Сумма частот аллелей одного гена в популяции = 1
Соотношение частот аллелей и генотипов в последующих поколениях описывается основным законом Харди-Вайнберга. Этот закон гласит о том, что в идеальной популяции частотой всех аллелей и генотипов находятся в равновесии и такое равновесие достигается за одно поколение. И действителен он лишь в идеальной популяции.
Если обозначить частоты генотипов через частоты аллелей (p2=D, 2pq=H, q2=R), отсюда следует:
D + H + R = p2+ 2pq+ q2.
Идеальной популяцией называют популяцию достаточно большой численности, на которую не действуют эволюционные факторы.
Ее критерии:
-панмиксия (равновероятное скрещивание фенотипически различны х особей)
-изоляция и отсутствие миграций
-отсутствие мутационной изменчивости
-бесконечно большая численность
-естественный отбор отсутствует
ЧЕЛОВЕЧЕСКАЯ ПОПУЛЯЦИЯ НЕ ПОДХОДИТ НИ ПОД ОДИН КРИТЕРИЙ
89. Генетика человека. Генеалогический метод. Цель и задачи.
Генеалогический метод очень часто используют для изучения закономерностей наследования у человека. Этот метод широко применяют для:
•установления наследственного характера признака;
•определения типа наследования и пенетрантности генотипа;
•анализа сцепления генов и составления карт хромосом;
•изучения мутационного процесса;
•расшифровки механизмов взаимодействия генов;
•медико-генетического консультирования.
Спомощью этого метода можно выявить родственные связи и проследить признак (например, болезнь) среди близких и далеких прямых и непрямых родственников.
Генеалогический метод может быть использован не только в диагностических целях, но и позволяет прогнозировать вероятность проявления признака в потомстве и имеет большое значение для предупреждения наследственных болезней..
При анализе родословных можно обнаружить генные и хромосомные болезни, и болезни, в развитии которых принимают участие не только генетические факторы, но и условия среды.
При мультифакториальных болезнях в группу риска относят лиц с учетом наследственной отягощенности, которая зависит от тяжести заболевания, степени родства с больными и числа больных в
семье. Выявление групп риска позволяет эффективно провести лечебно -профилактические мероприятия у лиц, генетически предрасположенных к заболеваниям .
Цель: составление родословных
Задачи:
1.Определение наследственного или случайного характера признака.
2.Определение типа наследования.
Преимущества:
•Прост
•Доступен
•Высоко информативен
•Раскрывает медико-патологический фон семьи
Этапы:
•Составление родословной от пробанда и не менее 3 поколений
•Сбор сведений о семье (перекрестный опрос родственников) и личный осмотр членов семьи
•Генетический анализ
Проявление аутосомно-доминантного признака зависит от:
•Пенетрантность и экспрессивность
•Forma fruste (*форма приостановленного течения заболевания)
•Возраст манифестации
•Мутации de novo
•Влияние пола
Проявление аутосомно-рецессивного признака зависит от:
•Возможная гибель внутриутробно гетерозиготы Аа
•75% родственников носители Аа
•Возможно проявление по типу неполного доминирования Аа
90.Генетика человека. Близнецовый метод. Цель и задачи.
Цель: изучение причин изменчивости признаков и свойств человеческого организма
Близнецовый метод основан на изучении фенотипа и генотипа близнецов для определения степени влияния среды на развитие различных признаков.
Позволяет выявить: *наследственный характер признака , *определить пенентрантность аллеля
*оценить эффективность действия на организм некоторых внешних факторов(воспитания. обучение,лекарственных препаратов)
* оценить значимость генетической предрасположенности к многим заболеваниям Суть метода заключается в сравнении проявления признака в разных группах бл изнецов,при учете
сходства или различия их генотипов .. Близнецы - потомство, состоящее из одновременно родившихся особей у одноплодных млекопитающих (человека и животных).
Монозиготные близнецы развиваются из одной оплодотворенной яйцеклетки и имеют 100 % общих генов, т.е. выявляемые между ними различия не связаны с наследственным фактором.
Дизиготные близнецы развиваются из разных яйцеклеток, оплодотворенных разными спермиями. Они имеют 50% общих генов, как обычные сибсы, но, благодаря одновременному ро ждению и совместному воспитанию имеют общие средовые факторы, следовательно, степень их различия определяется степенью несходства генотипов.
Результатом сравнения этих двух групп близнецов является расчет показателей соответствия (конкордантности) и несоответствия (дискордантности), а также вычисление частоты возникновения заболевания /признака в каждой группе близнецов.
Формула Хольцингера Н=(Коб-Крб):(1-Крб)=(Дрб-Доб):Дрб
если Н= 0,7 и более => ведущую роль в развитии данного признака играет генотип
если Н < 0,7 , то ведущую роль играют факторы внешней среды
91. Генетика человека. Цитогенетический метод. Цель и задачи
Основан на микроскопическом изучении хромосом в клетках человека . Требование – наличие делящихся клеток (метафазная пластинка ). Материал:
• лимфоциты периферической крови – обрабатывают фитогемагглютинином, возвращая в митотический цикл; обработка колхицином или колцемидом, разрушающими веретено деления и препятствующими расхождение хроматид, для накопления клеток в фазе метафазы.
•клетки костного мозга
•фибробласты
•клетки опухолей
•клетки эмбриональной ткани
Буккальный тест – определение полового хроматина в клетках слизистой щеки. FISH – флуоресцентная гибридизация in situ, ДНК-зонд
Люминесцентная окраска У-хромосомы (тельце F)
Цели: диагностика хромосомных болезней, определение генетического пола Задачи:
o Изучение кариотипа и строения отдельных хромосом
o Выявление числовых и структурных аномалий хромосом o Построение цитогенетических карт хромосом
o Анализ эволюции человека
o Определение полового хроматина
92. Генетика человека. Молекулярно-генетический и биохимический метод. Цель и задачи.
Молекулярно-гентический метод.
Цель: выявление мутантного гена :
1)у пациента до появления клинической картины;
2)у здоровых гетерозиготных носителей.
Этапы:
1.Выделение тотальной ДНК из клеток
2.Разрезание ДНК на относительно короткие фрагменты и их разделение путем электрофореза
3.ПЦР (полимеразная цепная реакция) - увеличение числа копий искомого фрагмента ДНК
4.Идентификация фрагмента ДНК путем гибридизации с ДНК -зондом
5.Секвенирование ДНК
Перспективы ПЦР (полимеразная цепная реакция):
1.диагностика инфекций (туберкулез, гепатит В и С, диабет, онко -, новообразования)
2.определение ГМО пищевых продуктов
3.определение видовой принадлежности биоматериала
4.генная инженерия
5.судебная медицина
Экзомное секвенирование
• |
Выявляет мутации в генах, кодирующих белок; оптимален для диагностики редких наследственных |
|
заболеваний, не выявляемых микрочипами. |
||
Полигеномное секвенирование |
|
|
• |
Выявляют мутации в некодируемых областях генов или структурные перестройки, которые |
|
секвенирование экзома не выявляет.
Секвенирование нового поколения:
–техника определения нуклеотидной последовательности ДНК и РНК для получения формального описания ее первичной структуры
–позволяет прочитать единовременно сразу несколько участков генома , что является главным отличием от более ранних методов
ДНК-диагностика:
1. Косвенный метод
(Основана только на анализе сцепления исследуемого гена с определенным маркером (полиморфным локусом);
2. Прямые методы
•Идентификация мутантных аллелей
•Высокая точность метода
•Не требует ДНК-анализа всех членов семьи
•Требует характеристики гена
Прямая ДНК-диагностика
Прямая ДНК-диагностика – заключается в обнаружении конкретных повреждений в известном гене. При этом положительная черта метода – практически абсолютная точность. Однако, чтобы провести прямую ДНК-диагностику, необходимо знать ген.
Показана для таких заболеваний, как:
1.Фенилкетонурия
2.Муковисцидоз
3.Хорея Гентингтона (экспансия тринуклеотидных повторов - CTG-повторы)
Косвенная ДНК-диагностика
Косвенная ДНК-диагностика – применяется, когда мутантный ген еще не установлен, но точно картирован на хромосоме. С помощью сцепленных с данным хромосомным участком маркеров в ряду поколений анализируется наследование хромосомы, несущей патологический ген. Недостаток: 1 -5% ошибок в диагностике; необходимость привлекать для обследования больного его родственников.
Проводится:
1.Если ген не идентифицирован, а лишь картирован на определенной хромосоме
2.Если методы ДНК-диагностики не дают результата
3.При сложной экзонно-интронной организации гена
Перспективы использования молекулярно -генетических методов восхищают, но пациенты испытывают дискомфорт и чувство тревоги, тк они могут узнать о будущем серьезном заболевании.
Биохимический метод.
Цель: однозначная диагностика генных метаболических болезней, приводящих к нарушению обмена веществ. Выявление гетерозиготных носителей патологического гена , имеющих промежуточные значения биохимических показателей.
Основан на исследовании биологических жидкостей человека : Кровь, Моча , Пот, Слюна , Кишечный и желудочный сок
Вбиологических жидкостях определяют:
•наличие и концентрацию различных классов органических веществ – как продуктов жизнедеятельности. (аминокислоты, углеводы, липиды, мукополисахариды, ионы металлов, белки - ферменты)
•Б/Х параметры
Метаболические болезни:
1.Фенилкетонурия
2.Лейциноз
3.Галактоземия
4.Фруктоземия
5.Тирозинемия
6.Алкаптонурия
Обусловлены мутациями генов, приводящих к нарушению структурны и функции белков -ферментов, катализирующих б/х реакции.
Можно обнаружить:
-определенное количество или активность белка -фермента ;
-выявить избыток субстрата или отсутствие продуктов реакции;
-появление новых метаболитов.
Качественные тесты или цветные реакции на наличие метаболита :
1.Просты и чувствительны
2.Низкая себестоимость
3.Нет ложноположительных результатов
Полуколичесвенные методы основаны на измерении концентрации: o Лактата – при дефектах митохондрий
o Пирувата – по той же причине
o Кетоновых тел по той же причине
o Ионов аммония – при дефектах цикла мочевины
o Кислотно-щелочное равновесие – при органических ацидуриях
Масс-спектрометрия
- это физико-химический метод, основанный на измерении отношения массы заряженных частиц материи (ионов) к их заряду (m/z) – оценивает 3000 метаболических маркеров.
!(не точная информация) Количественные методы:
1. Флюорометрия
2.Хроматография
3.Электрофорез
4.Хромато-масс-спектрометрия
5.Спектрофотометрия
Б/х диагностика на наследственные болезни обмена веществ:
-массовый (тотальный) скрининг среди новорожденных;
-Селективный (выборочный) скрининг или экспресс-методика
Метаболические болезни или болезни обмена веществ:
o ФКУ
o Лейциноз
o Галактоземия
o Фруктоземия
o Тирозинемия
o Алкаптонурия
Причины метаболических болезней
Фенилкетонурия
o Самое частое наследственное нарушение обмена аминокислот
o Частота в России 1:6-7000 новорожденных
o Тип наследования – аутосомнорецессивный
Мутации генов, приводящих к нарушению структуры и функции белков-ферментов, катализирующих биохимические реакции.
Вопрос 93. Генетика человека. Сравнительно-генетический метод и метод гибридизации соматических клеток. Цель и задачи.
Сравнительно - генетический метод
Основан на законе гомологических рядов наследственной изменчивости Вавилова .
Данный метод основан на использовании лабораторных животных, с которыми можно проводить эксперименты, включая целенаправленные скрещивания, введения химических препаратов, облучение и вскрытие. Так как млекопитающие имеют большое количество общих генов, информацию, полученную в опытах на животных, можно переносить и на человека .
Млекопитающие имеют большое количество общих генов с человеком.
Примеры:
•У мышей11 генов анемии
•У лошадей, собак, свинейгемофилия А и В
•У голубей - гены атеросклероза
•У кроликов - гипертония
Метод гибридизации соматических клеток
Две клетки с отличающиеся ДНК сливаются в единую клетку – гетерокарион.
Внутривидовая гибридизация
1. Определение доминантности и рецессивности форм рака .
АА х аа
ААаа – гетерокарион
Все здоровые, если А – норма Все больные, если а – норма Используется для выявления генетически детерминированных форм рака . 2. Тест на аллелизм
Необходим для определения количества генов, детерминирующих рецессивное заболевание (детерминация = грубо говоря развитие)
Пример 1:
аа (болезнь) х аа (болезнь) аааа (болезнь)
Пример 2:
ААвв (болезнь) х ааВВ (болезнь) ААааВВвв (норма )
Межвидовая гибридизация соматических клеток Применяется для локализации генов на хромосомах или определения групп сцепления
Скрещивают перевиваемую клетку и лейкоцит, получают гетерокарион, который сажают в селективную среду. Получаются гибридные клоны.
94. Генные болезни. Характеристика, возможности диагностики и подходы к лечению.
Генные болезни относятся к наследственным Характеристика наследственных болезней:
1)Передается по наследству
2)Имеют хроническое и проградиентное течение с последующим ухудшением состояния и нарастанием синдрома (Мукополисахаридоз )
3)Множественность поражений за счет плейтропного действия генов ( с.Марфана )
4)Степень проявления зависит от пенетратности и экспрессивности
5)Устойчивы к традиционным методам лечения
6)различный возраст манифестации
Причина - генные мутации.
Схематично общий патогенез генных мутаций можно представить следующим образом:
Мутация → мутантный ген → патологический первичный продукт (качественный или количественный) → цепь последующих биохимических процессов → изменения на уровне клетки → органа → организма .
Первичные эффекты генных мутаций на молекулярном уровне могут проявляться в 4-х вариантах (на примере обмена веществ)
1.Отсутствием синтеза белка . Пример: фенилкетонурия
2.Синтезом аномального белка . Пример: серповидно-клеточная анемия
3.Недостаточным синтезом белка . Пример: β-талассемия– торможение синтеза ß-цепи Нв, à цепь синтезируется нормально, при этом синтез нормального Нв А снижается, но увеличивается синтез НвА2 иНвF.
4.Избыточным синтезом белка . Пример: первичный гемохроматоз (избыточный синтез глобина , перезагруженность эритроцитов гемоглобином и соответственно железом, → гемосидероз паренхиматозных органов).
Молекулярные изменения проявляются на клеточном уровне (мембраны клеток, лизосомы и т.д.).
Классификация генных болезней:
1.аутосомные – доминантные и рецессивные.
2.сцепленные с полом – доминантные и рецессивные.
Генные болезни подразделяют на наследственные нарушения ферментных систем (энзимопатии), дефекты белков крови (гемоглобинопатии), дефекты структурных белков и генные болезни с невыясненным первичным биохимическим дефектом.
-Примеры аутосомных дом. заболеваний: многопалость, врожденная куриная слепота , болезнь Марфана .
-Примеры аутосомных рец. заболеваний: энзимопатии - наследственные дефекты обмена углеводов. В основе энзимопатии лежат либо изменения активности фермента , либо снижение интенсивности его синтеза .
Х-сцепленные доминантные болезни.
Примеры: дефект зубной эмали, аномалия волосяных фолликулов (фолликулярный гиперкератоз) и тд.
Х-сцепленные рецессивные болезни.
Примеры: гемофилия А, В; дальтонизм
У-сцепленные признаки
Признак передается всем мальчикам. (Пример – гипертрихоз ушной раковины).
В последнее время установлено, что на У-хромосоме расположен ген SRY, ответственный за дифференцировку пола . Если ген работает, то фенотип развивается мужской, если не работает – при генотипе ХУ фенотип женский.
Мукополисахоридоз I типа (болезнь Гурлера ): карликовость, грубые черты лица , дыхательные расстройства,
пороки клапанов сердца , тугоподвижность суставов. Гибель в 10-12 лет (дефицит бета -галактозидазы, сульфатазы, гиалуронидазы). Тип наследования аутосомно-рецессивный.
Муколипидоз I: нарушение активности лизосомальных ферментов в печени (дефект нитроаминидазы или
бета -галактозидазы, нарушение обмена липидов и мукополисахаридов); замедление психомоторного развития, нарушение скелета , мышечная гипотрофия, наследование АР.
Муковисцидоз: кистозный фиброз поджелудочной железы, проявляется в период новорожденности
симптомами кишечной непроходимости, рвота желчью. Бледность, малая прибавка в весе, кашель, цианоз. Жировое перерождение печени. В слюне и поте увеличена концентрация ионов натрия и хлора . Наследование АР.
Фенилкетонурия: задержка психомоторного развития в первые месяцы после рождения. Светлые волосы, отсутствие пигмента кожи меланина , мышиный запах, в моче - повышение концентрации фенилпировиноградной кислоты. Лечение: диета с ограниченным содержанием фенилаланина (ФА) до 12 лет. Наследование АР.
Нарушения метаболизма :
С. Леша -Нихана (гиперурикемия): частые рвоты, жажда , артриты, полиурия, гиперрефлексия, сильная возбудимость. В крови и моче увеличена концентрация мочевой кислоты. Наследование Ха.
Синдром Леша -Нихана — это редкое нарушение пуринового обмена , наследуемое сцеплено с Х-
хромосомой и обусловленное недостаточностью гипоксантингуанинфосфорибозилтрансферазы.
Болезни кожи и слизистых оболочек:
Пигментная ксеродерма : проявляется в раннем возрасте повышенной чувствительностью к солнечным лучам, эритема (покраснение и отек кожи). Гиперпигментация, кожа сухая, кератоз, бородавчатые разрастания. Живут до 20 лет. Нарушение темновой репарации ДНК. Наследование АР.
Прогерия детская (с. Гетчинсона -Гилфорда ) - кожа истонченная, блестящая, отсутствие подкожно-жирово го слоя. Может быть тотальная алопеция (полное отсутствие волос на всем теле). Лицо с клювовидным носом, уши оттопырены. Живут от 7 до 20 лет. Атеросклероз, инфаркт миокарда . АР.
Наследственные дефекты ферментов клинически проявляются у гомозигот, а у гетерозигот недостаточная активность фермента выявляется специальными исследованиями:
1.На следственные дефекты обмена углеводов (галактоземия — нарушение метаболизма лактозы). 2.Наследственные дефекты обмена липидов и липопротеинов.
3.Наследственные дефекты обмена аминокислот.
4.Наследственные дефекты обмена витаминов (гомоцистинурия — развивается как результат генетического).
5.Наследственные дефекты обмена пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований (синдром Леша — Найяна , связанный с недостаточностью фермента , который катализирует превращение свободных пуриновых основа ний в нуклеотиды, наследуется по Х-сцепленному рецессивному типу).
6.Наследственные дефекты биосинтеза гормонов (тестикулярная феминизация, при которой не образуются рецепторы андрогенов).
7.Наследственные дефекты ферментов эритроцитов. Наследуются как по аутосомно-рецессивному, так и по Х-сцепленному рецессивному типу.
Коллагеновые болезни.
В основе возникновения этих заболеваний лежат генетические дефекты биосинтеза и распада коллагена — важнейшего структурного компонента соединительной ткани. К этой группе относят болезнь Эллерса — Данлоса (большой генетический полиморфизм и наследуюется как по аутосомно-доминантному, так и по аутосомно-рецессивному типу), болезнь Морфана , наследующуюся по аутосомно-доминантному типу, и т.д.
Диагностика и лечение:
-выявление лактозы флуоресцентным методом в пятнах крови. Если нашли, то из питания ребенка исключается молоко.
-при сфинголипидозе исследуют активность фермента лизосом. Проводят фермент заместительную терапию
-фенилкетонурия => лишение растительных белок и замещение этих белков продуктами не содержащими фенилаланина
-гомоцистинурия - биохимия крови и мочи. Обнаружение гомоцистина , которого в норме нет. Строжайшая диета (исключение из пищи растительных белков).
-дефект ферментов эритроцитов. Диагностика анализом крови. Лечение ферментами витаминов В6 и В12 и препаратами, содержащими железо
-наследственные дефекты обмена пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований. Диагностика : повышение мочевой кислоты в сыворотке крови. Лечение медикаментами
-наследственные болезни синтеза гормонов. При рождении визуальный осмотр, и если обнаружили, то глюкокортикодная стимуляция
95. Мультифакториальные болезни. Характеристика наследственной предрасположенности.
Мультифакториальные заболевания - группа болезней, в развитии которых играют роль не только генетические, но и средовые факторы.
Характеристика :
7)Не соответствует менделевским типам наследования
8)Чаще встречается в определенных семьях
9)У родственников больных риск в 20 раз выше , чем популяционный
10)Проявление болезни зависит от возраста , пола и питания
11)Риск для родственников возрастает с появлением каждого нового больного в семье Ген основа МФ болезней - Полиморфизм небольшие различия нуклеотидной последовательности наших генов.
Болезни с наследственным предрасположением делят на : · Моногенные,
· Полигенные (см. учебник).
Моногенные болезни с наследственным предрасположением обусловливаются мутацией одного гена , для проявления которого требуется действие одного специфического фактора среды. В этом случае говорят о «молчащем гене» и «проявляющем факторе», конкретном для данного гена .
Примеры:
1.солнечная радиация + дефект ферментов репарации ДНК – изъязвления кожи.
2.Лактоза молока + дефект лактазы – непереносимость молока , диспепсия.
Полигенные болезни с наследственным предрасположением обусловливаются комплексом патологических генов, проявление которых определяется многими внешними факторами (это эпилепсия, гипертоническая болезнь, сахарный диабет, язвенная болезнь желудка , аллергия и др.).
В этом разделе необходимо остановиться на следующих понятиях:
Генетическая гетерогенность - один и тот же фенотип может быть обусловлен мутациями в разных локусах или разными мутациями в одном локусе (множественный аллелизм).
Пример: у матери и отца могут быть болезни, имеющие одинаковое фенотипической проявление, обусловленное мутациями в разных генах (аа и вв), а их дети могут быть здоровыми, т.к. ген переходит в гетерозиготное состояние (ав и ав) и не проявляется (глухонемота , врожденная слепота )).
Фенокопии – носитель нормального генотипа может проявлять мутантный фенотип и иметь клинику наследственного заболевания. (рахит; куриная слепота , которая лечится витА).
Болезни с наследственной предрасположенностью возникают у лиц с соответствующим генотипом (сочетание «предрасполагающих» аллелей) при провоцирующем действии факторов среды.
Наследственная предрасположенность к болезни может иметь полигенную и моногенную основу.
Кратко: болезни с наследственным предрасположением.
Эта группа болезней отличается от генных болезней тем, что для своего проявления нуждается в действии факторов внешней среды. Среди них также различают:
*Моногенные - наследственная предрасположенность обусловлена одним патологически измененным геном
*Полигенные - определяются многими генами, которые в нормальном состоянии, но при определенном взаимодействии между собой и с факторами среды создают предрасположение к появлению заболевания.
У генетически чувствительных индивидов нежелательные реакции могут вызывать некоторые компоненты пищи и пищевые добавки. Наряду с химическими агентами у людей отмечается наследуемая патологическая реакция на физические факторы (тепло, холод, солнечный свет) и факторы биологической природы (вирусные, бактериальные, грибковые инфекции, вакцины).
С наследственным предрасположением подтверждается с помощью генеалогического, близнецового и популяционного методов.
*Псориаз
*Сахарный диабет
*Шизофрения.
ДЕФЕКТЫ НЕЙРАЛЬНОЙ ТРУБКИ
ГОЛОПРОЗЕНЦЕФАЛИЯ
АКАРДИЯ
АСТМА
САХАРНЫЙ ДИАБЕТ
ЯЗВЕННАЯ БОЛЕЗНЬ