Глава 10

МЕТОДЫ АНТРОПОГЕНЕТИКИ.

НАСЛЕДСТВЕННЫЕ БОЛЕЗНИ ЧЕЛОВЕКА

10.1 Основные методы антропогенетики: генеалогический, близнецовый,

цитогенетический, биохимический, популяционно-статистический, дер-

матоглифический

Генеалогический метод основан на прослеживании какого-либо признака

в ряде поколений с указанием родственных связей (составление родословной).

Метод включает 2 этапа:

1. Сбор сведений о семье.

2. Генеалогический анализ.

Сбор сведений начинается от пробанда. Пробанд — лицо, родослов-

ную которого необходимо составить (Слюсарев, Жукова, 1987). Братья и

сестры пробанда называются сибсы.

Для построения родословной применяются специальные символы (ри-

сунок 6). Методы позволяют установить тип наследования признака: ауто-

сомно-доминантный, аутосомно-рецессивный, сцепленный с Х-хромосомой

доминантный, сцепленный с Х-хромосомой рецессивный и Y-сцепленный.

При аутосомно-доминантном наследовании ген проявляется в гете-

розиготном состоянии у лиц обоих полов; сразу в 1-м поколении; большое

количество больных, как по вертикали, так и по горизонтали. По такому

типу наследуются веснушки, брахидактилия, катаракта, хрупкость костей,

хондродистрофическая карликовость, полидактилия.

При аутосомно-рецессивном наследовании мутантный ген проявля-

ется только в гомозиготном состоянии у лиц обоего пола. Как правило, у

здоровых родителей (ген в гетерозиготном состоянии) рождаются больные

дети. Признак проявляется не в каждом поколении. Так наследуются при-

84

знаки: леворукость, рыжие волосы, голубые глаза, миопатия, сахарный

диабет, фенилкетонурия.

Рисунок 6 — Стандартные символы,

используемые при построении родословной

При Х-сцепленном доминантном наследовании болеют лица обоего

пола, чаще встречается у женщин. Так наследуются признаки: пигментный

дерматоз, кератоз, пузырчатость стоп ног, коричневая эмаль зубов.

При Х-сцепленном рецессивном наследовании больны в основном

лица мужского пола. В семье больны половина мальчиков, а 50 % девочек —

гетерозиготны по мутантному гену. Так наследуется гемофилия А и В,

мышечная дистрофия Дюшена, дальтонизм.

При Y-сцепленном наследовании больны только мужчины. Такие

признаки определяются голандрическими генами, например, гипертрихоз.

Близнецовый метод основан на изучении признаков, изменяющихся

под влиянием условий жизни, у моно- и дизиготных близнецов. При гене-

тических исследованиях близнецов необходимо сравнительно изучать оба

типа. Только так можно оценить влияние разных условий среды на одина-

85

ковые генотипы (у монозигот), а также проявление разных генотипов в

одинаковых условиях среды (у дизигот).

Сходство признаков у близнецов называется конкордантность, различия

признаков — дискордантность. Сравнение степени сходства у 2-х групп

близнецов позволяет судить о роли наследственности и среды в развитии па-

тологических признаков. Метод основан на сравнительном изучении призна-

ков близнецов. Он позволяет выявить перечень болезней с наследственной

предрасположенностью, определить роль среды и наследственности в прояв-

лении болезни. Для этого используют коэффициент наследственности (Н) и

влияние среды (Е), которые вычисляют по формуле К. Хольцингера (2):

где:

Н = (% MZ – % DZ / 100 – % DZ) Ч 100;

Е = 100 – Н,

(2)

MZ — конкордартность монозиготных близнецов;

DZ — дизиготных.

Если значение Н = 1, то признак в большей степени (100 %) формиру-

ется под влиянием наследственных факторов; Н = 0 — на признак влияет

действие среды (100 %); Н = 0,5 — одинаковая степень влияние среды и

наследственности.

Например: конкордантность монозиготных близнецов по заболевае-

мости шизофренией равна 70 %, а дизиготных — 13 %. Тогда: Н = 70–13 /

100–13 = 57 / 87 = 0,65 (65 %). Следовательно, преобладание наследствен-

ности — 65 %, а среды — 35 %.

При помощи метода изучают:

1) роль наследственности и среды в формировании признаков организма;

2) конкретные факторы, усиливающие или ослабляющие влияние внеш-

ней среды;

3) корреляцию признаков и функций.

Цитогенетический метод основан на микроскопическом исследова-

нии хромосом, анализе кариотипа человека в норме и патологии. Изучение

хромосомного набора проводят на метафазных пластинках лимфоцитов,

фибробластов, культивируемых в искусственных условиях. Анализ хромо-

сом проводят методом микроскопирования. Для идентификации хромосом

проводят морфометрический анализ длины хромосомы и соотношение их

плеч (центромерный индекс), затем проводят кариотипирование по Ден-

верской классификации. Этот метод позволяет установить наследственные

болезни человека, связанные с изменением числа и структуры хромосом,

транслокациями, а также используются для построения генетических карт.

В 1969 г. Т. Касперсон разработал метод дифференцированного окра-

шивания хромосом, который позволил идентифицировать хромосомы по

характеру распределения окрашиваемых сегментов. Разнородность ДНК в

разных участках по длине хромосомы обуславливает разное окрашивание

86

сегментов (гетеро- и эухроматиновые участки). Этот метод позволяет вы-

являть анеуплоидии, хромосомные перестройки, транслокации, полиплои-

дии (трисомии по 13, 18, 21-й — аутосомам и их делеции). Делеции по 5-й хро-

мосоме формируют синдром «кошачьего крика»; по 18-й — нарушение

формирования скелета и умственную отсталость.

Если нарушения касаются половых хромосом, то применяется метод

исследования полового хроматина. Половой хроматин (тельце Барра) – это

спирализованная Х-хромосома, которая инактивируется у женского орга-

низма на 16-е сутки эмбрианального развития. Тельце Барра имеет диско-

видную форму и обнаруживается в интерофазных клеточных ядрах млеко-

питающих и человека под ядерной мембраной. Половой хроматин может

быть определен в любых тканях. Чаще всего исследуются эпителиальные

клетки слизистой оболочки щеки (буккальный соскоб).

В кариотипе нормальной женщины имеются две Х-хромосомы, и одна

из них образует тельце полового хроматина. Количество телец полового

хроматина у человека и других млекопитающих на единицу меньше, чем

число Х-хромосом особи. У женщины с кариотипом Х0, ядра клеток не со-

держат полового хроматина. При трисомии (ХХХ) образуется 2 тельца, т. е. с

помощью полового хроматина можно определить количество половых

хромосом в мазках крови. В ядрах нейтрофилоцитов тельца полового хро-

матина имеют вид барабанных палочек, отходящих от ядра лейкоцитов.

В норме у женщин хроматин-положительные ядра составляют 20–40 %,

у мужчин — 1–3 %.

В буккальном эпителии можно определить и Y хроматин. Он пред-

ставляет собой интенсивно светящийся большой хромоцентр, расположен-

ный в любой точке ядра. В норме у лиц мужского пола 20–90 % ядер со-

держат Y-хроматин.

Биохимические методы используются для диагностики болезней об-

мена веществ, причиной которых является изменение активности опреде-

ленных ферментов (генные мутации). С помощью этих методов обнаруже-

но более 500 молекулярных болезней.

При различных типах заболеваний удается определить либо сам ано-

мальный фермент, либо промежуточные продукты обмена.

Методы включают несколько этапов:

1) выявление на простых, доступных методиках (экспресс-методах),

качественных реакциях продуктов обмена в моче, крови;

2) уточнение диагноза. Для этого используются точные хроматогра-

фические методы определения ферментов, аминокислот, углеводов и т. д.;

3) применение микробиологических тестов, основанных на том, что не-

которые штаммы бактерий могут расти на средах, содержащих только опре-

деленные аминокислоты, углеводы. Если в крови или моче есть требуемое

для бактерии вещество, то на таком приготовленном субстрате наблюдается

активное размножение бактерий, чего не бывает у здорового человека.

87

Биохимическими методами выявляются гемоглобинопатии, болезни

нарушения обмена аминокислот (фенилкентонурия, алкаптонурия), угле-

водов (сахарный диабет, галактоземия), липидов (амавротическая идио-

тия), меди (болезнь Коновалова-Вильсона), железа (гемохроматозы) и др.

Популяционно-статистический метод позволяет рассчитать часто-

ту гетерозиготного носительства патологического гена в человеческих по-

пуляциях, распределение генных и хромосомных аномалий. Метод исполь-

зует демографические и статистические данные, математическая обработка

которых основана на законе Харди-Вайнберга.

Исследование частоты распределения генов имеет важное значение

для анализа распространения наследственных болезней человека. Извест-

но, что подавляющее число рецессивных аллелей представлено в гетерози-

готном состоянии. Закон Харди-Вайнберга позволяет выявить частоту но-

сительства патологического гена при помощи равенств:

1) p + q = 1, где p — частота встречаемости доминатного аллеля, q —

частота рецессивного аллеля;

2) p² + 2pq + q² = 1, где p² — частота встречаемости доминантных го-

мозигот в популяции, 2pq — частота гетерозигот, q² — частота рецессив-

ных гомозигот.

Метод дерматоглифики. Дерматоглифика изучает наследственно-

обусловленные рельефы кожи на пальцах, ладонях и подошв стоп. На этих

частях тела имеются эпидермальные выступы — гребни, которые образу-

ют сложные узоры. Рисунки кожных узоров строго индивидуальны и гене-

тически обусловлены. Процесс образования папиллярного рельефа проис-

ходит в течение 3–6 месяцев внутриутробного развития. Механизм образо-

вания гребней связан с морфогенетическими взаимоотношениями между

эпидермисом и нижележащими тканями.

Гены, обеспечивающие формирование узоров на подушечках пальцев,

участвуют в регуляции насыщения жидкостью эпидермиса и дермы.

Ген А — обуславливает появление дуги на пальцевой подушечке, ген

W — появление завитка, ген L — появление петли. Таким образом, выделя-

ют 3 основных типа узоров на подушечках пальцев. Частота встречаемости

узоров: дуги — у 6 %, петли — около 60 %, завитки — 34 %. Количествен-

ным показателем дерматоглифики является гребневой счет (число папилляр-

ных линий между дельтой и центром узора; дельта — пункты сближения па-

пиллярных линий, образующих фигуру в виде греческой буквы дельта ∆).

В среднем на одном пальце бывает 15–20 гребней, на 10-ти пальцах у

мужчин — 144,98; для женщин — 127,23 гребней.

Ладонный рельеф (пальмоскопия) более сложный. В нем выявляют

ряд полей подушечек и ладонных линий. У оснований II, III, IY, Y пальцев

находятся пальцевые трирадиусы (а, в, с, d), у основания ладони – ладон-

ный (t). Ладонный угол — a t d в норме не превышает 57°.

88

Кожные узоры наследственно обусловлены. Гребневой рельеф кожи

наследуется полигенно.

На формирование дерматоглифических узоров могут оказывать неко-

торые повреждающие факторы на ранних стадиях эмбриогенеза (напри-

мер, внутриутробное действие вируса краснухи дает отклонение в узорах,

сходные с болезнью Дауна).