Полная версия

Главная arrow География arrow БИОЛОГИЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Введение в генетику человека. Элементы медицинской генетики

Элементы медицинской генетики

Наследственность и изменчивость, которые изучает генетика, являются свойствами всех живых форм нашей планеты. На человека, появившегося на Земле в результате эволюции жизни, распространяются поэтому все общебиологические закономерности, в том числе закономерности наследственности и изменчивости. Изучение генетики человека имеет большое значение для медицинской науки и практического здравоохранения, так как наследственные заболевания составляют значительную долю патологии, особенно детской. Действительно, 4—5 % родившихся в каждом поколении имеют генетически обусловленные отклонения в развитии. Прогноз здоровья будущих детей волнует каждую молодую семью.

3.4.8.1. Особенности человека как объекта генетических исследований

Напомним, что главные закономерности наследования признаков открыты с помощью гибридологического метода, разработанного Менделем. Указанный метод легко осуществим в отношении организмов, которые хорошо скрещиваются в искусственных условиях, дают многочисленное потомство, быстро достигают полового созревания, имеют небольшое число групп сцепления, характеризуются незначительным модифицированием признаков под влиянием условий среды. Перечисленным требованиям удовлетворяют горох, кукуруза, кишечная палочка (бактерия), нейроспора (гриб), мышь, плодовая муха дрозофила и другие растительные и животные организмы. Человек не отвечает практически ни одному из этих требований. Прежде всего в человеческом обществе невозможно организовать искусственный подбор брачных пар исходя из задач генетического опыта. В семьях рождается относительно немногочисленное потомство. Период половой зрелости у человека наступает в возрасте 13—14 лет, в связи с чем смена поколений происходит каждые 25—30 лет. Число групп сцепления равно 23 у женщин и 24 у мужчин. Наконец, для людей характерна значительная фенотипическая изменчивость под влиянием условий среды. Все это делает неприемлемым гибридологический метод для изучения генетических особенностей человека. Вместе с тем большое преимущество человека как объекта для изучения закономерностей наследования и изменчивости признаков заключается в том, что усилиями анатомов, физиологов, биохимиков, иммунологов, врачей и других специалистов фенотип людей изучен гораздо более всесторонне, чем у других организмов, исключая, может быть, некоторые вирусы и микроорганизмы. Невозможность применения гибридологического метода на фоне большого интереса к наследственности человека привела к разработке специальных методов изучения генетики человека.

3.4.8.2. Методы изучения генетики человека.

Медико-генетическое консультирование

Генеалогический метод. Генеалогия — это родословная запись. Метод заключается в построении и анализе родословной человека с целью проследить проявление признака, интересующего генетика, на протяжении возможно большего числа поколений. С помощью метода устанавливают наследуемость признака по его обнаружению у многих членов родословной в разных поколениях, определяют тип наследования — аутосомный или сцепленный с полом, доминантный или рецессивный и т. д. На основании полученных сведений прогнозируют вероятность проявления этого признака в потомстве, что имеет большое значение для предупреждения наследственных заболеваний. На рис. 3.46 приведена родословная, в которой прослеживается на протяжении многих поколений наследование гемофилии. Генеалогическим методом доказано также наследование у человека некоторых форм сахарного диабета, шизофрении.

Наследование гемофилии в царских домах Европы

Рис. 3.46. Наследование гемофилии в царских домах Европы

Близнецовый метод. Основой метода является сравнение пар одно- и двуяйцовых близнецов по интересующему исследователя признаку. При этом имеется в виду, что однояйцовые близнецы генетически одинаковы, так как развиваются из одной зиготы, а разнояйцовые, развиваясь из разных зигот, в генетическом отношении так же разнородны, как обычные братья и сестры. Любые близнецы, как правило, воспитываются в сходных условиях. Поэтому с помощью данного метода устанавливают, в какой мере тот или иной признак обусловлен наследственно и в какой мере его развитие зависит от условий среды. Если параллельное развитие признака в парах однояйцовых близнецов наблюдается чаще, чем в парах разнояйцовых близнецов, это свидетельствует о его наследственной обусловленности. В случае если частота параллельного развития признака существенно не различается в парах одно- и двуяйцовых близнецов, это подтверждает ведущую роль среды в его развитии. Изучение генетически однородных однояйцовых близнецов в случае воспитания их в разных условиях также позволяет выявить степень зависимости формирования различных признаков от среды.

Близнецовым методом подтверждена наследственная обусловленность гемофилии, сахарного диабета, шизофрении. С помощью этого метода обнаружена выраженная предрасположенность к ряду заболеваний: туберкулезу, ревматизму и другим, что означает большую вероятность возникновения этих заболеваний у людей с определенной наследственной конституцией при благоприятных для этого условиях. Наконец, близнецовый метод выявляет третью группу заболеваний, развитие которых практически полностью зависит от факторов среды. К ним относятся корь, скарлатина и многие другие инфекционные болезни. Таким образом, близнецовый метод дает важные сведения, позволяющие в зависимости от соотносительной роли наследственности и условий жизни разрабатывать систему мероприятий по предупреждению заболеваний.

Цитогенетический метод. С помощью цитогенетического метода вопросы наследственности и изменчивости изучаются путем исследования под микроскопом кариотипа человека в норме (рис. 3.47). С помощью этого метода выявляют также хромосомные и геномные мутации, поэтому он широко применяется в клинике как диагностический. Используют метод также при изучении мутагенного действия различных химических соединений и физических факторов, например лекарственных препаратов, инсектицидов, пищевых добавок рентгеновского и радиоактивного излучений. Цитогенетическим методом определяют изменения количества хромосом в кариотипе, что дает возможность, распознавать такие хромосомные заболевания, как синдром трисомии X (рис. 3.48), моногамия по паре половых хромосом — синдром Шерешевского — Тернера (рис. 3.49), синдром Клайнфелтера (рис. 3.50), трисомия по 21-й хромосоме, или синдром Дауна (рис. 3.51). При хромосомных болезнях, как правило, наблюдаются отставание в интеллектуальном развитии, часто бесплодие и различные нарушения развития органов и систем. Многие гетероплоидии у человека несовместимы с жизнью.

Неблагоприятные последствия вызывают и хромосомные мутации. Например, потеря участка одной из 21-х хромосом вызывает тяжелое заболевание крови — хронический миелолейкоз. В настоящее время путем изучения под микроскопом кариотипов клеток околоплодной жидкости выявляют нарушения количества или строения хромосом у развивающегося плода. Это позволяет своевременно поставить диагноз и при необходимости принять меры вплоть до искусственного прерывания беременности.

Хромосомные наборы человека

Рис. 3.47. Хромосомные наборы человека:

I — женщины; II — мужчины; III — схема гаплоидного набора хромосом человека. Латинскими буквами обозначены группы хромосом, а цифрами — их порядковый номер; X и Y — половые хромосомы

Женщина с синдромом трисомии X и набор хромосом при этом нарушении (цифрами обозначены пары хромосом)

Рис. 3.48. Женщина с синдромом трисомии X и набор хромосом при этом нарушении (цифрами обозначены пары хромосом)

Женщина с синдромом Шерешевского — Тернера и набор хромосом при этом нарушении (цифрами обозначены пары хромосом)

Рис. 3.49. Женщина с синдромом Шерешевского — Тернера и набор хромосом при этом нарушении (цифрами обозначены пары хромосом)

Биохимический метод. Метод заключается в определении в крови или моче активности ферментов или содержания некоторых продуктов метаболизма. С помощью данного метода выявляют нарушения в обмене веществ, возникающие при различных патологических состояниях и обусловленные наличием в генотипе неблагоприятного сочетания аллельных генов, например вредных рецессивных аллелей в гомозиготном состоянии. При своевременной диагностике таких наследственных заболеваний профилактические меры позволяют избежать серьезных нарушений развития. Например, тяжелое заболевание фенилкетонурия развивается в случае гомозиготности по рецессивному гену, продукт активности которого участвует в обмене аминокислоты фенилаланина. Нарушение расщепления этой аминокислоты способствует накоплению промежуточных продуктов обмена, которые влияют на развивающуюся нервную систему, приводя к умственной отсталости. При своевременной диагностике и назначении лишенной фенилаланина диеты с самого рождения ребенка удается добиться его нормального развития.

Юноша с синдромом Клайнфелтера и набор хромосом при этом нарушении (цифрами обозначены пары хромосом)

Рис. 3.50. Юноша с синдромом Клайнфелтера и набор хромосом при этом нарушении (цифрами обозначены пары хромосом)

Мальчик с синдромом Дауна и набор хромосом при этом нарушении (цифрами обозначены пары хромосом)

Рис. 3.51. Мальчик с синдромом Дауна и набор хромосом при этом нарушении (цифрами обозначены пары хромосом)

Биохимическим методом можно установить присутствие в генотипе определенного лица рецессивного неблагоприятного гена в гетерозиготном состоянии, который серьезно не изменяет фенотипа данного организма, но при браке его с другим гетерозиготным организмом в 25 % случаев может сформироваться потомство, гомозиготное по этому аллелю, с выраженными нарушениями фенотипа. Известно, что у гетерозигот по гену фенилкетонурии в крови обнаруживается повышенное содержание фенилаланина. Следовательно, используя этот метод, можно с большей точностью предсказать возможность появления потомства с данным заболеванием.

Популяционно-статистический метод. Невозможность применения гибридологического метода в изучении наследственности и изменчивости у человека делает особо ценным популяционно-статистический метод, при котором проявление и наследование признаков изучается в больших выборках — популяциях людей, в одном или нескольких поколениях. В популяционных исследованиях генетики опираются на открытый в 1908 г. закон генетической стабильности популяций. Математик Дж. Харди и врач Г. Вейнберг одновременно пришли к выводу, что при соблюдении определенных условий соотношение аллелей каждого гена в общей совокупности генов (в генофонде) популяции не меняется в ряду поколений. Это проявляется в поддержании постоянного соотношения между разными гено- и фенотипами в ряду поколений организмов данной популяции (подробнее см. 4.3.1). Выявление распространенности тех или иных признаков (заболеваний) в популяциях людей и применение закона генетической стабильности дает возможность выяснить характер наследования отдельных признаков, установить роль среды и наследственности в их развитии, определить частоту встречаемости различных аллелей и гетерозигот в популяции.

С помощью описанных методов и на их основе в настоящее время у человека изучено более 2000 нормальных и патологических признаков, более или менее выяснен характер их наследования, разработаны методы выявления и предупреждения ряда наследственных заболеваний.

Указанные методы широко применяются в медико-генетических консультациях, куда обращаются люди с отягощенной наследственностью с целью выяснить вероятность появления аномального потомства, а в случае беременности — с целью ранней диагностики возможных отклонений в наследственном материале плода и предотвращения рождения ребенка с наследственной патологией. Знание закономерностей наследования патологических признаков и правильная диагностика заболевания с помощью перечисленных методов позволяет врачу-генетику достаточно точно предсказывать вероятность рождения детей с этими признаками у конкретных супружеских пар. Развиваются методы пренатальной диагностики. Например, получение при амнио- центезе околоплодной жидкости, содержащей клетки плода, и исследование их цитогенетическим, биохимическим и другими методами позволяют диагностировать многие наследственные заболевания, связанные с хромосомными перестройками, геномными и даже некоторыми генными мутациями. Установление на ранних сроках беременности отклонений в наследственном материале у развивающегося плода нередко является показанием для искусственного прерывания беременности, что предупреждает появление детей с серьезными наследственными заболеваниями.

Таким образом, разработка и широкое применение различных методов изучения генетики человека, развитие медико-генетического консультирования позволяют лучше понять природу наследственных заболеваний, характер их наследования и выяснить вероятность появления в будущих поколениях наследственной патологии, а также быстрее диагностировать и раньше начать лечение больных. Основной задачей медико-генетического консультирования остается работа по профилактике наследственных болезней в потомстве.

3.4.8.3. Типы наследования признаков у человека

Для прогнозирования здоровья людей будущих поколений важно знать общие закономерности наследования признаков у человека, а также типы наследования отдельных признаков. У человека различают два главных типа наследования признаков, обусловленные расположением соответствующих генов в аутосомах или половых хромосомах: аутосомное и сцепленное с полом наследование. Альтернативные варианты признаков наследуются по доминантному или рецессивному типу, описаны случаи промежуточного наследования и кодоминиро- вания. В связи с неприемлемостью гибридологического метода критерии, на основании которых делается заключение о типе наследования у человека, иные.

Аутосомно-доминантное наследование. Согласно генеалогическому методу, этот тип наследования характеризуется равной вероятностью развития доминантного варианта признака у лиц обоих полов и обязательным проявлением его в каждом поколении одной родословной. В браках доминантных гомозигот (АА) с любым генотипом (АА, Аа, аа) все потомство имеет доминантный вариант признака (в случае 100 %-ной пенетрантности). В браках между гетерозиготами (Аа х х Аа) при полном доминировании 75 %, а при неполном доминировании лишь 25 % потомков имеют доминантный вариант признака в фенотипе. Наконец, в браках гетерозигот с рецессивными гомозиготами (Аа х аа) 50 % потомства являются носителями доминантного варианта признака. Таким образом, при наличии хотя бы у одного родителя доминантного признака последний с разной вероятностью проявляется во всех последующих поколениях (рис. 3.52). Некоторые отклонения возможны при неполной пенетрантности признака, что зависит от генотипа в целом и условий развития организма. По аутосомно- доминантному типу наследуются такие признаки, как карий цвет глаз, курчавые волосы, способность свертывать язык в трубочку, ахондроплазия — недоразвитие трубчатых костей в связи с нарушением их роста в длину (рис. 3.53), многопалость конечностей — полидактилия.

Аутосомно-доминантное наследование хондродистрофической

Рис. 3.52. Аутосомно-доминантное наследование хондродистрофической

карликовости:

затемненные квадраты и кружки соответствуют членам родословной — носителям данного признака

Больные ахондроплазией. Аутосомно-доминантный признак

Рис. 3.53. Больные ахондроплазией. Аутосомно-доминантный признак

Аутосомно-рецессивное наследование. Особенности данного типа наследования обусловлены тем, что признак проявляется только у гомозигот (аа). Наследуемые таким образом признаки в равной мере обнаруживаются у мужчин и у женщин, но не в каждом поколении одной родословной. Нередко рецессивный вариант признака развивается у потомства родителей, которые сами его лишены. Вместе с тем тщательное изучение родословной устанавливает наличие признака в предыдущих поколениях.

Такое «проскакивание» признака через поколения характерно для рецессивного наследования. Интересно отметить, что частота появления рецессивного потомства существенно повышается при близко- родственных браках. Это объясняется тем, что у родственных организмов более вероятно присутствие в генотипах одинаковых рецессивных аллелей, объединение которых в генотипе потомства дает рецессивный вариант признака в фенотипе (рис. 3.54). Многие наследственные болезни передаются по рецессивному типу. Поэтому при близкородственных браках чаще появляется болезненное, ослабленное потомство. По аутосомно-рецессивному типу у человека наследуется голубой цвет глаз, гладкие волосы, неспособность свертывать язык в трубочку (рис. 3.55), нарушение обмена фенилаланина при фенилкетонурии, альбинизм — отсутствие пигмента в коже, радужке и волосах.

Аутосомно-рецессивное наследование прогрессивной миопатии в семье с частыми родственными браками

Рис. 3.54. Аутосомно-рецессивное наследование прогрессивной миопатии в семье с частыми родственными браками

Х-сцепленное рецессивное наследование. Рассмотрим данный тип наследования на примере таких заболеваний человека, как гемофилия (нарушение свертываемости крови) и дальтонизм (красно-зеленая слепота). Гены, обусловливающие эти заболевания, расположены в Х-хромосоме и не имеют аллельных генов в Y-хромосоме (рис. 3.56). Для таких признаков характерна большая частота встречаемости их у мужчин и меньшая — у женщин. Например, дальтонизмом страдает около 6 % мужчин и только 0,5 % женщин. Кроме того, этот тип наследования отличается перекрестной передачей признака между полами, при этом женский пол чаще бывает носителем рецессивного аллеля без его фенотипического проявления, а у мужчин этот аллель, как правило, проявляется через поколение (рис. 3.57).

Рецессивный признак отсутствия способности свертывать язык

Рис. 3.55. Рецессивный признак отсутствия способности свертывать язык

в трубочку:

А — доминантный признак — способность свертывать язык в трубочку;

Б — рецессивный признак — отсутствие такой способности

Гомологичные и негомологичные локусы половых хромосом

Рис. 3.56. Гомологичные и негомологичные локусы половых хромосом

человека (схема):

а — X-хромосома: заштрихованы локусы, отсутствующие в Y-хромосоме (красно-зеленая слепота, гемофилия, атрофия зрительного нерва); б — Y-хромосома: заштрихованы локусы, отсутствующие в X-хромосоме (перепонки между пальцами, «волосатые уши»). Незаштрихованные участки хромосом соответствуют гомологичным локусам

Х-сцепленное рецессивное наследование цветовой слепоты

Рис. 3.57. Х-сцепленное рецессивное наследование цветовой слепоты

(дальтонизм):

X — хромосома, несущая рецессивный ген дальтонизма, подчеркнута. Черные значки — больные дальтонизмом

Х-сцепленное доминантное наследование. Этот тип наследования характеризуется более частым проявлением доминантного варианта признака у женщин, так как они, имея две Х-хромосомы, получают соответствующий ген и от отца, и от матери. Мужчины получают этот ген только от матери. Таким путем наследуются некоторые формы рахита (рис. 3.58).

Х-сцепленное доминантное наследование рахита, не поддающегося лечению витамином D (черными значками обозначены больные)

Рис. 3.58. Х-сцепленное доминантное наследование рахита, не поддающегося лечению витамином D (черными значками обозначены больные)

Y-сцепленное наследование. Такое наследование отличается передачей признака из поколения в поколение по мужской линии. При полной пенетрантности гена у всех сыновей развивается соответствующий отцовский признак (рис. 3.59). Так у человека наследуется признак волосатости ушной раковины, перепонки между пальцами.

Y-сцепленное наследование перепонки между пальцами ног, встречающейся исключительно у мужчин. Члены родословной с указанной аномалией обозначены черными значками

Рис. 3.59. Y-сцепленное наследование перепонки между пальцами ног, встречающейся исключительно у мужчин. Члены родословной с указанной аномалией обозначены черными значками

Цитоплазматическая наследственность. Ранее были рассмотрены типы наследования признаков, развитие которых у человека обусловливается генами, располагающимися в хромосомах. Другими словами, речь шла о типах хромосомной, или ядерной, наследственности. Обнаружены также примеры цитоплазматической наследственности у человека. По такому типу наследуется тяжелый порок развития — раздвоенный позвоночник.

Знание типа наследования признака делает возможным прогнозирование вероятности появления потомства с определенным фенотипом. Например, в генотипе человека имеется ген, определяющий образование в организме белка-антигена, известного под названием «резус-фактор».

При наличии доминантного аллеля этого гена (Rh) в генотипе в организме образуется резус-фактор. У рецессивных гомозигот по этому гену (rh rh) резус-фактор не синтезируется. Среди европейцев примерно 86 % людей резус-положительны, а 14 % — резус-отрицательный. Таким образом, в браки могут вступать люди с разным по этому гену генотипом, что не всегда безразлично для потомства. Если в брак вступают резус-отри- цательная женщина (rh rh) и резус-положительный мужчина (Rh rh или Rh Rh), то с вероятностью от 50 до 100 % развивается резус-положительный плод (рис. 3.60). На резус-антиген такого плода, проникающий в конце беременности через плаценту в организм матери, в последнем вырабатываются антитела. При первой беременности это неопасно, так как количество антител невелико. Однако при повторном введении резус-антигена организм матери будет реагировать массовой выработкой антител. Вот почему при повторной беременности резус-отрица- тельной матери резус-положительным плодом развивается резус-конфликт, при котором страдает плод, так как антитела матери, образуемые в большом количестве к концу беременности, проникают в его кровоток и разрушают эритроциты. В итоге развивается желтуха новорожденных, которая может привести к гибели ребенка. В данном случае знание закономерностей наследования этого признака у человека и генотипов матери и отца позволяет предвидеть возможность развития резус-конфликта и принять меры, предупреждающие гибель новорожденного.

Наследование резус-фактора у человека и болезнь крови

Рис. 3.60. Наследование резус-фактора у человека и болезнь крови

у новорожденных:

А — отец — носитель гена Rh; Б — мать резус-отрицательная (rh rh);

В — первая беременность, антиген Rh входит в материнский кровоток и вызывает образование резус-антител (косая штриховка), их недостаточно — и ребенок рождается нормальным (Г); Г — вторая беременность, мать дополнительно иммунизирована плодом Rh, резус-антитела входят от матери в кровоток плода и реагируют с его эритроцитами — плод погибает (2)

3.4.8.4. Изменчивость у человека Модификационная изменчивость. Модификационная изменчивость у человека, как и у представителей других видов, определяется условиями его жизни, которые обеспечивают реализацию полученной им наследственной информации в пределах нормы реакции. Данные близнецового метода, устанавливающие различия между генетически одинаковыми однояйцовыми близнецами, развивающимися в разных условиях, подтверждают модификации многих признаков у человека. Особенности модификационной изменчивости у человека связаны с наследованием и развитием у него признаков, выделяющих его из царства животных: способность к трудовой деятельности, интеллект, моральные качества. Очевидно, что каждый человек наследует свойственные людям черты строения тела, руки, центральной нервной системы. Кроме того, особенностями генотипа объясняется различная способность людей к разным формам деятельности, что обусловливает появление особо одаренных людей в области науки и искусства и т. д. Однако полноценным членом общества человек становится только в процессе воспитания, обучения, освоения трудового и интеллектуального наследия человечества. Вот почему в процессе развития и формирования человека важно учитывать необходимость создания оптимальных условий для осуществления всех возможностей, заложенных в его наследственном материале.

Мутационная изменчивость. Человек характеризуется такой же, как и другие виды, средней частотой возникновения генных мутаций. Она колеблется от 1СНдо 10"6на ген за поколение. Если общее число генов у человека составляет ~ 3 • 104, то при средней частоте мутирования отдельного гена, равной 10~5 на поколение, в каждом гаплоидном наборе генов лиц одного поколения возникает 3—4 новые мутации.

Нередко генные, хромосомные и геномные мутации проявляются у человека в виде различных патологических признаков и состояний, называемых заболеваниями. Большинство новых мутаций являются неблагоприятными и снижают жизнеспособность организма, поэтому наследственные заболевания редко наблюдаются у взрослых. Они приводят к гибели организма на более или менее ранних стадиях индивидуального развития. Установлено, что от 20 до 40 % самопроизвольных выкидышей у человека и около 6 % мертворождений являются следствием грубых нарушений в наследственном материале организмов. Эти цифры убедительно свидетельствуют об отрицательной роли мутаций, частота которых в значительной мере определяется дозой мутагенных факторов, неуклонно повышающейся в результате производственной деятельности человека. Вот почему в настоящее время важное значение приобретают мероприятия, направленные на охрану окружающей среды от загрязнения ее различными химическими отходами производства, продуктами радиоактивного распада и другими мутагенами.

Все большее значение приобретают исследования, направленные на поиски средств, обладающих антимутагенным свойством. Это, как правило, соединения, нейтрализующие мутаген до его реакции с молекулой ДНК или снимающие повреждения молекулы ДНК. В радиобиологии для защиты биологических систем от повреждения ионизирующим излучением в качестве протекторов применяются соединения тиолового ряда (цистеин и его производные), различные серосодержащие соединения (аммония дитиокарбамид, тиомочевина, диметил- сульфоксид), соединения с выраженной фармакологической или токсикологической активностью (триптамин, гистамин, серотонин) и др. Эти соединения могут быть использованы не только как радиопротекторы, но и как антимутагены против химических мутагенов. Наиболее универсальными соединениями, оказывающими антимутагенное действие, являются цистеин, цистамин, глутатион, серотонин, спермин и другие полиамины, а также предшественники нуклеиновых кислот. Особую роль приобретают в настоящее время антимутагены, которые могут быть использованы в качестве пищевых добавок и антимута- генных лекарств. Имеются данные об антимутагенном эффекте ряда витаминов, что может иметь значение в профилактике возникновения мутаций, обусловленных спонтанным мутагенезом, а также в борьбе с последствиями индуцированного мутагенеза.

Комбинативная изменчивость. Ведущим фактором, определяющим полиморфизм человеческих популяций, является комбинативная изменчивость. Фенотипическое отличие потомков от родителей в значительной мере зависит от возникновения новых сочетаний генов в их генотипе в процессе оплодотворения родительских гамет. Высокий уровень комбинативной изменчивости у человека обусловлен большим количеством генов (десятки тысяч), которые объединены в 23 группы сцепления. Их эффективная рекомбинация в мейозе и при оплодотворении составляет основу генетического разнообразия представителей одного и того же поколения и разных поколений людей. Об этом необходимо помнить, когда речь идет о наследственных заболеваниях у человека. Еще в 30-х годах XX века генетик С. Н. Давиденков впервые поставил вопрос о клиническом полиморфизме наследственных болезней, определяемом их генетической гетерогенностью. Он впервые начал проводить медико-генетическое консультирование, основанное на знании генетических основ развития и наследования наследственных заболеваний.

к к к

Изучение наследственности и изменчивости человека не может производиться традиционным гибридологическим методом. Поэтому были разработаны специальные методы, такие, как генеалогический, близнецовый, цитогенетический, биохимический, популяционно-статистический и др. С помощью этих методов в настоящее время у человека выявлено и описано около 2000 различных нормальных и патологических признаков, установлен тип наследования многих из них. Наибольшее значение имеет изучение патологических наследственных признаков, позволяющее разрабатывать методы диагностики и предупреждения наследственных заболеваний. Немаловажное значение имеет научно обоснованное прогнозирование вероятности появления пораженного генетическим заболеванием потомства в семьях, неблагополучных по наследственной патологии. Для этого необходимо знать тип наследования соответствующего признака.

Различают следующие главные типы наследования признаков у человека: а) аутосомно-доминантный; б) аутосомно-рецессив- ный; в) Х-сцепленный доминантный; г) Х-сцепленный рецессивный; д) Y-сцепленный. Каждый из них характеризуется определенными особенностями, выявляющимися при анализе родословных, и обусловливает большую или меньшую вероятность проявления признака в следующем поколении.

Изучение наследственности и изменчивости человека делает возможным научно обоснованный подход к разработке системы социальных мероприятий, направленных на формирование гармонично развитой личности, полноценного члена общества.

Вопросы для самоконтроля

  • 1. Чем характеризуются «удобные» для генетических исследований биологические объекты?
  • 2. Каковы особенности человека как объекта генетических исследований?
  • 3. Какие методы применяются для изучения генетики человека?
  • 4. В чем суть и каковы возможности генеалогического метода?
  • 5. В чем суть и каковы возможности близнецового метода?
  • 6. В чем суть и каковы возможности цитогенетического метода?
  • 7. В чем суть и каковы возможности биохимического метода?
  • 8. В чем суть и каковы возможности популяционно-статистического метода?
  • 9. Какими особенностями характеризуется аутосомно-доминантный и ауто- сомно-рецессивный типы наследования?
  • 10. Какими особенностями характеризуется сцепленное с полом наследование: Х-сцепленное доминантное и рецессивное и У-сцепленное?
  • 11. Какими причинами обусловлен полиморфизм человеческих популяций?

Практическое занятие № 5

Тема: методы изучения наследственности и изменчивости у человека. Генеалогический метод.

Цель занятия:

  • 1) ознакомиться с основными приемами составления родословных;
  • 2) на примере родословных, приведенных в пособии, научиться анализировать их;
  • 3) научиться определять по родословным тип наследования признаков и генотипы членов родословной.

Задание 1. Ознакомьтесь с основными обозначениями, используемыми в генеалогическом методе, и с принципами составления родословных (см. рис. 3.46).

Задание 2. На примере родословных (см. рис. 3.46, 3.52, 3.54, 3.57, 3.58, 3.59), демонстрирующих различные типы наследования признаков у человека, научитесь выявлять особенности распределения в родословной лиц — носителей признака, который наследуется по типу: а) аутосомно-доминантному; б) аутосомно-рецессивному; в) Х-сцепленному доминантному; г) Х-сцепленному рецессивному; д) У-сцепленному.

Задание 3. Ознакомьтесь с основными приемами решения задач с родословными.

Для анализа родословных прежде всего необходимо выяснить тип наследования признака, обозначенного штриховкой. Если признак с одинаковой частотой встречается у мужчин и у женщин — членов данной родословной, это свидетельствует об аутосомном типе наследования. Если признак встречается преимущественно у представителей какого-то одного пола, это говорит о сцепленном с полом типе наследования.

При Х-сцепленном рецессивном наследовании признак проявляется у женщин гораздо реже, чем у мужчин. У последних он проявляется через поколение. При Y-сцепленном наследовании признак проявляется из поколения в поколение только по мужской линии.

Если признак одного из родителей проявляется у большинства потомков в ряду поколений, это свидетельствует о его доминантности. В случае если признак проявляется у потомков, а у родителей отсутствует, он является рецессивным, так как в противном случае у рецессивных родителей появилось бы доминантное потомство, чего, как правило, быть не может.

Выяснив тип наследования признака, укажите генотипы всех членов родословной с рецессивным признаком. В случае Х-сцепленного наследования сразу можно расставить генотипы всех мужчин в родословной в соответствии с их фенотипом. В дальнейших рассуждениях при выяснении генотипов остальных членов родословной руководствуйтесь тем, что при аутосомном наследовании рецессивное потомство получает свои рецессивные аллели от обоих родителей, а рецессивные родители передают свои рецессивные аллели всему потомству. При Х-сцепленном наследовании отец передает свой Х-сцепленный ген только дочерям, а сыновья получают его всегда от матери. При Y-сцепленном наследовании у женщин отсутствует соответствующий ген и они не могут передать его своим детям, зато мужчина — носитель этого гена — передает его всем своим сыновьям.

Решая родословные, необходимо помнить, что иногда вследствие отсутствия данных генотипы отдельных членов родословных остаются неустановленными.

Задание 4. Определите тип наследования и укажите генотипы представителей следующих родословных:

Практическое занятие № 6

Тема: методы изучения наследственности и изменчивости у человека. Цитогенетический метод.

Цель занятия:

  • 1) ознакомиться с основными приемами составления кариограмм человека;
  • 2) освоить приемы анализа кариограмм;
  • 3) ознакомиться с методом определения полового хроматина. Научиться приготавливать временный препарат для изучения полового хроматина у человека.

Задание 1. Ознакомьтесь с методом изучения кариотипа человека, с приемами составления его кариограмм.

Кариотип человека можно изучать в культуре лейкоцитов периферической крови. В норме эти клетки не способны к митозу, однако, воздействуя на них таким веществом, как фитогемагглютинин (ФГА), стимулируют их деление. Разрушая с помощью другого вещества — колхицина веретено деления, делящиеся клетки останавливают в метафазе митоза, когда хромосомы максимально спирализованы. После изготовления мазка и окраски препарата с него делают микрофотографию. Вырезают отдельные хромосомы и подбирают их по парам на основе сходства в размерах и форме, составляют систематизированный кариотип (см. рис. 3.55).

Кроме обычных методов окраски нередко применяют специальные методы, позволяющие более точно подбирать хромосомные пары не только по размеру и месту расположения центромеры, но и по распределению специальных красителей, которое одинаково в гомологичных хромосомах. Систематизированный кариотип, в котором хромосомы расположены парами в порядке убывания их размеров и разбиты на группы в соответствии с их формой, называется кариограммой. В кариотипе человека 22 пары аутосом и одна пара половых хромосом. В кариограммах их располагают отдельно в правом нижнем углу или Х-хромосому включают в группу С, а У-хромосому — в группу G.

Составление кариограмм и их изучение позволяет выявить нарушение строения отдельных хромосом, а также изменение их числа в кариотипе человека.

Задание 2. Рассмотрите микропрепарат «Кариотип человека в культуре лейкоцитов». Зарисуйте отдельные формы хромосом из этого кариотипа (равноплечие, неравноплечие, палочковидные), различающиеся местом расположения центромеры.

Задание 3. Изучите фотографии нормальных кариограмм человека. Дайте заключение о половой принадлежности на основании анализа пары гетерохромосом и о числе хромосом в кариотипе. В качестве примера может быть использован рис. 3.55.

Задание 4. Рассмотрите кариограммы, полученные от больных с наследственными заболеваниями (см. рис. 3.56, 3.57, 3.58, 3.59). Обратите внимание на общее число хромосом в кариотипе, количество хромосом в отдельных парах или группах. Определите характер отклонений от нормы (моно- или трисомия). Определите пол больного по кариограмме.

Задание 5. Ознакомьтесь с методом определения полового хроматина и его назначением при цитогенетических исследованиях.

Для определения пола и наследственных заболеваний, связанных с изменением числа половых хромосом, нередко используют метод выявления полового хроматина. Он основан на обнаружении в ядрах клеток сильно окрашивающегося тельца, располагающегося обычно под ядерной оболочкой (рис. 3.61). Это тельце содержит нуклеиновые кислоты и образуется в клетках женщины за счет одной из Х-хромосом, которая становится генетически неактивной. Благодаря такой инактивации в клетках женского организма достигается та же доза генов Х-хромосомы, что и в мужском, у которого в норме лишь одна Х-хромосома. Таким образом, в клетках мужчины в норме функционируют гены единственной генетически активной Х-хромосомы, что объясняет отсутствие в них полового хроматина. В клетках нормальной женщины две Х-хромосомы, однако на определенной стадии онтогенеза одна из них инактивируется, образуя тельце полового хроматина. Поэтому в норме в клетках женщины под оболочкой ядра обнаруживается одно тельце полового хроматина.

Наличие и отсутствие полового хроматина в ядрах клеток слизистой оболочки рта женщины и мужчины. У женщины (9) половой хроматин имеет вид темного тельца (указано стрелкой)

Рис. 3.61. Наличие и отсутствие полового хроматина в ядрах клеток слизистой оболочки рта женщины и мужчины. У женщины (9) половой хроматин имеет вид темного тельца (указано стрелкой)

При наличии в кариотипе человека избыточных Х-хромосом в ядрах клеток обнаруживают столько телец полового хроматина, сколько лишних Х-хромосом в кариотипе. Например, при синдроме Клайнфел- тера у мужчин с кариотипом XXY одно тельце полового хроматина, а с кариотипом XXXY — два. При синдроме Шерешевского — Тернера в кариотипе женщины имеется всего одна половая хромосома, и половой хроматин у такой женщины не обнаруживается.

Половой хроматин можно выявить в любых клетках организма. Наиболее простым является изучение с этой целью эпителиальных клеток слизистой оболочки полости рта.

Задание 6. Приготовьте и изучите препарат полового хроматина в клетках эпителия полости рта.

Протрите марлевой салфеткой внутреннюю поверхность щеки, затем сделайте соскоб шпателем, перенесите полученный материал на предметное стекло, нанесите каплю ацеторсеина на полученный при соскобе материал, наложите сверху покровное стекло так, чтобы под ним не оставалось пузырьков воздуха, и удалите избыток красителя фильтровальной бумагой. Через 1—2 мин рассмотрите препарат под микроскопом (ув. 900). Найдите окрашенное в розовый цвет ядро эпителиальной клетки. Просмотрите несколько таких ядер и постарайтесь обнаружить в них расположенное вблизи ядерной оболочки оптически плотное тельце полового хроматина, или тельце Барра, образуемое инактивированной Х-хромосомой. С помощью этого метода достаточно быстро устанавливается количество Х-хромосом в кариотипе человека.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>