Выделяют 6 основных типов наследования признаков.

При аутосомно-доминантном типе наследования признак:

а) встречается в равной мере у мужчин и женщин;

б) при достаточной численности потомства прослеживается в каждом

поколении по вертикали.­
При аутосомно-рецессивном типе наследования признак:

а) встречается в равной мере у мужчин и женщин;

б) проявляется не в каждом поколении по вертикали.

При доминантном Х-сцепленном типе наследования признак чаще встречается у женщин в связи с большей возможностью получения ими соответствующего аллеля либо от отца, либо от матери. Женщины с доми­нантным признаком передают его в равной степени дочерям и сыновьям, а мужчины - только дочерям.

При рецессивном Х-сцепленном типе наследования признак:

а) преимущественно проявляется у гемизиготных мужчин, которые
наследуют его от матерей-носительниц;

б) проявляется не в каждом поколении (обычно наследуется через
поколение от деда к внуку по материнской линии);

в) у женщин проявляется только в гомозиготном состоянии.

При У-сцепленном (голандрическом) типе наследования признак пе­редается строго по мужской линии из поколения в поколение, от отца к сыну.

 

При цитоплазматическом (митохондриальном) типе наследования признак:

а) встречается с одинаковой частотой у обоих полов;

б) передается потомкам только от матери.

Примерами митохондриальных генных болезней у человека являются атрофия зрительного нерва Лебера, одна из форм несращения остистых отростков позвонков, митохондриальные миопатии.

К цитогенетическим методам исследования относятся:

1. Микроскопическое изучение кариотипа человека в норме и при патоло­гии на стадии метафазы митоза (метафазный метод);

2. Микроскопические методы определения X и У-полового хроматина в интерфазных клетках эпителия слизистой ротовой полости или в нейтрофилах (интерфазный метод).

В первом случае в зависимости от задач исследования материалом для ци-тогенетического метода могут служить лимфоциты периферической крови, клетки костного мозга, фибробласты, клетки эмбриональных тканей, хо­риона, клетки амниотической жидкости. Их выращивают в культуре на специальных питательных средах с добавлением фитогемагглютинина (ФГА), который стимулирует митотическое деление; за 1-2 часа до фикса­ции обрабатывают колхицином, разрушающим ахроматиновое веретено и останавливающим клеточное деление на стадии метафазы; затем помеща­ют в гипотонический раствор, в котором клетки набухают, в результате че­го хромосомы оказываются свободно лежащими в цитоплазме. Клеточную суспензию фиксируют смесью метанола и уксусной кислоты, наносят на чистые предметные стекла и окрашивают либо рутинно (метод окраски по Гимзе), либо дифференциальными красителями. Фотографирование метафазных пластинок и последующая обработка фотографий с составлением кариограмм, в которых хромосомы распределены по группам, позволяет установить общее число хромосом и обнаружить изменение их числа или структуры в отдельных парах.

Метафазный метод хромосомного анализа применяется:

1. в диагностике хромосомных болезней, связанных с изменением числа и/или структуры хромосом;

2. в дифференциальной диагностике новообразований (лейкозы, солидные опухоли);

3. для изучения хромосомного мутагенеза (учет хромосомных мутаций) при проверке факторов окружающей среды на мутагенность;

4. в пренатальной диагностике (определение нарушений кариотипа у пло­да или пола плода).

В последнем случае используют следующие методические приемы:

• амниоцентез - чрезбрюшинный прокол плодного пузыря на 15-18-ой неделе беременности с целью получения околоплодной жидкости и на­ходящихся в ней слущенных клеток амниона и плода;

• кордоцентез - взятие крови их пуповины на 18-22-ой неделе беремен­ности;

• хорионбиопсия - взятие кусочков ворсин хориона на 7-10-ой неделе бе­ременности. Во всех трех случаях клетки культивируют для получения метафазных пластинок и анализируют кариотип плода.

Интерфазный метод хромосомного анализа используется в экспресс-диагностике численных аномалий по половьм хромосомам.

Для обнаружения У хромосомы используются специальные флюорес­центные красители, дающие свечение при люминисцентной микроскопии.

Для выявления X хромосом используется метод определения полового хроматина в клетках слизистой щеки. Метод основан на том, что в интерфазньгх ядрах соматических клеток нормальной женщины одна из двух X хромосом неактивна (гетерохроматинизирована) и при окрашивании выяв­ляется в виде компактной хроматиновой глыбки, называемой половым хроматином или тельцем Барра; в ядрах нормальных мужских клеток по­ловой хроматин, естественно, отсутствует. Если в организме несколько X хромосом, то активна - одна, а остальные обнаруживаются в виде допол­нительных телец Барра. Поэтому по количеству телец Барра можно судить о количестве X хромосом: число X хромосом (Nx) всегда на единицу боль­ше числа телец полового хроматина (Nб): Nx=Nб+1

Биохимические методы в генетике человека используются для диаг­ностики наследственных болезней обмена веществ. Они направлены на выявление аномальных белковых продуктов генов или патологических ме­таболитов внутри клетки и во внеклеточных жидкостях больного. Объектами биохимической диагностики могут быть моча, пот, плазма и сыво­ротка крови, форменные элементы крови. Биохимические методы много­ступенчаты и включают не менее двух этапов:

1. первичная диагностика;

2. уточняющая диагностика.

На первом этапе используются простые качественные биохимические тесты, получившие название «просеивающих», которые позволяют из большого количества детей отобрать подозрительных на наличие у них конкретных болезней обмена веществ. На втором этапе эти больные под­вергаются более углубленному и точному обследованию, позволяющему либо отвергнуть предполагавшийся на первом этапе диагноз, либо оконча­тельно его подтвердить. В уточняющей диагностике используются методы тонкослойной хроматографии мочи и крови (выявление наследственных нарушений обмена аминокислот и мукополисахаридов); газовой хромато­графии (выявление наследственных болезней обмена органических ки­слот); электрофореза (диагностика гемоглобинопатий), флюориметрии.

Самую большую группу среди наследственных болезней обмена ве­ществ составляют болезни аминокислотного обмена (более 60). К числу этих заболеваний относится фенилкетонурия (ФКУ), встречающаяся с час­тотой 1/10 000 рождений. Она наследуется по аутосомно-рецессивному типу и обусловлена мутацией структурного гена фенилаланингидроксилазы. Из-за резкого снижения активности этого фермента у больных наруше­но превращение фенилаланина в тирозин. Накапливающиеся в результате этого метаболиты повреждают развивающийся мозг, что приводит к выра­женной умственной отсталости (характерными клиническими симптомами заболевания являются также судорожный синдром, нарушение пигментно­го обмена, склонность к дерматитам, специфический «мышиный» запах фенилуксусной кислоты). Если ФКУ диагностировать сразу после рожде­ния, то специальная диета, ограничивающая потребление фенилаланина, может предотвратить умственную отсталость. Поэтому во всех развитых странах мира и в России проводится массовый скрининг новорожденных на фенилкетонурию.

Основным биохимическим маркером всех форм ФКУ является увели­чение концентрации фенилаланина в плазме крови. Поэтому биологическим материалом для просеивающей диагностики фенилкетонурии являются высушенные на хроматографической бумаге пятна капиллярной крови новорожденных, которые пересылают в централизованные биохимические лаборатории. В таких лабораториях в пятнах крови определяют количество фенилаланина методом количественной флюориметрии.

В случае положительного результата проводится уточняющая биохимическая диагностика с применением методов тонкослойной хроматографии сывороточных аминокислот.

Кроме этого массовый скрининг новорожденных на ФКУ осуществля­ется и иммуноферментным анализом.

Программы массового скрининга новорожденных осуществляются так­же в отношении врожденного гипотиреоза, врожденной гиперплазии над­почечников, галактоземии и муковисцидоза. Основная цель этих программ - раннее выявление наследственного заболевания на доклинической (досимптоматической) стадии и организация своевременного профилакти­ческого лечения.

Самостоятельная работа

Работа 1. Используя таблицы, разобрать принципы и значение генеалогического метода, научиться составлять родословные.

Работа 2. На рис. 1 дана родословная семьи с близорукостью. Перене­сите рисунок в альбом, проанализируйте данные родословной и определи­те:

1.тип наследования признака;

2.вероятные генотипы членов родословной;

3.вероятность рождения больных детей в семье от брака 3 и 6.

 

Рис. 1. Родословная семьи с близорукостью

Работа 3. На рис. 2 дана родословная семьи с врожденной глухо­той. Перенесите рисунок в альбом. Определите:

1. тип наследования признака;

2. вероятные генотипы членов родословной;

3. вероятность рождения здоровым 3-го ребенка от брака 3 и 7;

4. вероятность рождения больных детей от брака 11 и 12.

 

Рис. 2. Родословная семьи с врожденной глухотой

Работа 4. Проанализируйте родословную семьи с гемофилией (рис. 3).

Определите:

1. тип наследования признака;

2. вероятные генотипы членов родословной;

3. вероятность рождения больных и здоровых детей от брака 1 и 2; 5 и 9.

 

Рис. 3. Родословная семьи с гемофилией.

Работа 5. Для закрепления материала по составлению и анализу родословных решите следующие задачи:

Задача № 1. Пробанд - женщина правша. Ее две сестры - правши, два брата - левши. Мать - правша. У нее два брата и сестра, все правши. Бабка и дед - правши. Отец пробанда - левша, его сестра и брат - левши, другие два брата и сестра - правши. Составьте родословную.

Задача № 2. Пробанд - здоровая женщина. Ее сестра также здорова, а два брата страдают дальтонизмом. Мать и отец пробанда здоровы. Четыре сестры матери пробанда здоровы, мужья их также здоровы. О двоюродных сибсах со стороны матери известно: в одной семье один больной брат, две сестры и брат - здоровы, в двух других семьях - по одному больному брату и по одной здоровой сестре; в четвертой семье - одна здоровая сестра. Ба­бушка пробанда со стороны матери здорова. Дед страдал дальтонизмом. Со стороны отца пробанда больных дальтонизмом не обнаружено. Опре­делите у пробанда вероятность рождения ребенка с дальтонизмом, если она выйдет замуж за здорового мужчину.

Работа 6. Используя таблицы, разобрать принципы и возможности цитогенетических методов исследования в генетике человека.

 

Работа 7. Определение полового хроматина в ядрах клеток слизи­стой щеки.

Обкусайте слизистую оболочку щёки и сполосните рот водой. Сде­лайте легкий соскоб слизистой оболочки щеки шпателем, после чего из полученного материала приготовьте мазок на предметном стекле. Для фиксации препарата опустите его на 5-10 минут в стеклянный стакан со смесью спирта и эфира. По окончании фиксации покрасьте препарат орсеином, накройте покровным стеклом и рассмотрите под микроскопом с иммерсионным объективом.

В поле зрения увидите эпителиальные клетки слизистой оболочки с хорошо прокрашенными ядрами. В последних можно заметить половой хроматин в виде крупных хроматиновых глыбок, прилегающих к ядерной оболочке и имеющих форму овала, зубчика или диска.

Зарисуйте препарат. На рисунке должны быть обозначены: 1) цито­плазма клетки; 2) ядерная оболочка; 3) половой хроматин.

 

Работа 8. Используя таблицы и схемы, разобрать принципы и зна­чение биохимических методов в диагностике наследственных болезней. Записать в альбом генетические причины, клинические симптомы и мето­ды диагностики фенилкетонурии.

 

Задание для внеаудиторной работы студентов:

А) Вопросы для подготовки к занятию:

1. Основные направления генетики человека.

2. Генетика человека и евгенические программы.

3. Типы и варианты наследования признаков.

4. Методы изучения наследственности человека: генеалогический, цитогенетический, биохимический: их сущность, возможности и значение.

5. Хромосомный механизм генетического определения пола.

 

В) Используя генетические символы, составьте родословную своей семьи по любому признаку (3-4 поколения): например, по признаку цвета глаз (карие – голубые).

Литература:

Основная:

1. Биология. В 2 кн. Кн. 1: Учеб. Для медиц. Спец. Вузов / В. Н. Ярыгин, В.И. Васильева, И.Н. Волков, В.В. Синельщикова; Под ред. В.Н. Ярыгина - М., Высш. Шк., 2007. Разд. 6.3, 6.4.3.1., 6.4.3.6-3.7., 6.4.4.

2. Биология. В 2 кн. Кн. 1: Учеб. Для медиц. Спец. Вузов / В. Н. Ярыгин, В.И. Васильева, И.Н. Волков, В.В. Синельщикова; Под ред. В.Н. Ярыгина - М., Высш. Шк., 2001. Разд. 6.3, 6.4.3.1., 6.4.3.6-3.7., 6.4.4.

3. Лекции по биологии.

Дополнительная:

1. Биология (под редакцией Н. Чебышева). М., ВУНМЦ, 2001.

2. Бочков Н.П. Клиническая генетика. М., Гэотар-Мед, 2002.

 

 

Тема 2.Близнецовый и популяционно-статистический методы ге­нетики человека. Метод дерматоглифики.

Цель: Познакомиться с близнецовым и популяционно-статистическим методами и методом дерматоглифики изучения наследственности человека; научиться определять роль наследственности и среды в формировании признака на основе данных близнецового метода; научиться определять частоту генотипов в популяции людей, а также число гетерозиготных но­сителей патологического признака.

В результате изучения материала студенты должны:

Знать:

1. Этапы близнецового метода, его возможности и значение в генетике человека;

2. Роль наследственности и среды в формировании патологических признаков человека;

3. Значение и возможности метода дерматоглифики для диагностики наследственных заболеваний и криминалистики.

4. Возможности и значение популяционно-статистического метода в генетике человека;

5. Закон Харди-Вайнберга и его применение для определения генетической структуры человеческих популяций.

Уметь:

1. Оценить роль среды и генотипа в формировании признака на основе анализа данных близнецового метода;

2. Решать задачи на определение генетической структуры популяций человека.

Вопросы для обсуждения

1. С какой целью используется близнецовый метод в генетике человека?

2. Проследите этапы близнецового метода на конкретном примере.

3. Приведите примеры нормальных и патологических признаков человека, роль наследственности в формировании которых а) ничтожна;

б) очень велика.

4. На основе каких факторов – наследственных или средовых – формируются болезни с наследственной предрасположенностью?

5. С какой целью используется популяционно-генетический метод в генетике человека?

6. Сформулируйте закон Харди-Вайнберга; для каких популяций он применим?

7. Какое значение в генетике человека имеет закон Харди-Вайнберга в отношении профилактики наследственных болезней?

Краткая характеристика темы

Близнецовый метод. Основоположником близнецового метода является Ф. Гальтон, кото­рый в 1875 году предложил использовать метод анализа близнецов для разграничения роли наследственности и среды в развитии психических свойств человека (ввел альтернативные понятия «природа» и «воспита­ние»). В настоящее время этот метод широко используется для определе­ния соотносительной роли генотипа и среды в развитии нормальных и па­тологических признаков человека.

Суть метода заключается в сравнении проявления признака в разных группах близнецов при учете сходства или различия их генотипа. Разли­чают две группы близнецов: монозиготные (МЗ) и дизиготные (ДЗ). Мо­нозиготные близнецы генетически идентичны, т.к. развиваются из одной оплодотворенной яйцеклетки. Дизиготные близнецы возникают путем оп­лодотворения двух одновременно созревших яйцеклеток разными сперма­тозоидами. С генетической точки зрения они сходны между собой не бо­лее, чем обычные братья и сестры, и имеют в среднем 50% общих генов. Общая частота рождения близнецов составляет 1%, из них 1/3 приходится на монозиготных близнецов.

Генетические факторы, вызывающие у человека деление зиготы на ранних стадиях дробления с образованием монозиготных близнецов, пока неизвестны. Есть предположение, что развитие МЗ связано с цитоплазма-тическим наследованием, т.к. наблюдается в определенных семьях и пере­дается только по женской линии. На частоту рождения дизиготных близ­нецов большое влияние оказывает возраст матери.

Близнецовый метод включает в себя следующие этапы:

1. Подбор близнецовых пар по изучаемому признаку (признакам) и со­ставление близнецовой выборки.

2. Определение зиготности близнецов, основанное на анализе наиболее изученных моногенных признаков (групп крови системы АВО и МN, лейкоцитарных антигенов, чувствительности к горькому вкусу фенил-тиомочевины и т.д.). Если у обоих близнецов по этим признакам нет различий, их считают монозиготными. Наиболее достоверным крите­рием монозиготности является свободная приживляемость трансплан­татов при перекрестной пересадке кожи близнецов.

3. Сопоставление групп МЗ и ДЗ близнецов по изучаемому признаку. Ес­ли признак наблюдается у обоих близнецов, то такая пара называется конкордантной. Если же один из партнеров обладает данным призна­ком, а второй - нет, то такая пара называется дискордантной. Для каж­дой группы близнецов определяется коэффициент парной конкордант­ности (К), указывающий на долю близнецовых пар, в которых иссле­дуемый признак проявится у обоих партнеров.

К=	С
С+Д

где С - число конкордатных пар;

Д - число дискордантных пар.

Степень парной конкордантности можно выражать в процентах и в долях единицы.

 

Таблица 1.

Конкордантность некоторых признаков человека у МЗ и ДЗ близнецов, в %

 

Признаки	Конкордантность
МЗ	ДЗ
Нормальные:
Группы крови системы АВО
Форма бровей
Цвет глаз	99,5
Цвет волос
Папиллярные линии кистей рук
Патологические:
Косолапость
Грыжа спинного мозга
Рахит
Синдром Дауна
Корь
Дифтерит
Эпилепсия
Ревматизм
Шизофрения

 

Некоторые примеры сравнения монозиготных и дизиготных близне­цов, представленные в табл. 1, показывают, что в большинстве случаев конкордантность у МЗ значительно выше, чем у ДЗ, однако показатели ее для разных признаков варьируют. Это позволяет оценить роль генотипа и среды в их проявлении. Сходство показателей конкордантности у МЗ и ДЗ близнецов свидетельствует о незначительной роли генетических различий и определяющей роли среды в формировании признака. Высокая конкор­дантность МЗ и низкая ДЗ близнецов свидетельствует о решающем значе­нии наследственности в определении признака. Если конкордантность МЗ достаточно низкая, но достоверно выше конкордантности ДЗ, считают, что к развитию признака имеется определенная наследственная предрас­положенность.

Для количественной оценки доли наследственности и среды в разви­тии признака используется критерий «Н» - наследуемость (коэффициент Хольцингера):

 

Н=	КМЗ - КДЗ	×100	(в процентах);	Н=	КМЗ - КДЗ	(в долях единицы)
100 - КДЗ	100 - КДЗ

 

При значениях Н, близких к нулю, считают, что определяющую роль в развитии признака играют факторы внешней среды. При значениях Н больше 70% решающую роль в развитии признака играют генетические факторы. При значениях Н, близких к 50%, считается, что признак развива­ется под действием факторов внешней среды на фоне генетической пред­расположенности (табл. 2).

Таблица 2.