Генетика человека (стр. 2 )

6. В популяции г. Москвы встречаемость людей по группам крови следующая: I группа —33%, II — 38%, III — 22,8%, IV — 6,2%. Определите частоту встречаемости аллелей АВО в г. Москве.

7. Ретинобластома (злокачественная опухоль глаза) и арахнодактилия (длинные и тонкие конечности с длинными и тонкими пальцами и др.) определяются аутосомным доми­нантным геном. Пенетрантность ретинобластомы 60%, арахнодактилии 30%. В Европе больные с ретинобласто-мой встречаются с частотой 0,03, а с арахнодактилией —

0,04 на 1000. Определите частоту генов обоих заболева­ний среди европейцев.

8. В одном из родильных домов у 150 из 1000 рожениц отме­чен иммунный конфликт по резус-фактору. Определите ча­стоты встречаемости аллелей в данной выборке и устано­вите генотипическую структуру популяции.

9. По данным некоторых исследователей, частота рецессив­ного гена нечувствительности к фенилтиокарбамиду среди различных групп населения земного шара следующая: древ-неевропейская — 0,5; кавказская — 0,65; негроидная — 0,45. Вычислите частоту встречаемости лиц, чувствительных к фе­нилтиокарбамиду, среди популяций каждой из указанных групп.

10. Одна из форм фруктозурии наследуется аутосомно-рецессивно и встречается с частотой 7 на 1000000. Определи­те число гетерозигот в популяции.

§ 7. Цитогенетический метод.

Основа метода — микроскопическое изучение хромосом чело­века. Цитогенетические исследования стали широко использоваться с начала 20-х гг. XX в. для изучения морфологии и подсчета хромо­сом человека.

Развитие современной цитогенетики человека связано с имена­ми цитологов Д. Тио и А. Левана. В 1956 г. они первыми установи­ли, что у человека 46, а не 48, как думали раньше, хромосом. Это событие положило начало широкому изучению митотических и мейотических хромосом человека.

В 1959 г. французские ученые Д. Лежен, Р. Тюрпен и М. Готье установили хромосомную природу болезни Дауна. В последующие годы были описаны многие часто встречающиеся у человека хро­мосомные болезни. Цитогенетика стала важнейшим разделом прак­тической медицины. В настоящее время цитогенетический метод применяется для диагностики хромосомных болезней, составления генетических карт хромосом, изучения мутационного процесса и др.

В I960 г. в Денвере (США) была разработана первая Междуна­родная классификация хромосом человека. В ее основу легли раз­меры хромосом и положение первичной перетяжки — центромеры. Все хромосомы по форме разделены на метацентрические, субметацентрические и акроцентрические и подразделены на 7 групп, обо­значенных латинскими буквами А, В, С, D, E, F и G. Каждая пара хромосом обозначена порядковым номером от 1 до 23, отдельно вы­делены половые хромосомы — X и Y. У женщин две Х-хромосомы, у мужчин X и Y-хромосомы. Х-хромосома у женщин не от­личается от аутосом группы С; Y-хромосома акроцентрическая, сход­ная с хромосомами группы G, не имеет спутников. Длина короткого плеча может значительно изменяться. Аутосомы группы С и D со­держат в коротких плечах районы ядрышкового организатора.

В 1971 г. на I Пражской конференции генетиков в дополнении к Денверской классификации были представлены методы дифферен­циальной окраски хромосом, благодаря которым каждая хромосо­ма приобретает свой неповторимый рисунок, что помогает точной идентификации.

Основные сведения о морфологии хромосом человека получе­ны при изучении их в метафазах митоза и профазе-метафазе мейоза. При этом важно, чтобы количество делящихся клеток было дос­таточно высоко. Важнейшие цитогенетические работы выполнены на лимфоцитах периферической крови, поскольку культивирова­ние лимфоцитов в течение 2—3 суток в присутствии фитогемагглютинина позволяет получить множество метафазных пластинок для хромосомного анализа.

Цитогенетическому анализу подвергают однослойные метафазные пластинки с раздельно лежащими хромосомами. Для этого де­лящиеся клетки обрабатывают колхицином и некоторыми други­ми химическими веществами.

Важным этапом цитогенетического анализа является окраска полученных препаратов. Ее проводят простыми, дифференциаль­ными и флюоресцентными методами.

Простая окраска обеспечивает групповую идентификацию хро­мосом. Используется она для количественного учета хромосомных аномалий при определении мутагенности среды (действия радиа­ции, химических мутагенов и др.). С помощью этого типа окраски были открыты многие хромосомные болезни, а также хромосомные аберрации, вызывающие самопроизвольные аборты, врожденные пороки развития, канцерогенез и т. п.

В 70-е гг. XX в. в медицинской практике начали применяться методы дифференциального окрашивания, выявляющие структур­ную разнородность хромосом по длине, что выражается в виде че­редования светлых и темных полос (эу - и гетерохроматических рай­онов). Отмечается, что протяженность и рисунок полос специфич­ны для каждой хромосомы. Дифференциальное окрашивание хромосом можно проводить рядом способов. После окрашивания акрихином сегмен­ты приобретают яркое флюоресцирующее свечение. Рисунок каж­дой хромосомы специфичен по числу, размерам и положению по-разному флюоресцирующих сегментов, что и обеспечивает иден­тификацию всех хромосом. Для просмотра таких препаратов используют люминесцент­ный микроскоп.

Задание №4.

1. Дайте определение следующим терминам: хромосома, хроматида, хроматин, хромомера, кариотип.

2.  В чем различие между эухроматином и гетерохроматином? Типы хроматина. Ответ обоснуйте.

3.  На каких стадиях митоза хромосомы хорошо видны? Почему?

4.  Дайте характеристику нормального кариотипа в соответ­ствии с Денверской классификацией.

5.  Опишите методы дифференциальной окраски хромосом и их роль в развитии цитогенетики человека.

6.  Какое практическое значение имеет исследование поло­вого хроматина?

§ 8. Близнецовый метод.

Это метод изучения генетических закономерностей на близне­цах. Впервые он был предложен Ф. Гальтоном в 1875 г. Близнецо­вый метод дает возможность определить вклад генетических (наследственных) и средовых факторов (климат, питание, обуче­ние, воспитание и др.) в развитии конкретных признаков или забо­леваний у человека.

При использовании близнецового метода проводится сравнение: монозиготных (однояйцовых) близнецов с дизиготными.

Монозиготные близнецы (МБ) образуются из одной зиготы, раз­делившейся на стадии дробления на две (или более) части. С гене­тической точки зрения они идентичны, т. е. обладают одинаковы­ми генотипами. Монозиготные близнецы всегда одного пола.

Дизиготные близнецы (ДБ) развиваются в случае, если образу­ются одновременно две яйцеклетки, оплодотворенные двумя сперматозоидами. Естественно, что дизиготные близнецы имеют различ­ные генотипы. Они сходны между собой не более, чем братья и сес­тры, т. к. имеют около 50% идентичных генов. Общая частота рож­дения близнецов составляет примерно 1%; из них около 1/3 прихо­дится на монозиготных близнецов. Известно, что число рождений монозиготных близнецов сходно в разных популяциях, в то время как для дизиготных близнецов эта цифра существенно различает­ся. Например, в США дизиготные близнецы рождаются чаще сре­ди негров, чем белых. В Европе частота появления дизиготных близ­нецов составляет 8 на 1000 рождений. Однако в отдельных популя­циях их бывает больше. Самая низкая частота рождения близнецов, присущая в большей степени монголоидным популяциям, наблю­дается в Японии. Отмечается, что частота врожденных уродств у близнецов, как правило, выше, чем у одиночно рожденных.

Полагают, что многоплодие генетически обусловлено. Однако это справедливо лишь для дизиготных близнецов. Факторы, влия­ющие на частоту рождения близнецов, в настоящее время мало изу­чены. Есть данные, показывающие, что вероятность рождения ди­зиготных близнецов повышается с увеличением возраста матери, а также порядкового номера рождения. Влияние возраста матери объясняется, вероятно, повышением уровня гонадотропина, приво­дящее к учащению полиовуляции. Имеются данные о снижении частоты рождения близнецов в индустриальных странах.

Близнецовый метод включает в себя диагностику зиготности близнецов. В настоящее время используются следующие методы для ее установления:

1)  полисимптомный метод заключается в сравнении пары близ­нецов по внешним признакам (форма бровей, носа, губ, ушных ра­ковин, цвет волос, глаз и т. п.). Несмотря на очевидное удобство, этот метод до известной степени субъективен и может давать ошибки;

2)  иммуногенетический метод более сложен и основывается на анализе групп крови, белков сыворотки крови, лейкоцитарных ан­тигенов, чувствительности к фенилтиокарбамиду и др. Если у близ­нецов по этим признакам различий нет, их считают монозиготными;

3)  достоверным критерием зиготности близнецов является приживляемость кусочков кожи. Установлено, что у дизиготных близ­нецов такая пересадка всегда заканчивается отторжением, в то вре­мя как у монозиготных пар отмечается высокая приживляемость трансплантантов;

4)  метод дерматоглифики заключается в изучении папиллярных узоров пальцев, ладоней и стоп. Эти признаки строго индивидуаль­ны и не изменяются в течение всей жизни человека. Не случайно, что эти показатели используются в криминалистике и судебной медицине для опознания личности и установления отцовства. Сход­ство дерматоглифических показателей у монозиготных близнецов значительно выше, чем у дизиготных.

Близнецовый метод включает также сопоставление групп моно - и дизиготных близнецов по изучаемому признаку. Если какой-либо признак встречается у обоих близнецов одной пары, то она называ­ется конкордантной, если же у одного из них, то пара близнецов называется дискордантной (конкордантность — степень сходства, дискордантность — степень различия).

При сопоставлении моно - и дизиготных близнецов определяют коэффициент парной конкордантности, указывающий на долю близнецовых пар, в которых изучаемый признак проявился у обо­их партнеров. Коэффициент конкордантности выражается в долях единицы или в процентах и определяется по формуле:

С
К = ----- ,

с+д

где С — число конкордантных пар,

Д — число дискордантных пар.

Сравнение парной конкордантности у моно - и дизиготных близ­нецов дает ответ о соотносительной роли наследственности и сре­ды в развитии того или иного признака или болезни. При этом ис­ходят из предположения, что степень конкордантности достоверно выше у монозиготных, чем у дизиготных близнецов, если наслед­ственные факторы имеют доминирующую роль в развитии призна­ка (см. табл. 1).

Таблица 1. Конкордантность некоторых признаков человека у однояйцовых (ОБ) и двуяйцовых (ДБ) близнецов

Признаки	Конкордантность, %
	ОБ	ДБ
Нормальные
Группа крови	100	46
Цвет глаз	99,5	28
Цвет волос	97	23
Папиллярные узоры	92	40
Патологические
Косолапость	32	3
«Заячья губа»	33	5
Врожденный вывих бедра	41	3
Паралитический полиомиелит	36	6
Бронхиальная астма	19	4,8
Корь	98	94
Эпидемический паротит	82	74
Туберкулез	37	15
Дифтерия	50	38
Эпилепсия	67	3
Шизофрения	70	13
Гипертония	70	13
Ревматизм	20,3	6,1

Если значение коэффициента конкордантности примерно близ­ко у монозиготных и дизиготных близнецов, то считают, что разви­тие признака определяется, главным образом, негенетическими факторами, т. е. условиями среды.

Если в развитии изучаемого признака участвуют как генетичес­кие, так и негенетические факторы, то у монозиготных близнецов будут иметь место определенные внутрипарные различия. При этом будут уменьшаться различия между моно - и дизиготными близне­цами по степени конкордантности. В этом случае считают, что к развитию признака имеется наследственная предрасположенность

С помощью близнецового метода выявлено значение генотипа и среды в патогенезе многих инфекционных болезней. Так, при за­болевании корью и коклюшем ведущее значение имеют инфекци­онные факторы, а при туберкулезной инфекции существенное вли­яние оказывает генотип. Исследования, проводимые на близнецах, помогут ответить на такие вопросы, как влияние наследственных и средовых факторов на продолжительность жизни человека, раз­витие одаренности, чувствительность к лекарственным препара­там и др.

В настоящее время близнецовый метод в генетике человека ис­пользуется в сочетании с другими методами генетического анализа.

Тема № 2. Наследственные заболевания человека.

§ 9. Генные заболевания.

Генными называются заболевания, связанные с изменением участков хромосом – генов. Причины заболеваний – генные мутации. Теоретические расчёты показывают, что у человека вся генетическая программа состоит из 3,5 тыс. пар генов. Для реализации свойств и функций организма. Ошибки в генах могут возникать в процессе транскрипции и репликации ДНК. При этом мутация, чтобы быть переданной следующему организму, должна возникнуть в половых клетках.

Как обнаружить генные заболевания?

Для установления наследственной природы генных заболеваний используется генеалогический метод. Один из первых этапов изучения генетики наследственных заболеваний – выявление больного и составление его родословной. Учёного-генетика интересует, имел ли кто-либо из родственников больного данное заболевание или оно появилось впервые? Такая постановка вопроса не праздное любопытство. Учёному необходимо выяснить, что проявилось у больного – новая мутация или старый ген. В зависимости от того или другого прогнозируется риск заболевания потомства не только у поражённого члена семьи, но и у его родственников. Если установлена мутация, то генетик пытается выяснить факторы, обусловившие её возникновение. Однако что же проявляется чаще при наследственном заболевании – новая мутация или старый ген? Академик писал по этому поводу: «Чем ниже уровень здравоохранения, тем большая доля из числа наследственных больных будет определяться новыми мутациями».

Генетический материал человека за время его существования в природе накопил и продолжает накапливать мутации, которые по значению для организма могут быть полезными, безразличными, вредными, летальными. Известно, что человек имеет около 15 летальных генов, которые приводят к смерти в случае их гомозиготности. Установлено, что однажды появившийся летальный ген уже не исчезает из популяции людей. Возникает вопрос, а всегда ли этот ген нежелателен? Такая болезнь, как серповидно-клеточная анемия широко распространена в странах Средней Азии и Африки, где высока частота заболевания малярией. Гомозиготы по доминантному летальному гену серповидно-клеточной анемии погибают в раннем детстве из-за недостатка кислорода, т. к. их эритроциты имеют изменённую форму. Гетерозиготы же по данному гену более устойчивы к малярии, чем гомозиготы по нелетальному гену. Обладатели летального гена серповидно-клеточной анемии, благодаря именно этому гену, защищены от заболевания малярией. Здесь природа оказалась мудра: летальные гены не только не вызывают заболевания, но и могут защищать организм. Генетические ошибки человека играют в его жизни двойную роль – и отрицательную, и положительную.

Аутосомно-доминантное наследование наблюдается в том случае, когда болезнь передаётся от одного из родителей к детям на протяжение ряда поколений. Одним из первых наследственных заболеваний человека, описанным в литературе, была брахидактилия (короткопалость). Эту болезнь можно было обнаружить по состоянию фаланг пальцев. Отклонение от нормы в данном случае не угрожает жизни человека. Но существует ряд аутосомно-доминантных признаков, характеризующихся болезненным проявлением или летальным исходом. Очень опасной является хорея Гартингтона.

Для многих известных доминантных генов характерна различная степень их выраженности. Это явление открыто генетиком Тимофеевым- и получило название экспрессивности (степени выраженности гена в фенотипе). С именем Тимофеева-Ресовского связано и другое открытие – явление пенетрантности – частоты проявления гена в фенотипе. С этих позиций вероятность наследственного заболевания определяется степенью выраженности и частотой проявления генов, вызывающих заболевание. Например, при 100% пенетрантности эффект гена проявляется у всех особей, его имеющих; при 50% - только у половины особей. Таким образом, не каждый носитель аутосомно-доминантного гена должен заболеть. и в 1973 году описано наследование тяжёлого заболевания (несовершенный остеогенез) в одной семье. Болезнь проявилась у ребёнка. Его родители не были поражены этим заболеванием. Однако после длительного рентгеновского обследования родственников стало ясно, что летальный ген, обусловивший болезнь, передаётся от отца, у которого, в отличие от сына, это тяжёлое заболевание не проявилось. Такое поколение, обладающее нереализованным летальным геном, называется проскакивающим.

Аутосомно-рецессивные заболевания.

Иногда у здоровых родителей некоторые дети оказываются больными. Это связано с тем, что оба родителя являются носителями аномального аутосомно-рецессивного гена. По внешнему виду нельзя отличить гетерозиготу по аутосомно-рецессивному гену от нормальной особи. Однако на биохимическом уровне летальный ген, будучи в гетерозиготном состоянии проявляет своё действие. Если у гомозигот (аа) этот ген обуславливает полное отсутствие активности какого-либо фермента и у них диагностируется наследственное заболевание, то у гетерозигот (Аа) активность этого фермента не достигает 100%, но и наследственное заболевание у них не диагностируется. При тщательном клиническом обследовании у гетерозигот всё же модно обнаружить небольшие отклонения от нормы.

Среди аутосомно-рецессивных заболеваний самым распространённым является фенилкетонурия, которая впервые была описана в 1934 г. Феллингом. Это болезнь характеризуется тяжёлыми поражениями нервной системы и выражается в умственной отсталости. По данным разных авторов, в мире до 3% населения является умственно неполноценными. Особенность фенилкетонурии в том, что она проявляется на первом году жизни ребёнка и медленно прогрессирует. Без рано начатого лечения это заболевание делает ребёнка инвалидом, т. к. вызывает отравление клеток мозга. Раннее выявление фенилкетонурии возможно методом массового обследования новорождённых. В нашей стране такое обследование проводилось впервые в 1975 г. в Москве и Ленинграде. Для фенилкетонурии характерно, что аминокислота фенилаланин, поступающая в организм с молоком матери или детским питанием, не превращается в тирозин из-за недостаточной активности фермента. Вскармливанием детей на специфической диете можно предотвратить интоксикацию мозга и последующую инвалидность. Очень важно, чтобы лечение было начато в первые 2 месяца жизни ребёнка. Только в этом случае оно будет эффективным. С чем это связано? и другие учёные-генетики показали, что у больных детей количество фенилаланина в крови изменяется с возрастом: у детей до 3 лет его в 2 раза больше, чем у детей более старшего возраста. Другими словами, наибольшая интоксикация головного мозга наблюдается в младшем возрасте и именно в этом возрасте ребёнок наиболее остро нуждается в лечении. «Лечение» фенилкетонурии начали проводить в 1957 г. К настоящему времени из этих леченых детей выросли уже женихи и невесты. Однако слово «лечение» взято в кавычки не случайно, т. к. дефект гена не исчез, но больному создана такая пищевая среда, что гену нет возможности выйти на фенотип.

Рассмотрим случай: жених здоров, у него нет слабоумия, но гены фенилкетонурии гомозиготны (аа). Если у его невесты нет ни одного гена, обуславливающего фенилкетонурию, то все их дети будут гетерозиготны (Аа), т. е. здоровы. Если же невестой будет девушка, гетерозиготная по этому гену, то в 50% случаев можно ожидать появления больного ребёнка.

Теперь рассмотрим случай, когда «вылеченная» девушка собирается вы1ти замуж и стать матерью. Аминокислота фенилаланин уже не может повлиять на её мозговые клетки, но будет избирательно действовать на мозговые клетки ребёнка, которого она вынашивает. В 1969 г. были описаны беременности женщин, больных фенилкетонурией: 26 беременностей закончились выкидышами, 10 – рождением живых детей. Уровень фенилаланина в крови детей был выше, чем у матери. Дети имели следующие пороки развития: микроцефалию, пороки сердца, умственную отсталость.

Фенилаланин должен быть в повышенных концентрациях и у женщин – гетерозигот. В результате наблюдений было выяснено, что только у 6 из 46 женщин беременность и роды протекали нормально. Таким образом, гетерозиготное носительство, не говоря уже о гомозиготном состоянии – чрезвычайно неблагоприятное явление для беременности и родов.

Заболевания, связанные с аномалиями половых хромосом.

К настоящему времени известно более 200 генов, локализованных в Х-хромосоме. У женщин аномальный ген может находиться в одной или двух Х-хромосомах, у мужчин – только в одной Х-хромосоме. В Х-хромосоме находится ген, вызывающий мышечную дистрофию Дюшена. Болезнь поражает мальчиков в возрасте от 2 до 6 лет, начинаясь с атрофии мышц грудной клетки и поясничной области, позже охватывающей мускулатуру конечностей. Болезнь имеет рецессивный тип наследования. Позднее был обнаружен белок, названный дистрофином, на долю которого приходится 0,002% общего количества белка в нормальных скелетных мышцах. Отсутствие дистрофина у больных учёные связывают с дефектом гена. В результате нарушается кальциевый обмен, активируются ферменты, растворяющие мышцы и подвергающие их фиброзу (затвердеванию).

Аутосомно-доминантные болезни.

Глаукома. Слепота, вызываемая повышенным давлением жидкости в глазу и дегенерацией нервных клеток.

Хорея Гартингтона. Непроизвольные движения лица и конечностей, позже наступают нарушения психики. Симптомы начинают проявляться с 30-40 лет.

Брахидактилия - короткопалость.

Ахондроплазия - карликовость.

Аутосомно-рецессивные заболевания.

Серповидно-клеточная анемия. Развитие хронической анемии и гипоксии с расстройствами кровообращения и тромбозами.

Галактоземия. Вызывается отсутствием фермента, расщепляющего галактозу. Сопровождается развитием катаракты и нарушением психики.

Гидроцефалия. Избыточное накопление жидкости в желудочках мозга, вызывающее физические и психические нарушения.

Болезнь Тея – Сакса. Прогрессивно развивающиеся паралитические явления, нарушения психики, слепота. Смерть в первые 43 года жизни. В 30-50% случаев болезнь проявляется в браках двоюродных братьев и сестёр

Фенилкетонурия. Нарушения в тонусе мышц, уменьшение пигментации кожи, волос, радужной оболочки глаз, умственная отсталость.