Ответы к экзаменационным ворпосам. 1 Предмет биологии. Биология

• Название: 1 Предмет биологии. Биология
• Анкор: Ответы к экзаменационным ворпосам.doc
• Дата: 16.01.2018
• Размер: 1.41 Mb.
• Имя файла: Ответы к экзаменационным ворпосам.doc
• Тип: Документы; #14267
• страница: 7 из 27

(13) Особенности генетики человека. Ис­следование генетики человека связано с большими трудностями, причины которых связаны с невозможностью экспериментального скрещивания, мед­ленной сменой поколений, малым ко­личеством потомков в каждой семье. Кроме того, в отличие от классических объектов, изучаемых в общей генетике, у человека сложный кариотип, боль­шое число групп сцепления. Однако, несмотря на все эти затруднения, гене­тика человека успешно развивается.

Невозможность экспериментально­го скрещивания компенсируется тем, что исследователь, наблюдая обширную человеческую популяцию, может выбрать из тысяч брачных пар те, кото­рые необходимы для генетического анализа. Метод гибридизации сомати­ческих клеток позволяет эксперимен­тально изучать локализацию генов в хромосомах, проводить анализ групп сцепления.

При изучении генетики человека используются следующие методы: генеалогический, близнецовый, популяционно-статистический, дерматоглифический, биохимический, цитогенетический, гибридизации соматических клеток и методы моделирования.

У человека установлены все 24 тео­ретически возможные группы сцепле­ния генов; из них 22 локализованы в аутосомах, в каждой из которых содер­жится по нескольку сот генов. Более 100 генов локализовано в половых хромосомах.

У млекопитающих, в том числе и человека, Х-, и Y-хромосомы имеют гомологичный участок, в котором про­исходит их синапсис и возможен крое-синговер. Все гены, локализованные в половых хромосомах человека, можно разделить на три группы в зависимо­сти от того, в каких участках половых хромосом они находятся.

Первая группа — сцепленная с полом. В нее входят гены, локализованные в той части Х-хромосомы, которая не имеет гомологичного участка в Y-хромосоме. Они полностью сцеплены с по­лом, передаются исключительно через Х-хромосому. К их числу относятся рецессивные гены гемофилии, дальто­низма, атрофии зрительного нерва и др. Доминантные гены из этого участка одинаково проявляются у обоих полов, рецессивные же — у женщин только в гомозиготном, а у мужчин — и в гемизнготном состоянии.

Вторую группу составляет неболь­шое число генов, расположенных в не­парном участке Y-хромосомы. Они могут встречаться только у лиц мужского пола и передаются от отца к сыну. К ним относятся: волосатость ушей, ихтиоз (кожа в виде рыбьей чешуи), перепончатые пальцы на ногах.

Третья группа — гены, расположен­ные в парном сегменте половых хро­мосом, т. е. гомологичном для Х-и У-хромосом. Их называют неполно или частично сцепленными с полом. Они могут передаваться как с Х-, так и с Y-хромосомой и переходить из одной в другую в результате кроссинговера.

Методы изучения наследственности у человека. Генеалогический метод.Этот метод основан на прослеживании какого-либо нормального или патоло­гического признака в ряде поколений с указанием родственных связей между членами родословной. Генеалогия в широком смысле слова — родословная человека.

Генеалогический метод был введен в науку в конце XIX в. Ф. Гальтоном. Суть его состоит в том, чтобы выяснить родственные связи и проследить на­личие нормального или патологиче­ского признака среди близких и даль­них родственников в данной семье.
Сбор сведений начинается от пробанда. Пробандом называется лицо, родословную которого необходимо со­ставить. Им может быть больной или здоровый человек — носитель какого-либо признака или лицо, обратившееся за советом к врачу-генетику. Братья и сестры пробанда называются сибсами. Обычно родословная составля­ется по одному или нескольким при­знакам. Метод включает два этапа: сбор сведений о семье и генеалогиче­ский анализ. Генеалогический метод является основным связующим звеном между теоретической генетикой чело­века и применением ее достижений в медицинской практике.

Хотя генеалогический метод явля­ется одним из самых давних, его воз­можности далеко не исчерпаны бла­годаря использованию новых, более со­вершенных методов анализа фенотипа, выявлению гетерозиготных носителей, учету влияния факторов среды и т. п.

Для составления родословной прово­дят краткие записи о каждом члене родословной с точным указанием его-родства по отношению к пробанду. За­тем делают графическое изображение родословной; для составления схемы приняты стандартные символы.

Генеалогический метод тем информа­тивнее,- чем больше имеется досто­верных сведений о здоровье родственников больного.

После составления родословной на­чинается второй этап — генеалогиче­ский анализ, целью которого является установление генетических закономер­ностей. Вначале требуется установить, имеет ли признак наследственный ха­рактер. Если какой-либо признак встречался в родословной несколько раз, то можно думать о его наследствен­ной природе. Однако это может быть и не так.

В случае обнаружения наследствен­ного характера признака необходимо установить тип наследования: доми­нантный, рецессивный, сцепленный с полом.

Основные признаки аутосомно-доми-наитного наследования следующие: проявление признака в равной мере у представителей обоих полов, наличие больных во всех поколениях (по верти­кали) и при относительно большом ко­личестве сибсов и по горизонтали (у сес­тер и братьев пробанда). У гетерози­готного родителя вероятность рожде­ния больного ребенка (если второй родитель здоров) составляет 50 %. Следует учесть, что и при доминантном типе наследования может быть про­пуск в поколениях за счет слабо выра­женных, «стертых» форм заболевания (малая экспрессивность мутантного гена) или за счет его низкой пенетрантности (когда у носителя данного гена признак отсутствует).

Основные признаки рецессивного на­следования: относительно небольшое число больных в родословной, нали­чие больных «по горизонтали» (боле­ют сибсы — родные, двоюродные). Родители больного ребенка чаще фенотипически здоровы, но являются гетерозиготными носителями рецес­сивного гена. Вероятность рождения больного ребенка составляет 25 %. При проявлении рецессивных заболева­ний нередко встречается кровное род­ство родителей больных. Следует иметь в виду, что наличие отдаленного родства бывает неизвестно членам семьи. Прихо­дится учитывать косвенные соображе­ния, например, происхождение из од­ного и того же малонаселенного пункта или принадлежность к какой-либо изо­лированной этнической или социальной группе.
Рецессивный признак проявляется тогда, когда в генотипе имеются оба рецессивных аллеля. Кроме описан­ного варианта, когда родители имеют генотипы Аа и Аа, возможны и другие варианты исходных генотипов. Оба родителя — рецессивные гомозиготы; в этом случае (безусловно, редком) все дети будут больны. Один из родителей болен, а другой — здоров, но имеет в генотипе мутантный ген в гетерози­готном состоянии (аа и Аа). В этом случае наблюдается симуляция доми­нантного наследования (теоретически возможное расщепление 1:1). Однако наиболее часто наблюдаются варианты рождения больного ребенка у фенотипически нормальных родителей и на­личие больных по боковым линиям родословной.

Существует тип наследования, сцеп­ленного с полом. Заболевания, обус­ловленные геном, локализованным в Х-хромосоме, могут быть как доминант­ными, так и рецессивными. При доминантном Х-сцепленном наследовании заболевание одинаково проявляется как у мужчин, так и у женщин и в дальнейшем может передаваться по­томству. В этом случае женщина мо­жет передать этот ген половине до­черей и половине сыновей (ее генотип — Х^АХ^а, вероятность передачи Х-хромосомы с доминантным мутантным геном — 50 %). Мужчина же пере­дает этот ген с Х-хромосомой всем дочерям. Понятно, что сыновья, имею­щие в генотипе только одну материн­скую Х-хромосому, этот ген от отца унаследовать не могут. Примером тако­го заболевания является особая форма рахита, устойчивого к лечению каль­циферолами (вит. D).

Близнецовый метод. Это один из наиболее ранних методов изучения генетики человека, однако он не утра­тил своего значения и в настоящее время. Близнецовый метод был вве­ден Ф. Гальтоном, который выделил среди близнецов две группы: однояйцо­вые (монозиготные) и двуяйцовые (ди-зиготные). Как правило, у человека ро­ждается один ребенок, но в среднем один случай на 84 новорожденных со­ставляют двойни. Около одной трети их числа — монозиготные близнецы. Они развиваются из разъединившихся бластомеров одной оплодотворенной яйцеклетки и, следовательно, имеют одинаковый генотип. Монозиготные близнецы при нормальном эмбрио­нальном развитии всегда одного пола.

Дизиготные близнецы рождаются ча­ще (2/3 общего количества двоен), они развиваются из двух одновремен­но созревших и оплодотворенных яйце­клеток. Такие близнецы могут быть и однополые, и разнополые. Если изучаемый пригнан проявляется у обоих близнецов пары, их называют конкчрдаятными (лат. сопсогйаге — быть согласным, сходным). Конкор­да нтность — это процент сходства по изучаемому признаку. Отсутствие при­знака у одного из близнецов — дискордантность.

В настоящее время для более точно­го определения зиготности кроме мор­фологических признаков используют исследование групп крови (по системе АВО, К,h, MN) и белков плазмы крови.

Близнецовый метод используется в генетике человека для того, чтобы оце­нить степень влияния наследственно­сти и среды на развитие какого-либо нормального или патологического при­знака. Поскольку у монозиготных близнецов одинаковые генотипы, то имеющееся несходство вызывается ус­ловиями среды в период либо внутри­утробного развития, либо формирова­ния организма после рождения.

Для оценки роли наследственности в развитии того или иного признака производят расчет по формуле: Н= (% сходства ОБ - % сходства ДБ) / (100 - % сходства ДБ). Где Н – коэф.нас-ти, ОБ – однояй.близ., ДБ – двуяй.близ.
При Н, равном единице, признак полностью определяется наследствен­ным компонентом; при Н, равном ну­лю, определяющую роль играет влия­ние среды. Коэффициент, близкий к 0,5, свидетельствует о примерно оди­наковом влиянии наследственности и среды на формирование признака.

Метод дерматоглифики.Дер­матоглифика (гр. derma — кожа, gliphe — рисовать) — это изучение релье­фа кожи на пальцах, ладонях и подо­швенных поверхностях стоп. В отличие от других частей тела здесь име­ются эпидермальные выступы — греб­ни, которые образуют сложные узоры. В 1892 г. Ф. Гальтон предложил классификацию этих узоров, позволившую использо­вать этот метод для идентификации личности в криминалистике. Таким образом, выделился один из разде­лов дерматоглифики — дактилоскопия (изучение узоров на подушечках пальцев). Другие разделы дермато­глифики — пальмоскопия (рисунки на ладонях) и плантоскопия (изучение дерматоглифики подошвенной поверх­ности стопы).

Дактилоскопия. Гребни на коже пальцев рук соответствуют со­сочкам дермы (от лат. papilla — со­сочек), поэтому их называют также па­пиллярными линиями, рельеф этих выступов повторяет пласт эпидермиса. Межсосочковые углубления образуют бороздки. На поверхности гребней открываются выводные протоки пото­вых желез, а в толще соединительно­тканного сосочка находятся чувстви­тельные нервные окончания. Поверх­ность, покрытая гребневой кожей, от­личается высокой тактильной чувстви­тельностью.

Дерматоглифические исследования имеют важное значение в определе­нии зиготности близнецов, в диагно­стике некоторых наследственных забо­леваний, в судебной медицине, в кри­миналистике для идентификации лич­ности. Папиллярные линии на паль­цевых подушечках образуют токи раз­личного направления. Узоры обычно изучают на отпечатках, сделанных на бумаге после смазывания кожи типо­графской краской. Детальное исследо­вание узора проводят с помощью лупы. Папиллярные линии разных токов ни­когда не пересекаются, но могут сбли­жаться в определенных пунктах, об­разуя трирадиусы, или дельты. На пальцевых поду­шечках различают линии центрально­го узора и линии рамки, которые окай­мляют центральный узор. Выдел.3 основ.типа: дуги А (англ. аrch — дуга); петли L (англ. 1оор — петля) и завитковые узоры W (англ. wor1— завиток). Ду­говые узоры встречаются реже осталь­ных (6 %), в этом узоре имеется лишь один поток папиллярных линий.

Петлевые узоры являются наиболее распростра­ненными (около 60 %). Это замкнутый с одной стороны узор. Петли имеют одну дельту. Если петля открывается в сторону лучевой кости, она называется радиальной, если в сторону локтевой кости,—ульнарной (L^r; L^u).

Завитковые узоры занимают среднее место по распространенности (34 %). Они имеют вид концентрических кру­гов, овалов, спиралей, снизу и сверху центральная часть узора окаймлена двумя потоками линий. Завитки име­ют две дельты.

Пальмоскопия. Ладонный ре­льеф очень сложный, в нем выделяют ряд полей, подушечек и ладонных ли­ний. Центральную ладонную ямку окружают шесть возвышений — поду­шечек. У основания большого паль­ца — тенар, у противоположного края ладони — гипотенар, против межпальцевых промежутков находят­ся четыре межпальцевые подушечки. У основания II, III, IV и V пальцев находятся пальцевые трирадиусы – точки, где сходятся три разнонаправ­ленных тока папиллярных линий.
У правшей более сложные узоры встречаются на правой руке, у лев­шей — на левой, У женщин частота завитковых узоров ниже, чем у муж­чин, меньше гребневой счет, а частота петлевых и дуговых — выше. На подошвенной поверхности стоп также имеются кожные узоры. Их изучение составляет предмет плантоскопии.

Биохимические методы. Эти ме­тоды используются для диагностики болезней обмена веществ, причиной которых является изменение активно­сти определенных ферментов. С помо­щью биохимических методов открыто около 500 молекулярных болезней, являющихся следствием проявления мутантных генов. При различных ти­пах заболеваний удается либо опре­делить сам аномальный белок-фермент, либо промежуточные продукты обмена.

Применяют также микробиологиче­ские тесты, они основаны на том, что некоторые штаммы бактерий могут расти только на средах, содержащих определенные аминокислоты, углево­ды. Удалось получить штаммы по веществам, являющимся субстратами

или промежуточными метаболитами у больных при нарушении обмена. Если в крови или моче есть требуемое для роста вещество, то в чашке Петри во­круг фильтровальной бумаги, пропи­танной одной из этих жидкостей, на­блюдается активное размножение мик­робов, чего не бывает в случае анализа у здорового человека. Разрабатыва­ются различные варианты микробиоло­гических методов.

Популяционно-статистиче­ский метод позволяет изучать рас­пространение отдельных генов в челове­ческих популяциях. Одним из наиболее простых и уни­версальных математических методов яв­ляется метод, предложенный Г. Харди и В. Вайнбергом (см. гл. 11). Имеется и ряд других специальных математи­ческих методов. В результате становит­ся возможным определить частоту генов в различных группах населения, ча­стоту гетерозиготных носителей ряда наследственных аномалий и болезней.

Исследуемые популяции могут раз­личаться по биологическим призна­кам, географическим условиям жизни, экономическому состоянию. Изучение распространенности генов на опре­деленных территориях показывает, что в этом отношении их можно разделить на две категории: 1) имеющие универ­сальное распространение (к их числу относится большинство известных ге­нов); примером могут служить рецес­сивные гены фенилкетоиурии; 2) встречающиеся локально, преимущественно в определенных ра­йонах (ген серповидноклеточной анемии).

Популяционно-статистический метод позволяет определить генетиче­скую структуру популяций (соотноше­ние между частотой гомозигот и гетерозигот). Новые возможности для про­ведения генетического анализа откры­вает применение электронно-вычисли­тельной техники. Знание генетического состава популяций населения имеет большое значение для социальной ги­гиены и профилактической медицины.

Цитогенетическпй метод. Принципы цитогенетических исследова­ний сформировались в течение 20—30-х годов на классическом объекте генети­ки — дрозофиле и на некоторых расте ниях. Метод основан на микроскопиче­ском исследовании хромосом.

Нормальный кариотнп человека включает 46 хромосом, из них 22 пары аутосом и 2 половые хромосомы. Это удалось шведским ученым Д. Тийо и А. Левану. К этому времени в лабора­тории успешно
производили культиви­рование клеток человека (клетки кост­ного мозга, культуры фибробластов или лейкоцитов периферической кро­ви, стимулированных к делению фитогемагглютинином). Важнейшая задача со­стоит в умении различать индивидуаль­ные хромосомы в данной метафазной пластинке. Непосредственно, путем ви­зуального наблюдения под микроско­пом это сделать трудно, поэтому обыч­но делают микрофотографии, а затем вырезают отдельные хромосомы и рас­полагают их в порядке убывающей величины (построение кариограммы).

Для идентификации хромосом при­меняют количественный морфометриче-ский анализ. С этой целью проводят измерение длины хромосомы в микро­метрах. Определяют также соотноше­ние длины короткого плеча к длине всей хромосомы (центромерный ин­декс).

В настоящее время разработано не­сколько методов выявления структур­ной неоднородности по длине хромосом человека. Основу всех методов состав­ляют произведенные на препаратах процессы денатурации и ренатурации ДНК хромосом. Если после денатура­ции ДНК, вызванной нагреванием и некоторыми другими факторами, про­вести затем ее ренатурацию— восста­новление исходной двунитчатой струк­туры, а затем окрасить хромосомы кра­сителем Гимзы, то в них выявляется четкая дифференцировка на темноокра-шенные и светлые полосы — диски. Последовательность расположения этих дисков, их рисунок строго спе­цифичен для каждой хромосомы. В ре­зультате различных вариантов метода удается выявить центромерный и око­лоцентромер ный гетерохроматин (С-диски), диски, расположенные по дли­не хромосом (собственно Гимзы-диски, G-диски).

Если нарушения касаются половых хромосом, то диагностика упрощается. В этом случае проводится не полное кариотипирование, а применяется ме­тод исследования полового хроматина в соматических клетках.

Половой хроматин — это небольшое дисковидное тельце, интенсивно окра­шивающееся гематоксилином и други­ми основными красителями. Оно обна­руживается в интерфазных клеточных ядрах млекопитающих и человека, не­посредственно под ядерной мембраной.

Впоследствии было уточнено, что половой хроматин имеется в большинстве клеточных ядер самок (60—70 %), у самцов его обычно нет, либо встреча­ется очень редко (3—5 %).

Половой хроматин можно определить и на мазках крови, в ядрах нейтрофилоцитов эти тельца имеют харак­терный вид барабанных палочек, от­ходящих от сложно-дольчатого ядра этих лейкоцитов. В норме у женщин эти структуры обнаруживаются в 3— 7 % нейтрофилоцнтов, а у мужчин они вообще отсутствуют.

Методы гибридизации сома­тических клеток. Соматические клетки содержат весь объем генетиче­ской информации. Это дает возможность изучать многие вопросы генетики чело-

века, которые невозможно исследовать на целом организме. Благодаря мето­дам генетики соматических клеток че­ловек стал как бы одним из эксперимен­тальных объектов. Соматические клет­ки человека получают из разных орга­нов (кожа, костный мозг, клетки кро­ви, ткани эмбрионов). Чаще всего ис­пользуют клетки соединительной тка­ни (фибробласты) и лимфоциты крови. Культивирование клеток вне
организ­ма позволяет получить достаточное ко­личество материала для исследования, что не всегда можно взять у человека без ущерба для здоровья.

В 1960 г. французский биолог Ж. Барский, выращивая вне организма в культуре ткани клетки двух линий мышей, обнаружил, что некоторые клет­ки по своим морфологическим и биохи­мическим признакам были промежуточ­ными между исходными родительскими клетками. Эти клетки оказались гибридными.

Гибридизация соматических клеток проводится в широких пределах не только между разными видами, но и типами: человек х мышь, человек х комар, мышь х курица и т. п. В за­висимости от целей анализа исследова­ние проводят на гетерокарионах или синкарионах. Синкарионы обычно уда­ется получить при гибридизации в пре­делах класса. Это истинные гибридные клетки, так как в них произошло объединение двух геномов. Происходит постепенная элиминация хромосом того организма, клетки ко­торого имеют более медленный темп размножения.

Применение метода генетики сома­тических клеток дает возможность изу­чать механизмы первичного действия генов и взаимодействия генов.

Методы моделирования. Теоре­тическую основу биологического моде­лирования в генетике дает закон гомо­логических рядов наследственной из­менчивости, открытый Н. И. Вавило­вым, согласно которому генетически близкие виды и роды характеризуются сходными рядами наследственной из­менчивости. Исходя из этого закона, можно предвидеть, что в пределах класса млекопитающих (и даже за его пределами) можно обнаружить мно­гие мутации, вызывающие такие же изменения фенотипических призна­ков, как и у человека. Для моделирова­ния определенных наследственных ано­малий человека подбирают и изучают мутантные линии животных, имеющих сходные нарушения.

Многие мутантные линии животных путем возвратного скрещивания пере­ведены в генетически близкие, в ре­зультате получены линии, различаю­щиеся только по аллелям одного ло-куса. Это дает возможность уточнить механизм развития данной аномалии. Безусловно, у человека могут быть свойственные только ему заболевания и в результате взаимодействия генов у человека фенотипический эффект мо­жет значительно изменяться. Мутантные линии животных не являются точ­ным воспроизведением наследственных болезней человека.