Дослідження в генетиці. Методи вивчення спадковості людини. Відмінності генетики людини від загальної генетики
генеалогічний метод заснований на складанні родоводу людини і вивченні характеру успадкування ознаки. Вперше цей метод був запропонований Ф. Гальтон в 1865 р Це найдавніший метод. Суть його полягає у встановленні родоводів зв'язків і визначенні домінантних і рецесивних ознак і характеру їх успадкування. Особливо ефективний цей метод при дослідженні генних мутацій.
Метод включає два етапи: збір відомостей про сім'ю за якомога більшу кількість поколінь і генеалогічний аналіз. Родовід складається, як правило, по одному або декільком ознаками. Для цього збираються відомості про успадкування ознаки серед близьких і далеких родичів. При складанні родоводу використовуютьсяспеціальні символи.
Представників одного покоління розташовують в одному ряду в порядку їх народження.
Далі починається другий етап аналіз родоводу з метою встановлення характеру успадкування ознаки. В першу чергу встановлюється, як виявляється ознака у представників різної статі, тобто зчепленість ознаки з підлогою. Далі визначається, чи є ознака домінантним або рецесивним, зчеплений він з іншими ознаками і т.д. При рецесивним характер успадкування ознака проявляється у невеликого числа особин не у всіх поколіннях. Він може бути відсутнім у батьків. При домінантному спадкуванні ознака часто зустрічається практично у всіх поколіннях.
Характерною особливістю спадкування ознак, зчеплених зі статтю, є їх прояв у осіб однієї статі. У разі, якщо ця ознака домінантний, то він частіше зустрічається у жінок. Якщо ознака рецесивний, то в цьому випадку він частіше проявляється у чоловіків.
Аналіз численних родоводів і характер поширення ознаки у великій людській популяції допомогли генетикам встановити характер успадкування багатьох нормальних ознак людини, таких як курчавость і колір волосся, колір очей, веснянкувату, будова мочки вуха і т.д., а також такі аномалії, як дальтонізм, серповидно-клітинна анемія і ін.
Саме генеалогічним методом вдалося визначити характер успадкування гемофілії. Дослідження родоводу британського королівського дому показало, що ознака є рецесивним і зчеплений з підлогою. Носієм рецесивного гена виявилася британська королева Вікторія.
Таким чином, за допомогою методу родоводів встановлюється залежність ознаки від генетичного матеріалу, тип спадкування (домінантний, рецесивний, аутосомний, зчеплений із статевими хромосомами), наявність зчеплення генів, зиготность (гомозиготность або гетерозиготность) членів сім'ї, ймовірність успадкування гена в поколіннях,тип успадкування ознаки. При аутосомно-домінантному спадкуванні (поява ознаки пов'язано з домінантним геном) ознака, як правило, проявляється в кожному поколінні (успадкування по горизонталі). При аутосомно-рецесивним успадкування ознака проявляється рідко, не в кожному поколінні (успадкування по вертикалі), проте, в родинних шлюбах хворі діти народжуються частіше. При спадкуванні, зчепленому з підлогою, частота прояву ознаки у особин різної статі неоднакова.
Генеалогічні дослідження показали, що деякі здібності людини музикальність, математичний склад розуму також визначаються спадковими факторами. Генеалогічним методом доведено успадкування у людини цукрового діабету, глухоти, шизофренії, сліпоти. Цей метод використовується для діагностики спадкових захворювань і медико-генетичного консультування. За характером успадкування визначається ймовірність народження дитини з генетичними аномаліями.
Близнюковий метод заснований на вивченні фенотипу і генотипу близнюків для визначення ступеня впливу середовища на розвиток різних ознак. Цей метод в 1876 році запропонував англійський дослідник Ф. Гальтон для розмежування впливу спадковості і середовища на розвиток різних ознак у людини.
Серед близнюків виділяютьсяоднояйцеві і двуяйцевие.
Однояйцеві близнюки (ідентичні) утворюються з однієї зиготи, що розділилася на ранній стадії дроблення на дві частини. У цьому випадку одна запліднена яйцеклітина дає початок не одному, а відразу двом зародкам. Вони мають однаковий генетичний матеріал, завжди однієї статі, і найбільш цікаві для вивчення. Подібність у таких близнюків майже абсолютна. Дрібні відмінності можуть пояснюватися впливом умов розвитку.
Двуяйцевие близнюки (неідентичні) утворюються з різних зигот, в результаті запліднення двох яйцеклітин двома сперматозоїдами. Вони схожі один на одного не більше ніж рідні брати або сестри, народжені в різний час. Такі близнюки можуть бути одностатевими і різностатевими.
Близнюковий метод дозволяє визначити ступінь прояву ознаки у пари, вплив спадковості і середовища на розвиток ознак. Всі відмінності, які проявляються у однояйцевих близнят, що мають однаковий генотип, пов'язані з впливом зовнішніх умов. Великий інтерес представляють випадки, коли така пара була з якихось причин розлучена в дитинстві і близнюки росли і виховувалися в різних умовах.
Вивчення різнояйцевих близнюків дозволяє проаналізувати розвиток різних генотипів в однакових умовах середовища. Близнюковий метод дозволив встановити, що для багатьох захворювань значну роль відіграють умови середовища, при яких відбувається формування фенотипу.
Наприклад, такі ознаки як група крові, колір очей і волосся визначаються тільки генотипом і від середовища не залежать. Деякі захворювання, хоча і викликаються вірусами і бактеріями, в деякій мірі залежать від спадкової схильності. Такі захворювання, як гіпертонія і ревматизм, в значній мірі визначаються зовнішніми факторами і в меншій мірі спадковістю.
Таким чином, блізнецовий метод дозволяє виявити роль генотипу і факторів середовища в формуванні ознаки, для чого вивчаються і порівнюються ступеня подібності (конкордантность) і відмінностей (дискордантність) монозиготних і дизиготних близнюків.
цитогенетичний метод полягає в мікроскопічному дослідженні структури хромосом і їх кількості у здорових і хворих людей. З трьох типів мутацій під мікроскопом можуть виявлятися лише хромосомні і геномні мутації. Найбільш простим методом є експрес-діагностика дослідження кількості статевих хромосом по Х-хроматину. У нормі у жінок одна Х-хромосома в клітинах знаходиться в вигляді тільця хроматину, а у чоловіків таке тільце відсутнє. При трисомії по статевої парі у жінок спостерігаються два тільця, а у чоловіків одне. Для ідентифікації трисомії по іншим парам досліджується каріотип соматичних клітин і складається ідіограмма, яка порівнюється зі стандартною.
хромосомні мутації пов'язані зі зміною числа або структури хромосом. З них під мікроскопом при спеціальному фарбуванні добре виявляються транслокации, делеции, інверсії. При транслокації або делеції хромосоми відповідно збільшуються або зменшуються в розмірі. А при інверсії змінюється малюнок хромосоми (чергування смуг).
Хромосомні мутації можуть бути маркерами в цитогенетичної методикою дослідження того чи іншого захворювання. Крім того, цей метод використовується для визначення поглинених людьми радіаційних доз і в інших наукових дослідженнях.
біохімічний метод заснований на вивченні характеру біохімічних реакцій в організмі, обміну речовин для встановлення носійства аномального гена або уточнення діагнозу. Захворювання, в основі яких лежить порушення обміну речовин, складають значну частину генної спадкової патології. До них відносяться цукровий діабет, фенілкетонурія (порушення обміну фенілаланіну), галактоземія (порушення засвоєння молочного цукру) і інші. Цей метод дозволяє встановити хворобу на ранній стадії і лікувати її.
Популяційно-статистичний метод дає можливість розрахувати в популяції частоту народження нормальних і патологічних генів, визначити співвідношення гетерозигот носіїв аномальних генів. За допомогою даного методу визначається генетична структура популяції (частоти генів і генотипів в популяціях людини); частоти фенотипів; досліджуються фактори середовища, які змінюють генетичну структуру популяції. В основі методу лежитьзакон Харді Вайнберга, Відповідно до якого частоти генів і генотипів в численних популяціях, що мешкають в незмінних умовах, і при наявності панмиксии (вільних схрещувань) протягом ряду поколінь залишаються постійними. Обчислення проводяться за формулами: р + q \u003d 1, р2 + 2pq + q 2 \u003d 1. При цьому р частота домінантного гена (алелі) в популяції, q частота рецесивного гена (алелі) в популяції, р2 частота гомозигот домінантних, q2 гомозигот рецесивних, 2pq частота гетерозиготних організмів. Використовуючи цей метод, можна також визначати частоту носіїв патологічних генів.
Молекулярно-генетичні методи. В останні роки рівень розвитку сучасної генетики дозволяє широко використовувати молекулярні методи для вивчення молекулярних основ спадковості і мінливості організмів, хімічної та фізико-хімічної структури генетичного матеріалу, його функцій.
Для генетичних досліджень людина є незручним об'єктом, так як у людини: неможливо експериментальне схрещування; велика кількість хромосом; пізно настає статева зрілість; мале число нащадків в кожній родині; неможливо зрівнювання умов життя для потомства.
У генетиці людини використовується ряд методів дослідження.
генеалогічний метод
Використання цього методу можливо в тому випадку, коли відомі прямі родичі - батьки володаря спадкової ознаки ( пробанда) По материнській і батьківській лініях в ряду поколінь або нащадки пробанда також в декількох поколіннях. При складанні родоводів в генетиці використовується певна система позначень. Після складання родоводу проводиться її аналіз з метою встановлення характеру успадкування ознаки, що вивчається.
Умовні позначення, прийняті при складанні родоводів:
1 - чоловік; 2 - жінка; 3 - стать не з'ясований; 4 - володар досліджуваного ознаки; 5 - гетерозиготний носій досліджуваного рецесивного гена; 6 - шлюб; 7 - шлюб чоловіка з двома жінками; 8 - споріднений шлюб; 9 - батьки, діти і порядок їх народження; 10 - дизиготних близнюки; 11 - монозиготних близнюки.
Завдяки генеалогічному методу були визначені типи успадкування багатьох ознак у людини. Так, по аутосомно-домінантним типом успадковуються полідактилія (збільшена кількість пальців), можливість згортати мову в трубочку, брахидактилия (короткопалость, обумовлена \u200b\u200bвідсутністю двох фаланг на пальцях), веснянки, раннє облисіння, зрощені пальці, заяча губа, вовча паща, катаракта очей, крихкість кісток і багато інших. Альбінізм, руде волосся, схильність поліомієліту, цукровий діабет, вроджена глухота і інші ознаки успадковуються як аутосомно-рецесивні.
Домінантний ознака - здатність згортати язик в трубочку (1) і його рецесивний аллель - відсутність цієї здатності (2).
3 - родовід по полідактилії (аутосомно-домінантне успадкування).
Цілий ряд ознак успадковується сцепленно з підлогою: Х -сцепленное спадкування - гемофілія, дальтонізм; Y -сцепленное - гіпертрихоз краю вушної раковини, перетинчасті пальців ніг. Є ряд генів, локалізованих в гомологічних ділянках Х - і Y -хромосом, наприклад загальна колірна сліпота.
Використання генеалогічного методу показало, що при родинному шлюбі, в порівнянні з неспоріднених, значно зростає ймовірність появи каліцтв, мертвонароджень, ранньої смертності серед нащадків. У родинних шлюбах рецесивні гени частіше переходять в гомозиготний стан, в результаті розвиваються ті чи інші аномалії. Прикладом цього є успадкування гемофілії в царських будинках Європи.
- гемофилик; - жінка-носій.
Близнюковий метод
1 - монозиготні близ-неци; 2 - дізігот-ні поблизу-неци.
Близнюками називають одночасно народжених дітей. вони бувають монозиготними (Однояйцевими) і дизиготних (Різнояйцевими).
Монозиготних близнюки розвиваються з однієї зиготи (1), яка на стадії дроблення розділилася на дві (або більше) частини. Тому такі близнята генетично ідентичні і завжди однієї статі. Монозиготних близнюки характеризуються великим рівнем ( конкордантность) За багатьма ознаками.
Дизиготних близнюки розвиваються з двох або більше одночасно овуліровавшіх і запліднених різними сперматозоїдами яйцеклітин (2). Тому вони мають різні генотипи і можуть бути як одного, так і різної статі. На відміну від монозиготних, дизиготних близнюки характеризуються дискордантних - відмінністю за багатьма ознаками. Дані про конкордантности близнюків за деякими ознаками наведені в таблиці.
| ознаки | Конкордантность,% | |
|---|---|---|
| монозиготних близнюки | дизиготних близнюки | |
| нормальні | ||
| Група крові (АВ0) | 100 | 46 |
| Колір очей | 99,5 | 28 |
| Колір волосся | 97 | 23 |
| патологічні | ||
| клишоногість | 32 | 3 |
| «Заяча губа» | 33 | 5 |
| Бронхіальна астма | 19 | 4,8 |
| кір | 98 | 94 |
| туберкульоз | 37 | 15 |
| епілепсія | 67 | 3 |
| шизофренія | 70 | 13 |
Як видно з таблиці, ступінь конкордантности монозиготних близнюків по всіх наведених ознаками значно вище, ніж у дизиготних, однак вона не є абсолютною. Як правило, дискордантність монозиготних близнюків виникає в результаті порушень внутрішньоутробного розвитку одного з них або під впливом зовнішнього середовища, якщо вона була різною.
Завдяки блізнецовий метод, була з'ясована спадкова схильність людини до ряду захворювань: шизофренії, епілепсії, цукрового діабету та інших.
Спостереження за монозиготними близнюками дають матеріал для з'ясування ролі спадковості і середовища в розвитку ознак. Причому під зовнішнім середовищем розуміють не тільки фізичні фактори середовища, а й соціальні умови.
цитогенетичний метод
Заснований на вивченні хромосом людини в нормі і при патології. У нормі каріотип людини включає 46 хромосом - 22 пари аутосом і дві статеві хромосоми. Використання даного методу дозволило виявити групу хвороб, пов'язаних або з зміною числа хромосом, або зі змінами їх структури. Такі хвороби одержали назву хромосомних.
Матеріалом для каріотіпіческого аналізу найчастіше є лімфоцити крові. Кров береться у дорослих з вени, у новонароджених - з пальця, мочки вуха або п'яти. Лімфоцити культивуються в особливій живильному середовищі, до складу якої, зокрема, додані речовини, «змушують» лімфоцити інтенсивно ділитися митозом. Через деякий час в культуру клітин додають колхіцин. Колхицин зупиняє мітоз на рівні метафази. Саме під час метафази хромосоми є найбільш конденсованими. Далі клітини переносяться на предметні скельця, сушаться і фарбуються різними барвниками. Забарвлення може бути а) рутинної (хромосоми забарвлюються рівномірно), б) диференціальної (хромосоми набувають смугастість, причому кожна хромосома має індивідуальний малюнок). Рутинна забарвлення дозволяє виявити геномні мутації, визначити групову приналежність хромосоми, дізнатися, в якій групі змінилося число хромосом. Диференціальна забарвлення дозволяє виявити хромосомні мутації, визначити хромосому до номера, з'ясувати вид хромосомної мутації.
У тих випадках, коли необхідно провести каріотіпіческій аналіз плода, для культивування беруться клітини амніотичної (навколоплідної) рідини - суміш фібробластоподібних і епітеліальних клітин.
До числа хромосомних захворювань відносяться: синдром Клайнфельтера, синдром Тернера-Шерешевського, синдром Дауна, синдром Патау, синдром Едвардса та інші.
Хворі з синдромом Клайнфельтера (47, ХХY) завжди чоловіки. Вони характеризуються недорозвиненням статевих залоз, дегенерацією насіннєвихканальців, часто розумовою відсталістю, високим зростом (за рахунок непропорційно довгих ніг).
Синдром Тернера-Шерешевського (45, Х0) спостерігається у жінок. Він проявляється в уповільненні статевого дозрівання, недорозвитку статевих залоз, аменореї (відсутності менструацій), безплідді. Жінки з синдромом Тернера-Шерешевського мають малий зріст, тіло диспропорційно - більш розвинена верхня частина тіла, плечі широкі, таз вузький - нижні кінцівки вкорочені, шия коротка зі складками, «монголоїдний» розріз очей і ряд інших ознак.
Синдром Дауна - одна з найбільш часто зустрічаються хромосомних хвороб. Вона розвивається в результаті трисомії по 21 хромосомі (47; 21, 21, 21). Хвороба легко діагностується, так як має ряд характерних ознак: укорочені кінцівки, маленький череп, плоске, широке перенісся, вузькі очні щілини з косим розрізом, наявність складки верхньої повіки, психічна відсталість. Часто спостерігаються і порушення будови внутрішніх органів.
Хромосомні хвороби виникають і в результаті зміни самих хромосом. Так, делеция р-Плечі аутосоми №5 призводить до розвитку синдрому «крик кішки». У дітей з цим синдромом порушується будова гортані, і вони в ранньому дитинстві мають своєрідний «нявкаючий» тембр голосу. Крім того, спостерігається відсталість психомоторного розвитку і недоумство.
Найчастіше хромосомні хвороби є результатом мутацій, що відбулися в статевих клітинах одного з батьків.
біохімічний метод
Дозволяє виявити порушення в обміні речовин, викликані зміною генів і, як наслідок, зміною активності різних ферментів. Спадкові хвороби обміну речовин поділяються на хвороби вуглеводного обміну (цукровий діабет), обміну амінокислот, ліпідів, мінералів і ін.
Фенілкетонурія відноситься до хвороб амінокислотного обміну. Блокується перетворення незамінної амінокислоти фенілаланін в тирозин, при цьому фенілаланін перетворюється в фенілпіровиноградну кислоту, яка виводиться з сечею. Захворювання призводить до швидкого розвитку недоумства у дітей. Рання діагностика і дієта дозволяють призупинити розвиток захворювання.
Популяційно-статистичний метод
Це метод вивчення поширення спадкових ознак (спадкових захворювань) в популяціях. Суттєвим моментом при використанні цього методу є статистична обробка отриманих даних. під популяцією розуміють сукупність особин одного виду, які тривалий час мешкають на певній території, вільно перехресних між собою, що мають спільне походження, певну генетичну структуру і в тій чи іншій мірі ізольованих від інших таких сукупностей особин цього виду. Популяція є не тільки формою існування виду, а й одиницею еволюції, оскільки в основі мікроеволюційних процесів, що завершуються утворенням виду, лежать генетичні перетворення в популяціях.
Вивченням генетичної структури популяцій займається особливий розділ генетики - популяционная генетика. У людини виділяють три типи популяцій: 1) панміктіческой, 2) деми, 3) ізоляти, які відрізняються один від одного кількістю, частотою внутрішньогрупових шлюбів, часткою іммігрантів, приростом населення. Населення мегаполіса відповідає панміктіческой популяції. В генетичну характеристику будь-якій популяції входять наступні показники: 1) генофонд (Сукупність генотипів усіх особин популяції), 2) частоти генів, 3) частоти генотипів, 4) частоти фенотипів, система шлюбів, 5) фактори, що змінюють частоти генів.
Для з'ясування частот зустрічальності тих чи інших генів і генотипів використовується закон Харді-Вайнберга.
Закон Харді-Вайнберга
В ідеальній популяції з покоління в покоління зберігається строго певне співвідношення частот домінантних і рецесивних генів (1), а також співвідношення частот генотипових класів особин (2).
p + q = 1, (1)р 2 + 2pq + q 2 = 1, (2)
де p - частота народження домінантного гена А; q - частота народження рецесивного гена а; р 2 - частота народження гомозигот по домінанту АА; 2 pq - частота народження гетерозигот Аа; q 2 - частота народження гомозигот по рецессівен аа.
Ідеальною популяцією є досить велика, панміктіческой (панмиксия - вільне схрещування) популяція, в якій відсутні мутаційний процес, природний відбір і інші чинники, що порушують рівновагу генів. Зрозуміло, що ідеальних популяцій в природі не існує, в реальних популяціях закон Харді-Вайнберга використовується з поправками.
Закон Харді-Вайнберга, зокрема, використовується для зразкового підрахунку носіїв рецесивних генів спадкових захворювань. Наприклад, відомо, що в даній популяції фенілкетонурія зустрічається з частотою 1: 10000. Фенілкетонурія успадковується по аутосомно-рецесивним типом, отже, хворі на фенілкетонурію мають генотип аа, тобто q 2 \u003d 0,0001. Звідси: q = 0,01; p \u003d 1 - 0,01 \u003d 0,99. Носії рецесивного гена мають генотип Аа, тобто є гетерозиготами. Частота народження гетерозигот (2 pq) Становить 2 · 0,99 · 0,01 ≈ 0,02. Висновок: в даній популяції близько 2% населення - носії гена фенілкетонурії. Заодно можна підрахувати частоту зустрічальності гомозигот по домінанту (АА): p 2 \u003d 0,992, трохи менше 98%.
Зміна рівноваги генотипів і алелей в панміктіческой популяції відбувається під впливом постійно діючих факторів, до яких відносяться: мутаційний процес, популяційні хвилі, ізоляція, природний відбір, дрейф генів, еміграція, імміграція, інбридинг. Саме завдяки цим явищам виникає елементарне еволюційне явище - зміна генетичного складу популяції, що є початковим етапом процесу видоутворення.
Генетика людини - одна з найбільш інтенсивно розвиваються галузей науки. Вона є теоретичною основою медицини, розкриває біологічні основи спадкових захворювань. Знання генетичної природи захворювань дозволяє вчасно поставити точний діагноз і здійснити потрібне лікування.
Перейти до лекції №21 «Мінливість»
генеалогічний метод
В основі цього методу лежить складання і аналіз родоводів. Цей метод широко застосовують з давніх часів і до наших днів в конярстві, селекції цінних ліній великої рогатої худоби і свиней, при отриманні чистопородних собак, а також при виведенні нових порід хутрових тварин. Родоводи людини складалися протягом багатьох століть щодо царями сімейств в Європі і Азії.
Як метод вивчення генетики людини генеалогічний метод стали
застосовувати тільки з початку XX століття, коли з'ясувалося, що аналіз
родоводів, в яких простежується передача з покоління в покоління якоїсь ознаки (захворювання), може замінити собою фактично непридатний щодо людини гибридологический метод. При складанні родоводів вихідним є людина - пробанд,
родовід якого вивчають. Зазвичай це або хворий, або носій
певної ознаки, успадкування якого необхідно вивчити. при
складанні родоводів таблиць використовують умовні позначення, запропоновані
Г. Юстом в 1931 р (рис. 6.24). Покоління позначають римськими цифрами, індивідів в даному поколінні -арабскімі. За допомогою генеалогічного методу може бути встановлена \u200b\u200bспадкова обумовленість досліджуваного ознаки, а також тип його успадкування (аутосомно домінантний, аутосомно-рецесивний, X-зчеплений домінантний або рецесивний, Y-зчеплений). При аналізі родоводів за кількома ознаками
може бути виявлений зчеплений характер їх успадкування, що використовують при складанні хромосомних карт. Цей метод дозволяє вивчати інтенсивність мутаційного процесу, оцінити експресивність і пенетрантність алеля. Він широко використовується в медико-генетичному консультуванні для прогнозування потомства. Однак необхідно відзначити, що генеалогічний аналіз істотно ускладнюється при малодетности сімей.
Цітогенетічвскій метод
Цитогенетичний метод заснований на мікроскопічному вивченні хромосом в клітинах людини. Його стали широко застосовувати в дослідженнях генетики людини з 1956 року, коли шведські вчені Дж. Тійо і А. Леван, запропонувавши нову методику вивчення хромосом, встановили, що в каріотипі людини 46, а не 48 хромосом, як
вважали раніше. Сучасний етап в застосуванні цитогенетичного методу пов'язаний з
розробленим в 1969 р Т. Касперсоном методом диференціального фарбування хромосом,який розширив -Можливості цитогенетичного аналізу, дозволивши точно ідентифікувати хромосоми за характером розподілу в них офарблюваних сегментів Застосування цитогенетичного методу дозволяє не тільки вивчати нормальну морфологію хромосом і каріотипу в цілому, визначати генетичний підлогу організму, але, головне, діагностувати різні хромосомні хвороби, пов'язані зі зміною числа хромосом або з порушенням їх структури. Крім того, цей метод дозволяє вивчати процеси мутагенезу на рівні хромосом і
кариотипа. Застосування його в медико-генетичному консультуванні для цілей пренатальної діагностики хромосомних хвороб дає можливість шляхом своєчасного переривання вагітності попередити появу потомства з грубими порушеннями розвитку.
Матеріалом для цитогенетичних досліджень служать клітини людини, отримані з різних тканин, лімфоцити периферичної крові, клітини кісткового мозку, фібробласти, клітини пухлин і ембріональних тканин і ін. Неодмінною вимогою для вивчення хромосом є наявність клітин, які діляться. Безпосереднє отримання таких клітин з організму утруднено, тому частіше використовують легкодоступний матеріал, яким є лімфоцити периферичної крові.
У нормі ці клітини не діляться, проте спеціальна обробка їх культури фитогемагглютинином повертає їх в мітотичний цикл. Накопичення клітин, які діляться в стадії метафази, коли хромосоми максимально спіралізують і добре видно в мікроскоп, досягається обробкою культури колхицином або
колцемідом, що руйнує веретено поділу і перешкоджає розбіжності хроматид.
Микроскопирование мазків, приготовлених з культури таких клітин, дозволяє візуально спостерігати хромосоми. Фотографування метафазних пластинок і подальша обробка фотографій зі складанням каріограмм, в яких хромосоми вибудувані парами і розподілені по групах, дозволяють
встановити загальне число хромосом і виявити зміни їх кількості і структури в окремих парах. Як експрес-методу, що виявляє зміна числа статевих хромосом, використовують метод визначення статевого хроматинув неделящихся клітинах слизової оболонки щоки. Статевий хроматин, або тільце Барра, утворюється в клітинах жіночого організму однієї з двох Х-хромосом. Воно виглядає як інтенсивно забарвлена \u200b\u200bгрудочки, розташована у ядерної оболонки. При збільшенні кількості Х-хромосом в каріотипі організму в його клітинах утворюються тільця Барра в кількості на одиницю менше числа Х-хромосом. при
зменшенні числа Х-хромосом (моносомія X) тільце Барра відсутня.
У чоловічому каріотипі Y-хромосома може бути виявлена \u200b\u200bпо більш
інтенсивної порівняно з іншими хромосомами люмінесценції при обробці
їх акріхініпрітом і вивченні в ультрафіолетовому світлі.
Для короткочасного спостереження клітини поміщають просто в рідку середу на предметне скло; якщо потрібно тривале спостереження за клітинами, то використовуються спеціальні камери. Це або плоскі флакони з отворами, закритими тонкими стеклами, або ж розбірні плоскі камери.
біохімічний метод
На відміну від цитогенетичного методу, який дозволяє вивчати структуру хромосом і каріотипу в нормі і діагностувати спадкові хвороби, пов'язані зі зміною їх числа і порушенням організації, спадкові захворювання, обумовлені генними мутаціями, а також поліморфізм по
нормальним первинним продуктам генів вивчають за допомогою біохімічних методів. Вперше ці методи стали застосовувати для діагностики генних хвороб ще на початку XX ст. В останні 30 років їх широко використовують в пошуку нових форм мутантних алелів. З їх допомогою описано понад 1000 вроджених хвороб обміну речовин. Для багатьох з них виявлено дефект первинного генного продукту. Найбільш поширеними серед таких захворювань є хвороби, пов'язані з дефектностью ферментів, структурних, транспортних чи інших
белков.Дефекти структурних і циркулюючих білків виявляються при вивченні їх будови. Так, в 60-х рр. XX ст. був завершений аналіз (3-глобине-вої ланцюга гемоглобіну, що складається з 146 амінокислотних залишків. Встановлено велика різноманітність гемоглобинов у людини, пов'язане зі зміною структури його пептидних ланцюгів, що нерідко є причиною розвитку захворювань Дефекти ферментів встановлюють шляхом визначення вмісту в крові і сечі продуктів метаболізму, що є результатом функціонування даного
білка. Дефіцит кінцевого продукту, що супроводжується накопиченням проміжних і поочних продуктів порушеного метаболізму, свідчить про дефект ферменту або його дефіциті в організмі біохімічні діагностику спадкових порушень обміну проводять в два етапи. На першому етапі відбирають приблизні випадки захворювань, на другому -більш точними і складними методами уточнюють діагноз захворювання. Застосування біохімічних досліджень для діагностики захворювань в пренатальному періоді або безпосередньо після народження дозволяє своєчасно виявити патологію і почати специфічні медичні заходи, як, наприклад, в разі фенілкетонурії. Для визначення змісту в крові, сечі або амніотичної рідини проміжних, побічних і кінцевих продуктів обміну крім якісних
реакцій зі специфічними реактивами на певні речовини використовують хроматографічні методи дослідження амінокислот та інших сполук.
Методи вивчення ДНК в генетичних дослідженнях
Як було показано вище, порушення первинних продуктів генів виявляються за допомогою біохімічних методів. Локалізація відповідних пошкоджень в самому спадковому матеріалі може бути виявлена \u200b\u200bметодами молекулярної генетики. Розробка методу зворотної транскрипціїДНК на молекулах мРНК певних білків з подальшим розмноженням цих ДНК призвела до появи ДНК-зондівдля різних мутацій нуклеотиднихпослідовностей людини. Використання таких ДНК-зондів для гібридизації з ДНК клітин пацієнта дає можливість виявляти у нього відповідні зміни в спадковому матеріалі, тобто діагностувати певні види генних мутацій (генодіагностика). Важливими досягненнями молекулярної генетики останніх десятиліть з'явилися роботи по секвенированию -визначенню нуклеотидноїпослідовності ДНК. Це стало можливим завдяки відкриттю в 60-х рр. XX ст. ферментів - рестриктаз,виділених з бактеріальних клітин, які розрізають молекулу ДНК на фрагменти в суворо визначених місцях. У природних умовах
рестрікгази захищають клітину від проникнення в її генетичний апарат і розмноження в ньому чужорідної ДНК. Застосування цих ферментів в експерименті дає можливість отримувати короткі фрагменти ДНК, в яких відносно легко можна визначити послідовність нуклеотидів. Методи молекулярної генетики та генної інженерії дозволяють не тільки діагностувати цілий ряд генних мутацій і встановлювати нуклеотидную
послідовність окремих генів людини, але і розмножувати (клонувати) їх і отримувати у великій кількості білки -продукти відповідних генів. Клонування окремих фрагментів ДНК здійснюється шляхом включення їх в бактеріальні плазміди, які, автономно розмножуючись в клітці, забезпечують отримання у великій кількості копій відповідних фрагментів ДНК людини. Подальша експресія рекомбінантних ДНК в бактеріях дозволяє отримати білковий продукт відповідного клонованого людського гена. Таким чином, за допомогою методів генної інженерії стало можливо отримувати на основі людських генів деякі первинні генні продукти (інсулін).
Близнюковий метод
Цей метод полягає у вивченні закономірностей успадкування ознак в парах одно- і двуяйцевих близнюків. Він запропонований в 1875 р Гальтон спочатку для оцінки ролі спадковості і середовища в розвитку психічних властивостей людини. В даний час цей метод широко застосовують у вивченні
спадковості і мінливості у людини для визначення співвідносної ролі спадковості і середовища у формуванні різних ознак, як нормальних, так і патологічних. Він дозволяє виявити спадковий характер ознаки, визначити пенетрантність алеля, оцінити ефективність дії на
організм деяких зовнішніх чинників (лікарських препаратів, навчання, виховання).
Суть методу полягає в порівнянні прояву ознаки в різних групах близнюків при обліку схожості або відмінності їх генотипів. Монозиготних близнюки,що розвиваються з однієї заплідненої яйцеклітини, генетично ідентичні, так як мають 100% загальних генів. Тому серед монозиготних близнюків спостерігається
високий відсоток конкордантность пар,в яких ознака розвивається у обох близнюків. Порівняння монозиготних близнюків, які виховуються в різних умовах постембріонального періоду, дозволяє виявити ознаки, в
формуванні яких істотна роль належить факторам середовища. За цими ознаками між близнюками спостерігається дискордантність,тобто відмінності. Навпаки, збереження подібності між близнюками, незважаючи на відмінності умов їх існування, свідчить про спадкової обумовленості ознаки.
Зіставлення парної конкордантности за цією ознакою у генетично ідентичних однояйцевих і дизиготних близнюків, які мають в середньому близько 50% загальних генів, дає можливість більш об'єктивно судити про роль генотипу в формуванні ознаки. Висока конкордантность в парах монозиготних близнюків і істотно нижча конкордантность в парах дизиготних близнюків свідчать про значення спадкових відмінностей в цих парах для визначення ознаки. Подібність показника конкордантности у моно- і
дизиготних близнюків свідчить про незначну роль генетичних відмінностей і визначальну роль середовища у формуванні ознаки або розвитку захворювання. Достовірно розрізняються, але досить низькі показники конкордантности в обох групах близнюків дають можливість судити про спадкової схильності до формування ознаки, що розвивається під впливом чинників середовища.
Для ідентифікації монозиготних близнюків застосовують ряд методів. 1. полісімптомние метод порівняння близнюків за багатьма морфологічними ознаками (пігментації очей, волосся, шкіри, формою волосся і особливостям волосяного покриву на голові і тілі, формі вух, носа, губ, нігтів, тіла, пальцевим візерункам). 2. Методи, засновані на імунологічної ідентичності близнюків по еритроцитарних антигенів (системи АВО, MN, резус), по сироватковим білкам (γ-глобуліну). 3. Найбільш достовірний критерій монозиготні надає
трансплантаційний тест із застосуванням перехресної пересадки шкіри близнюків. (НЕ ВИКОРИСТОВУЄТЬСЯ)
Популяційно-статистичний метод
За допомогою популяційно-статистичного методу вивчають спадкові ознаки у великих групах населення, в одному або декількох поколіннях. Суттєвим моментом при використанні цього методу є статистична обробка отриманих даних. Цим методом можна розрахувати частоту
тієї, що зустрічається в популяції різних алелей гена і різних генотипів за цими аллелям, з'ясувати поширення в ній різних спадкових ознак, в тому числі захворювань. Він дозволяє вивчати мутаційний процес, роль спадковості і середовища у формуванні фенотипова поліморфізму
людини за нормальними ознаками, а також у виникненні хвороб, особливо зі спадковою схильністю. Цей метод використовують і для з'ясування значення генетичних факторів в антропогенезу, зокрема в расообразованія. основою для з'ясування генетичної структури популяції є законгенетичного рівноваги Харді - Вайнберга . Він відображає закономірність, відповідно до
якої за певних умов співвідношення алелей генів і генотипів в генофонді популяції зберігається незмінним в ряду поколінь цієї популяції На підставі цього закону, маючи дані про частоту
тієї, що зустрічається в популяції рецесивного фенотипу, що володіє гомозиготних генотипом (аа), можна розрахувати частоту зустрічальності зазначеного алеля (а) в генофонді даного покоління. Математичним виразом закону Харді - Вайнберга служить формула ( рА . + qa) ^ 2, де рі q -частоти народження алелів А і а відповідного гена. Розкриття цієї формули дає можливість розрахувати частоту народження
людей з різним генотипом і в першу чергу гетерозигот - носіїв прихованого
рецесивного алеля: p^ 2AA + 2pqAa + q ^ 2аа.
Метод моделювання.
Метод вивчення генетичних закономірностей на біологічно і математичних моделях, організм або популяцій.
біологічне моделювання - основи на законі гомологічних поруч спадковості Вавилова. Заснований на тому, що пологи і види генетично близькі володіють схожими рядами спадкової мінливості, з такою правильністю, що знаючи зміни одного роду або виду можна передбачити з поява, у інших родів і видів.
Метод заснований на створенні моделей спадкових аномалій людини (мутантні лінії тварин) з цілями вивчення етіології і патогенезу спадкових хвороб. А також розробки методів лікування - приклади біологічних моделей - гемофілія у собак, ущелина губи у гризунів, цукровий діабет у хомякои, алкоголізм у щурів. Глухонімота у кішок
Математичне моделювання - створення математичних моделей популяцій з метою розрахунку: частот генів і генотипів при різному взаємодії і зміні навколишнього середовища, ефектів зчепленого успадкування при аналізі безлічі зчеплених генів, роль спадковості і середовища в розвитку ознаки, ризик народження хворої дитини
генеалогічний методзапропонований в 1883 р Ф. Гальтон. Це метод аналізу родоводів (простежування успадкування нормального або патологічного ознаки в сім'ї із зазначенням типу родинних зв'язків між членами родоводу). У медичній генетиці його називають клініко-генеалогічним , так як простежуються патологічні ознаки і застосовуються методи клінічного дослідження.
суть методу : виявлення родинних зв'язків і простеження досліджуваного ознаки серед близьких, далеких, прямих і непрямих родичів.
етапи методу :
1. Збір відомостей про родичів у пробанда (людини, яка звернулася до лікаря-генетика).
2. Складання родоводу.
3. Аналіз родоводу.
Метод застосовується для встановлення спадкового характеру ознаки, типу успадкування, генотипів членів родоводу, пенетрантности гена.
Для побудови родоводів використовується система символів, запропонована в 1931 р англійським вченим Юстом (рис.17).
При побудові родоводів необхідно дотримуватися таких правил:
· Необхідно з'ясувати по зібраному анамнезу число поколінь;
· Родовід починається з пробанда;
· Кожне покоління нумерується римськими цифрами зліва;
· Символи, що позначають особин одного покоління, розташовуються на горизонтальній лінії і нумеруються арабськими цифрами.
Аналіз родоводу дає змоги виявити такі типи успадкуванняознак: аутосомно-домінантний; аутосомно-рецесивний; зчеплений з Х-хромосомою (з підлогою) домінантний; зчеплений з Х-хромосомою (з підлогою) рецесивний; голандріческій (зчеплений з Y-хромосомою).
Аутосомно-домінантний тип спадкування:
· Хвора дитина народжується у хворих батьків з імовірністю 100%, якщо вони гомозиготні; 75%, якщо вони гетерозиготності.
Рис 17. Символіка, яка використовується при складанні родоводів
Аутосомно-рецесивний тип спадкування:
· Хворіють в рівній мірі і чоловіки, і жінки.
· Імовірність народження хворої дитини у здорових батьків 25%, якщо вони гетерозіготни; 0%, якщо вони обидва або один з них гомозиготен за домінантним геном.
· Часто виявляється при близькоспоріднених шлюбах.
Зчеплений з Х-хромосомою (з підлогою) домінантний тип спадкування:
· Хворі зустрічаються в кожному поколінні.
· Хворіють більшою мірою жінки.
· Якщо батько хворий, то все його дочки хворі.
· Хвора дитина народжується у хворих батьків з імовірністю 100%, якщо мати гомозиготна; 75%, якщо мати гетерозиготна.
· Імовірність народження хворої дитини у здорових батьків 0%.
Зчеплений з Х-хромосомою (з підлогою) рецесивний тип спадкування:
· Хворі зустрічаються не в кожному поколінні.
· Хворіють в основному чоловіки.
· Імовірність народження хворого хлопчика у здорових батьків 25%, хворої дівчинки - 0%.
Голандріческій (зчеплений з Y-хромосомою) тип успадкування:
· Хворі зустрічаються в кожному поколінні.
· Хворіють лише чоловіки.
· Якщо батько хворий, то все його сини хворі.
· Імовірність народження хворого хлопчика у хворого батька 100%
Близнюковий метод(Запропонований в 1876 р Ф. Гальтон для вивчення генетичних закономірностей на близнюках.
суть методу : порівняння ознак у різних груп близнюків, виходячи з їх подібності (конкордантности) або відмінності (дискордантности).
Етапи методу:
1. Складання вибірки близнюків з усієї популяції.
2. Діагностика зиготности близнюків.
3. Встановлення співвідносної ролі спадковості і середовища у формуванні ознаки.
Для оцінки ролі спадковості і середовища у формуванні та розвитку ознаки використовують формулу Хольцингером:
Н \u003d (КМБ% -КДБ%) / 100% -КДБ%
де Н - частка спадкових факторів,
КМБ% і - конкордантность монозиготних близнюків в процентах
КДБ% - конкордантность дизиготних близнюків у відсотках
Якщо Н більше 0,5, то у формуванні ознаки велику роль відіграє генотип, якщо Н менше 0,5, то більшу роль відіграють середовища.
цитогенетичний метод- це вивчення каріотипу з використанням мікроскопії.
Етапи методу:
1. Отримання і культивування клітин (лімфоцити, фібробласти) на штучних поживних середовищах.
2. Додавання в живильне середовище фитогемагглютинина для стимуляції клітинного ділення.
3. Зупинка поділу клітини на стадії метафази додаванням колхіцину.
4. Обробка клітин гипотоническим розчином NaCl, Внаслідок чого руйнується клітинна оболонка і виходить «розсип» хромосом.
5. Фарбування хромосом специфічними барвниками.
6. Микроскопирование і фотографування хромосом.
7. Складання ідіограмма і її аналіз.
Метод дозволяє:
· Діагностувати геномні і хромосомні мутації;
· Визначити генетичний підлогу організму.
Біохімічні методи.Причиною більшості спадкових моногенних захворювань є дефекти обміну речовин, пов'язані з ферментопатий (порушеннями структури ферментів, які беруть участь в реакціях обміну). При цьому в організмі накопичуються проміжні продукти обміну, тому, визначаючи їх або активність ферментів за допомогою біохімічних методів, можна діагностувати спадкові хвороби обміну речовин (генні мутації). Кількісні біохімічні методи (навантажувальні тести) дозволяють виявити гетерозиготное носійство патологічного рецесивного гена.
дерматогліфічний аналіз- це вивчення гребешковой шкіри людини (шкіри подушечок пальців, долоннійбоку кистей і підошовної сторони стоп), де сильно виражений сосочковий шар дерми.
Метод застосовується:
а) для встановлення зиготности близнюків;
б) як експрес-метод діагностики вродженого кому понент деяких спадкових захворювань.
Зазвичай при геномної патології відзначається поєднання деяких показників: радіальні петлі на 4 і 5 пальцях, четирехпальцевая борозна, головний долонний кут від 60 ° до 80 ° і ін.
хімічні методизасновані на якісних кольорових хімічних реакціях. Використовуються для попередньої діагностики спадкових хвороб обміну речовин. Як скринінг-тест діагностики фенілкетонуріївикористовується метод змочування сечею дитини смужок паперу, просоченої 10% розчином рес1а 3 або 2,4 дінітрофеніл-гідразину. При наявності в сечі фенилпировиноградной кислоти з'являється зелене забарвлення фільтрувального паперу.
Визначення Х-і У-статевогохроматину.Для дослідження використовуються клітини букального епітелію або лейкоцити. А "-хроматін визначається при фарбуванні препарату ацеторсеіном,а У-хроматин - при фарбуванні акріхініпрітом.Ці методи дозволяють виявити число статевих хромосом в каріотипі (число А "-хром-сом завжди на одну більше, ніж число грудочок А 1 -хроматіна, число У-хромосом дорівнює числу грудочок У-хрому-тину); встановити генетичний підлогу особини, діагностувати хромосомні хвороби статі (в комплексі з іншими методами).
Методи пренатальної (допологової) діагностикиспадкових болезнейпозволяют встановити спадкові дефекти плоду на ранніх стадіях вагітності. З їх допомогою можливо задовго до народження дитини визначити захворювання, і якщо необхідно перервати вагітність.
Основними показниками до проведення пренатальної діагностики є:
· Точно встановлений спадкове захворювання в сім'ї.
· Вік матері вище 35 років, батька - від 40 років.
· Наявність в сім'ї захворювання, зчепленого з підлогою.
· Наявність структурних перебудов хромосом у одного з батьків (особливо транслокацій і інверсій).
· Гетерозиготність обох батьків по одній парі алелів при аутосомно-рецесивним захворюванні.
· Наявність в анамнезі вагітної тривалої роботи на шкідливих для здоров'я виробництвах або проживання в місцях з підвищеним радіаційним фоном і ін.
· Повторні спонтанні переривання вагітності або народження дитини з вродженими вадами розвитку, цукровий діабет, епілепсія, інфекції у вагітної, лікарська терапія.
Методи пренатальної діагностики можна розділити на:
1) Просіювальні:дозволяють виділити жінок, які мають підвищений ризик народження дитини з вродженою патологією або спадковою хворобою. Методи доступні для широкого застосування і відносно недорогі. До просівають методів відносять:
Визначення концентрації α-фетопротеїну (АФП);
Визначення рівня хоріонічного гонадотропіну людини (ХГЛ);
Визначення рівня незв'язаного естріолу;
Виявлення асоційованого з вагітністю плазмового білка А;
Виділення клітин або ДНК плоду з організму матері.
2) неінвазивні: методи обстеження плода без оперативного втручання. В даний час до них відноситься ультразвукове дослідження плоду (УЗД). УЗД можна застосовувати як при просівають, так і при уточнюючому методах. Накопичені дані показують, що УЗД не приносить шкоди плоду. У деяких країнах УЗД проводять всім вагітним. Це дозволяє попередити народження 2 3-х дітей з серйозними вродженими вадами розвитку на 1 000 новонароджених, що становить приблизно 30% всіх дітей з такою патологією.
3) інвазивні:методи засновані на аналізі генетичного матеріалу клітин або тканин плода. Проводяться за суворими показаннями. До інвазивних методів відносять:
Біопсія хоріону і плаценти (для цитогенетичних, біохімічних досліджень і аналізу ДНК);
Амніоцентез (забір амніотичної рідини плода для діагностики генних, хромосомних і геномних мутацій);
Кордоцентез (взяття крові з пуповини з метою ранньої діагностики спадкових хвороб крові);
Фетоскопія (введення фіброоптіческой ендоскопа в порожнину амніону з метою огляду плода, плаценти, пуповини та ін);
Мета уроку:
- Розширити і поглибити знання учнів по темі - особливості вивчення генетики людини,
- Сформувати знання про основні методи вивчення спадковості людини; навчити визначати основні типи успадкування у людини.
- Показати значимість генетичних знань для сучасної людини; роль мутагенів і поява мутацій у людини.
устаткування: Таблиці із загальної біології, презентація «Генетика людини. Методи вивчення спадковості людини », на столах уч-ся таблиці« Приклади родоводів, «Спадкування різних ознак у людини»
ХІД УРОКУ
1. Організаційний момент
2. Вступне слово вчителя. актуалізація знань
Генетика людини вивчає явища спадковості і мінливості в популяціях людей, особливості успадкування ознак в нормі і їх зміни під дією умов навколишнього середовища. Метою медичної генетики є розробка методів діагностики, лікування і профілактика спадкової патології людини.
3. Вивчення нового матеріалу
Завданнями генетики людини є:
- визначення повної нуклеотидної послідовності ДНК генома людини, локалізації генів і створення їх банку;
- рання діагностика спадкової патології шляхом вдосконалення методів пренатальної та експрес-діагностики;
- широке впровадження медико-генетичного консультування;
- розробка методів генної терапії спадкових захворювань на основі генної інженерії;
- виявлення генетично небезпечних факторів зовнішнього середовища і розробка методів їх нейтралізації.
Людина як специфічний об'єкт генетики
Вивчення генетики людини пов'язане з великими труднощами:
- складний каріотип - багато хромосом і груп зчеплення;
- пізніше статеве дозрівання і рідкісна зміна поколінь;
- мала кількість нащадків;
- неможливість проведення експерименту
- неможливість створення однакових умов життя.
Незважаючи на перераховані труднощі, генетика людини вивчена на сьогодні краще, ніж генетика багатьох інших організмів (наприклад, ссавців) завдяки потребам медицини і різноманітним сучасним методам дослідження.
По ходу уроку учням пропонується заповнити таблицю:
Таблиця 1.Методи вивчення спадковості людини
| метод | його сутність і значення |
Методи дослідження генетики людини
Автором багатьох методів дослідження генетики людини є Ф. Гальтон
сер Френсіс Гальтон (Англ. Francis Galton; 16февраля 1822 17января 1911) - англійський дослідник, географ, антрополог іпсіхолог; засновник диференціальної психології іпсіхометрікі. Народився вБірмінгеме, в Англії.
Гальтон був двоюрідним братом Чарльза Дарвіна поіхдеду - Еразм Дарвіну.
А. генеалогічний метод
Найстаріший метод генетики людини - генеалогічний аналіз, або метод аналізу родоводів. Суть методу полягає в складанні родоводу і подальшому її аналізі. Був введений в 1865р. Ф.Гальтона.
Аналіз родоводів використовується для виявлення домінантних, полудомінантних і рецесивних ознак, картування хромосом (т. Е. Для встановлення приналежності гена, що кодує цей показник, до певної групи зчеплення, сцепленности з Х- або Y-хромосомами), для вивчення мутаційного процесу (особливо в випадках, коли необхідно відрізнити знову виникли мутації від тих, які носять сімейний характер, т. е. виникли в попередніх поколіннях).
За аутосомно-домінантним типом успадковуються полідактилія (збільшена кількість пальців), веснянки, раннє облисіння, зрощені пальці, катаракта очей, крихкість кісток і багато інших.
Альбінізм, руде волосся, схильність поліомієліту, цукровий діабет, вроджена глухота успадковуються по аутосомно-рецесивним типом.
Цілий ряд ознак успадковується, зчеплене з підлогою: Х-зчеплене успадкування - гемофілія, дальтонізм; Y-зчеплене - гіпертрихоз (підвищений оволосіння вушної раковини), перетинки між пальцями.
Генеалогічний метод широко використовується для вирішення як наукових, так і прикладних проблем. Він дозволяє виявити спадковий характер ознаки і визначити тип спадкування .. генеалогічний метод лежить в основі медико-генетичного консультування.
Учням пропонується вирішити задачу: визначити тип спадкування за родоводом
Завдання 1.В сімейної родоводу зустрічається ознака - «сива пасмо волосся», який успадковується як домінантна (рис.1) .Определіте генотипи вихідних батьків. Які нащадки очікуються від шлюбу двоюрідних сестер і братів а) 1 і 5; б) 2 і 6 ?.
Б. Близнюковий метод
Цей метод вивчення генетики людини також введений в медичну практику Ф.Гальтона в 1876р. Він дає можливість визначити внесок генетичних (спадкових) і середовищних факторів (клімат, харчування, навчання, виховання та ін.) В розвитку конкретних ознак або захворювань у людини.
Відомо, що у людини близнюки бувають двох категорій. В одних випадках запліднюється НЕ ода яйцеклітина, а дві. При цьому народжуються діти одного або різних статей, схожі один на одного як брати і сестри, які не є близнюками. Але іноді одна яйцеклітина дає початок двом (трьом, чотирьом) ембріонам. Тоді виходять однояйцеві близнюки, які завжди відносяться до однієї статі і виявляють разючу подібність між собою. Це зрозуміло, тому що вони мають однаковий генотипом, а відмінності між ними обумовлені виключно впливом середовища в розвитку фізичних і психічних властивостей людини.
В. Біохімічний метод
Вперше біохімічні методи стали застосовувати для діагностики генних хвороб ще на початку ХХ ст. За останні 30 років їх широко використовують в пошуку нових форм мутантних алелів. З їх допомогою описано понад 1000 вроджених хвороб обміну речовин. Для багатьох з них
виявлено дефект первинного генного продукту. Найбільш поширеними серед таких захворювань є хвороби, пов'язані з дефектностью ферментів, структурних, транспортних чи інших білків.
Одним з найбільш поширених захворювань вуглеводного обміну є цукровий діабет. Ця хвороба пов'язана з дефіцитом гормону інсуліну, що призводить до порушення процесу утворення глікогену і підвищенню рівня глюкози в крові.
Фенілкетонурія відноситься до хвороб амінокислотного обміну. При цьому блокується перетворення незамінної амінокислоти фенілаланін в тирозин, і фенілаланін перетворюється в фенілпіровиноградну кислоту, яка виводиться з сечею. Захворювання призводить до швидкого розвитку недоумства у дітей. Рання діагностика і дієта дозволяють призупинити розвиток захворювання.
Г. Цитогенетический метод
Основа методу - мікроскопічне вивчення хромосом людини. Цитогенетичні дослідження стали широко використовуватися з початку 20-х років ХХ століття для вивчення морфології і підрахунку хромосом людини, культивування лейкоцитів для отримання метафазних пластинок
Розвиток сучасної цитогенетики людини пов'язано з іменами цитологів Д.Тіо і А.Левана. У 1956р. Вони першими встановили, що у людини 46, а не 48, як думали раніше, хромосом. Ця подія поклала початок широкому вивченню митотических і мейотіческіх хромосом людини.
У 1960 р. У Денвері (США) була розроблена перша Міжнародна класифікація хромосом людини. В її основу лягли розміри хромосом і положення первинної перетяжкі- центромери.
Кожна пара хромосом позначена порядковим номером від 1 до 23, окремо виділені статеві хромосоми - Х і Y. У жінок дві Х - хромосоми, у чоловіків - Х- і Y-хромосоми
Використання даного методу дозволило виявити групу хвороб, пов'язаних зі зміною числа хромосом, або зі зміною їх структури. Такі хвороби одержали назву хромосомних, до їх числа відносяться: порушення в соматичних хромосомах.
«Хромосомні хвороби людини»
Повідомлення уч-ся:
До теперішнього часу зареєстровано більше 2 тис. Спадкових хвороб людини.
За даними Всесвітньої організації охорони здоров'я, завдяки застосуванню нових методів діагностики щорічно реєструється в середньому три нових спадкових захворювання, які зустрічаються в практиці лікаря будь-якого фаху: терапевта, хірурга, невропатолога, акушера-гінеколога, педіатра, ендокринолога і т. Д.Болезней, які не мають абсолютно ніякого відношення до спадковості, практично не існує. Перебіг різних захворювань (вірусних, бактеріальних, мікозів і навіть травм) і одужання після них в тій чи іншій мірі залежать від спадкових імунологічних, фізіологічних, поведінкових і психічних особливостей індивідуума.
хромосомні хвороби.
Цей тип спадкових захворювань пов'язаний зі зміною числа або структури хромосом. Частота хромосомних аномалій у новонароджених складає від 0,6 до 1%, а на стадії 8-12 тижнів їх мають близько 3% ембріонів. Серед мимовільних викиднів частота хромосомних аномалій дорівнює приблизно 30%, а на ранніх термінах (до двох місяців) - 50% і вище.
У людини описані всі типи хромосомних і геномних мутацій, включаючи Анеуплоїдія, яка може бути двох типів - моноосомія і полисомой. Особливою вагою відрізняється моносомия.
Моносомія всього організму описана для Х-хромосоми. Це синдром Шерешевського-Тернера (44 + Х), що виявляється у жінок, для яких характерні патологічні зміни статури (малий зріст, коротка шия, зі складками, «монголоїдний» розріз очей, таз вузький, нижні кінцівки), порушення в розвитку статевої системи (відсутність більшості жіночих вторинних статевих ознак), розумова обмеженість. Частота народження цієї аномалії 1: 4000-5000.
Жінки - трисомік (44 + ХХХ), як правило, відрізняються порушеннями статевого, фізичного і розумового розвитку, хоча у частини хворих ці ознаки можуть не проявлятися. Відомі випадки плодючості таких жінок. Частота синдрому 1: 1000.
Чоловіки з синдромом Клайнфельтера (44+ XXY) характеризуються порушенням розвитку і активності статевих залоз, евнухоідний типом статури (вужчі, ніж таз, плечі, оволосіння і відкладення жиру на тілі за жіночим типом, подовжені в порівнянні з тулубом руки і ноги). Звідси і більш високий ріст. Ці ознаки в поєднанні з деякою психічної відсталістю проявляються у відносно нормального хлопчика починаючи з моменту статевого дозрівання.
Синдром Клайнфельтера спостерігається при полісоміі не тільки по Х-хромосомі (XXX XXXY, XXXXY), але і по Y-хромосомі (XYY. XXYY. XXYYY). Частота синдрому 1: 1000.
З числа аутосомних хвороб найбільш вивчена трисомія по 21-й хромосомі, або синдром Дауна. За даними різних авторів, частота народження дітей з синдромом Дауна становить 1: 500-700 новонароджених, а за останні десятиліття частота трисомії-21 збільшилася.
Типові ознаки хворих з синдромом Дауна: маленький ніс з широкою плоскою переніссям, розкосі очі з епікантусом - нависає складкою над верхньою повікою, деформовані невеликі вушні раковини, напіввідкритий рот, низький зріст, розумова відсталість. Близько половини хворих мають порок серця і великих судин.
Існує прямий зв'язок між ризиком народження дітей з синдромом Дауна та віком матері. Встановлено, що 22-40% дітей з цією хворобою народжуються у матерів старше 40 років (2-3% жінок дітородного віку).
синдром Патау- в основі синдрому лежить нерасхождение по 13-й парі хромосом. У каріотипі хворого спостерігається 47 хромосом із зайвою хромосомою - 13.
Синдром «котячого крику»
Цитологічних у всіх хворих виявляється вкорочення (делеція) приблизно на третину короткого плеча одного з гомологів хромосоми 5.
Тут розглянуті лише деякі приклади генних і хромосомних хвороб людини, які, однак, дають певне уявлення про складність і крихкості його генетичної організації.
Порушення числа статевих хромосом.
Захворювання, викликані зміною числа статевих хромосом, протікають набагато м'якше, ніж аутосомні аномалії. Вони зазвичай супроводжуються зниженням розумових здібностей і стерильністю. Відомі різні синдроми, пов'язані з порушенням числа гетеросом.
Генетика і медицина Медико-генетичне консультування
В даний час найбільша увага приділяється заходам щодо запобігання народження дітей зі спадковою патологією
Основним шляхом запобігання спадкових захворювань є їх профілактика. В першу чергу його послугами повинні користуватися особи, котрі вступають у шлюб, у яких є генетично неблагополучні родичі. Генетична консультація обов'язкова при вступі в шлюб родичів, осіб старше 30-40 років, а також працюють на виробництві з шкідливими умовами праці. Лікарі і генетики зможуть визначити ступінь ризику народження генетично неповноцінного потомства і забезпечити контроль за дитиною в період його внутрішньоутробного розвитку. Слід зазначити, що куріння, вживання алкоголю і наркотиків матір'ю або батьком майбутньої дитини різко підвищують ймовірність народження немовляти важкими спадковими недугами.
Значення генетики людини, детальне знайомство з родоводами людей, що звертаються за консультацією, дозволяє лікарю-генетику оцінювати ступінь ризику в кожному конкретному випадку.
Таким чином, сучасні тенденції генетики людини - це активна протидія несприятливим чинникам, що викликають спадкові аномалії на основі знання генетичних закономірностей.
4. Закріплення отриманих знань
1. Перевірка заповненої таблиці №1
2. Перевірка завдання №1
3. В якості закріплення отриманих знань учням пропонується тест
1) Як називається метод, сутність якого становить схрещування батьківських форм, що розрізняються по ряду ознак, аналіз їх прояви в ряді поколінь?
А) гибридологический
Б) цитогенетичним
В) блізнецовим
Г) біохімічним
2) За допомогою якого методу виявляється вплив генотипу і середовища на розвиток дитини?
А) генеалогічного
Б) близнецового
В) цитогенетичного
Г) гибридологического
3) Хромосомні набори здорових і хворих людей вивчають, використовуючи метод
А) генеалогічний
Б) цитогенетичний
В) блізнецовий
Г) гибридологический
4) Хромосомні набори здорових і хворих людей вивчають, використовуючи метод
А) генеалогічний
Б) цитогенетичний
В) блізнецовий
Г) гибридологический
5) Яка мінливість обумовлює відмінність фенотипів однояйцевих близнюків
А) генна
Б) геномна
В) модификационная
Г) мутационная
А) можуть бути різної статі
Б) завжди однієї статі
В) мають однакову вагу
Г) мають однакові розміри
7) За допомогою генеалогічного методу, можна з'ясувати
А) характер зміни генів
Б) вплив виховання на розвиток психічних особливостей людини
В) закономірності успадкування ознак у людини
Г) характер зміни хромосом
8) Метод вивчення спадковості людини, в основі якого лежить вивчення числа хромосом, особливостей їх будови, називають
А) генеалогічним
Б) блізнецовим
В) гибридологический
Г) цитогенетичним
5. Підведення підсумків уроку. Домашнє завдання
