задачи по генетике. Васильева Е.В. Задачи по генетике. Генетики пособие по решению задаче. Е. Васильева
 Скачать 0.53 Mb.
|
|
ЦИТОЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД Цитогенетический метод используют для изучения нормального кариотипа человека, а также при диагностике наследственных заболеваний, связанных с геномными и хромосомными мутациями. Кроме того, этот метод применяют при исследовании мутагенного действия различных химических веществ, пестицидов, инсектицидов, лекарственных препаратов и др. В период деления клеток на стадии метафазы хромосомы имеют более четкую структуру и доступны для изучения. Диплоидный набор человека состоит из 46 хромосом пар аутосом и одной пары половых хромосому женщину мужчин. Обычно исследуют лейкоциты периферической крови человека, которые помещают в специальную питательную среду, где они делятся. Затем готовят препараты и анализируют число и строение хромосом. Разработка специальных методов окраски значительно упростила распознавание всех хромосом человека, а в совокупности с генеалогическим методом и методами клеточной и генной инженерии дала возможность соотносить гены с конкретными участками хромосом. Комплексное применение этих методов лежит в основе составления карт хромосом человека Генетика человека с основами медицинской генетики Цитологический контроль необходим для диагностики хромосомных болезней, связанных с ансуплоидией и хромосомными мутациями. Наиболее часто встречаются болезнь Дауна (трисомия пой хромосоме, синдром Клайн фелтера (47 XXY), синдром Шершевского–Тернера (45 ХО) и др. Потеря участка одной из гомологичных хромосом й пары приводит к заболеванию крови — хроническому мие лолейкозу. При цитологических исследованиях интерфазных ядер соматических клеток можно обнаружить так называемое тельце Барри, или половой хроматин. Оказалось, что половой хроматин в норме есть у женщин и отсутствует у мужчин. Он представляет собой результат гетерохромати зации одной из двух Ххромосом у женщин. Зная эту особенность, можно идентифицировать половую принадлежность и выявлять аномальное количество Ххромосом. Выявление многих наследственных заболеваний возможно еще до рождения ребенка. Метод пренатальной диагностики заключается в получении околоплодной жидкости, где находятся клетки плода, ив последующем биохимическом и цитологическом определении возможных наследственных аномалий. Это позволяет поставить диагноз на ранних сроках беременности и принять решение о ее продолжении или прерывании. БЛИЗНЕЦОВЫЙ МЕТОД Этот метод используют в генетике человека для выяснения степени наследственной обусловленности исследуемых признаков. Близнецы могут быть однояйцевыми (образуются на ранних стадиях дробления зиготы, когда из двух или, реже, из большего числа бластомеров развиваются полноценные организмы. Однояйцевые близнецы генетически идентичны. Когда созревают и затем оплодотворяются разными сперматозоидами две или, реже, большее число яйцеклеток, развиваются разнояйцевые близнецы. Разно яйцевые близнецы сходны между собой не более чем братья и сестры, рожденные в разное время. Частота появления близнецов у людей составляет около 1% (1/3 однояйцевых, Раздел 9. Методы генетики разнояйцевых); подавляющее большинство близнецов является двойнями. Так как наследственный материал однояйцевых близнецов одинаков, то различия, которые возникают у них, зависят от влияния среды на экспрессию генов. Сравнение частоты сходства по ряду признаков пар одно и разнояйце вых близнецов позволяет оценить значение наследственных и средовых факторов в развитии фенотипа человека. ПОПУЛЯЦИОННЫЙ МЕТОД Методы генетики популяций широко применяют в исследованиях человека. Внутрисемейный анализ заболеваемости неотделим от изучения наследственной патологии как вот дельных странах, таки в относительно изолированных группах населения. Изучение частоты генов и генотипов в популяциях составляет предмет популяционногенетического исследования. Это дает информацию о степени гетерозиготности и полиморфизма человеческих популяций, выявляет различия частот аллелей между разными популяциями. Считают, что закон Харди–Вайнберга свидетельствует о том, что наследование как таковое не меняет частоты аллелей в популяции. Этот закон вполне пригоден для анализа крупных популяций, где идет свободное скрещивание. Сумма частот аллелей одного гена, согласно формуле Хар ди–Вайнберга, р + q = в генофонде популяции является величиной постоянной. Сумма частот генотипов аллелей данного гена+ 2pq + q 2 = также величина постоянная. При полном доминировании, установив в данной популяции число рецессивных гомозигот (q 2 — число гомозиготных особей по рецессивному гену с генотипом аа), достаточно извлечь квадратный корень из полученной величины, и мы найдем частоту рецессивного аллеля а. Частота доминантного аллеля А составит р = 1 – q. Генетика человека с основами медицинской генетики Вычислив таким образом частоты аллелей аи А, можно определить частоты соответствующих генотипов в популяции (р АА; р = Аа). Например, поданным ряда ученых, частота альбинизма (наследуется как аутосомный рецессивный признак) составляет 1:20 000 (q 2 ). Следовательно, частота аллеля a в генофонде будет равна l/20 000 =1 /l4l и тогда частота аллеля А составит 1 – q, p = 1 – 1/141 = В этом случае частота гетерозиготных носителей гена альбинизма (2pq) составит (1/141) = 1/70, или Статистический анализ распространения отдельных наследственных признаков (генов) в популяциях людей в разных странах позволяет определить адаптивную ценность конкретных генотипов. Однажды возникнув, мутации могут передаваться потомству на протяжении многих поколений. Это приводит к полиморфизму (генетической неоднородности) человеческих популяций. Среди населения Земли практически невозможно (за исключением од нояйцевых близнецов) найти генетически одинаковых людей. В гетерозиготном состоянии в популяциях находится значительное количество рецессивных аллелей (генетический груз, обусловливающих развитие различных наследственных заболеваний. Частота их возникновения зависит от концентрации рецессивного гена в популяции и значительно повышается при заключении близкородственных браков. ГЕНЕАЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД Генеалогический метод заключается в анализе родословных и позволяет определить тип наследования (доминантный, рецессивный, аутосомный или сцепленный с полом) признака, а также его моногенность или полигенность. На основе полученных сведений прогнозируют вероятность Раздел 9. Методы генетики 61 проявления изучаемого признака в потомстве, что имеет большое значение для предупреждения наследственных заболеваний. При аутосомном наследовании признак характеризуется равной вероятностью проявления улиц обоих полов. Различают аутосомнодоминантное и аутосомнорецессив ное наследование. При аутосомнодоминантном наследовании доминантный аллель реализуется в признак как в гомозиготном, таки в гетерозиготном состоянии. При наличии хотя бы у одного родителя доминантного признака последний с разной вероятностью проявляется во всех последующих поколениях. Однако для доминантных мутаций характерна низкая пенетрантность. В ряде случаев это создает определенные трудности для определения типа наследования. При аутосомнорецессивном наследовании рецессивный аллель реализуется в признак в гомозиготном состоянии. Рецессивные заболевания у детей встречаются чаще при браках между фенотипически нормальными гетерозиготными родителями. У гетерозиготных родителей (Аа ´ Аа) вероятность рождения больных детей (аа) составит такой же процент (25%) буду здоровы (АА), остальные 50% (Аа) будут также здоровы, но окажутся гетерозиготными носителями рецессивного аллеля. В родословной при ауто сомнорецессивном наследовании заболевание может проявляться через одно или несколько поколений. Интересно отметить, что частота появления рецессивного потомства значительно повышается при близкородственных браках, так как концентрация гетерозиготного носительства у родственников значительно превышает таковую в общей массе населения. Сцепленное с полом наследование характеризуется, как правило, неравной частотой встречаемости признака у индивидуумов разного пола и зависит от локализации соответствующего гена в Х или хромосоме. В X и хромосомах человека имеются гомологичные участки, содержащие парные гены. Гены, локализованные в гомологичных участках, наследуются также, как и любые другие гены, расположенные в аутосомах. Повидимому, негомологичные гены Генетика человека с основами медицинской генетики имеются ив хромосоме. Они передаются от отца к сыну и проявляются только у мужчин (гонандрический тип насле дования). Для составления родословной используют условные обо значения: При составлении родословной исходным является человек — пробанд, родословную которого изучают. Как правило, это и есть больной, или носитель признака, наследование которого необходимо изучить. Родословная может собираться по одному или нескольким признакам. В последнем случае может быть выявлен сцепленный характер их наследования, что используется при составлении хромосомных карт. В зависимости от цели исследования родословная может быть полной или ограниченной. Необходимо все же стремиться к наиболее полному составлению родословных, а для этого необходимы сведения не менее чем о 3–4 поколениях семьи пробанда. Составление родословной сопровождается краткой записью о каждом члене родословной сточной характеристикой его родства по отношению к про банду (легенда родословной. Необходимо также отмечать обследованных и необследованных на наличие исследуемого признака. Получение сведений о родственниках — не Раздел 9. Методы генетики 63 простая задача. Пациенты зачастую не знают о болезнях родственников или предоставляют неверные сведения. Для получения более точных сведений применяют анкетирование, а иногда и полное клиническое и лабораторногенети ческое обследование родственников. Изучение родословной. При анализе родословных в первую очередь необходимо установление наследственного характера признака. Если в родословной встречается один и тот же патологический признак несколько раз (на протяжении нескольких поколений, то, вероятно, он имеет наследственную природу. Далее необходимо установить тип наследования (аутосомнодоминантный, аутосомноре цессивный, Хсцепленный доминантный или рецессивный, Y сцепленный). Определение типа наследования в конкретной родословной является серьезной генетической задачей, для ее решения врач должен иметь специальную под готовку. Генеалогический метод это метод изучения родословных, с помощью которого прослеживается распределение болезни или какоголибо признака в семье или роду с указанием типа родственных связей между членами ро дословной. Данный метод можно считать универсальным. Клини когенеалогический метод широко применяется при решении в следующих случаях при установлении наследственного характера признака при определении типа наследования признака или заболевания для оценки пенетрантности гена при анализе сцепления генов и картировании хромосом при изучении интенсивности мутационного процесса при расшифровке механизмов взаимодействия генов. В настоящее время известно много генетических заболеваний. Поэтому последние годы существует Правительственная программа (Национальный проект, по исследованию всех беременных женщин на 6 генетических заболеваний Генетика человека с основами медицинской генетики синдром Дауна; n фенилкетонория; n врожденный гипотиреоз галактоземия адреногенитальный синдром муковисцидоз. Метод консультирования в некоторых случаях является единственным методом, с помощью которого можно сделать следующее выяснить природу заболевания определить тип наследования патологии в семье провести дифференциальную диагностику наследственных болезней оценить прогноз заболевания рассчитать риск рождения больного потомства выбрать адекватные и оправданные методы дородовой диагностики, лечения и профилактики, реабилитации и адаптации. Для проведения данных мероприятий прежде всего составляется родословная и делается ее графическое изображение Раздел 9. Методы генетики 65 При анализе родословных следует учитывать ряд особенностей разных типов наследования признаков. Аутосомно+доминантное наследование) признак встречается в родословной часто, практически во всех поколениях, одинаково часто и у мальчиков, и у девочек) если один из родителей является носителем признака, то этот признак проявится либо у всего потомства, либо у половины. Аутосомно+рецессивное наследование) признак встречается редко, не во всех поколениях, одинаково часто и у мальчиков, и у девочек) признак может проявиться у детей, даже если родители не обладают этим признаком) если один из родителей является носителем признака, то признак не проявится у детей или проявится у половины потомства. Наследование, сцепленное с полом. Хдоминантное наследование чаще признак встречается улиц женского пола если мать больна, а отец здоров, то признак передается потомству независимо от пола, он может проявляться и у девочек, и у мальчиков если мать здорова, а отец болен, то у всех дочерей признак будет проявляться, ау сыновей нет. Хрецессивное наследование чаще признак встречается улиц мужского пола чаще признак проявляется через поколение если оба родителя здоровы, но мать гетерозиготна, то признак часто проявляется у 50% сыновей если отец болен, а мать гетерозиготна, то обладателями признака могут быть и лица женского пола) сцепленное наследование признак встречается только улиц мужского пола если отец несет признак, то, как правило, этим признаком обладают и все сыновья. Цитоплазматическое наследование признак одинаково часто встречается у представителей обоих полов Генетика человека с основами медицинской генетики признак передается потомкам только от матери мать, несущая признак, передает его либо всему потомству, либо только его части. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ. Определите тип наследования признака — доминантный или рецессивный. Для этого выясните часто ли встречается изучаемый признак (во всех поколениях или нет многие ли члены родословной обладают признаком имеют ли место случаи рождения детей, обладающих признаком, если у родителей этот признак не проявляется имеют ли место случаи рождения детей без изучаемого признака, если оба родителя им обладают какая часть потомства несет признак в семьях, если его обладателем является один из родителей. Определите, наследуется ли признак сцепленно с полом. Для этого выясните как часто встречается признаку лиц обоих полов если встречается редко, то лица какого пола несут его чаще лица какого пола наследуют признак от отца и матери, несущих признак. Исходя из результатов анализа, постарайтесь определить генотипы всех членов родословной. Для определения генотипов прежде всего выясните формулу расщепления потомков водном поколении. З АДА Ч И По родословной, представленной на рисунке, определите характер наследования признака (доминантный или рецессивный, сцеплен или не сцеплен с полом, выделенного черным цветом, генотипы родителей и детей в первом поколении. Укажите, кто из них является носителем гена, признак которого выделен черным цветом Раздел 9. Методы генетики По изображенной на рисунке родословной определите и объясните характер наследования признака (доминантный или рецессивный, сцеплен или нет с полом, выделенного черным цветом. Определите генотипы потомков, обозначенных на схеме цифрами 3, 4, 8, 11 и объясните формирование их генотипов ЭТАЛОНЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ЭТАЛОНЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ Р аз дел МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА В условии задачи указана последовательность нуклеотидов водной из цепей молекулы ДНК, с которой снимается информационная РНК. Исходя из того, что аденину ком плементарен тимин, нов молекуле иРНК тимину соответствует урацил, записываем вначале цепи У, далее, напротив цитозина, располагаем гуанин и таким образом достраиваем всю цепь иРНК. УГГУААЦУГГУАЦУУ. № Задача аналогична предыдущей, но действуем мы в обратном порядке иРНК УУЦГАААУГГЦУЦЦГ цепь ДНК ААГЦТТТАЦЦГАГГЦ. № На основе комплементарности достраиваем вторую цепь ДНК — ТЦЦГГАТЦЦГАТТАТЦГГЦАТ. № В условии задачи приведена последовательность аминокислот в полипептиде. Для установления иРНК, которая управляла синтезом данного полипептида, находим по таблице кодоны для каждой аминокислоты и записываем их в последовательном порядке. Если же в таблице для той или иной аминокислоты указаны не один, а два кодона, то подбираем любой из них по выбору. Состав иРНК будет таким: ААГГАУГГЦАЦЦГАЦЦГЦ. Эталоны решения задач Решение задачи начинаем с определения состава молекулы иРНК (см. задание № 4) — ГГУАУУГУЦЦААЦАГ. Затем методом, описанным в задаче № 2, определяем структуру участка молекулы ДНК, ответственной за синтез данной иРНК — ЦЦАТААЦАГГТТГТЦ. № Решая данную задачу, первоначально определяем структуру иРНК (см. задание № 1) и находим, что она имеет такую последовательность нуклеотидов УГГУААЦУУГ ГУАЦУУ. После этого по таблице генетического кода определяем последовательность аминокислот в полипептиде: триптофан — аспаргин — лейцин — валин — треонин Метионин — валин — треонин — глутаминовая кислота — изолейцин Ц — 440 нуклеотидов, А — 560 нук., Т — 560 нук. 340 нм, 690000 ед 9 645 нуклеотидов 219,3 нм 10 207000 ед, 102 нм. Р аз дел 2 МОНОГИБРИДНОЕ СКРЕЩИВАНИЕ. Наследование с полным доминированием У человека ген А отвечает за умение владеть преимущественно правой рукой, а гена отвечает за умение владеть преимущественно левой рукой. Генотип мужчины правши Генетика человека с основами медицинской генетики мать которого была левшой, будет Аа. Генотип женщины правши тоже будет Аа, так как трое из ее братьев и сестер были левши. Вероятность, что дети, родившиеся от этого брака, будут левшами, составляет 25%. № а) Решается аналогично задаче б) Задача решается методом от обратного, по генотипу ребенка находим генотип одного из родителей, а потом определяем вероятность рождения следующего ребенка тоже без аномалии (50%). |