77.Особенности человека как объекта генетических исследований. Методы изучения генетики человека: генеалогический, близнецовый, цитогенетический, биохимический, онтогенетический, популяционный.

Система опытов с целью разложения признаков организма на отдельные элементы и изучение соответствующих им генов носит название «генетический анализ». Основной принцип генетического анализа - принцип анализа единичных признаков, согласно которому на первом этапе рассматриваются поколения по каждому признаку отдельно, независимо от других признаков. Задачи генетического анализа: установление гена; изучение его свойств путем изучения его действия на признаки в различных комбинациях с другими генами; установление сцепления гена с другими генами, ранее установленными; определение расположения гена среди других, сцепленных с ним. Объект генетического анализа – физиология гена: структура, воспроизведение, механизм действия и изменчивость.

Гибрид.метод – это анализ хар-ра наследования признаков с помощью системы скрещивания, суть к-ых состоит в получ-й гибридов и анализе их потомков в ряду поколении. Эта схема гибрид.анализа вкл-т: подбор материала для получения гибридов, скрещиваний между собой и анализа след.поколении.

Гибрид. метод Г. Менделя имеет след-ие особенности:

1) анализ нач-ся со скрещивания гомозиготных особей («чистые линии»);

2) анализ-ются отдельные альтернативные (взаимоисключающие) признаки;

3) проводится точный количественный учет потомков с различной комбинацией признаков (исп-ся математические методы);

4) наследование анализируемых признаков прослеживается в ряду поколений.

Мендель также предложил систему записей скрещивания. В наст.время гибрид.анализ яв-ся частью ген.анализа, позволяющего опр-ть хар-р наследования изучаемого признака, выяс-ть локализацию генов.

Генеалогический метод - относящийся к числу основных в генетике человека, этот метод опирается на генеалогию — учение о родословных. Его сутью является составление родословной и последующий ее анализ. Впервые такой подход был предложен английским ученым Ф. Гальтоном в 1865 г.

Близнецовый метод - это метод изучения генетических закономерностей на близнецах. Впервые он был предложен Ф. Гальтоном в 1875 г. Близнецовый метод дает возможность определить вклад генетических (наследственных) и средовых факторов (климат, питание, обучение, воспитание и др.) в развитии конкрет ных признаков или заболеваний у человека.

Популяционно-статистический метод - одним из важных направлений в современной генетике является популяционная генетика. Она изучает генетическую структуру популяций, их генофонд, взаимодействие факторов, обусловливающих постоянство и изменение генетической структуры популяций.

Цитогенетический метод - основа метода — микроскопическое изучение хромосом человека. Цитогенетические исследования стали широко использоваться с начала 20-х гг. ХХ в. для изучения морфологии хромосом человека, подсчета хромосом, культивирования лейкоцитов для получения метафазных пластинок.

Биохимический метод - причиной многих врожденных нарушений метаболизма являются различные дефекты ферментов, возникающие вследствие изменяющих их структуру мутаций. Использование современных биохимических методов (электрофореза, хроматографии, спектроскопии и др.) позволяют определять любые метаболиты, специфические для конкретной наследственной болезни.

Мутационный метод - выявление эффекта мутации, оценка мутагенной опасности отдельных факторов и окружающей среды. Поиск неизвестных мутаций и выявление известных мутаций - это разные диагностические задачи. Крупные мутации легче обнаружить. Блоттинг по Саузерну и полимеразная цепная реакция позволяют выявить увеличение числа тринуклеотидных повторов, делеции, вставки и другие перестройки ДНК. Также мутационный метод позволяет выявить любую мутацию, существенно снижающую уровень мРНК.

7 8. Использование метода гибридизации соматических клеток для генетического картирования. Изучение структуры и активности генома человека с помощью методов молекулярной генетики. Программа «Геном Человека».

В основе метода лежит слияние клеток, в результате чего образуются гетерокарионы, содержащие ядра обоих родительских типов. Образовавшиеся гетерокарионы дают начало двум одноядерным гибридным клеткам. В 1965 английский ученый Г. Харрис впервые получил гетерокарионы, образованные клетками мыши и человека. Такую искусственную гибридизацию можно осуществлять между соматическими клетками, принадлежащими далеким в систематическом отношении организмам и даже между растительными и животными клетками. Гибридизация соматических клеток животных сыграла важную роль в исследовании механизмов реактивации генома покоющейся клетки и степени фенотипического проявления (экспрессивности) отдельных генов, клеточного деления, в картировании генов в хромосомах человека, в анализе причин злокачественного перерождения клеток. С помощью этого метода созданы гибридомы, используемые для получения моноклональных (однородных) антител.

Существование многих национальных программ изучения генома человека вызвало к жизни и некоторые проблемы, главными из которых были координация усилий и распространение полученных результатов. Для решения этих проблем была создана международная организация HUGO (HUman Genome Organisation). Предложение об организации международного органа, выполняющего функции координации усилий ученых разных стран в деле изучения генома человека было впервые сделано на первом симпозиуме в Колд-Спринг Харбор по картированию и секвенированию генома человека Виктором Мак-Кьюзиком (Dr. Victor McKusick). Оно было принято, и уже в 1989 г. HUGO была зарегистрирована в Женеве и в Делавэре (США) [ Bodmer W.f., 1991 ].

Целями организации являются:

1. помощь в координации исследований генома человека, в особенности организация сотрудничества между учеными с целью избежать ненужной конкуренции или дублирования усилий;

2. координация работ по геному человека с работами по изучению модельных организмов; координация и поощрение обмена информацией и биологическими материалами, относящимися к исследованию генома человека;

3. содействие распространению соответствующих технологий путем организации учебных программ;

4. поощрение широкого обсуждения программы исследований, предоставление информации о результатах исследований и их возможном применении, о научных, юридических, этических, социальных и коммерческих аспектах изучения генома человека.

HUGO организована по образцу академий, т.е. ее члены выбираются из числа известных ученых. В ее рамках созданы и действуют 6 комитетов: по Международным Школам по картированию генома человека; по физическому картированию; по информатике; по картированию генома мыши; по этическим, юридическим и социальным аспектам; по интеллектуальной собственности.

Следует отметить, что столь масштабная задача, как изучение генома человека, вызвала к жизни новые формы организации научных исследований, дало мощный толчок развитию международного сотрудничества. Впервые, пожалуй, такие большие научные силы задействованы для получения базовой, "справочной" информации, которая в полной мере может быть использована еще не скоро. Вероятно, не будет преувеличением сказать, что это очень изменило психологический климат молекулярной биологии.

79.Врожденные и наследственные болезни, их распространение в человеческих популяциях. Причины возникновения наследственных и врожденных заболеваний. Хромосомные и генные болезни. Болезни с наследственной предрасположенностью. Скрининг генных дефектов.

До XX века главной проблемой медицины были инфекционные заболевания. Они уносили миллионы человеческих жизней. Открытие антибиотиков вло­жило в руки медиков эффективное орудие борьбы со многими инфекциями. Современные методы восста­новительного лечения травматических поврежде­ний, создание педиатрической службы и системы родовспоможения позволили снизить смертность среди подобных пациентов. В настоящее время ме­дицинским работникам все чаще приходится иметь дело с наследственной патологией. Эти заболевания могут с высокой вероятностью явиться причиной ин­валидности или преждевременной гибели пациента.

Наследственные болезни — это патологические состояния, в основе которых изменение наследствен­ного материала (т.е. мутация). В развитии таких заболеваний главную роль играют нарушения в структуре гена или хромосомы. Кроме того, к на­следственной патологии относят также болезни с на­следственной предрасположенностью — мулътифакториалъные заболевания. Они возникают как ре­зультат совместного действия факторов внешней сре­ды и специфического набора генов, который создает условия, способствующие развитию патологическо­го процесса.

Любой медицинский работник сталкивается в своей практике с наследственной патологией. По данным Всемирной организации здравоохранения 5-8% новорожденных имеют такие заболевания. Из них около 3% нарушений состояния здоровья ребен­ка вызваны генными мутациями, 0,8—1% связаны с изменением хромосом, 2,5-3,5% случаев — врож­денные пороки развития и около 1,5 % — мульти-факториальные болезни. В нашей стране примерно 3 миллиона человек страдают наследственными за­болеваниями. Они нуждаются в постоянной меди­цинской помощи, социальной защите, поскольку часто являются инвалидами. Наследственные забо­левания могут привести к преждевременной гибели человека. Так, примерно 50% младенческой смерт­ности обусловлено этой патологией. Практически все разделы клинической медици­ны включают наследственные болезни. Например, около 70% случаев нарушений зрения и 45% тугоу­хости относятся к этой патологии. Среди нервных болезней выделяют примерно 350 заболеваний, обус­ловленных генными мутациями, в дерматологии — 250 и т.д. Необходимо отметить, что понятие «врожденные болезни» не является синонимом «наследственные болезни». Врожденная патология выявляется у ре­бенка при его рождении. Она может быть вызвана не только мутациями, но и одними факторами внеш­ней среды, которые повреждают плод (внутриутроб­ные инфекции, травмы и т.д.). В то же время, на- следственные заболевания не всегда проявляются с момента рождения или далее в детском возрасте. Не­которые из них (например, хорея Гентингтона) мо­гут начинаться в 40-50 лет. Кроме того, «семейные болезни» тоже не всегда являются наследственны­ми, так как члены одной семьи обычно попадают под влияние одинаковых факторов внешней среды и могут иметь однотипные патологические нарушения. Особое значение в генетике человека приобрел термин «синдром», который широко используется в медицине. При описании наследственной патологии его используют для названия заболевания (напри­мер, синдром Дауна). Профилактика — это комплекс мероприятий, направленных на предупреждение возникновения и развития наследственных и врожденных болезней. Различают первичную, вторичную и тре­тичную профилактики наследственной патологии. Первичная профилактика наследственных болезней — это ком­плекс мероприятий, направленных на предупреждение зачатия больного ребенка. Реализуется это планированием деторождения и улучшением среды обитания человека. Планирование деторождения включает три основные позиции. 1. Оптимальный репродуктивный возраст, который для жен­щин находится в пределах 21—35 лет (более ранние или поздние беременности увеличивают вероятность рождения ребенка с врож­денной патологией). 2. Отказ от деторождения в случаях высокого риска наслед­ственной и врожденной патологии (при отсутствии надежных ме­тодов дородовой диагностики, лечения, адаптации и реабилита­ции больных). 3. Отказ от деторождения в браках с кровными родственника­ми и между двумя гетерозиготными носителями патологическо­го гена. Улучшение среды обитания человека направлено главным обра­зом на предупреждение вновь возникающих мутаций. Осуществ­ляется это жестким контролем содержания мутагенов и тератогенов в среде обитания человека.

Вторичная профилактика осуществляется за счет прерывания беременности в случае высокой вероятности заболевания у плода или установления диагноза пренатально. Прерывание может происходить только с согласия женщины в установленные сроки. Основанием для элиминации эмбриона или плода является на­следственная болезнь. Прерывание беременности — решение явно не самое лучшее, но в настоящее время единственно пригодное при большинстве тяжелых и смертельных генетических дефектов. Третичная профилактика наследственных болезней направлена на предотвращение развития заболевания у родившегося ребенка или его тяжелых проявлений. Эту форму профилактики можно назвать нормокопированием, т. е. развитие здорового ребенка с патологическим генотипом. Третичная профилактика некоторых форм наследственной патологии может совпадать с лечебными мероприятиями в общемедицинском смысле. Предотвращение развития наследственного заболевания (нор-мокопирование) включает в себя комплекс лечебных мероприя­тий, которые можно осуществлять внутриутробно или после рож­дения. Для некоторых наследственных заболеваний (например, резус-несовместимость, некоторые ацидурии, галактоземия) возможно внутриутробное лечение. Наиболее широко предотвращение развития заболевания ис­пользуется в настоящее время для коррекции (лечения) после рождения больного. Типичным примером третичной профилакти­ки могут быть фенилкетонурия, гипотиреоз. Можно еще назвать целиакию — заболевание, которое развивается в начале прикор­ма ребенка манной кашей. У таких детей имеется непереносимость злакового белка глютена. Исключение таких белков из пищи пол­ностью гарантирует ребенка от тяжелейшей патологии желудоч­но-кишечного тракта.

Генные болезни — это разнообразная по клинической карти­не группа заболеваний, обусловленная мутациями единичных генов.

Число известных в настоящее время моногенных наследствен­ных заболеваний составляет около 4000 нозологических форм. Встречаются эти заболевания с частотой 1:500 — 1:100000 и реже.

В одном и том же гене возникают разнообразные виды мутаций. Известно, что одна и та же нозологическая форма может быть обус­ловлена различными мутациями.

В каждом гене может возникать до нескольких десятков и даже сотен мутаций, ведущих к заболеваниям.

Мутации могут возникать в любых генах, приводя к наруше­нию (изменению) структуры соответствующих полипептидных цепей белковых молекул. Поскольку в организме человека по при­близительным оценкам содержится более 100000 различных ви­дов белков, то становится понятным чрезвычайное разнообразие клинических проявлений моногенных заболеваний. В зависимости от функции измененного белка будут происходить биохимические изменения в организме, приводя к специфической клинической картине наследственного заболевания. Многие генные мутации приводят к образованию таких моле­кулярных форм белков, патогенное действие которых выявляет­ся только при взаимодействии организма со специфическими факторами внешней среды. Это так называемые экогенетические варианты. Важно подчеркнуть, что при отсутствии контактов с определенными веществами у носителей «экогенетических» мутантных аллелей не возникают патологические реакции или болезни.

Начало патогенеза любой генной болезни связано с первич­ным эффектом мутантного аллеля. Он может проявляться в следующих вариантах: отсутствие синтеза белка; синтез аномального по первичной структуре белка; количественно избыточный син­тез белка; количественно недостаточный синтез белка.

Принципиальные звенья патогенеза генных болезней можно представить следующим образом: мутантный аллель —» патологи­ческий первичный продукт -» цепь последующих биохимических реакций -» клетки —> органы -» организм.

Отсутствие синтеза белка как причина развития болезни встре­чается наиболее часто. Ярким примером является фенилкетонурия, когда в отсутствие фермента фенилаланингидроксилазы пе­чени фенилаланин не может превращаться в тирозин. Повышенная концентрация фенилаланина вместе с другими токсическими ве­ществами его метаболизма накапливается в крови у больного, воздействует на развивающийся мозг, что и приводит к формиро­ванию фенилпировиноградной олигофрении.

Для большинства моногенных заболеваний главным звеном па­тогенеза является клетка. Первичное действие мутантного гена направлено на определенные клеточные структуры, специфич­ные для различных заболеваний (митохондрии, мембраны, лизосомы, пероксисомы). Патологический процесс, возникающий в результате мутации единичного гена, проявляется одновременно на молекулярном, клеточном и органном уровнях у любого индивида.

Существует несколько подходов к классификации моноген­ных наследственных болезней: генетический, патогенетический, клинический и др. Наиболее часто пользуются классификацией, основанной на генетическом принципе. Вторая классификация основана на клиническом принципе, т. е. на отнесении болезни к той или иной группе в зависимости от системы органов, наиболее вовлеченной в патологический про­цесс, — моногенные заболевания нервной, дыхательной, сердеч­но-сосудистой систем, кожи, органов зрения, психические, эн­докринные и так далее. Третья классификация основывается на патогенетическом прин­ципе. Согласно ей все моногенные болезни можно разделить на наследственные болезни обмена веществ (наследственные нару­шения аминокислотного обмена, нарушения обмена углеводов, нарушения липидного обмена, стероидного обмена.

Хромосомные болезни — это большая группа врожденных на­следственных заболеваний, которые клинически характеризуются наличием множественных пороков развития, а в качестве этиоло­гической основы имеют численные или структурные аномалии хромосом.

Все хромосомные болезни можно разделить на три группы: полные формы с изменением числа хромосом; полные формы с изменением структуры хромосом; мозаичные формы с хромосом­ными или геномными мутациями.

В основе хромосомных мутаций, т. е. хромосомных заболева­ний, обусловленных изменением структуры отдельных хромосом, лежат следующие механизмы: транслокация (обмен сегментами различных хромосом); делеция (утрата части хромосомы); дупли­кация (удвоение сегмента хромосомы); инверсия (разрыв хромо­сомы в двух местах и поворот этого участка на 180°).

Хромосомные аномалии имеют широкий спектр клинических проявлений. Они могут быть причиной врожденных пороков раз­вития, повторных самопроизвольных абортов, случаев мертворождения, неонатальной смертности и бесплодия.

Главными эффектами хромосомных аномалий являются леталь­ность и врожденные пороки развития. Частота хромосомных болезней среди новорожденных состав­ляет 5 :1000 — 7:1000; среди мертворожденных и детей, умерших в возрасте до года, — 22 :1000. Окончательный диагноз хромосомной патологии возможен только после проведения цитогенетического анализа (кариотипирования).

Массовые программы обследования людей — скрининг (от английского «screening» — просеива­ние) впервые были внедрены в медицинскую прак­тику в начале XX в. в США. Определение термина «скри­нинг» было дано I. Wilson, G. Jugner в 1968 г. в официальном документе ВОЗ, согласно которому это предположительное обнаружение не диагности­рованной ранее болезни или дефектов с помощью тестов, обследований или других процедур, дающих быстрый ответ.

Основная задача просеивающих программ заклю­чается в раннем выявлении заболеваний на докли­нической стадии, когда их терапия может оказаться особенно эффективной.

Существует много различных просеивающих программ, которые имеют разные цели в зависимо­сти от потребности общества и экономических воз­можностей. Иногда тестируется только одно заболе­вание, в других случаях используется целая серия сложных лабораторных методов для обнаружения большого числа патологических состояний. В зави­симости от поставленных задач обследуются люди разного возраста или отдельных популяций. По зак­лючению ВОЗ, скрининг является только началь­ным этапом в целом комплексе дальнейших диагно­стических и лечебных мероприятий, необходимых для коррекции состояния здоровья людей, страдаю­щих тестируемым заболеванием.

80.Использование биохимических методов для выявления гетерозиготных носителей и диагностики наследственных заболеваний. Генетическая опасность радиации и химических веществ. Перспективы лечения наследственных болезней. Задачи медико-генетических консультаций.

Медико-генетическое консультирование — это специализированный вид медицинской помощи, на­правленный на лрофилактику наследственной пато­логии. Его целью является определение вероятнос­ти рождения ребенка с наследственным заболевани­ем и объяснение этой ситуации консультирующимся, помощь семье в принятии решения. Термин «меди­ко-генетическая консультация» означает как обследование у врача-генетика, так и специализированное медицинское учреждение.

Консультация у врача-генетика обязательно начи­нается с уточнения диагноза пробанда. При этом ис­пользуются специализированные методы: клинико-генеалогический, цитогенетический, биохимический, молекулярно-генетический. В случае необходимости для обследования больного привлекаются врачи дру­гих специальностей. Достаточно часто применяют­ся разнообразные методы общего клинико-лабораторного исследования: гормональные, радиологичес­кие, иммунологические и т.д.

Для уточнения диагноза бывает необходимо об­следовать родственников. Это помогает определить тип наследования, уточнить диагноз заболевания у пробанда. Кроме того, анализ клинических прояв­лений у разных членов семьи дает возможность пред­полагать характер течения патологического процес­са у конкретного человека.

На основании полученной информации врач-ге­нетик определяет вероятность рождения больного ребенка или риск возникновения заболевания у здо­рового родственника. Расчет риска проводится либо путем теоретических вычислений, либо с использо­ванием эмпирических данных, полученных при на­учном анализе аналогичных ситуаций.

Медико-генетическое консультирование заканчи­вается разъяснением обратившимся пациентам ге­нетического риска возникновения заболевания, ха­рактера его течения. При этом даются советы по профилактике рождения больного ребенка, совре­менным методам доклинической диагностики и те­рапии. Этот последний этап работы врача-генетика является очень важным, так как он определяет эф­фективность консультации. Если пациенты непра­вильно поймут заключение или не будут ему дове­рять, то в семье может повториться тяжелая траге­дия. Часто родители или другие родственники больного испытывают чувство «вины» за произошед­шее в семье несчастье. В таком случае необходимо объяснить пациентам случайность и независимость действия генетических факторов от воли человека.

Беседа врача-генетика должна способствовать пре­дупреждению рождения больного ребенка в семье. Если риск тяжелого заболевания оказывается очень высоким и нет способов для его дородовой диагности­ки, то рекомендуют отказаться от деторождения. Но в любом случае окончательное решение о дальнейшем рождении ребенка принимается только семьей.

При лечении наследственных заболеваний и болезней с на­следственной предрасположенностью используются те же подхо­ды, что и при заболеваниях любой другой этиологии (симптома­тические, патогенетические и этиологические).

Симптоматическое лечение. В настоящее время симптоматическое лечение для большин­ства наследственных форм является единственно возможным. Клас­сическим примером такого вида лечения является терапия муковисцидоза. Необходимо подчеркнуть, что симптоматическая терапия бу­дет использоваться и в дальнейшем, наряду с самыми современ­ными методами патогенетического и этиологического лечения.

Патогенетическое лечение. Благодаря знаниям молекулярной и биохимической генетики появляются новые возможности изучения патогенеза каждого за­болевания, а соответственно и разработки новых методов патоге­нетической терапии. В целом патогенетические подходы к лечению наследственной патологии мож­но представить следующим образом — если ген не работает, то необходимо возместить его продукт; если ген производит не то, что нужно, и образуются токсические продукты, то необходимо удаление таких продуктов и возмещение основной функции; если ген производит много продукта, то избыток последнего удаляют.

Этиологическое лечение. Этот вид лечения наиболее перспективен, так как полностью устраняет причину заболевания, а соответственно и полностью излечивает его.

В настоящее время лечение наследственных болезней представ­ляет собой очень сложную задачу. К сожалению, далеко не всегда удается добиться хорошего эффекта. Но следует отметить, что за последнее десятилетие определенный прогресс в лечении наслед­ственной патологии достигнут. Это находит свое отражение в уве­личении продолжительности жизни больных, в улучшении реп­родуктивной способности, в нормализации соматического развития при некоторых заболеваниях.

Хирургическое лечение. Этот вид лечения занимает существенное место в помощи боль­ным с наследственной патологией. Зачастую необходимость в хи­рургической коррекции возникает непосредственно сразу после рож­дения ребенка (стенозы и атрезии пищевода, атрезии ануса и др.). Трансплантация органов и тканей как метод лечения наслед­ственных болезней в настоящее время находит широкое примене­ние в медицинской практике.