченні шкірного рельєфу долоні досліджують:

1.Хід головних долонних ліній А,У, С, D.

2.Долонні візерунки на тенарі і гіпотенарі.]

3.Пальцеві візерунки (форму візерунків і гребін цевий рахунок).

4.Осьові трирадіуси.

Основні елементи рельєфу шкіри пальців: а - трирадіус; б -

завиток; в- петля; г-дуга.

Кут atd в нормі і при хромосомних аномаліях: І синдром Патау; 2 -

синдром Дауна; 3 - синдром Шерешевського - Тернера; 4 - норма; 5 - синдром Клайнфельтера.

Біологічні основи життєдіяльності людини

Трисомія

13

Трисомія

18

Трисомія

21

Синдром Шерешевського -

Тернера

Синдром

Клайнфельтера

ДЕРМАТОГЛІФІЧШ ОСОБЛИВОСТІ В ОСІБ З ХРОМОСОМЫ ИМ И ПОРУШЕННЯМИ

Різке дистальне зміщення основного трирадіуса (108°). Поява 4-пальцевої борозни.

Переважання на пальцях дуг. Часто поява варіанта 4-пальцевої поперечної борозни.

Зменшення числа гребінцевих ліній.

Переважання на пальцях ульнарних петель.

Поперечна 4-пальцева борозна. Дистальне зміщення осьового трирадіуса.

Переважання на пальцях петель і завитків.

Дистальне зміщення осьового трирадіуса.

Збільшення числа гребінцевих ліній. Ульнарне зміщення трирадіуса. Поява на гіпотенарі V-

подібного візерунка.

Переважання на пальцях дуг. Зменшення числа гребінцевих ліній. Проксимальне зміщення осьового трирадіуса.

На характер пальцевого і долонного візерунків впливають механізми цитоплазматичної спадковості. Дослідження людей з хромосомними захво-

рюваннями дозволило виявити специфічні зміни не тільки візерунків пальців і долонь, але й характер основних згинальних борозен на шкірі долонь. Характерні зміни даних показників спостерігаються при хворобі Дауна, синдромах Клайнфельтера, Шерешевського - Тернера, що дозволяє використовувати методи дерматогліфіки та пальмоскопії для діагностики цих захворювань.

Популяціпно-статистичнип метод. За допомогою популяційно-статистичного методу вивчають спадкові ознаки у великих групах населення, в одному або декількох поколіннях. Цим методом можна розрахувати частоту прояву в популяції різноманітних алелів гена і різні генотипи за цими алелями, з'ясувати

поширення в ній спадкових ознак, зокрема, захворювань. Він дозволяє вивчити мутаційний процес, роль спадковості і середовища у формуванні фенотипного поліморфізму людини за нормальними ознаками, виникнення хвороб зі спадковою схильністю. Цей метод використовують і для з'ясування значення генетичних чинників в антропогенезі, зокрема, в расоутворенні. Наприклад, порівнюючи час-

тоту хвороби в одній популяції людей, що живуть або працюють у різних умовах,

можна визначити роль зовнішніх чинників щодо походження хвороб.

При статистичному опрацюванні матеріалу, який отримано при обстеженні групи населення згідно з ознакою, важливою для дослідника, основою для з'ясування генетичної стуктури популяції є закон генетичної рівноваги Харді -

Вайнберга. На підставі цього закону, згідно з даними щодо частоти прояву в популяції рецесивного фенотипу, що має гомозиготний генотип (аа), можна розрахувати частоту прояву даного алеля (а) у генофонді покоління.

Екстраполюючи зведення на найближчі покоління, можна передбачити частоту появи в них людей із рецесивною ознакою, а також гетерозиготних носіїв рецесивного алеля.

Математично закон Харді - Вайнберга можна зобразити формулою:

р (A)+q (а) = 1,

де р і q - частоти прояву алелів А і а відповідного гена. Розкриття цієї формули дає можливість розрахувати частоту людей з різним генотипом і зокрема гетерозигот-носіїв рецесивного алеля: р (АА) + 2pq (Аа) + q (аа) = 1.

Наприклад, альбінізм зумовлений відсутністю ферменту, що бере участь в утворенні пігменту меланіну і є спадковою рецесивною ознакою. Частота прояву в популяції альбіносів (аа) складає 1:20000. Отже, q2 дорівнює 1/20000, тоді q=l/141, a p=l-q=140/141. Згідно з формулою закону Харді - Вайнберга, частота прояву гетерозигот складає 2pq, тобто відповідає 2 х (1/141) х х (140/141) = 280/20000= 1/70. Це означає, що в даній популяції гетерозиготні носії алеля альбінізму зустрічаються з частотою 1 на 70

осіб.

Секвенування геному людини. Методи секвенування — визначення нуклеотидної послідовності ДНК. Конкуренцію двох способів секвенування -

методів Сенгера і Річа - Максема - час вирішив на користь першого. У

секвенуванні ДНК застосовується переважно "shotgun''-стратегія (зростає кіль-

кість доріжок поділу, довжина фрагментів збільшується до 1000 послідовностей нуклеотидів, скорочується час поділу). Продукти полімеразної ланцюгової реакції виявляються шляхом гібридизації з радіоактивною або флуоресцентною мітками і поділом на гелі в разі потреби кількісного визначення. Незважаючи на переважне застосування методу Сенгера, пошуки нових принципів секвенування продовжуються. Існує секвенування ДНК шляхом гібридизації на олігонуклеотидній мікроматриці (ЧІПі). На даний час повністю визначена по-

слідовність нуклеотидів багатьох генів (а- і (З- ланцюгів гемоглобіну, гормонів:

інсуліну, гормону росту, хоріогонічного, соматотропіну, пролактину). Перевага ДНК-діагностики в тому, що об'єктом дослідження є молекули ДНК, тому її можна проводити не тільки на тих тканинах, де працюють ("екс-пресуються")

відповідні гени, але й на інших клітинах організму, з яких можна виділити ДНК, і на будь-якій стадії розвитку.

Досимптомна діагностика спадкових захворювань, зокрема пренатальна діагностика, заснована на дослідженні клітин плоду, навіть проембріональ-них стадій розвитку (гамети, зиготи, зародки). Для діагностики моногенних хвороб у плода виділяють ДНК із біоптатів хоріона (плаценти), із клітин амніо-тичної рідини

(амніоцитів) або із лімфоцитів крові пуповини. Основним джерелом ДНК для діагностики в постнатальному періоді є лімфоцити крові.

Розрізняють пряму і непряму ДНК-діагностику спадкових хвороб. Переваги прямого методу - висока (до 100 %) точність і можливість діагностики без аналізу ДНК пробанда. Останнє особливо важливе у випадку пренатальної діагностики тяжких, найчастіше смертельних захворювань. Пряма ДНК-

діагностика полягає у виявленні конкретних ушкоджень у відомому гені.

Необхідною умовою застосування прямої ДНК-діагностики є ідентифікація гена,

ушкодження якого призводить до розвитку захворювання.

Непрямий метод широко застосовується для діагностики тих захворювань, гени яких ще неіден-тифіковані, мутації невідомі або важко виявляються. Єдиною і неодмінною умовою такої діагностики є дані про наявність молекулярних маркерів, розташованих близько від мутантного гена або в ньому. Такими молекулярними маркерами є поліморфні байти і гіперваріабельні за кількістю однотипних простих повторів ділянок ДНК. Метод непрямої ДНК-діагностики

більш універсальний, проте поступається за точністю прямому методу. Крім того,

він може бути застосований за наявності пробанда, аналіз ДНК якого дозволяє встановити, з яким саме молекулярним маркером кожної хромосоми батьків зчеплений мутантний ген.

Найбільш складними для діагностики є випадки патології, зумовлені присутністю в каріотипі плоду додаткової маркерної хромосоми, що важко іденти-

фікується традиційними цитогенетичними методами. Для вивчення таких каріотипів використовується метод флуоресцентної гібридизації in situ (FISH) із ДНК-зондами, специфічними для окремих хромосом або їхніх ділянок, що дозволяє ідентифікувати аберантні хромосоми й аналізувати анеуплоїдії за інтерфазними ядрами, що істотно полегшує аналіз мозаїцизму хромосом.

Таким чином, перспективним є дослідження вмісту в крові вагітної,

починаючи з 6 тижня, білка PAPA (pregnancy associated protein А), використання раннього скринінгу маркерних сироваткових білків вагітної і УЗД плодів першого триместру; аналіз каріотипу клітин плоду, що знаходяться в крові матері;

проведення цитогенетичної діагностики хромосомних хвороб на передімплантаційних зародках людини.

Молекулярній діагностиці доступні близько 20 моногенних хвороб

(муковісцидоз, міодистрофія Дю-шена, гемофілія А, В, фенілкетонурія, хвороба Віллібранда, бета-таласемія та ін.). У 1997 році розпочата ДНК-діагностика патології у внутрішньоут-робному періоді (муковісцидоз, міодистрофія Дю-шена,

фенілкетонурія, синдром ламкої Х-хромосо-ми, гемофілія та ін.)

Одним із найбільш важливих практичних досягнень молекулярної генетики є розробка методів ДНК-діагностики, що без перебільшення революціонізувало всю систему медико-генетичного консультуван-

ня. Впровадження ДНК-діагностики має не тільки велике медичне, але й соціально-економічне значення, сприяє охороні генетичного здоров'я населення і зменшенню "генетичного обтяження" популяції.

Генетичні маркери

Для діагностики спадкових та інфекційних захворювань на рівні ДНК використовують різні методи, зокрема ДНК-зонди (маркери). ДНК-зонд -це ділянка ДНК довжиною від 10 до 6000 пар нук-леотидів, у якій послідовність основ комплементарна послідовності досліджуваної ділянки ДНК (гена, що зумовлює захворювання, або гена вірусу, бактерії).

Технологія ДНК-зондів вимагає знання нуклео-тидної послідовності гена, що досліджується. Для локалізації гена зонди, що містять радіоактивні або флуоресцентні мітки, вносяться у ДНК-зразки, що містять біологічний матеріал,

отриманий від хворого. За наявності в ДНК комплементарної послідовності зонд приєднується до неї і його можна визначити, вимірюючи радіоактивність або флуоресценцію. Розміри фрагментів ДНК, до яких приєднався зонд, визначають за допомогою методики, що отримала назву блотинг, розроблена американським вченим Саузерном. За допомогою ДНК-зондів ідентифіковані деякі гени людини.

Вони використовуються також для діагностики інфекційних захворювань внаслідок визначення послідовності ДНК, унікальної для кожної бактерії або віруса,

наприклад, віруса гепатиту В - дуже тяжкого і поширеного захворювання людини.

Послідовність нуклеотидів ДНК цього вірусу розшифрована. На даний час випускаються готові діагностичні набори, що містять од-ноланцюгову ДНК,

мічену флуоресцентним барвником, комплементарну одному з ланцюгів вірусної ДНК. Таку одноланцюгову ДНК додають до зразка крові хворого з симптомами гепатиту В. Пробу крові нагрівають для поділу ДНК вірусу на окремі ланцюги.

ДНК-зонд приєднується до комплементарного ланцюга ДНК вірусу і відновлює подвійний ланцюг ДНК. Флуоресціюючі ДНК можна побачити, знявши на фотоплівку.

Одним із важливих досягнень в області ДНК-технологій є розробка полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР).

Використовуючи ПЛР, можна синтезувати мільйони копій одного гена або будь-

яких специфічних ділянок ДНК у пробірці впродовж короткого часу. ПЛР отримала свою назву від ДНК-полімерази, ферменту, що сприяє реплікації ДНК у клітині. Реакція ланцюгова, тому що полімераза буде відтворювати реплікацію кожної копії ДНК, що утворилася, нескінченну кількість разів.

Для проведення ПЛР необхідні праймери - короткі послідовності з 20

нуклеотидів, комплементарні нуклеотидам на обох кінцях ділянки ДНК-мішені.

Праймери необхідні для початку процесу реплікації, що буде продовжений ДНК-

полімеразою.

Варто зазначити, що для аналізу кожної ділянки ДНК застосовуються свої специфічні праймери. Це дало можливість значно вдосконалити і прискорити діагностику багатьох інфекційних захворювань, зробити більш доступними генетичні дослідження в медичній практиці.

Мінливість у людини

•властивість життя і генетичне явище

•форми мінливості

Мінливістю називають відмінності між особинами одного виду - предками і нащадками, які виникають внаслідок змін спадкового матеріалу або впливу умов зовнішнього середовища.

Мінливість, як і спадковість, властива всій живій природі. Генетична наука розрізняє спадкову і неспадкову мінливість.

Спадкова - це здатність до зміни самого генетичного матеріалу, а неспадкова -

здатність організмів реагувати на умови зовнішнього середовища, змінюватися в межах норми реакції, заданої генотипом.

Спадкова мінливість у свою чергу поділяється на комбінативну і мутаційну.