Полная версия

Главная arrow Прочие arrow Биология: генетика. Практический курс

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ОСНОВЫ ГЕНЕТИКИ ЧЕЛОВЕКА

Человек является объектом изучения ряда наук: социологии, психологии, педагогики, философии, экологии, медицины, биологии, в частности генетики. Генетика как частная биологическая наука изучает механизмы наследственности и изменчивости признаков человека как биосоциального объекта. Рассматривая эти вопросы, она, в свою очередь, подразделяется на ряд разделов с блоками частных задач (дидактическая таблица VI. 1). Значимость всех разделов очевидна, так как решение этих задач позволит обеспечить охрану здоровья человека, сохранить генофонд, создать эффективные способы и методы лечения ряда заболеваний, повысить эффективность процессов воспитания и обучения, регулировать социальное поведение людей в обществе.

Человек, как и любой объект живой природы, представляет собой мозаику признаков и свойств, которые обеспечивают ему жизнедеятельность на клеточном, органном, организменном уровнях организации целостной системы. Признаки и свойства есть результат реализации генетической программы при совместном действии с социальной программой при большом влиянии факторов окружающей среды.

Генетическая программа представлена совокупностью генов ядра и митохондрий, материальных носителей наследственности на клеточном уровне. Хромосомы, входящие в состав ядра и содержащие 3,2 млрд пар оснований ДНК, является основным носителем генетической информации на субклеточном уровне организации и выполняют еще такие функции, как реализация генетической информации в результате воздействия индукторов — факторов как внешней, так и внутренней среды; распределение генетической информации во время деления клетки, а значит, во время размножения организма.

Кариотип (совокупность хромосом вида) человека представлен 46 хромосомами (44 аутосомы и 2 половые хромосомы) и соответствует всем правилам хромосом: постоянство количественного состава, парность, индивидуальность, непрерывность, как результат ауторепродукции, в основе которой лежит процесс репликации ДНК по полуконсер- вативной схеме. Аутосомы — хромосомы, содержащие информацию о соматических признакам и свойствах, а также вторичных признаках полового диморфизма. Половые хромосомы (X, У) содержат генетическую информацию о первичных признаках полового диморфизма, а также о некоторых соматических признаках и определяют формирование вторичных признаков полового диморфизма и пол человека в целом согласно хромосомной теории определения пола (дидактическая таблица VI.2). Пол человека — признак сложный по своей организации и определяется не только сочетанием половых хромосом, в которых локализованы гены, отвечающие за формирование половых систем (мужской и женской), но также рядом других факторов, таких как физикальные, социально-психологические детерминанты. К генетическим детерминантам относится ген, локализованный в Х-хромосоме, при реализации генетической программы которого синтезируется белок, определяющий формирование ранней гонады, а в 7-хромосоме ген, белок которого обеспечивает развитие медуллярного слоя гонады в мужские половые органы (дидактическая таблица VI.3).

Дидактическая таблица VI. 1

Классификация генетики человека как науки

Хромосомная теория определение пола человека

Следует также помнить, какие соматические признаки локализованы в половых хромосомах, так как они, согласно законам Моргана, передаются, сцеплено с полом. Так, в Х-хромосоме к настоящему времени установлена локализация свыше 200 генов, в том числе генов, отвечающих за такие признаки, как дальтонизм (цветовая слепота), гемофилия, атрофия зрительного нерва, витамино-Д-резистентный рахит, гипоплазия зубов, фолликулярный кератоз, миопатия Дюшена и др. В 7-хромосоме локализованы так называемые голандриче- ские признаки, информация о которых до сих пор вызывает некоторые сомнения. Долгое время считалось, что синдактилия относится к голандрическим признакам, но в настоящее время есть доказательство, что это аутосомный признак. В литературе указываются такие голандрические признаки, как гипертрихоз (волосяная мочка уха) и фактор дикобраза. Впервые случай регистрации признака «фактор гипертрихоза» произошел в 1716 г. в Англии, когда у здоровых родителей родился сын Эдвард Ламберт, у которого в возрасте 7—8 недель кожа стала темнеть и покрываться щетиной длиной 2,5 см. В семье у Эдварда родилось 6 сыновей, которые имели такую же кожу. В 6 последующих поколениях этот признак проявлялся у мальчиков и не встречался у девочек.

Несмотря на генные различия половых хромосом, в мейозе они конъюгируют благодаря парным сегментам, в которых локализованы гены, отвечающие за такие признаки, как общая цветовая слепота, пигментная ксеродерма, болезнь Огучи, спастическая параплегия, пигментный ретинит, судорожные расстройства и др. Эти признаки называют неполными или частично сцепленными с полом, так как они могут передаваться как сХ-, так и с 7-хромосомой.

Хромосомы отличаются по морфологическому строению (расположением центромеры на теле, длиной плеч, размерам) и по дифференциальной окраске, на основании чего в 1960 г. была разработана Денверская, а в 1971 г. — Парижская классификация. Согласно Денверской классификации хромосомы были систематизированы по принципу их строения — размера и формы (метацентрическая, субметацентри- ческая, акроцентрическая, телоцентрическая, спутничковая), в семь групп, которые обозначили латинскими буквами алфавита, а каждую пару хромосом — арабской цифрой по порядку, начиная с самой крупной по размеру (рис. VI.1). При систематизации хромосом использовали центромерный индекс, отражающий отношение длины короткого плеча к длине всей хромосомы (в %). Короткое плечо обозначали латинской буквой р, длинное — q.

В основу Парижской классификации был положен принцип дифференцированной окраски, согласно которому, хромосомы отличаются количеством и чередованием эухроматиновых (светлые сегменты релаксированной ДНК) и гетерохроматиновых (темные сегменты высокоспирализованной ДНК) участков. Сегменты нумеруются по порядку от центромеры. Количество сегментов на каждом плече различное. Если известна локализация гена, то ее записывают в таком порядке: номер хромосомы, индекс плеча, номер сегмента, например: 2q31 — ген, обусловливающий синдром Элерса — Данлоса, заболевание соединительной ткани с поражением кожи, суставов; 4р16.3 — ген, обусловливающий симптомы хореи Гентингтона; 4р15.3 — ген, несущий информацию о синтезе фермента дигидроптеридинредуктазы, в результате нарушения структуры которого проявляются симптомы фенил кетонурии.

VI.1. Кариограммы (систематизированный набор хромосом) нормальных кариотипов женщины и мужчины, рутинная окраска

Рис. VI.1. Кариограммы (систематизированный набор хромосом) нормальных кариотипов женщины и мужчины, рутинная окраска

Краткая характеристика хромосом приведена в таблице VI.4 по данным, представленным в работах Прокофьевой-Бельговской и Гринберга (1970), Фогель и Мотульски (1989). Как видно из таблицы, хромосомы групп хорошо различаются друг от друга, внутри группы различия затруднены при обычном окрашивании и только лишь при использовании Q- и G-окрашивания различия проявляются.

Одна хромосома ядра в зависимости от размеров содержит от 50 х х 106до250 х 106 пар нуклеотидов. Геном человека, обусловливающий признаки и свойства вида, приблизительно составляет 3,5 х 109 пар нуклеотидов ДНК, материального носителя наследственности на молекулярном уровне [Као F.-T., 1985].

Следует отметить, что в соответствии с современными представлениями геном человека состоит из 25 хромосом, 22 из которых — аутосомы, 2 половые хромосомы и одна — митохондриальная. Около 5 % ДНК присутствует в митохондриях, цитоплазматических органеллах, которых насчитывается в каждой клетке порядка 1000, а в каждой митохондрии около 10 кольцевых митохондриальных хромосом, сходных с хромосомами бактерий. Таким образом, в клетке присутствует около 1000 копий митохондриальных хромосом.

Кратка характеристика хромосом

Группа

Номер

Длина

Центро-

мерный

индекс

Характеристика

Относит., %0

Абсолют., мк

А

1

83

10,5

48—49

Крупная, метацентрическая, в проксимальной части длинного плеча вблизи центромеры обнаруживается вторичная перетяжка.

2

82

10,5

38—40

Крупная, субметацентрическая, реплицирует относительно поздно.

3

65

8,3

45—46

Крупная, почти на 20 % короче 1-й хромосомы, метацентрическая

В

4—5

62

7,7

24—30

Большие, субметацентри- ческие, плохо различаются при обычном окрашивании. Рисунки распределения сегментов различны

С

6

56

7,2

27—35

Средняя, субметацентрическая.

7, X

53

6,8

39

Средние, субметацентриче- ские. X-хромосома значительно варьирует по длине, поздно реплицирует по сравнению с другими этой группы.

8

44

5,7

39—40

Средняя, субметацентрическая.

9—12

45

5,8

29—36

Средние, субметацентриче- ские, в 9-й хромосоме в проксимальной части длинного плеча часто обнаруживается вторичная перетяжка. Рисунок сегментации 11-й и 12-й хромосом сходен, при этом хромосома 11-я более метацентрическая, чем 12-я

D

13—15

33

4,2

15

Средние, акроцентрические, все имеют спутники. Длина проксимальных участков коротких плеч варьирует. Длинные плечи четко различаются по Q- и G-сегментам

Группа

Номер

Длина

Центре-

мерный

индекс

Характеристика

Относит., %о

Абсолют., мк

Е

16

28

3,6

40—41

Мелкая, метацентрическая, ее длина составляет чуть более одной трети длины 1-й хромосомы. В длинном плече редко обнаруживается вторичная перетяжка.

17

27

3,5

34

Мелкая, субметацентрическая. Реплицирует рано.

18

25

3,2

29

Мелкая, субметацентрическая, на 5—10 % меньше 17-й хромосомы и имеет более короткое длинное плече. Реплицирует поздно

F

19—20

23

2,9

43—46

Мелкие, субметацентрические, различаются только при дифференцированной окраске

Y

22

2,8

18

Мелкая, но больше, чем хромосомы группы G. Акроцентри- ческая. Хроматиды длинного плеча лежат параллельно одна другой. Центромера видна не четко, размер длинного плеча варьирует. Отличается большей пикнотичностью

G

21, 22

18

2,3

13—33

Мелкие, акроцентрические, легко различаются по рисунку сегментации

Геном — это понятие, которое используется для обозначения полной генетической системы клетки, определяющей характер онтогенетического развития организма и совокупность всех его функциональных признаков и свойств. Геном определяется как генетическая информация, заключенная в ДНК одной гаплоидной клетки. Однако имеются данные, что не вся ДНК связана с информационными функциями. В связи с этим геномы эукариот следует рассматривать как мультигеномные симбиотические конструкции, состоящие из облигатных — структурных и факультативных локусов, — повторяющихся участков ДНК, псевдогенов, онкогенов и других элементов. Так, около 35 % всей ДНК умеренно повторяется, 10 % — повторяется 100 000 раз в форме копий, 8 % — повторяется 500 000 раз. Класс высокоповторяющейся ДНК получил название сателлитной ДНК, которая располагается преимущественно в центромерных, теломерных и гетерохроматиновых районах хромосом. Так, например, около 40 % длинного плеча 7-хромосомы составляет семейство последовательностей, тан- демно повторяющихся более 3000 раз и не найденных в других хромосомах.

Только лишь 10—15 % генома человека представлено уникальными последовательностями структурных генов. Современное понятие гена включает не только транскрибируемую область — экзоны и интроны, но также фланкирующие последовательности — лидерную, предшествующую началу гена, и хвостовую нетранслируемую область. Гены человека в основном имеют прерывистую структуру, т. е. относительно короткие кодирующие участки — экзоны, чередуются с длинными — интронами. И если, согласно классическим представлениям, ген — это локус хромосомы, мутации которого реализуются на уровне фенотипа, то с позиций молекулярной биологии, ген — это регуляторная последовательность молекулы ДНК, соответствующая определенной единице транскрипции.

Считается, что средние размеры гена человека составляют примерно от 10 до 30 тыс. пар нуклеотидов. Однако эта величина может варьировать от нескольких десятков до миллионов пар нуклеотидов. Согласно последним данным, самый маленький ген (ген МСС-7) представлен 21 парой нуклеотидов [Gonzales-Pastor J. Е. et. at, 1994], а самый большой — 2,2 млн пар нуклеотидов (ген дистрофина). Исходя из размера генома и среднего размера одного гена общее число генов, по предварительным данным, может составлять порядка 100 000 [Gilbert W., 1992]. При подсчете генов по доле транскрибируемой части генома эта величина значительно уменьшается и составляет 20 000 генов [Wagner R. et. at, 1994].

Гены, согласно положениям хромосомной теории наследственности, располагаются линейно, образуя группы сцепления. Принадлежность к хромосомам, взаимное расположение относительно друг друга устанавливаются при построении генетических карт во время цитогенетического анализа. На первом этапе построения генетических карт проводят кариотипирование хромосом с использованием методов дифференцированной окраски. Первый ген, который был картирован в 1911 г. на Х-хромосоме, это ген цветной слепоты. В 1968 г. был картирован первый аутосомный ген. К 1973 г. было картировано 64 гена, а к 1994 г. — свыше 60 000 маркерных ДНК-последовательностей, в том числе 5000 структурных генов. Это стало возможно благодаря новейшим технологиям цитогенетического метода.

Огромный вклад в систематизацию и обобщение информации о генетических картах хромосом человека внесен коллективом университета Джона Хопкинса в Балтиморе под руководством профессора В. Мак-Кьюсика. Результаты этой работы публикуются в энциклопедиях под названием «Менделевское наследование у человека: каталог человеческих генов и генетических болезней». Так, в последнем издании этой энциклопедии представлена информация о 6678 картированных менделирующих локусах, из них 4458 генов с аутосомно- доминантным типом наследования, 1730 с аутосомно-рецессивным, 412 — локализовано в Х-хромосоме, 19 — в У хромосоме и 59 — в митохондриальной ДНК. Для более чем 2800 генов определена функция. С моногенными заболеваниями связано 770 локусов, а общее число нозологических форм, для которых гены картированы, включает 933 заболевания.

Итак, геном — это совокупность генов гаплоидного набора хромосом клетки определенного вида, но в отличие от генотипа он не определяет признаки и свойства индивида. Индивидуальность каждого человека определяется типом и характером взаимодействия аллелей одного гена и аллелей разных генов генотипа. В зависимости от этого типа условно выделяют следующие типы наследования признаков: моноген- ное, полигенное, сцепленое наследование, как следствие образования групп сцепления генов.

Моногенное наследование — это наследование признаков согласно закономерностям, описанным Менделем. Этот тип наследования, в свою очередь, условно можно подразделить на аутосомное и гоносом- ное. Но менделевские законы характерны только для признаков, за развитие которых отвечают аллели, расположенные в аутосомах, с полной пенетрантностью и постоянной экспрессивностью. Если гены локализованы в половых хромосомах в неконъюгирующих, специфичных участках или в одной хромосоме, т. е. сцеплено, или в ДНК органоидов, то результаты в наследовании их не будут соответствовать законам Менделя. При этом следует помнить, что аллели, несущие информацию о признаке или свойстве организма, взаимодействуют по типу полного, неполного доминирования, кодоминирования, сверхдоминирования.

В основе полигенного наследования признаков лежит взаимодействие генов с эффектами комплементарность, супрессия, полимерия. А в результате множественного действия генов (способности одного гена оказывать воздействие на несколько признаков одновременно) формируются так называемые плейотропное наследование признаков.

Сцепленое наследование признаков предполагает совместную передачу этих признаков как следствие того, что гены, отвечающие за их развитие, образуют группу сцепления в каждой паре аутосом, а также в половых хромосомах. Соответственно, выделяют аутосомно- сцепленое и гоносомно-сцепленое наследование, последний, в свою очередь, подразделяется на Х-сцепленое и 7-сцепленое (голандриче- ское). В зависимости от расстояния между генами сцепление может нарушаться биологически закономерным процессом, происходящим в профазу первого мейотического деления, кроссинговером. Примеры некоторых признаков с указанием системы их наследования приведены в таблице VI.5.

Типы наследования некоторых признаков человека

Тип наследования

Морфологический

признак

Наследственное

заболевание

Аутосомно-доминантный, моногенный

Белый локон, габсбургская губа, ямочки на щеках, свободная мочка уха, щель между резцами, мохнатые брови, нависшее верхнее веко, склонность к ожирению и др.

Полидактилия, талас- семия, брахидактилия, цистинурия, арахнодак- тилия, катаракта, аката- лаземия, близорукость, ахондроплазия, серповидноклеточная анемия, хорея Гентингтона и др.

Аутосомно-рецессивный,

моногенный

Леворукость, мягкие ногти, прямая форма носа, поседение после 40 лет, зубы при рождении, продолговатое лицо и др.

Алкоптонурия, болезнь Тея — Сакса, галак- тоземия, альбинизм, муковисцидоз, фенилке- тонурия, болезнь Вильсона — Коновалова и др.

Гоносомный, неполный, моногенный

Пигментная ксеродерма, болезнь Огучи, полная слепота, спастическая параплегия и др.

Сцепленный сХ-хромосомой, моногенный

Почернение эмали зубов (гипоплазия)

Гемофилия, дальтонизм, атрофия зрительного нерва, миопатия Дюшена и др.

Полигенный с эффектом комплементарности

Цвет глаз, слух, синтез интерферона

Полигенный с эффектом полимерии

Интеллектуальное развитие, вес, рост, цвет кожи и волос, и др.

Полигенный с эффектом эпистаза

Бомбейский синдром

Плейотропный

Синдром Марфана

Для каждого типа наследования признаков и свойств человека, в том числе и наследственных заболеваний, характерны определенные признаки (критерии).

  • Аутосомно-доминантный тип наследования:
    • 1 — изучаемый признак или больные встречаются в каждом поколении;
    • 2 — признак есть у родителей и их детей или больной ребенок у больных родителей;
  • 3 — признак встречается в равной степени у мужчин и женщин дли болеют в равной степени мужчины и женщины;
  • 4 — проявление признака (болезни) наблюдается в вертикальной и горизонтальной части родословной;
  • 5 — вероятность наследования 100 %, если хотя бы один родитель гомозиготен, 75 %, если оба родителя гетерозиготны и 50 %, если один родитель гетерозиготен.

Следует подчеркнуть, что вышеперечисленные признаки будут проявляться только при полном доминировании, при неполном доминировании у потомков будет проявляться промежуточная форма наследования, при неполной пенетрантности гена больные могут быть не в каждом поколении.

  • Аутосомно-рецессивный тип наследования:
    • 1 — в восходящей части родословной обычно нет сибсов с изучаемым признаком или нет больных с аналогичной патологией;
    • 2 — ребенок с изучаемым признаком или больной ребенок (гомозигота) рождается у родителей, не имеющих этот признак, или здоровых родителей (гетерозигот);
    • 3 — признак проявляется в равной степени у обоих полов или болеют в равной степени мужчины и женщины;
    • 4 — проявление признака наблюдается в горизонтальной части родословной;
    • 5 — вероятность наследования 25 %, если оба родителя гетерозиготы, 50 %, если один родитель гетерозиготен, а второй гомозиготен по рецессивному признаку и 100 %, если оба родителя рецессивные гомозиготы. Чаще всего вероятность наследования болезни аутосомно- рецессивного типа составляет 25 %, так как вследствие тяжести заболевания такие больные либо не доживают до детородного возраста, либо не вступают в брак.
  • Х-сцепленный рецессивный тип наследования:
    • 1 — изучаемый признак или больные появляются не в каждом поколении;
    • 2 — признак проявляется у детей от родителей, не имеющих этот признак, или больной ребенок рождается у здоровых родителей;
    • 3 — признак проявляется в основном у мужчин или болеют преимущественно мужчины;
    • 4 — проявление признака (болезни) наблюдается преимущественно в горизонтальной части родословной;
    • 5 — вероятность наследования у 25 % всех детей, в том числе у 50 % мальчиков.
  • Х-сцепленный доминантный тип наследования сходен с ауто- сомно-доминантным, за исключением того, что мужчина передает этот признак только дочерям, сыновья получают от отца 7-хромосому.
  • Голандрический тип наследования:
    • 1 — признак или заболевание проявляется во всех поколениях;
  • 2 — признак характерен только для мужчин или болеют только мужчины;
  • 3 — от отца с изучаемым признаком все сыновья с этим признаком или у больного отца больны все его сыновья;
  • 4 — вероятность наследования у мальчиков 100 %.

Наследственные заболевания (НЗ) есть результат изменения генетической информации на разном уровне ее организации. Следовательно, причиной наследственных патологий являются перестройки генетической информации на уровне генна, хромосомы, кариотипа, а причиной мутаций, в свою очередь, являются факторы различной природы (дидактическая таблица VI.6). К основным факторам, обусловливающим развитие патологий на генетическом уровне, относятся экологические, среди которых широко распространены ксенобиотики — вещества химической природы, вызывающие изменения репликационных, репарационных, рекомнационных и прочих процессов на субклеточном уровне. В связи с этим прогрессивно развивается частная генетическая наука — экогенетика, задача которой заключается в определении на мутагенность и канцерогенность как части общей токсикологической проверки средовых факторов, продуктов питания, веществ, применяемых в быту, сельском хозяйстве, веществ техногенного характера (см. таблицу VI. 1). Выявление генетической обусловленности специфического и побочного действия лекарств является предметом еще одного раздела генетики человека — фармогене- тики, которая также должна обеспечивать сохранение здоровья человека, определяя причину метаболических нарушений, возникающих вследствие использования лекарственных препаратов.

Медицинская и клиническая генетики человека изучает вопросы патогенеза, клиники, диагностики, профилактики и лечения наследственных обусловленных патологий (см. табл. VI.1), руководствуясь при этом классификацией наследственных заболеваний (дидактическая табл. VI.7). Прежде всего следует отметить, что наследственные заболевания относятся к группе врожденных аномалий, которые возникают в результате нарушений эмбрионального развития организма под действием факторов внешней среды.

Наследственные болезни могут передаваться из поколения в поколение, но не это основная причина, по которой дано название. Главная причина, как уже указывалось, это то, что при наследственной патологии происходит нарушение материального носителя наследственности на любом уровне его организации вследствие мутаций. Эти болезни чаще всего приводят к смерти, т. е. устраняются естественным отбором, но мутации легко могут возникать заново, поэтому болезни так широко встречаются.

В связи с причиной, обусловливающей НЗ, они подразделяются, как правило, на две группы — это хромосомные болезни (ХБ), генные болезни (ГБ), которые, в свою очередь, подразделяются на моногенные (МТБ) и полигенные (ПГБ).

Причины возникновения мутаций у человека

Классификация наследственных заболеваний

ХБ — это заболевания, причиной которых является изменение копийности генетической информации (синдром Дауна, синдром Эдварса, синдром Патау, синдром Клайнфельтера и др.) или хромосомные аберрации (синдром «кошачьего крика», синдром Вольфа-Хиш- хорна, синдром Орбели и др.). МТБ возникают вследствие изменения структуры генов, которые несут информацию о признаках, свойствах организма, передача которых из поколения в поколение подчиняется менделевским законам. Поэтому среди них выделяют как самостоятельные группы заболевания аутосомно-доминантного типа (синдром Марфана, полидактилия, ахондроплазия, хорея Гентингтона и др.), аутосомно-рецессивного (фенилкетонурия, галактоземия, муковисци- доз, болезнь Тея — Сакса, альбинизм и др.), Х-сцепленные доминантные (витамин Д-резистентный рахит, коричневая окраска эмали зубов и др.), Х-сцепленные рецессивные (гемофилия, синдром Леша-Нихана, миопатия Дюшена, ихтиоз и др.). Согласно концепции Бидла и Тайтума «один ген — один фермент» все признаки и свойства организма представляют результат биохимических процессов, которые управляются наследственными факторами (генами). Следовательно, изменение структуры гена влечет изменение структуры фермента, который контролирует определенную биохимическую реакцию, вследствие которой формируется признак или свойство организма. В связи с этим эту группу заболеваний еще называют молекулярными, наследственными болезнями обмена веществ {энзимопатиями). Очень часто выделяют как самостоятельную группу НЗ болезни с наследственным предрасположением, которые еще определяют как полигенные (мулътифактори- алъные) болезни, связанные с нарушением взаимодействия нескольких генов и факторов окружающей среды (эпилепсия, шезофрения, атеросклероз, гипертония, псориаз, бронхиальная астма, нефриты, язвы и др.).

Кроме этой классификации широко используется ряд других классификаций наследственных заболеваний, например, по этиологическому принципу, по органному и системному принципу.

Всю информация о механизмах наследственности и изменчивости нормальных признаков и патологий человека получают с помощью специальных методов: близнецовый, генеалогический, популяционностатистический, цитогенетический, иммунологический, биохимический. С развитием электронной микроскопии и молекулярной генетики появились более современные методы генетики человека: метод молекулярной цитогенетики, метод ДНК-зондовой диагностики, которые позволяют проводить диагностику по дефектному гену путем анализа с помощью полиморфизма длины рестрикционных фрагментов.

С целью диагностики наследственных заболеваний до рождения ребенка сформировалась система методов пренатальной диагностики, которая направлена прежде всего на сохранение генофонда, решения ряда этических проблем, связанных со здоровьем нескольких поколений одной родословной. Она позволяет прогнозировать здоровье будущего ребенка в семьях с «отягощенной» наследственностью в I-II триместре беременности, т. е. когда возможно абортирование плода при обнаружении патологии. Таким образом, речь идет не об излечении больного ребенка, а о предупреждении рождения ребенка с патологией. На современном этапе развития этой системы методов возможна регистрация всех хромосомных заболеваний, большинства врожденных пороков, энзимопатий, при которых установлен биохимический дефект.

Основными показаниями для таких исследований являются:

  • 1) наличие наследственного заболевания в обеих или одной семье;
  • 2) недифференцированная олигофрения (слабоумие);
  • 3) привычные выкидыши и мертворождения;
  • 4) множественные врожденные пороки развития у первого ребенка;
  • 5) бесплодие мужчины;
  • 6) нарушения менструального цикла у женщин;
  • 7) возраст матери свыше 35 лет, отца свыше 40 лет;
  • 8) наличие структурных перестроек хромосом у одного или обоих родителей;
  • 9) гетерозиготность обоих родителей по одной паре аллелей ауто- сомно-рецессивного заболевания;
  • 10) беременность из зоны повышенной радиоактивности, тератогенного длительного воздействия;
  • 11) беременные женщины, которые лечились от фенилкетонурии с повышенным уровнем фенилаланина, с повышенным уровнем альфа- фетопротеина в сыворотке крови, оказывающими повреждающие действие на развивающийся плод.

Методы пренатальной диагностики подразделяют на прямые и непрямые. Так, к непрямым методам относятся акушерско-гинекологические, метод анализа сыворотки крови на альфо-фетопротеин, т. е. методы исследования беременной женщины. Методы прямого исследования устанавливают наличие патологии у плода и, в свою очередь, подразделяются на неинвазивные без хирургического вмешательства (ультрасонография), и инвазивные с нарушением целостности тканей (хорионбиопсия, амниоцентез, фетоскопия).

Определение алъфа-фетопротеина (АФП)

Материалом для исследований служит амниотическая жидкость или сыворотка крови беременной женщины. Определяется уровень концентрации альфа-фетопротеина, неконъюгированного эстриола, хорионического гонадотропина, который повышается в случае дефектов невральной трубки, анэнцефалии, гидроцефалии, спинномозговых грыжах, атрезиях пищевода и двенадцатиперстной кишки, врожденных дефектов кожи, внутриутробной гибели плода и при многоплодной беременности. Снижение концентрации АФП отмечается при хромосомных патологиях (синдромы Дауна, Эдварса, Патау и др.). Следует помнить, что повышенное содержание АФП наблюдается и при заболеваниях самой беременной женщины, это, в частности, опухоль печени, тератокарцинома яичников, хронический гепатит, цирроз и др.

Наиболее оптимальные сроки диагностики — 15—18 недель беременности. При нормальном течении беременности АФП в крови беременной отсутствует. Максимальное повышение концентрации при наличии патологии достигает 400 мг/мл. Фиксация нарушения содержания АФП в крови требует произведения повторных анализов, а также УЗИ с целью исключения двойни.

Ультразвуковое исследование (УЗИ, ультрасонография, эхография)

Метод направлен на изучение расположения плаценты и строения плода с помощью звуковых волн высокой частоты, которые отражаются от поверхности раздела двух сред, отличающихся различной плотностью, что, в свою очередь, обеспечивает появление изображения на экране электронно-лучевой трубки.

Сроки проведения исследования — 14—27 недель беременности, причем, по общему мнению, этот метод безопасен, следовательно, продолжительность и частота применения не ограничена.

Метод позволяет диагностировать близнецовую беременность, анэнцефалию, гидроцефалию, микроцефалию, дефекты костной системы и невральной трубки, атрезию желудочно-кишечного тракта, пороки ряда внутренних органов. Следует отметить, что разные формы пороков диагностируются в разные сроки беременности. Так, анэнцефалия устанавливается на 16-й неделе беременности, а гидроцефалия гораздо позже.

Хорионбиопсия

Материалом для исследования служит эпителий ворсинок хориона, который берется трансцервикально (через канал шейки матки) под контролем ультрасонографии при сроке 7—10 недель беременности. Полученный материал используют для последующего цитогенетического, биохимического исследований и анализа ДНК.

С помощью этого метода выявляются наследственно-обусловленные патологии, причиной которых стали все виды мутаций (генные, хромосомные, геномные). Так, благодаря этому методу описано более 100 болезней нарушения обмена веществ (галактоземия, гликогенозы, цитруллинемия, метилмалоновая ацидемия, болезнь Тея — Сакса, гипо- фосфатазия и др.).

Амниоцентез

Материалом является амниотическая жидкость в количестве 20—30 мл, взятая транабдоминально из матки тонкой иглой (пункция) при сроке беременности 14—16 недель. Пункция берется под контролем ультразвукового исследования. Цитогенетическому и биохимическому анализу подвергаются клетки плода, которые отделяются от амниотической жидкости, выращиваются в культуральной среде в течение 2-х недель, затем по специальной методике приготавливаются пластинки с метафазными хромосомами и определяется кариотип плода. Также исследуется биохимический состав клеток, определяется количество АПФ, 17-оксипрогестерона, проводится ДНК-диагностика. Таким образом, с помощью амниоцентеза можно диагностировать все хромосомные аберрации, все болезни, сцепленью с Х-хромосомой, около 80 наследственных дефектов обмена веществ, дефекты незара- щения нервной трубки. Именно этот метод позволяет диагностировать такие сложные формы энзимопатии, как болезнь Тея — Сакса, синдром Леша-Нехана, мукополисахаридозы, гликогенозы, порфирии и др.

Следует отметить, что и при биопсии хориона, и при амниоцентезе возможны осложнения со стороны матери и ребенка. Наиболее серьезные — гибель плода с последующим спонтанным абортом. Также возможны такие осложнения, как подтекание околоплодных вод, приводящие к маловодию или спонтанным родам, травмирование плода иголкой и инфицирование полости матки, приводящее к выкидышу.

Фетоскопия

Визуальное наблюдение плода в полости матки с помощью специального прибора — фетоскопа, который представляет собой эластический зонд, оснащенный оптической системой. Фетоскоп вводится в полость амниона через брюшную стенку под местным обезболиванием при сроке беременности 18—22 недели. Этот метод рекомендуется для диагностики врожденных пороков конечностей, лица, ахондроплазий. С помощью фетоскопа осуществляется биопсия кожи плода, позволяющая диагностировать ихтиоз, буллезный эпидермолиз, а также осуществляется взятие пробы крови плода с целью диагностирования гемоглобинопатий, эритроцитарных энзимопатий, различных иммуно- дефицитных состояний, а также синдрома фрагильной Х-хромосомы.

Процедура в 5—10 % случаев приводит к выкидышам.

Современные методы пренатальной диагностики постоянно совершенствуются и используют молекулярно-генетические подходы, которые позволяют констатировать факт гетерозиготности по патологическому гену. ДНК-диагностика является наиболее точной методикой определения нарушений на молекулярном уровне.

Все методы генетики человека направлены на охрану генофонда этого вида и детальное изучение его генома, что, в свою очередь, позволит решить ряд проблем, связанных со здоровьем человека.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>