Изучение генетики человека связано с рядом особенностей и объективных трудностей:
- сложный кариотип (хромосомный набор);
- позднее половое созревание и редкая смена поколений;
- малое количество потомков;
- невозможность экспериментирования;
- невозможность создания одинаковых условий жизни.
Для
обследования больных на предмет возникновения и развития наследственных
заболеваний в генетике применяются следующие методы:
электрокардиография, электроэнцефалография, электромиография,
биохимические анализы биологических жидкостей, биопсия тканей и др.
Имеются
также специфические методы, позволяющие изучить вопросы возникновения,
развития, распространения, механизмы передачи из поколения в поколение
наследственных болезней, а также какую роль в этом играют генотип
(совокупность наследственных свойств) и факторы окружающей среды.
Клиникогенеалогический метод
В 1883
году Ф. Гальтоном был предложен клиникогенеалогический метод изучения
генетики человека. Он заключается в построении родословных и
прослеживании передачи определенной болезни в ряду поколений. Это один
из наиболее универсальных методов медицинской генетики. Он проводится во
всех случаях, когда возникает подозрение на наследственную болезнь.
Метод позволяет установить:
-
является ли болезнь наследственной (по проявлению его у родственников); -
тип и характер наследования (доминантный или рецессивный, аутосомный или гоносомный); -
зиготность лиц родословной (гомо- или гетерозиготы); -
пенетрантность гена (частота его проявления); -
вероятность рождения ребенка с наследственной патологией (генетический риск).
Этапы генеалогического анализа:
В зависимости
от цели исследования родословная собирается по одному или нескольким
признакам, может быть полной или ограниченной по восходящему,
нисходящему и боковым направлениям.
Сложность заключается
в том, что человек, для которого составляется родословная, должен
хорошо знать состояние здоровья не менее трех поколений родственников по
линии матери и отца, что бывает крайне редко. Поэтому одного опроса,
как правило, недостаточно, и для уточнения здоровья, родственникам
назначают полное клиническое и параклиническое (лабораторное,
инструментальное) обследования.
Построение родословной
При построении родословной необходимо соблюдать следующие правила:
-
родословную начинают строить с человека, для которого эта родословная и делается; -
каждое поколение нумеруется римскими цифрами слева; -
символы, обозначающие людей одного поколения, располагаются на горизонтальной линии и нумеруются арабскими цифрами.
Анализ родословной
Первая
задача при анализе родословной – установление наследственного характера
болезни. Если одна и та же болезнь в родословной встречается несколько
раз, можно думать о ее наследственной природе.
После
обнаружения наследственного характера болезни необходимо установить тип
наследования. Для этого используются принципы генетического анализа и
различные статистические методы обработки данных многих родословных.
Аутосомно-доминантный тип наследования характеризуется следующими признаками:
-
больные в каждом поколении; -
больной ребенок у больных родителей; -
болеют в равной степени мужчины и женщины; -
проявление болезни наблюдается по вертикали и горизонтали; -
вероятность
наследования 100 % (если хотя бы один родитель гомозиготен), 75 % (если
оба родителя гетерозиготны) и 50 % (если один родитель гетерозиготен).
Доминантно
наследуемые болезни характеризуются резко отличающимися друг от друга
проявлениями и сроками начала болезни. Для большинства болезней этого
типа характерны такие патологические состояния, которые не наносят
серьезного ущерба здоровью человека и в большинстве случаев не влияют на
его способность иметь потомство, например, шестипалость, веснушки,
курчавые волосы, нейрофиброматоз, ахондроплазия, синдром Марфана и др.
Признаки
аутосомно-доминантного типа наследования будут проявляться только при
полном доминировании. При неполном доминировании у потомков будет
проявляться промежуточная форма наследования, больные могут быть не в
каждом поколении.
Аутосомно-рецессивный тип наследования характеризуется следующими признаками:
-
больные не в каждом поколении; -
больной ребенок (гомозигота) рождается у здоровых родителей (гетерозигот); -
болеют в равной степени мужчины и женщины; -
проявление болезни наблюдается по горизонтали; -
вероятность
наследования 25 % (если оба родителя гетерозиготны), 50 % (если один
родитель гетерозиготен, а второй гомозиготен по рецессивному признаку) и
100 % (если оба родителя рецессивные гомозиготы).
Вероятность
наследования болезни аутосомно-рецессивного типа составляет 25 %, т. к.
вследствие тяжести заболевания большинство больных не доживают до
детородного возраста или не вступают в брак.
Так
наследуются фенилкетонурия, серповидно-клеточная анемия, муковисцидоз,
галактоземия, болезнь Вильсона-Коновалова, адреногенитальный синдром,
мукополисахаридозы и др.
Х-сцепленный рецессивный тип наследования характеризуется следующими признаками:
-
больные появляются не в каждом поколении; -
больной ребенок рождается у здоровых родителей; -
болеют преимущественно мужчины; -
проявление болезни наблюдается преимущественно по горизонтали; -
вероятность наследования у 25 % всех детей, в том числе у 50 % мальчиков; -
здоровые мужчины не передают болезни.
Так
наследуются гемофилия, дальтонизм, умственная отсталость с ломкой
Х-хромосомой, мышечная дистрофия Дюшенна, синдром Леша-Найхана и др.
Х-сцепленный
доминантный тип наследования сходен с аутосомно-доминантным, за
исключением того, что мужчина передает этот признак только дочерям.
Примером такого заболевания является особая форма рахита, устойчивая к
лечению витамином D.
Голандрический тип наследования характеризуется следующими признаками:
-
больные во всех поколениях; -
болеют только мужчины; -
у больного отца больны все его сыновья; -
вероятность наследования у мальчиков 100 %.
Так
наследуются некоторые формы ихтиоза, обволошенность наружных слуховых
проходов и средних фаланг пальцев, некоторые формы синдактилии
(перепонки между пальцами ног) и др.
Близнецовый метод
В 1876
году Ф. Гальтоном был введен в медицинскую практику близнецовый метод
изучения генетики человека. Он позволяет определить роль генотипа
(совокупность наследственных свойств) и окружающей среды в проявлении
признаков болезни.
Различают моно- и дизиготных близнецов.
Монозиготные (однояйцовые) близнецы
развиваются из одной оплодотворенной яйцеклетки. Они имеют одинаковый
генотип, но могут отличаться по фенотипу (совокупность внутренних и
внешних признаков и свойств, сформировавшихся на базе генотипа в
процессе развития) что обусловлено воздействием факторов внешней среды.
Монозиготные
близнецы имеют большую степень сходства по признакам, которые
определяются преимущественно генотипом: они всегда однополы,
имеют одинаковые группы крови, один цвет глаз, однотипные узоры на
пальцах и ладонях и др.
Дизиготные (двуяйцовые) близнецы
развиваются после оплодотворения сперматозоидами нескольких
одновременно созревших яйцеклеток. Они имеют разный генотип, и их
фенотипические отличия обусловлены как генотипом, так и факторами
внешней среды.
Таким образом, фенотипические признаки и используются для определения зиготности близнецов.
Процент сходства близнецов по изучаемому признаку называется конкордантностью, а процент различия дискордантностью.
Т. к. монозиготные близнецы имеют одинаковый генотип, то конкордантность у них выше, чем у дизиготных.
Для
оценки роли наследственности и окружающей среды в развитии болезни
используется формула Хольцингера: КМБ(%) - КДБ(%) / 100% - КДБ (%), где Н
– доля наследственности, КМБ – конкордантность монозиготных близнецов,
КДБ – конкордантность дизиготных близнецов.
Если
результат расчетов по формуле Хольцингера приближается к единице, то
основная роль в развитии болезни принадлежит наследственности. И
наоборот, если результат стремится к нулю, большую роль сыграли факторы
окружающей среды.
Популяционно-статистический метод
Популяционно-статистический
метод изучения генетики человека основан на использовании
математического выражения закона Харди-Вейнберга.
Нужно
взять за р частоту встречаемости в популяции доминантного гена, за
q частоту встречаемости рецессивного гена, за р2 частоту доминантных
гомозигот, за q2 частоту рецессивных гомозигот, за 2pq частоту
гетерозигот.
Сумма частот всех генотипов должна быть принята за 1 (100 %): р2 + 2pq + q2 = 1(100 %).
Метод позволяет определять частоту генов и генотипов в больших (свыше 4,5 тыс.) популяциях людей.
Цитогенетические методы
Цитогенетические
методы исследования генетики человека основаны на исследовании
человеческого кариотипа (хромосомный набор, совокупность признаков
хромосом в клетках тела).
Этапы исследования:
-
культивирование клеток человека на искусственных питательных средах; -
проведение специальных манипуляций, вследствие чего хромосомы «рассыпаются» и лежат свободно; -
окрашивание хромосом; -
изучение хромосом под микроскопом и фотографирование; -
вырезание отдельных хромосом и построение детального изображения хромосомного набора.
В 70-е
годы были разработаны методы дифференциального окрашивания хромосом
человека, которые позволили выявлять геномные (например, болезнь Дауна) и
хромосомные (например, синдром кошачьего крика) мутации.
существуют
молекулярно-цитогенетические методы. Они основаны на методе FISH, с
помощью которого можно определять локализацию генов в хромосомах и все
хромосомные отклонения от нормы.
Биохимические методы
Практически
все биохимические реакции, протекающие в человеческом организме и в
конечном итоге составляющие его обмен веществ, регулируются ферментами.
Биохимические методы изучения генетики человека основаны на изучении
активности ферментных систем. Активность оценивают или по активности
самого фермента, или по количеству конечных продуктов реакции, которую
контролирует данный фермент.
Применяются разнообразные методы изучения, среди них хроматографические, флюорометрические, радиоиммунологические и др.
Изучения
активности ферментных систем позволяет выявлять генные мутации, которые
являются причинами болезней обмена веществ, например, фенилкетонурии,
серповидно-клеточной анемии.
С
помощью биохимических методов можно выявлять носителей патологических
генов таких болезней как, например фенилкетонурия, сахарный диабет,
гипертония и др.
Молекулярно-генетические методы
Молекулярно-генетические
методы исследования генетики человека позволяют анализировать фрагменты
ДНК, находить и изолировать отдельные гены, устанавливать
последовательность нуклеотидов (несут наследственную информацию).
В
частности, метод клонирования ДНК позволяет изолировать отдельные гены и
создавать неограниченное количество их копий. В течение нескольких
часов можно размножить ДНК в количестве, превышающем исходное в миллионы
раз.
Методы
гибридизации нуклеиновых кислот идентифицируют фрагменты ДНК и позволяют
обнаружить единственный ген среди десятков тысяч.
Для
успешного применения в практическом здравоохранении
молекулярно-генетических методов необходимо создание библиотек всех
последовательностей ДНК человека, и в этом направлении уже немало
сделано.
Методы генетики клеток тела
Наибольший интерес представляет метод гибридизации клеток.
В 1960 г.
Ж. Барский, выращивая клетки двух линий мышей, обнаружил, что некоторые
из них по своим свойствам оказались промежуточными между родительскими
клетками. Это были гибридные клетки.
Гибридные
клетки содержат хромосомы обеих родительских клеток, т. е. происходит
объединение двух совокупностей наследственных признаков.
Гибридизация
возможна между клетками не только организмов разных видов, например,
человек – мышь, но и разных типов, например, человек – комар.
Например,
гибридные клетки человека и мыши имеют 43 пары хромосом: 23 от человека
и 20 от мыши. Затем происходит постепенное удаление хромосом того
организма, клетки которого медленнее размножаются. У гибридных клеток
человек – мышь удаляются хромосомы человека.
Метод позволяет выяснять последовательность расположения генов, строить генетические карты хромосом человека.
Экспресс-методы
Экспресс-методы
- это быстрые предварительные методы изучения генетики человека. Часто
они используются для выявления наследственной патологиив в больших
контингентах людей. Например, исследование новорожденных на
фенилкетонурию, гипотиреоз; беременных на альфа-фетопротеин
для определения у плода пороков развития, например, анэнцефалии,
открытых форм спинномозговых грыж, синдрома Дауна.
К экспресс-методам предъявляются следующие требования:
-
диагностическая
значимость, т. е. положительные и отрицательные результаты должны
соответствовать наличию или отсутствию заболевания; -
надежность, т. е.один и тот же образец при независимой двукратной проверке должен одинаково оцениваться; -
исследованию должен подвергаться легкодоступный материал (кровь, моча) в малых количествах; -
приемлемость для обследуемых, исполнителей и врачей; -
экономичность.
В
частности, микробиологический ингибиторный тест Гатри позволяет выявлять
некоторые биохимические нарушения у новорожденных. С его помощью можно
диагностировать наличие в крови аминокислот и углеводов (лейцина,
гистидина, фруктозы, галактозы и др.).
Биохимические
и микробиологические экспресс-методы (флюорометрические,
хроматографические, радиоиммунологические и др.) широко используются для
быстрой предварительной диагностики наследственных болезней обмена
веществ.
| 
