Модуль 1. Цитогенетика как наука

Комплексная цель: формирование у студентов представлений о цитогенетике как о науке, изучающей строение, воспроизведение, функции и поведение хромосом в клеточном цикле; а также представлений о методах приготовления и окраски цитогенетических препаратов.

1. История развития цитогенетики

Цитогенетика – это наука о материальных основах наследственности. Она изучает особенности строения, воспроизведения, рекомбинации, изменения и функционирования генетических структур клетки, их распределение в митозе, мейозе и при оплодотворении.

В 1867 году немецкий ботаник Вильгельм Гофмейстер, а в 1871 году Александр Ковалевский и в 1872 году ботаник Эдмунд Руссов описали отдельные стадии митоза.

В 1873 году немецкий зоолог и эмбриолог Антон Шнейдер при исследовании дробления яйцеклетки низших червей обнаружил стадии митоза, позднее названные как метафаза и анафаза.

В 1974 году немецкий биолог Отто Бючли на клетках нематод и моллюсков описал митотическое веретено и показал одновременность деления структур, позднее названных хромосомами.

В 1874 году ботаник Иван Чистяков впервые наблюдал митоз у растений (плауны, хвощи).

В 1875 году Эдуард Страсбургер обратил внимание на общность картин митоза в клетках растений и животных. Он устанавливает последовательность его фаз.

В 1882 году Вальтер Флеммннг открыл продольное расщепление хромосом в митозе. Он создал теорию митоза – индивидуальность хромосом, их генетическая непрерывность в череде поколений.

В 1884 году Ван-Бенеден и в 1892 году Вейсман описали мейоз.

Первое обсуждение цитогенетики как науки – 1896 год – вышла книга Вильсона «Клетка в развитии и наследственности».

Хромосомы человека впервые наблюдали Арнольд (1879) и Флемминг (1882). Винивортер в 1912 году исследовал гистологические срезы тестикул; он пришел к выводу, что у мужчин должно быть 47 хромосом, а у женщин – 48. Пэйнтер в 1921-1923 гг. анализировал тестикулы трех душевнобольных; вывод – в клетках человека 48 хромосом. Он впервые наблюдал половой бивалент в первом мейотическом делении.

В 1956 году, когда Tjio и Levan добавив воду к суспензии митотических клеток (фибробласты легкого эмбриона) человека перед их фиксацией на стекле, смогли отделить хромосомы друг от друга и сосчитать их количество. Независимо от их исследования, в том же году, число хромосом человека - 46, было установлено Ford.

В 1959 году Лежен показал, что причиной синдрома Дауна является трисомия хромосомы 21, а аномалии количества половых хромосом приводят к развитию синдрома Тернера (Форд) и синдрома Клайнфельтера (Джекобс, Стронг). В 1963 году был описан первый делеционный синдром – cri du chat - потеря участка короткого плеча хромосомы 5 у больных с выраженной задержкой умственного развития и плачем, похожим на крик кошки.

В 1961 году в Лондоне Пенроуз и Делханти впервые описали триплоидию у спонтанного абортуса. В 1967 году Якобсон и Бартер впервые на препаратах культуры клеток амниотической жидкости диагностировали у плода хромосомную аберрацию. Развитие пренатальной цитогенетики. В 1982 году впервые успешно провели анализ кариотипа плода в культуре лимфоцитов пуповинной крови после кордоцентеза.

В конце 60-х годов цитогенетические исследования получили новый толчок к развитию. Caspersson разработал протоколы дифференциального окрашивания, при которых получался набор из темных и светлых полос по всей длине каждой хромосомы. В 1971 году было принято соглашение о единой системе нумерации полос при дифференциальной окраске.

Следующим революционным шагом в развитии методов цитогенетики стала гибридизация нуклеиновых кислот in situ. Она была первоначально разработана для локализации фрагментов ДНК в метафазных и профазных хромосомах. В основе метода – создание препаратов ДНК, содержащих последовательность нуклеотидов, гомологичную последовательности изучаемого района. Эти препараты ДНК («ДНК-пробы») должны быть помечены для дальнейшего их обнаружения. В первых экспериментах в качестве метки использовали радиоактивные изотопы водорода. Гибридизация in situ заключается в денатурации ДНК-пробы и цитологического препарата с последующей совместной ренатурацией, при которой образуется дуплекс меченной ДНК и ДНК препарата. Несвязанная меченная ДНК вымывается.