АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Урок 3 – 4. Методы генетики человека

Цель: Охарактеризовать способы получения и обработки информации о развитии наследственных признаков человека

Методы: Лекция

Содержательная часть урока:

Применение самых распространенных методов общей генетики – гибридологического и экспериментально-мутационного – невозможно при изучении закономерностей наследственности и изменчивости человека, поэтому наиболее информативными и значимыми являются: генеалогический, близнецовый, цитогенетический, популяционный, онтогенетический и метод моделирования.

1. Генеалогический метод является наиболее исторически ранним. Генеалогия – это наука о родословных человека. Чем больше семья, тем более информативной является родословная. В 1826 г. была описана семья персидского шаха, имевшего 66 сыновей, 53 замужних дочери, 271 внука и внучку. К 80-летию этого шаха в его семье было уже 860 детей, внуков, правнуков и праправнуков. Особенно важно наличие большого числа детей в поколении для установления типа наследования признака. Люди изображали внутрисемейные отношения в графическом виде, начиная с XV века.

Важнейшие представления о химической природе генов и матричном принципе их воспроизводства были впервые четко сформулированы в 1927. Н.К. Кольцовым (1872–1940). Его ученик
Н.В. Тимофеев-Ресовский (1900–1981) воспринял эти идеи и развил их как принцип конвариантной редупликации генетического материала. Немецкий физик Макс Дельбрюк (1906–1981; Нобелевская премия 1969г.), работавший в середине 1930-х гг. в Химическом институте кайзера Вильгельма в Берлине, под влиянием Тимофеева-Ресовского заинтересовался биологией настолько, что бросил физику и стал биологом.

В течение долгого времени, в полном соответствии с определением жизни, данным Энгельсом, биологи считали, что наследственным веществом являются какие-то особые белки. О том, что нуклеиновые кислоты могут иметь к генам какое-то отношение, никто и не думал – слишком уж они казались простыми. Так продолжалось до 1944 г., когда было сделано открытие, коренным образом изменившее все дальнейшее развитие биологии. В этом году была опубликована статья Освальда Эйвери, Колина Мак-Леода и Маклина Мак-Карти о том, что у пневмококков наследуемые свойства передаются от одних бактерий другим с помощью чистой ДНК, т.е. именно ДНК является веществом наследственности. Затем Мак-Карти и Эйвери показали, что обработка ДНК расщепляющим ее ферментом (ДНКазой) приводит к потере ею свойств гена. До сих пор непонятно, почему это открытие осталось не отмеченным Нобелевской премией.

В Советском Союзе генетики как науки не существовало в природе. Ситуация начала меняться лишь в конце 1960-х годов, когда американские ученые опубликовали сенсационные результаты исследования генотипа типичного американца. Результат генетического скриннинга населения США действительно выходил за рамки академической науки и вызвал у американских граждан настоящий шок. Оказалось, что за неполные 200 лет американской государственности ее эталонный гражданин -- белый, англосаксонского происхождения и протестантского вероисповедания -- стал генетически на 30% негром. Результаты американцев заинтересовали советских чиновников, поэтому в СССР были созданы первые лаборатории по популяционной генетике человека. Занимались они исключительно изучением наследственности малых народов, а большинство полученных результатов сразу получали гриф «для служебного пользования».

Сбор материала для генетического анализа проводят одним из способов – по пробанду и сплошным методом. Выбор метода определяется характером изучаемого признака и его распространённостью в популяции. Если ставится цель изучить редко встречающийся признак, например, психическое заболевание, то регистрацию семей осуществляют по прабанду. Потенциальные пробанды – обладатели признака, могут состоять на учёте в специализированных лечебных или социальных учреждениях. Если планируется изучить наследственную природу признака, который имеется у каждого человека, например, уровень интеллекта, сбор материала проводят сплошным методом. Намечают группу людей, которая может быть изучена (генеральная совокупность) и из неё формируют выборку. При любом сборе данных объекты исследования должны включаться в выборку случайно, недопустимо отбирать «наиболее интересные» или «типичные» случаи.

Сущность метода – в анализе наследования и проявления изучаемого признака в ряду поколений, при этом информативность метода возрастает по мере исследования большего числа поколений. Для этого составляют родословные, которые представляют собой последовательную графически изложенную совокупность сведений о предках того или иного человека, характеризующих его происхождение. Анализ полученной при составлении родословной информации позволяет определить тип наследования интересующего признака или болезни. Метод позволяет выяснить: сколько генов вызывают проявление признака или болезни (моногенное или полигенное наследование), а также в каких хромосомах локализованы эти гены – в половых или аутосомах. Он является наиболее доступным, но разрешающая способность метода относительно невелика, особенно в условиях недостатка данных. При составлении родословных могут возникать определённые трудности. Обычно люди могут проследить свою родословную не более, чем на 2 – 3 поколения назад и не помнят всех родственников. Иногда они умышленно скрывают факты, которые для них неприятны или о которых они не хотят упоминать. В ряде случаев путаница в родословных может наблюдаться из-за внебрачных детей, повторных браков, современных репродуктивных технологий (искуственное оплодотворение, суррогатное материнство). Родители и дети представляют собой ядерную семью. Родственниками первой степени родства являются родители и дети, родные братья и сёстры(сибсы). У них половина общих генов. Родственники второй степени родства (бабушки, дедушки, внуки, внучки, дяди, тёти, племянники и племянницы) имеют 25% общих генов. Двоюродные сибсы – это родственники третьей степени родства, у них 12,5% общих генов. Дети, у которых один общий родитель, называются полусибсами. Они родственники второй степени родства. Примером применения такого метода является исследование некоторых признаков в царских династиях на протяжении многих поколений (гемофилия, габсбургский нос).

2. Близнецовый метод применяется для выяснения степени наследственной обусловленности исследуемых признаков. Метод основан на сравнении по ряду признаков однояйцевых (монозиготных, МЗ) и разнояйцевых (дизиготных, ДЗ) близнецов.Этот метод позволяет определить роль генетического вклада в наследование сложных признаков, а также оценивать действие влияния таких факторов, как воспитание, обучение и т.

Исследователь работает с парами близнецов, изучая в них наличие и степень выраженности интересующего его признака. При использовании этого метода проводится сопоставление:

– монозиготных близнецов с дизиготным;

– партнёров в монозиготных парах между собой;

– данных анализа близнецовой выборки с общей популяцией.

Монозиготными близнецами называются близнецы, образовавшиеся из одной зиготы, разделившейся на стадии дробления на две (или более) части. Следовательно, с генетической точки зрения, они идентичны, т. е. обладают одинаковыми генотипами. Естественно, что они всегда одного пола.

Полученные данные анализируются по показателям конкордантности (сходства) и дискордантности (различия) признака, выражаемым в процентах.

Дизиготные близнецы возникают путём оплодотворения двух разных яйцеклеток разными сперматозоидами, которые развиваются в матке одновременно. С генетической точки зрения они схожи между собой не более, чем обычные братья и сёстры, так как имеют в среднем 50% идентичных генов. Общая частота рождения близнецов составляет 1%, приблизительно 1/3 их приходится на монозиготных близнецов.

Близнецовый метод включает в себя:

а) подбор близнецовых пар;

б) определение зиготности близнецов, основанное на анализе наиболее изученных моногенных признаков (группы крови, лейкоцитарные антигены, чувствительность к горькому вкусу фенилтиомочевины и т. д.). Если у обоих близнецов по этим признакам нет различий, их считают монозиготными. Наиболее достоверный критерий монозиготности – свободная приживляемость трансплантантов;

в) сопоставление групп моно- и дизиготных близнецов по изучаемому признаку. При этом определяется коэффициэнт парной конкордантности (К), указывающий на долю близнецовых пар, в которых исследуемый признак проявился у обоих партнёров (конкордантность – степень сходства, дискордантность – степень несходства).

Коэффициэнт «К» можно выражать в процентах и в долях единицы. Если у монозиготных близнецов «К» высок, а у дизиготных – низок, считают, что доминирующая роль в определении признака принадлежит наследственным факторам. При близких значениях «К» у моно- и дизиготных близнецов считают, что признак развивается в основном под действием внешней среды. Если значение «К» у монозиготных близнецов невысоко, но существенно выше, чем у дизиготных близнецов, считают, что в формировании признака сыграли роль как факторы внешней среды, так и факторы генетической природы, т. е. к развитию признака имеется определённая наследственная предрасположенность.Базовым методом считается сравнение выраженности данного признака в парах МЗ и ДЗ, например, сходство уровня интеллекта у МЗ существенно выше – 97%, чем у ДЗ – 50%. МЗ близнецы – единственные люди на Земле, имеющие одинаковые наборы генов. Дизиготные близнецы с точки зрения генетической – родные братья и сестры, имеющие по 50% общих генов.

Примеры конкордантности по некоторым
морфофизиологическим признакам и заболеваниям у МБ и ДБ, %

Для объективности суждения о роли среды и наследственности в развитии признака используют критерий «Н» – наследуемость.

При значении «Н», приближающихся к 0, считают, что признак развивается исключительно под действием факторов внешней среды. При значениях 1>Н>0,7 – признак развивается под действием генетических факторов. Средние значения «Н» – от 0,4 до 0,7 свидетельствуют о том, что признак развивается под действием внешней среды на фоне генетической предрасположенности.

Наследуемость некоторых признаков человека,
определённая методом Айала и Кайгер

Факторы, вызывающие у человека деление зиготы на ранних стадиях дробления с образованием МЗ близнецов, пока не известны. Отмечены факторы, влияющие на частоту рождения ДЗ близнецов: возраст матери и порядок рождения. Вероятность рождения близнецов повышается с возрастом матери (установлено Вайнбергом в 1921г.) Возможно это связано с повышением уровня гонадотропина, что приводит к учащению полиовуляции. Считают одной из возможных причин повышенного уровня гонадотропина (ФСГ) являются генетические факторы (полигенная обусловленность). Что касается МЗ близнецов, то на сегодняшний день чётких суждений нет. Предполагают, что этот вид многоплодия, может быть вызван вибрациями. Генетическая обусловленность МЗ не показана, однако предполагают, что возможно, это цитоплазматическое наследование, т. к. наблюдается в определённых семьях и передаётся только по женской линии.

Разновидностями метода являются метод разлученных близнецов, позволяющий оценить влияние внешнесредовых факторов, метод контрольного близнеца – изучение эффективности и устойчивости обучения в зависимости от возраста, метод близнецовой пары – исследование внутрипарных ролевых отношений.

3. Популяционный метод выявляет различие частот аллелей между разными популяциями. Часто распространение определенных аллелей в истории человека было связано с устойчивостью разных генотипов к инфекционным заболеваниям. Поэтому популяционный метод позволяет определить адаптивность конкретных генотипов, например, распространение гена, кодирующего серповидно-клеточную анемию, совпадает с большей устойчивостью к малярии, преобладание первой группы крови в популяциях европейцев может быть объяснено стойкостью к чуме.

В популяциях человека в большей степени, чем в популяциях других организмов, имеются рецессивные аллели, обусловливающие различные заболевания. Они представляют собой генетический груз человека. С точки зрения балансовой теории Ф.Добжанского (1937), составляющие популяцию особи гетерозиготны по большинству аллелей, «нормальный» генотип практически не существует. Гетерозиготность популяции служит мерой ее генетической изменчивости, тогда генетический груз – это не просто набор вредных генов, а материал для эволюции, генетическая адаптация. К сожалению, популяции часто приходится платить за эту адаптацию гибелью рецессивных гомозигот.

4. Цитогенетический метод является основным методом медицинской генетики.Всю группу цитогенетических методов можно разделить на прямые и непрямые. При прямом методе используют активно делящиеся клетки (кожи, эмбриональных тканей, костного мозга, половых желез), фиксируя их на стадии метафазы для получения генограммы – графического изображения кариотипа. При непрямом методе необходимо предварительное культивирование и стимуляция деления клеток (чаще всего это лимфоциты крови). Метод позволяет диагностировать генетические заболевания, связанные с нарушением строения и числа хромосом, а также помогает определить локализацию генов в хромосомах.

5. Онтогенетический метод – определение присутствия рецессивных аллелей у гетерозигот, учитывая тот факт, что многие наследственные болезни развиваются лишь в определенном возрасте, и возникает необходимость изучить фенотипические проявления в течение индивидуального развития человека.

6. Метод моделирования – исследования на животных проводят для моделирования ситуаций, которые невозможно осуществить, работая с человеком. В качестве модели могут быть использованы различные виды животных и чем ближе они к человеку в систематическом отношении, тем более правомочно могут свидетельствовать об общности. Согласно молекулярно-генетическим данным, человек по составу генов имеет 60% сходство с мухой дрозофилой, 90% сходство с мышью, 99%-ное – с шимпанзе. Если генетически различные группы животных отличаются поведением, то это даёт основание считать, что эта особенность находится под генетическим контролем. Существуют линии животных, различающиеся по типу нервной деятельности. Имеются линии, моделирующие психические болезни человека, например, эпилепсию. Для многих линий животных характерны такие поведенческие особенности, как предпочтение алкоголя, морфина, кокаина. Эти линии служат моделью для познания генетических механизмов предрасположенностей к наркомании и алкоголизму.

На лабораторных животных можно смоделировать приёмную семью. Для этого производят обмен детёнышами. Когда животные вырастают, сравнивают их поведение с поведением животных первой и второй породы.

Вопросы для обсуждения:

1. Какая связь существует между генотипом и фенотипом?

2. Почему дети имеющие общую мать(единоутробные), генетически более сходны, чем имеющие общего отца(единокровные)?

3. Какие задачи решаются с помощью генетического анализа?

4. Почему для изучения наследственности человека можно использовать животных?

5. В лес за грибами пошли две сватьи и два свата, зять и невестка, сын и дочь, теща и свекор, три мужа и три жены. Сколько человек пошли в лес?

6. По дороге шли два отца, два сына, дед и внук. Сколько человек шли по дороге?

Дата добавления: 2015-12-16 | Просмотры: 564 | Нарушение авторских прав