содержание занятия

Напомним, что монозиготные (МЗ), или однояйцовые, близнецы генетически идентичны, так как развиваются из одной зиготы вследствие ее разделения с образованием двух эмбрионов. Различия между ними, т.е. дискордантность партнеров МЗ пар, определяется в основном факторами внешней среды. Разнояйцовые, или дизиготные (ДЗ),близнецы возникают при оплодотворении двух яйцеклеток двумя спермиями, т.е. генотипически они различаются, что и определяет (наряду с факторами внешней среды) дискордантность партнеров этих пар.

Воснове диагностики зиготности лежит изучение сходства (конкордантности) и различия (дискордантности) партнеров близнецовой пары по совокупности таких признаков, которые мало изменяются под влиянием среды. Метод, получивший название полисимптомного (метод сходства, подобия), включает в себя исследование конкордантности и дискордантности близнецов по таким признакам, как цвет и разрез глаз, форма ушей, бровей, носа, губ, подбородка и др., всего19 признаков. Для каждого из этих признаков разработаны балльные и иные шкалы оценок, которые позволяют, сравнивая эти оценки у партнеров пары близнецов, поставить правильный диагноз.

Впринципе МЗ близнецы должны быть конкордантны по всей совокупности признаков, используемых при методе подобия, в то время как ДЗ – по части признаков дискординантны.

К недостаткам метода относятся его субъективизм, возможность изменения внешних признаков партнеров МЗ под действием факторов внешней среды, а также невозможность его использования у детей раннего возраста.

К другим методам диагностики зиготности близнецов относится иммуногенетический, когда близнецов-партнеров сравнивают по эритроцитарным антигенам (системы групп крови АВО, Rh, MN и др), составу белков сыворотки крови, гаплотипам системы HLA. Эти менделирующие признаки не изменяются в течение жизни индивида, не зависят ни от каких внешних факторов, т.е. со всех точек зрения являются идеальными генетическими маркерами. При отсутствии ошибок определения даже единственное различие будет свидетельствовать о дизиготности близнецов. Для диагностики зиготности используют также данные дерматоглифики (исследование кожного рефлекса пальцев рук и ладоней), изучение способности чувствовать вкус фенилтиокарбамида, которая наследуется как моногенный признак, выращивание смешанной культуры клеток, электрофорез сыворотки, трансплантационный обмен участков тканей.

Сущность близнецового метода заключается в сравнении внутрипарного сходства в группах МЗ и ДЗ близнецов, что позволяет с помощью специальных формул оценить относительную роль наследственности и факторов внешней среды в развитии каждого конкретного признака. При исследовании качественных признаков внутрипарное сходство оценивают по принципу «подобны-различны». Для доказательства роли наследственности в развитии признака достаточно сравнить долю (процент) конкордантных пар в группах МЗ и ДЗ близнецов. Рассмотрим это на примере сахарного диабета. Если один из МЗ близнецов болен диабетом, то второй партнер заболевает в 65% случаев

(в 65% случаев они конкордантны). Если один из ДЗ близнецов заболел диабетом, то второй заболевает только в 18% случаев. Большая конкордантность в группе генетически идентичных партнеров МЗ пар доказывает, что в этиологии диабета наследственная предрасположенность играет существенную роль.

Для количественной оценки роли наследственности и внешней среды применяют различные формулы. Чаще всего пользуются коэффициентами наследуемости (Н) и влияния среды (Е), вычисляемыми по формуле Хольцингера:

H=(CMZ –CDZ) / (100-CDZ) 100;E=100-H,

где CMZ-процент конкордантных пар в группе МЗ, а СDZ- то же в группе ДЗ близнецов.

В случае сахарного диабета (см.выше) доля наследственной обусловленности признака составляет: Н=(65-18)/(100-18) 100 =57%, а влияния среды Е=100-57=43%

Результаты вычислений по формулам Хольцингера подтверждают, что заболевание диабетом обусловлено генетическими факторами не меньше, чем факторами внешней среды.

Партнер близнеца, страдающего тем или иным заболеванием, не-избежно попадает в группу повышенного риска по развитию аналогичной болезни. При этом обратим внимание на то, что это касается не только МЗ, но и ДЗ близнецов за счет прежде всего общности среды обитания.Таким образом, партнер «больного» близнеца нуждается в постоянном наблюдении (или по крайней мере в предупреждении его о необходимости такого наблюдения) с целью выявления субклинических форм заболевания и проведения соответствующей профилактики.

Учитывая, что количество близнецов составляет примерно 2% населения, все это приобретает важное значение в работе практического врача.

Таблица 4.

Частота заболевания обоих близнецов при некоторых видах патологии

Метод контроля по партнеру. Другой вариант применения близнецового анализа в медицинской и клинической генетике – метод контроля по партнеру

– основан на самостоятельном внутрипарном анализе МЗ. Использование этого метода позволяет оценить влияние факторов внешней среды в экспериментах, в которых один из партнеров МЗ пары подвергается действию изучаемого терапевтического фактора, а второй не подвергается, т.е. служит контролем. Такие исследования крайне эффективны, поскольку для получения достоверных результатов достаточно ограничиться несколькими МЗ парами. Например, показано, что различие в воздействии двух методов лечения на уровень холестерина в плазме крови можно определить у трех пар МЗ близнецов, тогда как для получения аналогичных по достоверности результатов у неродственных индивидов необходимы 24 человека.

Таким образом, использование метода контроля по партнеру позволяет на немногих парах МЗ точно, экономно и результативно оценить эффективность и сравнительную эффективность различных методов медикаментозного и физиотерапевтического воздействии. Для получения такой информации в популяционных исследованиях требуется значительно больший объем выборки.

П о п у л я ц и о н н ы й м е т о д ЦЕЛЬ занятия: научиться анализу частоты наследственных болезней на основе изучения генетической структуры популяции.

ЗНАТЬ

1.Характеристики генетической структуры популяции.

2.Факторы, изменяющие генетическую структуру популяции.

3.Значение популяционно-генетических исследований в профилактике наследственных болезней.

УМЕТЬ

Анализировать генетическую структуру популяции: а) рассчитать вероятное число больных;

б) рассчитать вероятное число гетерозиготных носителей.

Роль наследственности в патологии человека изучается на всех уровнях, включая популяционный. Раздел медицинской генетики, изучающий распространенность наследственной патологии в зависимости от демографических, этнических и других особенностей популяции, а также различий сред обитания, называются популяционной географией наследственных болезней.

Наследственные болезни распределены по различным регионам земного шара среди разных рас и народностей неравномерно. Значительная часть хромосомных аномалий элиминируется на разных стадиях внутриутробного развития. Частота хромосомных аномалий, т.е. численных и структурных нарушений хромасом, варьирует от 0,5 до 0,8% среди новорожденных. Наиболее распространена болезнь Дауна, частота которой в различных популяциях изменяется от 0,5 до 2,5% (Москва 1,25%, Мичиган 0,89%, Ие-

русалим 2,5%).

Существенны колебания частот моногенно наследуемых болезней в различных популяциях. Одним из наиболее распространенных наследственных заболеваний является муковисцидоз, аутосомнорецессивная патология, которая встречается в странах Европы с частотой 1:1000- 1:4000новорожденных.Среди негров и восточных народов частота этого заболевания значительно выше. Частота фенилкетонурии (ФКУ) выше у славянских (например, в Польше 1:8000), чем у германских (в Австрии 1:12000) и (Франция 1:14000) народов. Крайне низка частота ФКУ в Финляндии (1:43000), в Японии (1:21000) и у евреев-ашкенази (1:180000). Существует различие в частоте ФКУ и внутри стран. Так, в Ирландии и Шотландии частота ее в 2 раза выше (1:4000), чем в Англии (1:10000).

Эти данные убедительно показывают существенную дифференцию между популяциями и этническими группами по распространенности отдельных наследственных форм.

Различается и распространенность мультифакториальных болезней. Так, частота сахарного диабета в различных популяциях колеблется от 7,1 (ФРГ) до 3,6% (Марокко); частота псориаза – от (Фарерские острова) до

0,068%(Япония).

По данным литературы, суммарный груз наследственных болезней (включая различные нарушения, хромосомные аномалии, врожденные пороки и широко распространенные заболевания со значительной генетической компонентной) среди новорожденных варьирует от 34,5 до 52,8 :10000. Ежегодно во всем мире рождается до 2млн. детей с разными наследственными заболеваниями.

Неравномерность распространения наследственных болезней в разных популяциях определяет регионарные программы медико-генетических мероприятий, направленных на профилактику наследственных болезней. В ходе исследований выявляются не только больные, которые подлежат специальной терапии, но и семьи, для которых высок повторный риск появления детей с той же патологией. Такие семьи ставят на специальный учет, за ними ведут наблюдение (диспансеризация), т.е. осуществляются мероприятия, направленные на снижение частоты этих заболеваний в популяциях.

Очевидно, что изучение популяции основывается на изучении фенотипов. Наблюдаемая фенотипическая изменчивость в определенной степени обусловлена генетическим разнообразием. Когда тип наследования признаков известен, популяцию можно охарактеризовать частотой определенных генотипов либо частотой аллелей. Однако эти частоты в ряду поколений могут изменяться под влиянием многих факторов, таких как величина популяции, вид браков, мутации и миграции, отбор.

Наиболее простой метод определения частот генотипов в последовательном ряду поколений. Если оба процесса– формирование родительских пар и соединение гамет – случайны, то генотипический состав будет определяться случайным сочетанием всех гамет. Принимается, что весь фонд яйцеклеток

содержит Р гамет, несущих аллель А, и q гамет, несущих аллель а (аналогично - для сперматозоидов), отсюда частоты генотипов среди потомства равны квадрату частот генов среди гамет.

Частота в долях единицы доминантного гена р=0,9, рециссивную-q=0,1, то сумма составляет р+q=1 (р+q)2=1

Если,известно,что заболев.1:20000,то q2=1/20000 q=1/141 р=1-1/141=140/141

2рq=2 140/141 х 1/141=1/70 т.е. гетерозигот. (pА+qа)2=р2АА+2рАqа+q2аа

Соотношение генотипов, которое сохраняется в поколениях, называется равновесным. Эта концепция постоянства генотипического состава в случайно скрещивающихся популяциях и сохранения постоянства частоты генов называется законом Харди-Вайнберга (1908) Данный закон является основной всей популяционной генетики. Он справедлив для случая как множественных аллелей, так и многих независимых локусов, причем равновесие достигается уже в первом поколении.

Абсолютное равновесие может быть достигнуто только в бесконечно большой популяции. В действительности реальная популяция может лишь приблизиться к этому. В результате частота гена может случайно изменяться. Это явление, обусловленное случайными колебаниями состава гамет в различных группах особей, называется дрейфом генов.

Мутационный процесс переводит аллели из одного состояния в другое с определенной скоростью. Частота мутаций обычно измеряется вероятностью мутирования одного аллеля в течение одного поколения, составляющей 105. Хотя мутации изменяют частоты генов, однако их влияние относительно слабо по сравнению с влиянием дрейфа генов и отбора.

Новые гены могут поступать в генофонд популяции не только за счет мутаций, но и в виде гамет, «перенесенных» иммигрантами из других популяций. Этот процесс поступления новых генов называется притоков генов. Мутационный процесс и приток генов сходны в том, что они «поставляют» в популяцию новые аллели, т.е. служат источником изменчивости. Эффективность обмена генами зависит от степени миграции и от степени различний в частотах генов скрещивающихся между собой популяций.

Если между особями популяции происходит конкуренция, то некоторые из них избирательно элиминируются. Этот отбор, направленный против некоторых генотипов, может привести к направленному изменению частоты гена. Отбор, как и дрейф генов,«стремится» снизить генотипическое разнообразие популяции. Отбор создает определенную упорядоченность, повышая приспособленность популяции и формируя новую картину изменчивости.

Действие таких эволюционных сил, как мутационный процесс, миграция, отбор и дрейф генов, называемых элементарными факторами эволюции, приводит к изменению частот генов. При этом мутации и миграции создают «сырье» для эволюции (разнообразие аллелей и генотипов), а дрейф генов и естественный отбор служат причиной элиминации некоторых генетических вариантов. В разное время «причинным» фактором эволюции рассматривался

то один, то другой эволюционный фактор. Современная синтетическая теория учитывает взаимодействие различных факторов в создании приспособленности.

Популяция обычно приспособлена к непосредственно окружающей ее среде. Это означает, что большинство особей в популяции должны иметь такие генотипы и фенотипы, которые обеспечивают существование в данных условиях. В случае изменения условий окружающей среды в популяциях должны возникать и воспроизводиться новые гено- и фенотипы. Генетическая пластичность, дающая возможность популяций совершить адаптивный сдвиг, у многоклеточных обеспечивается за счет рекомбинаций запасенной генетической изменчивости, имеющейся в популяции. Этот запас изменчивости может храниться в гетерозиготном состоянии. Хотя эволюция и зависит от постоянного наличия генетической изменчивости, одно из самых значительных ее последствий - это появление слабоприспособленных особей. Таким образом, приспособленность популяции всегда ниже той которая характерна для оптимально приспособленных особей. Это снижение средней приспособленности популяции за счет особей, приспособленность которых ниже оптимальной, называют генетическим грузом. Английский генетик Д. Холдейн охарактеризовал генетический груз следующими словами«Это та цена, которую вынуждена платить популяция за право эволюционировать».

Обычно выделяют три вида генетического груза: 1)мутационный; 2)сбалансированный, 3) субституционный (переходный).

Мутационный груз – это груз, возникающий за счет мутационных аллелей. Поскольку естественный отбор направлен против этих аллелей (нормализующий отбор), то их частота мала и они обнаруживаются только вследствие повторных мутаций.

Различные механизмы, создающие полиморфизм по локусам, образуют также сбалансированный генетический груз. Различные фенотипы встречаются с высокой частотой благодаря селективным силам, действующим в противоположных направлениях. Сбалансированное равновесие может возникнуть, если аллель, против которого направлен отбор в гомозиготном состоянии, сохраняется вследствие «превосходства» гетерозигот. При этом вследствие расщепления в потомстве гетерозигот в популяцию постоянно поступает много слабо приспособленных гомозигот. Эти особи и создают часть сбалансированного груза, которую специально называют сегрегационным грузом.

Другой важный источник сбалансированного груза – это сбалансированный полиморфизм обусловленный дизруптивным отбором.

Существует еще один тип генетического груза, обусловленный изменением частот генов вследствие замены одного аллеля другим. Такое замещение происходит при направленном отборе. В какой-то промежуток времени в течение переходного периода частоты обоих аллелей достаточно велики, и возникает период переходного полиморфизма. Вследствие того, что один из распространенных аллелей подвергается отрицательному отбору,

значительная часть популяции становится плохо приспособленной. В результате возникает субституционный груз и (переходный груз).

Д. Холдейн (1962) рассчитал, что замещение одного аллеля требует примерно 300 поколений, а для образования нового вида нужно примерно 1000 замещений,т.е.300000 поколений. Эти результаты хорошо совпадают с оценками скорости эволюции для многих видов млекопитающих. В то же время для человека скорость эволюции несколько выше. Если принять, что непосредственный предшественник человека жил примерно 1 млн. лет назад, а среднее время между поколениями равно 20 годам то оказывается, что за 50000 поколений заместилось только 166 генов. Различие по сто небольшому числу генов представляется слишком незначительным по сравнению с масштабами и сложностью происшедших изменений.

Синдромологический подход к диагностике наследственных болезней.

Известно, что в наследственных заболеваниях нет ни одного симптома, присущего только данному заболеванию.

В целом признаки можно разделить на: 1)основные, специфические.

Куда можно отнести:

2) неглавные (неспецифические, второстепенные) например, клинодактилия мизахода при болезни Дауна.

Для диагностики той или иной наследственной болезни важно сочетание симптомов,их комплекс, образующий синдром. Именно синдром характеризует наследственное заболевание. Поэтому в медицинской генетики синдром часто эквивалентен болезни. Например синдром Дауна – болезнь Дауна. При этом синдром сочетает ряд признаков, присущих этому заболеванию: Монголоидный разрез глаз, микроцефалия, седловидная стенка носа, клиндактимия мизинца, олигофрения.

Однако, для того чтобы очертить синдром необходимо провести тщательный анамнез о родителях, о сибсах, о течении предыдуших беременностей и родов, об отягощенном акушерском и гинекологическом анамнезах. Необходимо провести тщательный осмотр пациента (смотри выше) и выявить патологические симптомы.

Все это следует сочетать с дополнительными исследованиями проанализировать и сделать заключение о наличии или отсутствии наследственных болезней.