Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современные методы изучения генетики человека. Учебное пособие
.pdf
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования «Самарский государственный медицинский университет»
Министерства здравоохранения Российской Федерации
Ю.В. Мякишева, Д.С. Громова, Р.А. Щепеткова,
И.С. Павлов, А.Ф. Павлов
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ
ИЗУЧЕНИЯ ГЕНЕТИКИ ЧЕЛОВЕКА
Учебное пособие
Рекомендовано координационным советом по области образования
«Здравоохранение и медицинские науки» в качестве учебно-методического пособия
для использования в образовательных учреждениях, реализующих основные
профессиональные образовательные программы высшего образования программы
специалитета по специальностям 31.05.01 «Лечебное дело», 31.05.02 «Педиатрия»,
31.05.03 «Стоматология», 32.05.01 «Медико-профилактическое дело»,
30.05.03 «Медицинская кибернетика»
Протокол № 065 от 15 декабря 2022 г. заседания экспертной комиссии по работе
с учебными изданиями (далее — ЭКУ) ФГАОУ ВО Первый МГМУ имени И.М. Сеченова
Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский университет).
Регистрационный номер рецензии: 1961 ЭКУ от 15 декабря 2022 г.
Москва
Ай Пи Ар Медиа
2024
УДК 575
ББК 52.54
С56
Авторский коллектив Самарского государственного
медицинского университета Минздрава России в составе:
Мякишева Ю.В. — д-р мед. наук, доц., зав. кафедрой общей и молекулярной биологии;
Громова Д.С. — ст. преподаватель кафедры общей и молекулярной биологии;
Щепеткова Р.А. — ведущий специалист учебно-исследовательской
лаборатории молекулярной биологии;
Павлов И.С. — канд. мед. наук, зав. учебно-исследовательской
лабораторией молекулярной биологии;
Павлов А.Ф. — ассистент кафедры общей и молекулярной биологии
Рецензенты:
Беляков В.И. — канд. биол. наук, доц., доц. кафедры физиологии человека
и животных Самарского национального исследовательского университета
имени академика С.П. Королева;
Макурина О.Н. — д-р биол. наук, проф., проф. кафедры
медико-биологических дисциплин Медицинского университета «Реавиз»
С56 Современные методы изучения генетики человека : учебное посо-
бие / Ю.В. Мякишева, Д.С. Громова, Р.А. Щепеткова [и др.] ; Самарский
государственный медицинский университет. — Москва : Ай Пи Ар Медиа,
2024. — 122 с. — Текст : электронный.
ISBN 978-5-4497-2691-9
Учебное пособие содержит данные о современных и классических методах исследования генетики человека. Приводятся сведения о возможности ранней диагностики
наследственных и мультифакториальных заболеваний, способах изучения мутаций,
предупреждении генетических аномалий. Учебное пособие содержит ситуационные за-
дачи для контроля знаний обучающихся.
Учебное пособие подготовлено в соответствии с требованиями действующего
Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования специалитета по укрупненным группам специальностей «Фундаментальная медицина»,
«Клиническая медицина», «Науки о здоровье и профилактическая медицина» и рабочих программ дисциплин «Биология», «Биология, экология», утвержденных ЦКМС
ФГБОУ ВО СамГМУ Минздрава России, и предназначено для студентов медицинских
вузов. Может быть полезно для ординаторов и аспирантов.
Учебное электронное издание
Утверждено и рекомендовано к изданию ЦКМС ФГБОУ ВО СамГМУ
Минздрава России (протокол № 2 от 12.10.2022)
ISBN 978-5-4497-2691-9 © ФГБОУ ВО СамГМУ Минздрава России, 2024
© ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа», 2024
Учебное издание
Мякишева Юлия Валерьевна
Громова Дарья Сергеевна
Щепеткова Равета Андреевна
Павлов Иван Сергеевич
Павлов Андрей Фёдорович
Редактор Ю.Ю. Желтова
Технический редактор, компьютерная верстка Е.В. Савенкова
Корректор Ю.С. Королева
Обложка Я.А. Кирсанов, С.С. Сизиумова, фотобанк Freepik
Подписано к использованию 31.01.2024. Объем данных 8 Мб.
ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа»
8 800 555 22 35 (бесплатный звонок по России)
E-mail: sale@iprmedia.ru
4
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ................................................................................................................. 5
1. Человек как объект генетических исследований ............................................... 11
2. Клинико-генеалогический метод ......................................................................... 19
3. Близнецовый метод ............................................................................................... 25
4. Популяционно-статистический метод ................................................................ 28
5. Онтогенетический метод ...................................................................................... 30
6. Биохимический метод ........................................................................................... 32
7. Цитогенетический метод ...................................................................................... 34
8. Методы генетики соматических клеток .............................................................. 54
9. Генетическое картирование ................................................................................. 57
10. Молекулярно-генетический метод .................................................................... 61
11. Пренатальная диагностика ................................................................................. 75
12. Биоинформатические методы ............................................................................ 83
13. Метод моделирования ......................................................................................... 88
14. Генетический паспорт ......................................................................................... 92
15. Этические вопросы медицинской генетики ..................................................... 98
16. Ситуационные задачи ....................................................................................... 100
17. Практические задания ....................................................................................... 114
Библиографический список .................................................................................... 122
5
ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящее время генетика человека является основой современных медицины и здравоохранения. Наиболее важной ее областью является медицин-
ская генетика. Она изучает наследственность и изменчивость в различных
человеческих популяциях, особенности проявления и развития нормальных
(интеллектуальных, физических, творческих способностей) и патологических
признаков, зависимость заболеваний от генетической предрасположенности
и условий окружающей среды, в том числе от социальных условий жизни. Ме-
дицинская генетика разрабатывает подходы и систему диагностики, лечения,
профилактики и реабилитации больных наследственными болезнями и проце-
дуру диспансеризации их семей, изучает механизмы и роль наследственной
предрасположенности в развитии заболеваний человека.
Клиническая генетика является одним из основных разделов медицин-
ской генетики. Она изучает этиологию и патогенез наследственных болезней,
разнообразие клинических проявлений и специфику течения наследственных
патологий и болезней, характеризующихся наследственной предрасположенно-
стью, в зависимости от влияния генетических и средовых факторов, а также
разрабатывает методы диагностики, лечения и профилактики данных болезней.
Значимыми достижениями в области клинической генетики явились расшифровка молекулярно-генетической и биохимической природы большого чис-
ла моногенных наследственных болезней и разработка на этой основе точных
методов их диагностики. Применение методов генетической инженерии позволило выяснить характер перестроек в структуре мутантных генов для целого
ряда наследственных болезней, в том числе талассемий (a, b, d, g), миопатий
Дюшенна и Беккера, гемофилии А и В, фенилкетонурии. Исследования в этой
области осуществляются настолько интенсивно, что любые данные быстро ста-
новятся устаревшими. В области генетики мультифакториальных заболеваний,
к которым относятся ишемическая болезнь сердца, психозы, сахарный диабет,
язвенная болезнь, большинство изолированных пороков развития, по-видимо-
му, некоторые инфекционные заболевания (туберкулез, лепра, ревматизм), интенсивно развиваются исследования в области особого направления медицин-
ской генетики — генетической эпидемиологии.
Достижения в понимании структурно-функциональной организации генома человека, расшифровка первичной последовательности ДНК в клетке от-
крыли новые, ранее недостижимые возможности медицинской генетики в понимании причин и механизмов наследственной патологии. Знание генома и его
функций позволяет не только уточнить диагноз, но в значительной мере пред-
6
видеть наличие у человека наследственной предрасположенности к патологии,
оценить вероятность развития того или иного заболевания. Данный подход составил основу нового направления медицинской генетики, получившего назва-
ние предиктивной (предсказательной) медицины.
Предиктивная медицина — это раздел геномной медицины, направлен-
ный на досимптоматическое выявление лиц с высокой предрасположенностью
к наследственным и наиболее распространенным мультифакториальным забо-
леваниям в целях их профилактики, диагностики и лечения. Предиктивная медицина прошла трудный путь от тестирования единичных генов до исследова-
ния всего генома, от генных сетей и скрининга ассоциаций до полногеномного
секвенирования, от генетического паспорта с вариациями единичных генов до
генетической карты здоровья, составленной на основе индивидуальных омиксных исследований (геном, транскриптом, протеом, метаболом). За последние
20 лет предиктивная медицина не только сильно изменилась и благополучно
перенесла все сложности становления и внедрения новых технологий, но и по
мере прогресса генетических технологий стала важным источником оперативной информации для клинической и профилактической медицины.
Рис. 1. Прогресс молекулярных технологий
и эволюция геномной медицины (по В.С. Баранову, 2021)
7
За последние 20 лет предиктивная медицина не только сильно изменилась
и благополучно перенесла все сложности становления и внедрения новых тех-
нологий, но и по мере прогресса генетических технологий стала важным источником оперативной информации для клинической и профилактической медицины.
История возникновения и развития предиктивной медицины находится
в прямой зависимости от прогресса в развитии направлений наук о человеке
(рис. 1).
С генетической точки зрения все болезни в зависимости от роли наследственных и средовых факторов в их развитии можно подразделить на следующие группы:
1. Наследственные заболевания. Данная группа болезней характеризует-
ся тем, что фенотипическое проявление мутации как этиологического фактора
практически не зависит от окружающей среды; последняя может только изме-
нять выраженность симптомов и тяжесть течения болезни. Это генные, хромосомные и геномные наследственные болезни (гемофилия, фенилкетонурия,
муковисцидоз, синдром кошачьего крика, болезнь Дауна и др.). В основу генетической классификации наследственных болезней положен этиологический
принцип: тип мутаций и характер взаимодействия со средой.
Наследственные болезни подразделяются на пять групп: генные болезни
(или моногенные, обусловленные мутациями в одном гене и передающиеся по
наследству по законам Менделя), хромосомные болезни (обусловлены струк-
турными или количественными перестройками хромосом, включая геномные
аномалии), генетические болезни соматических клеток, болезни генетической
несовместимости матери и плода и болезни с наследственной предрасположен-
ностью (мультифакториальные). Отдельно сравнительно недавно стали выделять наследственные болезни с нетрадиционным типом наследования. К неменделирующим заболеваниям с нетрадиционным типом наследования относятся
митохондриальные болезни (пигментный ретинит, нейроофтальмопатия Лебе-
ра, однородительские дисомии (синдром Прадера — Вилли, синдром Ангельмана) и болезни геномного импринтинга (болезнь Гиршпрунга, нейрофиброматоз Реклингаузена (тип 2)), а также болезни экспансии, обусловленные
присутствием динамических мутаций (болезнь Кеннеди, хорея Гентингтона,
атаксия Фридрейха, синдром Мартина — Белл).
В зависимости от участия в метаболических цепях и ассоциации с муль-
тифакториальными заболеваниями гены предрасположенности условно подраз-
деляют на несколько групп, среди которых выделяют гены системы детоксика-
ции («внешней среды»), гены «метаболические шунты» (гены-триггеры), гены
8
клеточных рецепторов, гены воспаления и иммунной защиты, гены, ассоциированные с конкретными мультифакториальными заболеваниями. Неблагоприятные аллельные варианты этих генов могут быть причиной атеросклероза, ишемической болезни сердца (ИБС), остеопороза, диабета, бронхиальной астмы,
опухолей и пр. Сочетания аллельных вариантов различных генов, обеспечива-
ющих метаболические процессы в норме или вовлеченных в развитие конкрет-
ной мультифакториальной патологии, получили название генных сетей (рис. 2).
Рис. 2. Генные сети некоторых частых мультифакториальных (сочетанных)
заболеваний (по В.С. Баранову, 2009)
В каждой из таких сетей выделяют главные (центральные) гены и допол-
нительные (вспомогательные) гены, так называемые гены-модификаторы. Дальнейшее развитие концепция генных сетей получила в исследованиях функциональных генетических модулей мультифакториальных заболеваний. С этой
целью в серии исследований были сопоставлены различные мультифактори-
альные заболевания и гены, продукты которых участвуют в этиологии и патогенезе данных болезней.
2. Болезни, в происхождении которых наследственность не играет
роли. Это, например, травмы, ожоги, инфекционные болезни. Генетические
факторы в этом случае могут влиять только на течение патологических процессов (скорость регенерации, выздоровления, компенсации функций).
Знание основ медицинской генетики позволяет врачам понимать механизмы индивидуального течения болезни и выбирать соответствующие методы
лечения. На их базе приобретаются навыки диагностики наследственных бо-
лезней, а также появляется умение направлять пациентов и членов их семей на
9
медико-генетическое консультирование для первичной и вторичной профилактики наследственной патологии. Приобретение медико-генетических знаний
способствует формированию четких ориентиров в восприятии новых медикобиологических открытий, что для врачебной профессии необходимо в пол-
ной мере, поскольку прогресс науки быстро и глубоко изменяет клиническую
практику.
Несмотря на успехи в лечении ряда наследственных болезней, суще-
ственная роль в борьбе с ними принадлежит профилактике, которая осуществ-
ляется в двух направлениях: предупреждение появления новых мутаций и рас-
пространения мутаций, унаследованных от предыдущих поколений. Профилактика болезней, возникающих в результате спонтанных мутаций в зародышевых
клетках здоровых родителей, пока затруднена. Наибольшее значение для профилактики проявления патологических мутаций, унаследованных от предыду-
щих поколений, имеет медико-генетическое консультирование.
Подводя итог, можно отметить, что современная генетика человека
изучает:
1) генетическую детерминацию физиологических, биохимических и мор-
фологических свойств отдельных тканей и органов человека, нервно-гуморальную координацию его психической (эмоциональной) и интеллектуальной деятельности;
2) статистические закономерности распределения генных частот в попу-
ляциях;
3) генетическую обусловленность болезней, их передачу в поколениях,
проявление в онтогенезе, распространение в популяциях, возможность медико-
генетических консультаций по вопросам наследственных болезней, географи-
ческое распространение и т. д.;
4) роль наследственности и окружающей среды в формировании и разви-
тии признаков.
В данном пособии представлены основные методы изучения генетики
человека, их принципы, сущность, показания к использованию, область применения.
В результате использования данного учебного пособия при освоении
дисциплин «Биология», «Биология, экология» студент будет:
1) знать:
– структурно-функциональную организацию наследственного материала
и его уровни;
– исторические этапы формирования представлений о медицинской генетике и ее методах;
10
– классические методы изучения генетики человека;
– современную классификацию мутаций;
– классификацию хромосом по номенклатуре ISCN-2009;
– современные методы изучения генетики человека;
– значение изучения хромосомного уровня для пренатальной диагностики;
– области применения методов молекулярной диагностики;
– задачи, принципы, этапы медико-генетического консультирования;
– современные методы окраски хромосом;
2) уметь:
– интерпретировать результаты современных методов диагностики наследственной патологии;
– интерпретировать результаты полимеразной цепной реакции;
– планировать этапы проведения молекулярно-генетических исследований;
– осуществлять оценку возможности использования отдельных молекулярно-генетических методов для решения задач диагностики и терапии;
3) владеть:
– возможностями оценки применения различных методов молекулярногенетических технологий для различных сфер медицины;
– способами выявления достоинств и недостатков различных методов генетики человека;
– навыками оформления и интерпретации результатов молекулярно-генетических исследований.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]