Генетика. генетика 1. Учебник для вузов под ред. Иванова В. И. М. Академкнига,2006. 638с. 16
 Скачать 46.57 Kb.
|
|
Содержание 1.Классические и современные методы изучения наследственности и изменчивости. 2 2. Генетически обусловленные формы слепоты и слабовидения, сочетания с патологиями. 13 Список литературы. 15 2. Генетика: Учебник для вузов / под ред. Иванова В.И.-М.:Академкнига,2006.-638с. 16 1.Классические и современные методы изучения наследственности и изменчивости.Наследственность, присущее всем организмам свойство повторять в ряду поколений одинаковые признаки и особенности развития; обусловлено передачей в процессе размножения от одного поколения к другому материальных структур клетки, содержащих программы развития из них новых особей. Тем самым наследственность обеспечивает преемственность морфологической, физиологической и биохимической организации живых существ, характера их индивидуального развития, или онтогенеза. Как общебиологическое явление наследственность — важнейшее условие существования дифференцированных форм жизни, невозможных без относительного постоянства признаков организмов, хотя оно нарушается изменчивостью — возникновением различий между организмами. Основные методы изучения изменчивости— сравнительно-описательный и биометрический. Совокупность этих методов позволяет исследовать как паратипическую, так и генотипическую компоненты общей фенотипической изменчивости. Совокупность методов исследования наследственных свойств организма (его генотипа) называется генетический анализ. В зависимости от задачи и особенностей изучаемого объекта генетический анализ проводят на популяционном, организменном, клеточном и молекулярном уровнях. Основу генетического анализа составляет гибридологический анализ, основанный на анализе наследования признаков при скрещиваниях. Гибридологический анализ, основы которого разработал основатель современной генетики Г. Мендель[1, с. 48], основан на следующих принципах: 1. Использование в качестве исходных особей (родителей), форм, не дающих расщепления при скрещивании, т.е. константных форм. 2. Анализ наследования отдельных пар альтернативных признаков, то есть признаков, представленных двумя взаимоисключающими вариантами. 3. Количественный учет форм, выщепляющихся в ходе последовательных скрещиваний и использование математических методов при обработке результатов. 4. Индивидуальный анализ потомства от каждой родительской особи. 5. На основании результатов скрещивания составляется и анализируется схема скрещиваний. Гибридологическому анализу обычно предшествует селекционный метод. С его помощью осуществляют подбор или создание исходного материала, подвергающегося дальнейшему анализу (например, Г. Мендель[1, с. 49], который по существу является основоположником генетического анализа, начинал свою работу с получения константных – гомозиготных – форм гороха путём самоопыления); Однако в некоторых случаях метод прямого гибридологического анализа оказывается неприменим. Например, при изучении наследования признаков у человека необходимо учитывать ряд обстоятельств: невозможность планирования скрещиваний, низкая плодовитость, длительный период полового созревания. Поэтому кроме гибридологического анализа, в генетике используется множество других методов. В настоящее время при изучении наследственности и изменчивости у человека применяют следующие методы: •генеалогический •близнецовый •популяционно-статистический •дерматоглифический •биохимический •цитогенетический •гибридизации соматических клеток •моделирования Генеалогический метод. Этот метод основан на прослеживании какого-либо нормального или патологического признака в ряде поколений с указанием родственных связей между членами родословной. Генеалогический метод является основным связующим звеном между теоретической генетикой человека и применением ее достижений в медицинской практике. Суть этого метода 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 •генеалогический анализ. Для составления родословной проводят краткие записи о каждом члене родословной с точным указанием его родства по отношению к пробанду. Затем делают графическое изображение родословной. Генеалогический метод тем информативнее, чем больше имеется достоверных сведений о здоровье родственников больного. При собирании генетических сведений и их анализе надо иметь в виду, что признак может быть выражен в разной степени, иногда незначительной – микропризнаки. После составления родословной начинается второй этап – генеалогический анализ, целью которого является установление генетических закономерностей: •в начале 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, например, какие-то внешние факторы или профессиональные вредности могут вызывать сходные заболевания у членов одной семьи •в случае обнаружения наследственного характера признака необходимо установить тип наследования: доминантный, рецессивный, сцепленный с полом: Основные признаки аутосомно-доминантного наследования: •проявление признака в равной мере у представителей обоих полов; •наличие больных во всех поколениях (по вертикали) при относительно большом количестве сибсов; •наличие больных и по горизонтали (у сестер и братьев пробанда); •у гетерозиготного родителя вероятность рождения больного ребенка (если второй родитель здоров) составляет 50%. Следует учесть, что при доминантном типе наследования может быть пропуск в поколениях за счет слабо выраженных, «стертых» форм заболевания (малая эксперссивность мутантного гена) или за счет его низкой пенетрантности (когда у носителя донного гена признак отсутствует). Основные признаки аутосомно-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%. Рецессивный признак проявляется тогда, когда в генотипе имеются оба рецессивных аллеля. При проявлении рецессивных заболеваний нередко встречается кровное родство родителей больных. Следует иметь в виду, что наличие отдаленного родства бывает неизвестно членам семьи. Приходиться учитывать косвенные соображения, например, происхождение из одного и того же малонаселенного пункта, или принадлежность к какой-либо изолированной этнической или социальной группе. Основные признаки 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 по потомству (в этом случае женщина может передавать этот ген половине дочерей и половине сыновей); •при рецессивном наследовании заболеваний, сцепленными с Х-хромосомой, как правило, страдают мужчины (гетерозиготная носительница – мать – передает мутантный ген половине сыновей, которые будут больны и половине дочерей, которые оставаясь фенотипически здоровыми, как и мать, тоже являются носительницами и передают рецессивный ген вместе с Х-хромосомой следующему поколению). 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.Гамильтоном [2, с. 19], который выделил среди близнецов две группы: •однояйцевые (монозиготные); •двуяйцевые (дизиготные). 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. С генетической точки зрения они сходны как обычные сибсы, но у них большая общность факторов среды во внутриутробном (пренатальном) и частично в постнатальном периодах. Если изучаемый признак проявляется у обоих близнецов пары, их называют конкордантными. Конкордантность – это процент сходства по изучаемому признаку. Отсутствие признака у одного из близнецов – дискордантность. Близнецовый метод используется в генетике человека для того, чтобы оценить степень влияния наследственности и среды на развитие какого-либо нормального или патологического признака. Для оценки роли наследственности в развитии того или иного признака производят расчет по формуле: Н = (% сходства ОБ - % сходства ДБ) / (100 - % сходства ДБ), где: Н- коэффициент наследственности; ОБ – однояйцевые близнецы; ДБ – двуяйцевые близнецы. •При Н = 1 признак полностью определяется наследственным компонентом. •При Н = 0 признак определяется влиянием среды. •При Н = близкий к 0,5 признак определяется примерно одинаковым влиянием наследственности и среды на формирование признака. Метод дерматоглифики. Дерматоглифика – это изучение рельефа кожи на пальцах, ладонях и подошвенных поверхностях стоп, который образован эпидермальными выступами – гребнями, которые образуют сложные узоры. Ф. Гальтон[1, с. 64] предложил классификацию этих узоров, позволившую использовать этот метод для идентификации личности в криминалистике. Разделы дерматоглифики: •дактилоскопия – изучение узоров на подушечках пальцев. •пальмоскопия – изучение рисунка на ладонях. •плантоскопия – изучение дерматоглифики подошвенной поверхности стопы. Дерматоглифические исследования имеют важное значение в определении зиготности близнецов, в диагностике некоторых наследственных заболеваний, в судебной медицине, в криминалистике для идентификации личности. Индивидуальные особенности кожных узоров наследственно обусловлены. Это доказано многими генетическими исследованиями, в частности, на монозиготных близнецах. 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. Эти методы отличаются большой трудоемкостью, требуют специального оборудования и поэтому не могут быть широко использованы для массовых популяционных исследований с целью раннего выявления больных с наследственной патологией обмена. В последние десятилетия в разных странах разрабатываются и применяются для массовых исследований специальные программы: •первый этап такой программы состоит в том, чтобы среди большого количества обследуемых выделить предположительно больных, имеющих какое-то наследственное отклонение от нормы. Такая программа называется просеивающей, или скрининг-программой. для этого этапа обычно используется небольшое количество простых, доступных методик (экспресс-методов). •второй этап проводится с целью уточнения (подтверждение диагноза или отклонение при ложно-положительной реакции на первом этапе). Для этого используются точные хроматографические методы определения ферментов, аминокислот и т.п. Применяют также микробиологические тесты, они основаны на том, что некоторые штаммы бактерий могут расти только на средах, содержащих определенные аминокислоты, углеводы. Популяционно-статистический метод. Этот метод позволяет изучить распространение отдельных генов в человеческих популяциях. Обычно производится непосредственное выборочное исследование части популяции либо изучают архивы больниц, родильных домов, а также проводят опрос путем анкетирования. Выбор способа зависит от цели исследования. Последний этап состоит в статистическом анализе. Одним из наиболее простых и универсальных математических методов является метод, предложенный Г.Харди и В. Вайнбергом [2, с. 28]. 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. Популяционно-статистический метод позволяет определить генетическую структуру популяций (соотношение между частотой гомозигот и гетерозигот). Знание генетического состава популяций имеет большое значение для социальной гигиены и профилактической медицины. Цитогенетический метод. Принципы цитогенетических исследований сформировались в течение 20-30-х годов на классическом объекте генетики – дрозофиле и на некоторых растениях[2, с. 31]. Метод основан на микроскопическом исследовании хромосом. Для идентификации хромосом применяют количественный морфометрический анализ. С этой целью проводят измерение длины хромосомы в микрометрах (микроскопия хромосом производится в остановленной фазе митоза посредством колхицина и отброшенными посредством гипотонического раствора в результате чего хромосомы лежат свободно), определяют также соотношение длины короткого плеча к длине всей хромосомы (центромерный индекс). В 1960 году была разработана первая классификация хромосом человека (Денверская) [1, с. 71]. В основу ее были положены особенности величины хромосом и расположение первичной перетяжки. По форме и общим размерам все аутосомы человека подразделяются на 7 групп, обозначаемых латинскими буквами: A, B, C, D, E, F, G. Все хромосомы имеют порядковые номера. Наиболее крупная пара гомологичных хромосом имеет №1, следующая - №2 и т.д. Половые хромосомы - крупная X и мелкаяY – выделяются отдельно. В последнее время разрабатываются автоматические системы для измерения и количественного анализа хромосом. Однако идентификация хромосом только по указанным признакам встречает большие затруднения. Захаровым[2, с. 36] был разработан перспективный метод изучения хромосом. В основу его положен процесс неодновременной репликации хромосом: одни участки реплицируются раньше, у других этот процесс задерживается и репликация происходит значительно позднее. Неодновременно идет процесс спирализации хромосом, вступающих в митоз. Однако, к тому моменту, когда хромосомы вступают в метафазу, успевает завершиться процесс выравнивания этих различий, и степень конденсации метафазных хромосом становится одинаковой. Было показано, сто можно задержать этот процесс путем введения 5-бромдезоксиуридина (5-БДУ), который является аналогом тимидина – предшественника ДНК. Если 5-БДУ вводить в конце S-периода. то он включается в синтез ДНК, то есть участки хромосом, где находится это вещество, остаются слабоокрашенными, так как была задержана спирализация. Рано редуплицировавшиеся участки хромосомы, успевшие спирализоваться, интенсивно окрашиваются (Р-диски). Расположение темных и светлых дисков при этом методе противоположно тому, что наблюдается при G-окраске. Сравнительный анализ различных методов окраски показал, что один и тот же диск может выделяться как светлый неокрашенный или темноокрашенный, но порядок расположения дисков идентичен при и всех методиках. Следовательно, не вызывает сомнения, что их расположение и последовательность имеют закономерный характер, специфичный для каждой хромосомы. Если нарушения касаются половых хромосом, то методика упрощается. В этом случае проводится неполное кариотипирование, а применяется метод исследования полового хроматина в соматических клетках. Половой хроматин – это небольшое дисковидное тельце, интенсивно окрашивающееся гематоксилином и другими основными красителями. Они обнаруживаются в интерфазных клеточных ядрах млекопитающих и человека, непосредственно под ядерной мембраной. Определение полового хроматина нашло применение в судебной медицине, когда требуется по пятнам крови установить половую принадлежность, при анализе, когда надо установить, мужчине или женщине принадлежит найденная часть трупа, даже спустя довольно большой срок после смерти. При трансплантации тканей тельце полового хроматина может служить своеобразной меткой (если донор и реципиент разных полов). Анализ дает возможность проследить приживление или рассасывание трансплантата. Методы гибридизации соматических клеток. Соматические клетки содержат весь объем генетической информации. Это дает возможность изучать многие вопросы генетики человека, которые невозможно исследовать на целом организме. Благодаря методам генетики соматических клеток человек как бы стал одним из экспериментальных объектов. Чаще всего используют клетки соединительной ткани (фибробласты) и лимфоциты крови. Культивирование клеток вне организма позволяет получить достаточное количество материала для исследования, что не всегда возможно взять у человека без ущерба для здоровья. Находящиеся в культуре клетки какой-либо ткани можно подвергать изучению различными методами: цитологическим, биохимическим, иммунологическим. Такое исследование может быть в ряде случаев более точным, чем на уровне целостного организма, так как метаболические процессы удается выделить из сложной цепи взаимосвязанных реакций, происходящих в организме. 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. Применение метода генетики соматических клеток дает возможность изучать механизмы первичного действия генов и взаимодействия генов. Метод моделирования. Теоретическую основу биологического моделирования в генетике дает закон гомологических рядов наследственной изменчивости, открытый Н.И. Вавиловым[2, с. 38], согласно которому генетически близкие виды и роды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости. Исходя из этого закона, можно предвидеть, что в переделах 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. Были и описаны и изучены многие генные мутации у животных, имеющих сходство с соответствующими наследственными аномалиями человека. Гемофилия А и В встречается у собак, и обусловлена как и у человека, рецессивными генами, локализованными на Х-хромосоме. У хомяков и крыс обнаружены патологические мутации, проявляющиеся как гемофилия, сахарный диабет, ахондроплазия, мышечная дистрофия и некоторые другие. Эпилептоидные припадки встречаются у некоторых кроликов, крыс под влиянием сильного звукового раздражителя. Мутантные линии животных путем возвратного скрещивания переведены в генетически близкие, в результате получены линии, различающиеся только по аллелям одного локуса. Это дает возможность уточнить механизм развития данной аномалии. Мутантные линии животных не являются точным воспроизведением наследственных болезней человека. Однако, даже частичное моделирование, то есть воспроизведение не всего заболевания в целом, а только патологического процесса или даже его фрагмента, позволяет в ряде случаев обнаружить механизмы первичного отклонения от нормы. Метод также позволяет (на основе всестороннего анализа мутаций) установить особенности, закономерности и механизмы мутагенеза, помогает в изучении структуры и функции генов. Особое значение мутационный метод приобретает при работе с организмами, размножающимися бесполым путём, и в генетике человека, где возможности гибридологического анализа крайне затруднены. Исследование генетики человека с большими трудностями, причины которых связаны: •с невозможностью экспериментального скрещивания •c медленной сменой поколений •c малым количеством потомков в каждой семье •c тем, что 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 брать из тысячи брачных пар те, которые необходимы для генетического анализа. Метод гибридизации соматических клеток позволяет экспериментально изучать локализацию генов в хромосомах, проводить анализ групп сцепления. 2. Генетически обусловленные формы слепоты и слабовидения, сочетания с патологиями.Ведущую роль в этиологии дефектов зрения играют генетические факторы. Известно, что 75% случаев слепоты считаются наследственно обусловленными. Наиболее частыми клиническими формами слепоты в настоящее время являются атрофия зрительного нерва, тапеторетинальные дегенерации, поражения хрусталика, врожденный микрофтальм, глаукома и аниридия [3, с. 102]. Генетическое происхождение имеют 43% всех случаев врожденной злокачественной близорукости, при этом нередко наблюдается дегенерация и отслойка сетчатки. Генетиками изучено 246 мутантных гена, вызывающих различные аномалии органа зрения, среди которых 91 – аутосомно-рецессивные, 125 – аутосомно-доминантные, 30 – сцепленные с полом. Многие патологические изменения глаз и зрения наследуются по рецессивному или доминантному типу. Наиболее часто этими патологиями являются: аметропии (дальнозоркость, астигматизм, близорукость, различные сочетания вида и степени аномалий рефракции на каждом глазу); врожденная глаукома; врожденная катаракта; врожденная патология век, слезных органов и роговицы; аномалии формы, размеров и расположения хрусталика; дистрофия, атрофия и аномалии сосудистой оболочки, сетчатки и зрительного нерва. Встречается наследственная патология глазодвигательных функций, вспомогательного аппарата глаза, глазного яблока, проводящих нервных путей, подкорковых и корковых центров зрительного анализатора. Рассматривая наследственную патологию органа зрения необходимо учитывать, что факторы внешней среды способствуют реализации программы генетической предрасположенности. Таким образом, наследственная патология может быть как основной, так и условной, то есть имеет место наследственная предрасположенность. Врожденная патология связана не только с нарушением эмбриогенеза, но и с нарушением обменных процессов в организме. Почти при всех типах мукополисахаридов отмечается дегенерация (помутнение) роговицы. При наследственных болезнях обмена аминокислот встречается альбинизм - полное или частичное отсутствие пигмента в сосудистой оболочке и сетчатке глаза. При галактоземии и алкаптонурии могут наблюдаться ранние катаракты или другие формы глазной патологии. При нарушении липидного обмена у детей выявляется атрофия диска зрительного нерва, отмечается снижение зрения, нистагм, вторичное расходящееся косоглазие. При наследственных болезнях соединительной ткани, таких как синдромы Марфана и Маркезани у большинства больных имеется подвывих хрусталика, кератоконус, голубые склеры, высокая близорукость, отслойка сетчатки и врожденная глаукома. Симптомы нарушения органа зрения могут наблюдаться при других наследственных болезнях, например при синдроме Дауна, в сочетании с патологией других органов и систем. Сочетание дефектов зрения и слуха обусловливает сложный бисенсорный дефект – слепоглухоту. Частота слепоглухоты у глухих составляет примерно 1,2%. Для наследственных синдромов слепоглухоты характерна пигментная дегенерация сетчатки. Сложный дефект зрения и интеллекта включает слепоту или слабовидение и умственную отсталость. Слепота диагностируется у 5%, а слабовидение – у 7% всех детей с умственной отсталостью. В 70 – 80% случаев сложный дефект зрения и интеллекта обусловлен генетическими факторами. Список литературы.1. Ефремова, В.В. Генетика:учебник для ВУЗов.-Ростов н/Д.:Феникс,2010.-256с. 2. Генетика: Учебник для вузов / под ред. Иванова В.И.-М.:Академкнига,2006.-638с.3. Самаль, И.Н. Анатомия, физиология и патология органа зрения: Учебное пособие. – Псков, 2008. - 164 с. |