Особенности изучения наследственности человека.

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.

Основные методы изучения наследственности человека.

Клинико-генеалогический метод. Он был введен в конце XXI века Ф. Гальтоном и основан на составлении и анализе родословных.

Цитогенетический метод. Он включает: а) методы экспресс-диагностики пола – определение X- и Y-хроматина; б) кариотипирование – определение количества и качества хромосом с целью диагностики хромосомных болезней (геномных мутаций и хромосомных аббераций).

Основными показаниями для цитогенетического исследования являются:

1. пренатальная диагностика пола плода в семьях, отягощенных заболеваниями, сцепленными с Х-хромосомой;

2. не дифферинцированная олигофрения (слабоумие);

3. привычные выкидыши и мертворождения;

4. множественные врожденные пороки развития у ребенка;

5. бесплодие у мужчин;

6. нарушение менструального цикла (первичная аменорея);

7. пренатальная диагностика при возрасте матери старше 35 лет.

Материалом для цитогенетического исследования могут быть: клетки перифирической крови (лимфоциты); фибробласты кожи; клетки. Полученные при амниоцентезе или биопсии хориона; клетки абортусов, мертворожденных и др.

Экспресс-диагностика – это исследование полового Х-хроматина (тельца Барра) в ядрах клеток слизистой оболочки ротовой полости, вагинального эпитилия или клеток волосяной луковицы. Для выявления Х-полового хроматина мазки окрашивают ацетарсеином и препараты просматривают с помощью обычного светового микроскопа. В норме у женщин обнаруживается одна глыбка Х-хроматина, а у мужчин ее нет.

Для выявления мужского Y-полового хроматина (F-тельце) мазки окрашивают акрихином и просматривают с помощью люминесцентного микроскопа. Y-хроматин – это сильно светящаяся точка, по величине и интенсивностисвечения отличающаяся от других остальных хромоцентров. Он обнаруживается в ядрах клетокмужского организма. Число Y-телец соответствует числу Y-хромосом в кариотипе.

Окончательный диагноз хромосомной болезни выставляется только после исследования кариотипа.

Генетика соматических клеток. Она изучает наследственность и изменчивость соматических клеток. Благодаря тому, что эти клетки содержат весь объем генетической информации, на них можно также изучать генетические особенности целостного организма. Генетика соматических клеток позволила включить человека в группу экспериментальных объектов.

Соматичекие клетки человека для генетических исследований получают из материала биопсий (прижизненное иссечение тканей или органов) и аутопсий (кусочки тканей или органов от трупов). Чаще всего используются клеточные культуры фибробластов и лимфоидных клеток.

В настоящее время применяют следующие методы генетики соматических клеток человека:

1. простое культивирование;

2. гибридизация;

3. клонирование;

4. селекция.

Простое культивирование – это размножение клеток на питательных средах с целью получения их в достаточном количестве для цитогенетического, биохимического, иммунологического и других методов исследования.

Гибридизация соматических клеток – это слияние клеток двух разных типов. Гибридизацию могут проводить между клетками, полученными от разных людей, а также клетками человека с клетками мыши, крысы, китайского хомячка, морской свинки, обезьяны, курицы. Спонтанное (произвольное) слияние происходит редко, поэтому в смешанную культуру добавляют полиэтиленгликоль или чаще вирус Сендай. При слиянии клеток образуется гетерокарион (гибридная клетка с двумя ядрами разных типов клеток). Затем ядра этой клетки могут слиться с образованием синкариона (от греч. sun – вместе).

Особый интерес представляют гибридные клетки «человек – мышь», так как при последующих делениях они имеют тенденцию к утрате многих хромосом человека. Примерно через 30 поколений можно найти клетки, содержащие только одну – две пары человеческих хромосом. Если в гибридной клетке отсутствует какая-либо хромосома и не происходит синтез каких-то белков, то можно предположить, что гены, детерминирующие синтез этих белков, локализованы в данной хромосоме. Этот метод позволяет установить группы сцепления, а используя хромосомные перестройки(нехватки и транслокации), выяснить последовательность расположения генов и строить генетические карты хромосом человека.

Клонирование – получение потомков одной клетки (клона), взятой из общей клеточной массы. Все клетки будут с одинаковым генотипом. Одним из примеров метода клонирования является получение гибридом (от лат. hibrida – помесь и греч. oma – опухоль). Гибридома – это клеточный гибрид, получаемый слиянием нормального лимфоцита и опухолевой клетки.

Селекция (от лат. selectio – отбор, выбор) – отбор клеток с заранее заданными свойствами при культивировании их на селективных питательных средах. Например, если использовать питательную среду без лактозы ( но с добавлением других сахаров), то из большого числа клеток. Помещенных в нее, может оказаться несколько, способных существовать без лактозы. В дальнейшем можно будет получить клон этих клеток.

Метод дерматоглифики. Представляет собой изучения 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 неизмеными в течение всей жизни. Поэтому дерматоглифический анализ используется для определения зиготности близнецов, диагностики некотрых геномных и хромосомных мутаций (например, болезни Дауна, Патау и других); для идентификации личности в криминалистике, установления отцовства в судебной медицине.

Близнецовый метод. Он позволяет оценить относительную роль (удельный вес) генетических и средовых факторов в развитии конкретного признака или заболевания. Близнецы бывают монозиготные (однояйцевые) и дизиготные (разнояйцевые).

Монозиготные близнецы развиваются из одной оплодотворенной яйцеклетки (зиготы) в результате ее разделения надвое с образованием двух эмбрионов. Монозиготные близнецы имеют одинаковые генотипы, различие их признаков зависит только от факторов внешней среды.

Дизиготные близнецы рождаются, когда образуются одновременно две яйцеклетки, оплодотворяемые двумя сперматозоидами. Дизиготные близнецы имеют различные генотипы. Они сходны между собой не более, чем братья и сестры, рожденные порознь. Но благодаря одновременному рождению и совместному воспитанию у них будут общие средовые факторы. Различие их признаков в основном обусловлено различными генотипами.

Для доказательства роли наследственности в развитии признака необходимо сравнить долю (%) конкордантных пар (одинаковых по конкретному признаку) в группах моно- и дизиготных близнецов. Рассмотрим это на примере сахарного диабета. Если один из монозиготных близнецов болен сахарным диабетом, то второй заболевает в 65 % случаях (в 65 % - они конкордантны). Если один из дизиготных близнецов заболел, то второй заболевает в 18 % случаев. Большая конкордантность в группе монозиготных пар доказывает, что в этиологии диабета наследственное предрасположение играет существенную роль.

Биохимические методы. Они позволяют выявить изменения в обмене веществ для уточнения диагноза заболевания, установления гетерозиготного носительства. Например, гетерозиготные носители рецессивного аллеля фенилкетонурии реагируют на введение фенилаланина более сильным повышением концентрации аминокислоты в плазме, чем нормальные гомозиготы. Этот метод используют в медико-генетическом консультировании для определения вероятности рождения ребенка с наследственными заболеваниями.

Заболевания в основе которых лежит нарушение обмена веществ, составляют значительную часть наследственной патологии (фенилкетонурия, галактоземия, алкаптонурия и др.).

Предположить наличие у больного наследственного дефекта обмена можно по следующим признакам:

1. умственная отсталость, изолированная или в сочетании с патологией других органов:

2. нарушение психического статуса;

3. нарушение физического развития;

4. судороги, мышечная гипо- или гипертония, нарушение походки и координации движений, желтуха, гипо- или гиперпигментация;

5. непереносимость отдельных пищевых продуктов и лекарственных препаратов, нарушение пищеварения и др.

Иммуногенетический метод. Позволяет поставить или уточнить диагноз: 1) при врожденных иммунодефицитных состояниях; 2) при подозрении на антигенную несовместимость матери и плода по тем или иным системам групп крови.

Популяционно-статистический метод. Он дает возможность рассчитать в популяции частоту нормальных и патологических генов и генотипов: гетерозигот, гомозигот доминантных рецессивных, а также частоту нормальных и патологических фенотипов.

Частота генотипов и фенотипов рассчитывается по формуле Харди – Вайнберга: p² + 2pq + q² = (p +q) ² = 1, где q² – частота доминантного гена; - частота рецессивного гена; - частота гомозигот по рецессивному гену.

Очень важно , что по этой формуле можно рассчитать частоту гетерозигот по патологическим рецессивным генам. Которые находятся в скрытом состоянии. Например, частота фенилкетонурии в популяции – 1: 10000, значит, q² = 0.0001 q = 0.01 p + q = 1, тогда p = 1-q = 1 – 0.01 = 0.99, а 2pq = 2 x 0.99 0.01 = 0.0198 = 0.02, или 2%. Значит, частота гетерозигот по гену фенилкетонурии в изучаемой популяции составляет 2%.

Следует помнить, что наследственные заболевания распределены по различным регионам земного шара, среди разных рас и народностей неравномерно. Например, частота фенилкетонурии в Республике Беларусь равна 1:6500, в Австрии – 1:2000, в Финляндии – 1:43000, а у евреев-ашкенази – 1:180000. Знания частоты заболеваний в данном регионе способствует правильной организации профилактических мероприятий.

Методы пренатальной диагностики. Представляет собой совокупность исследований, позволяющих обнаружить заболевание до рождения ребенка. К основным методам пренатальной диагностики относятся: ультразвуковое исследование, маниоцентез, биопсия хориона, определение -фетопротеина и др.

Метод моделирования. Изучает болезни человека на животных, которые могут болеть этими заболеваниями. В основе лежит закон Вавилова о гомологичных рядах наследственной изменчивости. Например, гемофилию, сцепленную с полом, можно изучать на собаках; эпилепсию – на кроликах; сахарный диабет, мышечную дистрофию, ахандроплазию – на крысах; незаращение губы и неба – на мышах.