Занятие 7 по биологии
Особенности антропогенетики
Антропогенетика – наука изучающая закономерности наследственности и изменчивости у человека. Основоположником отечественной антропогенетики является С.Н. Давиденков, который разработал методы работы медко-генетических консультаций, провёл анализ наследственных заболеваний человека, решал проблемы полиморфизма наследственных заболеваний нервной системы.
Предмет антропогенетики – два свойства человека: наследственность и изменчивость.
Задачи антропогенетики:
1. Выявление и систематизация признаков и свойств как нормальных, так и патологических у людей.
2. Изучение вариантов наследования признаков и свойств человека нормальных и патологических в ряду поколений.
Объект антропогенетики – человек (очень сложный объект, со своими отрицательными и положительными качествами).
Отрицательные:
1) Нельзя произвольно объединять брачными узами 2 – х индивидуумов с определенными генотипами.
2) Нельзя стандартизировать или произвольно менять условия жизни семей.
3) Небольшое количество потомков.
4) Длительный интервал от рождения до репродуктивного возраста.
5) Большое число хромосом и генов в них, следовательно большое количество признаков, велика их вариабельность.
6) Статистика смертности не в полном объеме фиксирует причины смерти (особенно в мусульманских странах); отсутствие такой статистики в ряде стран.
Положительные:
1) Большая численность человеческой популяции.
2) Длительная документированная история существования человечества. Возможность патологоанатомических, палеонтологических исследований.
3) Хорошо изучена анатомия, физиология, биохимия (норма существования) человеческого организма, что позволяет легко выявить любые патологические отклонения.
4) Разработаны специальные методы изучения наследственности и изменчивость у людей.
5) Разработаны математические методы изучения наследственности и изменчивости у людей.
Методы антропогенетики:
специальными методами изучения наследственности и изменчивости у человека являются:
1) Генеалогический (введён в конце XIX века Ф. Гальтоном)
2) близнецовый
3) популяционно-статистический
4) дерматоглифический
5) цитогенетический
6) метод генетики соматических клеток
7) методы моделирования
а) биологическое
б) математическое
1).Генеалогический метод – используется врачами всех специальностей. Позволяет проследить наследование какого либо признака в ряду поколений с указанием родственных связей между членами родословной.
Задачи генеалогического метода:
I – установить наследственный характер анализируемого признака (дифференцировать его от фенокопии).
II – определить тип и вариант наследования.
III - осуществить генотипическое и фенотипическое прогнозирование, т.е. определить степень риска (вероятности) появления этого признака у родственников (в %).
IV – использовать метод в научных исследованиях при:
а) картировании хромосом;
б) изучить формы взаимодействия генов между собой и со средой обитания;
в) изучить сцепленное наследование;
Генеалогическое исследование на практике проводится в три этапа:
1) Сбор сведений о каждом члене родословной – составление генеалогического анамнеза, начиная с пробанда.
2) Графическое изображение родословной, с помощью специальных значков, с указанием родственных связей и наличия интересующих признаков у членов родословной (таблица).
3) Анализ родословной, выводы.
Анализа родословной требует:
1. Установить наследственный характер интересующего признака или определить, что он является фенокопией.
Фенокопия копирует фенотип другого генотипа, т.е. под действием факторов среды возникают признаки, схожие с признаками, контролируемые другим генотипом. Генокопия – сходные изменения фенотипа, обусловленные мутациями разных неаллельных генов.
2. Установить тип и вариант наследования.
а) аутосомно – доминантный;
б)аутосомно – рецессивный;
в) сцепленный с половыми Х-(доминантный, рецессивный) или Y – хромосомами.
а) Основные признаки аутосомно – доминантного типа наследования:
1) Признак проявляется в равной степени у мужчин и у женщин М1: Ж1;
2) Имеются больные или носители гена во всех поколениях, т.е. происходит передача признака по "вертикали".
3) Вероятность рождения детей с таким признаком в семье где один больной гетерозиготный родитель, а второй – здоров – 50%.
Исключения:
1. малая экспрессивность признака;
2. низкая пенетрантность гена;
3. явление эпистатического подавления гена и др.
б) Основные признаки аутосомно-рецессивного типа наследования:
1) Малое число больных в поколениях;
2) в одинаковой степени болеют мужчина и женщина М1:Ж1;
3) наследование признака по горизонтали;
4) родители больного, как правило, здоровы и гетерозиготны;
5) вероятность рождения больных детей в таких условиях составляет 25%;
в) Основные признаки наследования, сцепленного с полом:
Биохимический метод
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. Эти методы отличаются большой трудоемкостью, требуют специального оборудования и потому не могут быть широко использованы для массовых популяционных исследований с целью раннего выявления больных с наследственной патологией обмена.
В последние два десятилетия в разных странах разрабатываются и применяются для массовых исследований специальные программы.
Первый этап такой программы состоит в том, чтобы среди большого количества обследуемых выделит предположительно больных, имеющих, какое-то наследственное отклонение от нормы. Такая программа называется просеивающей, или скриннинг-программой (англ. screening — просеивание). Для этого этапа обычно используется небольшое количество простых, доступных методик (экспресс-методов). Экспресс-методы основаны на простых качественных реакциях выявления продуктов обмена в моче, крови.
На втором этапе проводится уточнение (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 в средах, содержащих определенные аминокислоты, углеводы. Удалось получить штаммы по веществам, являющимся субстратамиили 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.
Биохимические, иммунологические и другие параклинические методы не являются специфичными для генетической консультации, но применяются так же широко, как и при диагностике ненаследственных болезней. При наследственных болезнях часто возникает необходимость применять те же тесты не только у пациента, но и других членов семьи (составление биохимической или иммунологической "родословной")
24.Близнецовость у человека, критерии определения идентичности близнецов. Близнецовый метод в генетическом анализе.
Близнецы— дети одной матери, резвившиеся в течение одной беременности и появившиеся на свет в результате одних родов практически одновременно. Близнецы могут быть как однополые, так и разнополые.
Выделяют два основных типа близнецов:
монозиготные (гомозиготные);
дизиготные (гетерозиготные).
Монозиготные (однояйцовые, гомозиготные или идентичные) близнецы образуются из одной зиготы (одной яйцеклетки, оплодотворенной одним сперматозоидом), разделившейся на стадии дробления на две (или более) части. Они обладают одинаковыми генотипами. Монозиготные идентичные близнецы всегда одного пола и обладают очень большим портретным сходством.
Дизиготные близнецы развиваются в том случае, если две яйцеклетки оплодотворены двумя сперматозоидами. Естественно, дизиготные близнецы имеют различные генотипы. Они сходны между собой не более, чем братья и сестры, так как имеют около 50 % идентичных генов.
Общая частота рождения близнецов составляет примерно 1 %, из них около 1/3 приходится на монозиготных близнецов.
Для подтверждения монозиготности близнецов, используют ряд подходов:
сравнение по многим, главным образом, морфологическим признакам - пигментация глаз, волос и кожи, особенности волосяного покрова на голове и теле, а также форма волос, форма ушей, носа, губ и ногтей, пальцевые узоры (полисимптомный подход);
сравнение по эритроцитарным антигенам – группы крови АВО, резус, MN и др., по белкам и сыворотки крови: все перечисленные маркеры относятсяк категории моногенных менделирующих признаков, а контролирующие их гены отличаются узкой нормой реакции (иммунологический подход);
сравнение данных ЭКГ и ЭГ- электрокардиографии и энцефалограмм - близнецов (клинико-функциональный метод);
трансплантационный тест, заключающийся в перекрестной пересадке кожи у близнецов (вариант иммунологического подхода, успешная перекрестная пересадка – наиболее достоверный критерий монозиготности).
Близнецовый метод используется для выяснения наследственной обусловленности признаков и хорошо демонстрирует взаимоотношения между генотипом и внешней средой. С помощью этого метода удалось оценить значимость генетической предрасположенности к многим заболеваниям, пенетрантность, экспрессивность и условия проявления тех или иных видов патологии. Близнецовые данные оказываются полезными для количественной оценки степени генетической детерминированности отдельных признаков, в связи с чем, близнецовый метод можно считать одним из важных методов количественной генетики.
Таким образом, близнецовый метод позволяет количественно оценить вклад наследственности (генотипа) и вклад окружающей среды в развитие изучаемого признака (болезни).
Близнецовый метод включает следующие этапы:
Этап 1. Подбор пар монозиготных и дизиготных близнецов.
Подбирают по 100 пар близнецов, у которых хотя бы у одного из двух близнецов имеется изучаемый признак
Этап 2. Вычисление степени сходства внутри каждой группы близнецов.
Определяются отдельно для каждой группы
Конкордантность(К) – наличие признака одновременно у обоих близнецов.
Дискордантность(Д) – наличие признака только у одного близнеца из пары.
Коэффициент наследуемости H
H=
Мз- монозиготные
Дз- дизиготные
Формула Хольцингера
Н+Е=1
Н- коэффициент наследуемости
Е- доля среды в формировании изучаемого признака
Этап 3 Вычисление доли генотипа и доли среды в развитии изучаемого признака
Если НЕ преобладает влияние наследственности
Если НЕ определяющим фактором является средовой.
Цитогенетический метод
Цитогенетический метод основан на микроскопическом изучении хромосом в клетках человека. Его стали широко применять в исследованиях генетики человека с 1956 г., когда шведские ученые Дж. Тийо и А. Леван, предложив новую методику изучения хромосом, установили, что в кариотипе человека 46, а не 48 хромосом, как считали ранее.
Современный этап в применении цитогенетического метода связан с разработанным в 1969 г. Т. Касперсоном методом дифференциального окрашивания хромосом,который расширил возможности цитогенетического анализа, позволив точно идентифицировать хромосомы по характеру распределения в них окрашиваемых сегментов (см. разд. 3.5.2.3).
Применение цитогенетического метода позволяет не только изучать нормальную морфологию хромосом и кариотипа в целом, определять генетический пол организма, но, главное, диагностировать различные хромосомные болезни, связанные с изменением числа хромосом или с нарушением их структуры. Кроме того, этот метод позволяет изучать процессы мутагенеза на уровне хромосом и кариотипа. Применение его в медико-генетическом консультировании для целей пренатальной диагностики хромосомных болезней дает возможность путем своевременного прерывания беременности предупредить появление потомства с грубыми нарушениями развития.
Материалом для цитогенетических исследований служат клетки человека, получаемые из разных тканей — лимфоциты периферической крови, клетки костного мозга, фибробласты, клетки опухолей и эмбриональных тканей и др. Непременным требованием для изучения хромосом является наличие делящихся клеток. Непосредственное получение таких клеток из организма затруднено, поэтому чаще используют легкодоступный материал, каковым являются лимфоциты периферической крови.
В норме эти клетки не делятся, однако специальная обработка их культуры фитогемагглютинином возвращает их в митотический цикл. Накопление делящихся клеток в стадии метафазы, когда хромосомы максимально спирализованы и хорошо видны в микроскоп, достигается обработкой культуры колхицином или колцемидом, разрушающим веретено деления и препятствующим расхождению хроматид.
Микроскопирование мазков, приготовленных из культуры таких клеток, позволяет визуально наблюдать хромосомы. Фотографирование метафазных пластинок и последующая обработка фотографий с составлением кариограмм, в которых хромосомы выстроены парами и распределены по группам, позволяют установить общее число хромосом и обнаружить изменения их количества и структуры в отдельных парах.
В качестве экспресс-метода, выявляющего изменение числа половых хромосом, используют метод определения полового хроматинав неделящихся клетках слизистой оболочки щеки. Половой хроматин, или тельце Барра, образуется в клетках женского организма одной из двух Х-хромосом. Оно выглядит как интенсивно окрашенная глыбка, расположенная у ядерной оболочки (см. рис. 3.77). При увеличении количества Х-хромосом в кариотипе организма в его клетках образуются тельца Барра в количестве на единицу меньше числа Х-хромосом. При уменьшении числа Х-хромосом (моносомия X) тельце Барра отсутствует.
В мужском кариотипе Y-хромосома может быть обнаружена по более интенсивной по сравнению с другими хромосомами люминесценции при обработке их акрихинипритом и изучении в ультрафиолетовом свете.
Сущность значения и особенности генеалогического метода
Близнецовый метод
Близнецы — это дети, выношенные и рожденные одной матерью одновременно; они составляют 1% от всех родившихся (1 на 89 родов). Среди них различают монозиготных, или однояйцевых ,и дизиготных, или разнояйцевых близнецов. Близнецовый метод заключается в изучении наследования признаков в парах монозиготных и дизиготных близнецов. Он базируется на трех положениях:
— свойства и признаки организма определяются взаимодействием генотипа и среды;
— монозиготные близнецы имеют идентичные (одинаковые) генотипы, а дизиготные — неидентичные (различные);
— среда (условия жизни), в которой развиваются близнецы и под действием которой формируются признаки, может быть одинаковой и различной для одной и той же пары.
Монозиготными называются близнецы, которые образовались из одной зиготы (полиэмбриония). Они генетически идентичны, одного пола. Среда жизни для М3 близнецов может быть одинаковой или различной.
• М3 близнецы имеют одинаковые условия жизни. Признак имеется у обоих близнецов одной пары — пара конкордантна.
• М3 близнецы имеют разные условия жизни. Близнецы могут быть сходны фенотипически или различны по фенотипу. В данной ситуации все различия в проявлении признаков у одной пары близнецов обусловлены средой.
Дизиготные близнецы возникают из разных зигот (полиовуляция), могут быть однополые или разнополые. Они генетически сходны между собой не более, чем обычные сибсы, рожденные в разное время. Различия между ними могут быть обусловлены как генотипом, так и факторами среды. При совместном воспитании ДЗ имеют общую среду жизни; в таком случае различия между близнецами внутри одной пары, в основном, связаны с неидентичными генотипами.
О причинах образования близнецов нет четких данных, но предполагают, что образование монозиготных близнецов связано с цитоплазматической наследственностью, так как их рождение наблюдается в определенных семьях и наследуется по женской линии. На частоту рождения дизиготных близнецов влияет возраст матери, что связано с увеличением уровня гонадотропина и частоты полиовуляций.
Близнецовый метод генетики используется для выяснения:
• соотносительной роли генотипа и среды в развитии фенотипических особенностей человека, его морфологических, физиологических, биохимических признаков и психологических свойств личности;
• целесообразности того или иного медицинского (применение лекарственных препаратов при лечении, трансплантации) или психологического (использование системы тестов, методов воспитания) воздействия на человека;
• нормы реакции отдельных признаков, т. е. модификационной изменчивости.
Для идентификации монозиготных близнецов необходимо:
• подобрать пары близнецов;
• определить зиготность близнецов;
• сравнить пары близнецов по анализируемым признакам (качественным или количественным).
Для определения роли наследственности и среды в развитии признаков исследуют отдельно группы М3 и ДЗ близнецов и определяют процент конкордатных пар по отдельным признакам, а затем вычисляют коэффициент наследуемости Н (в % или долях единицы) по формуле, предложенной немецким генетиком Хольцингером.
При Н > 0,7 — преобладает действие наследственных факторов.
При Н = 0,5-0,7 — равноценное действие среды и генотипа.
При Н < 0,5 — преобладает средовой фактор.
Популяционная генетика
Сущность популяционно-статистического метода
Медико-генетического консультирования
|
Скачать 25.69 Kb.