Задачи: Дать характеристику основным методам изучения генетики человека
Особенности изучения генетики человека В настоящее время главным объектом генетических исследований становится человек. Для генетических исследований человек является очень неудобным объектом по ряду причин: у человека большое количество хромосом; невозможно экспериментальное скрещивание; поздно наступает половая зрелость; малое число потомков в каждой семье; невозможно уравнивание условий жизни для потомства.
Генеалогический метод Однако, несмотря на эти трудности, генетика человека достаточно хорошо изучена. Это оказалось возможным благодаря использованию разнообразных методов исследования. Генеалогический метод. Использование этого метода возможно лишь в том случае, когда известны прямые родственники — предки обладателя наследственного признака (пробанда) по материнской и отцовской линиям в ряду поколений или потомки пробанда также в нескольких поколениях. Пробанд – человек, с которого начинается генетическое обследование семьи и составление родословной. При составлении родословных в генетике используется определенная система обозначений. После составления родословной проводится ее анализ с целью установления характера наследования изучаемого признака. Мужчина; Женщина; Пол не выяснен; Обладатель изучаемого признака; Гетерозиготный носитель изучаемого рецессивного гена; Брак; Брак мужчины с двумя женщинами; Родственный брак; Родители, дети и порядок их рождения; Разнояйцевые близнецы; Однояйцевые близнецы.
Генеалогический метод Целый ряд признаков наследуется сцеплено с полом: Х-сцепленное рецессивное наследование — гемофилия, дальтонизм; Х-сцепленное доминантное наследование – темная эмаль зубов. У-сцепленное — гипертрихоз (повышенное оволосение ушной раковины), перепонки между пальцами.
Генеалогический метод Определите, доминантен или рецессивен данный признак? Больные в каждом поколении, больной ребенок только у больных родителей – значит это доминантный ген. Этот признак сцеплен с половыми хромосомами или с аутосомами? С аутосомами, так как болеют в равной степени и мужчины и женщины. Определите генотипы особей по данному признаку (гомозиготность, гетерозиготность). Свои рассуждения поясните.
Генеалогический метод Определите, доминантен или рецессивен данный признак? Больные не в каждом поколении (18–23), больной ребенок у здоровых родителей (17–18) – значит это рецессивный ген. Этот признак сцеплен с половыми хромосомами или с аутосомами? С аутосомами, так как болеют в равной степени и мужчины и женщины. Определите где возможно генотипы особей по данному признаку (гомозиготность, гетерозиготность). Свои рассуждения поясните.
Генеалогический метод Определите, доминантен или рецессивен данный признак? Больные в каждом поколении, больной ребенок только у больных родителей – значит это доминантный ген. Этот признак сцеплен с половыми хромосомами или с аутосомами? С аутосомами, так как болеют в равной степени и мужчины и женщины. Определите генотипы особей по данному признаку (гомозиготность, гетерозиготность). Свои рассуждения поясните.
Генеалогический метод
Генеалогический метод Определите, доминантен или рецессивен данный признак? Больные не в каждом поколении, больной ребенок у здоровых родителей – значит это рецессивный ген. Этот признак сцепленным с половыми хромосомами или с аутосомами? С половыми хромосомами, так как болеют в основном мужчины. В какой половой хромосоме находится ген, отвечающий за данный признак? В Х-хромосоме, так как этот признак проявляется у мужчин и женщины №1. Определите где возможно генотипы особей по данному признаку (гомозиготность, гетерозиготность). Свои рассуждения поясните.
Генеалогический метод Ярким примером Х-сцепленного рецессивного типа наследования является наследование гемофилии в царских домах Европы. Использование генеалогического метода показало, что при родственном браке, по сравнению с неродственным, значительно возрастает вероятность появления уродств, мертворождений, ранней смертности в потомстве. В родственных браках рецессивные гены чаще переходят в гомозиготное состояние, в результате развиваются те или иные аномалии.
Генеалогический метод Что можно сказать о наследовании данного признака? Больные в каждом поколении, болеют только мужчины, значит этот признак сцеплен с полом. Данный признак сцеплен с Х- или У-хромосомой? С У-хромосомой, у больных мужчин больны все сыновья, вероятность наследования 100% ( голандрический тип наследования, ген расположен в негомологичном участке У-хромосомы ). Какой признак наследуется по данному типу? Гипертрихоз.
Генеалогический метод
Генеалогический метод По аутосомно-доминантному типу наследуются: полидактилия, брахидактилия (короткопалось, обусловленная отсутствием фаланг на пальцах), возможность свертывать язык в трубочку, веснушки, раннее облысение, карие глаза, волнистые волосы. Отсутствие веснушек, голубые глаза, прямые волосы, альбинизм, рыжие волосы и другие признаки наследуются как аутосомно-рецессивные.
Альбинизм – рецессивный признак
Что затрудняет изучение генетики человека? У человека большое количество хромосом, невозможно экспериментальное скрещивание, поздно наступает половая зрелость, малое число потомков в каждой семье, невозможно уравнивание условий жизни для потомства. Кто такой пробанд? Человек, с которого начинается генетическое обследование семьи и составление родословной. Как по родословной определить, доминантен или рецессивен данный признак? Больные в каждом поколении, больной ребенок только у больных родителей – значит это доминантный ген. Больные не в каждом поколении, больной ребенок у здоровых родителей – значит это рецессивный ген. Как определить по родословной, признак сцеплен с аутосомами или с Х-хромосомой? Если носителями признака в равной степени являются особи мужского и женского пола – значит признак сцеплен с аутосомами. Если признак гораздо чаще проявляется у особей мужского – это Х-сцепленный рецессивный признак Подведем итоги:
Какие признаки наследуются по Х-сцепленному рецессивному типу? Гемофилия, дальтонизм. Какие признаки наследуются по Х-сцепленному доминантному типу? Темная эмаль зубов. Как определить сцепление признака с У-хромосомой? Если носителями признака являются исключительно особи мужского пола – значит признак сцеплен с У-хромосомой. Какие признаки наследуются по У-сцепленному типу? Гипертрихоз, перепонки между пальцами ног. К аутосомно-доминантным признакам относятся: Веснушки – отсутствие веснушек; карие глаза – светлые глаза; прямые волосы – курчавые волосы; нормальная пигментация – альбинизм; раннее облысение – отсутствие лысины; Веснушки, карие глаза, курчавые волосы, нормальная пигментация, раннее облысение. К аутосомно-рецессивным признакам относятся: Полидактилия – нормальное количество пальцев; брахидактилия – нормальные пальцы; способность свертывать язык в трубочку – отсутствие этой способности; нерыжие волосы – рыжие волосы. Нормальное количество пальцев, нормальные пальцы, отсутствие способности свертывать язык в трубочку, рыжие волосы. Подведем итоги:
Близнецовый метод Близнецами называют одновременно родившихся детей. Они бывают монозиготными (однояйцевыми) и дизиготными (разнояйцевыми). Монозиготные близнецы развиваются из одной зиготы, которая на стадии дробления разделилась на две (или более) частей. Поэтому такие близнецы генетически идентичны и всегда одного пола.
Близнецовый метод Монозиготные близнецы характеризуются большой степенью сходства ( конкордантностью ) по многим признакам. По тем признакам, которые контролируются генами, сходство сохраняется до глубокой старости.
Близнецовый метод Дизиготные близнецы могут быть как одного, так и или разного пола. В отличие от монозиготных, дизиготные близнецы часто характеризуются дискордантностью — несходством по многим признакам.
Близнецовый метод По всем приведенным признакам конкордантность у монозиготных близнецовых значительно выше, чем у дизиготных, однако она не является абсолютной. Как правило, дискордантность однояйцевых близнецов возникает в результате нарушений внутриутробного развития одного из них или под влиянием внешней среды, если она была разной.
Близнецовый метод Благодаря близнецовому методу, была выяснена наследственная предрасположенность человека к ряду заболеваний: шизофрении, умственной отсталости, эпилепсии, сахарному диабету и других. Наблюдения за монозиготными близнецами дают материал для выяснения роли наследственности и среды в развитии признаков. Причем под внешней средой понимают не только физические факторы среды, но и социальные условия.
Цитогенетический метод основан на изучении хромосом человека в норме и при патологии. В норме кариотип человека включает 46 хромосом — 22 пары аутосом и две половые хромосомы. Использование данного метода позволило выявить группу болезней, связанных либо с изменением числа хромосом, либо с изменениями их структуры. Цитогенетический метод
Цитогенетический метод Такие болезни получили название геномных. К их числу относятся: синдром Клайнфельтера, синдром Шерешевского-Тернера, Больные с синдромом Клайнфельтера (47,ХХУ) всегда мужчины. Они характеризуются недоразвитием половых желез, дегенерацией семенных канальцев, часто умственной отсталостью, высоким ростом (за счет непропорционально длинных ног). Лишняя Х-хромосома конденсируется в тельце Барра. Тельца Барра обнаруживаются в женских клетках и в клетках больных с синдромом Клайнфельтера.
Цитогенетический метод 47; ХХУ – синдром Клайнфельтера; 45; ХО – синдром Шерешевского-Тернера; 47; 21,21,21 – Дауна.
Нарушен обмен аминокислоты фенилаланин Фенилаланин накапливается в крови и превращается в фенил пировиноградную кислоту – нейротропный яд Симптомы – судорожные припадки и олигофрения Эхопраксия и эхолалия Частота встречаемости - 1:1000
Цитогенетический метод Синдром Шерешевского-Тернера (45; Х0) наблюдается у женщин. Он проявляется в замедлении полового созревания, недоразвитии половых желез, аменорее (отсутствии менструаций), бесплодии. Женщины с синдромом Шерешевского-Тернера имеют малый рост, тело диспропорционально — более развита верхняя часть тела, плечи широкие, таз узкий — нижние конечности укорочены, шея короткая со складками, "монголоидный" разрез глаз и ряд других признаков.
Цитогенетический метод Синдром Дауна — одна из самых часто встречающихся хромосомных болезней (1:774). Она развивается в результате трисомии по 21 хромосоме (47; 21,21,21). Болезнь легко диагностируется, так как имеет ряд характерных признаков: укороченные конечности, маленький череп, плоское, широкое переносье, узкие глазные щели с косым разрезом, наличие складки верхнего века, психическая отсталость. Часто наблюдаются и нарушения строения внутренних органов. Продолжительность жизни взрослых с синдромом Дауна увеличилась — на сегодняшний день нормальная продолжительность жизни более 50 лет. Многие люди с данным синдромом вступают в браки. Большинство мужчин с синдромом Дауна бесплодны. По крайней мере 50 % женщин с синдромом Дауна могут иметь детей. 35-50 % детей, рождённых от матерей с синдромом Дауна, рождаются с синдромом Дауна или другими отклонениями.
Чем старше женщины, тем больше частота встречаемости этого синдрома среди новорожденных
Some common reasons for molecular genetic analysis • Cystic fibrosis • Haemoglobinopathies • Duchenne and Becker muscular dystrophy • Myotonic dystrophy • Huntington disease • Fragile X syndrome • Spinal muscular atrophy • Spinocerebellar ataxia • Hereditary neuropathy (Charcot-Marie-Tooth) • Familial breast cancer (BRCA 1 and 2) • Familial adenomatous polyposis Редкие наследственные заболевания http: //www.rarediseases.org http://www.rarechromo.org/html/DisorderGuides.asp
Мутация в гене, ответственном за синтез белка соединительнотканных волокон фибриллина Признаки: Повышенная растяжимость соединительной ткани Высокий рост Длинные пальцы Деформация грудной клетки Плоскостопие и пр.
Синдром Дауна: Характерный разрез глаз Низкий рост Умственная отсталость Аномалии внутренних органов
Испанец Пабло Пинеда – первый в Европе человек с синдромом Дауна, получивший высшее образование
Синдром Патау (трисомия 13; 47, XX(XY)+13 ) При кариологическом анализе соматических клеток больных выявляется лишняя хромосома из группы D (хромосома 13) (рис. 8). Клиническая картина типична: § Микроцефальный череп с низким скошенным лбом и вдавленными височными областями; § Глазные щели узкие, расположены горизонтально, расстояние между ними уменьшено (гипотелоризм), почти всегда встречается глазная патология § Ушные раковины расположены низко, маленькие мочки прижаты к голове, завитки неправильной формы; § Череп с углублениями в теменно-затылочной области, расстояние между теменными буграми увеличено; § Демонстративным признаком синдрома Патау являются «заячья губа» и «волчья пасть». Расщелины могут быть как двусторонними, так и односторонними. Почти всегда расщепление верхней губы сопровождается расщелиной неба.
Делеция в 5 хромосоме
Болеют только женщины Низкорослость Недоразвитие половой системы Аномалии развития скелета Разная степень умственной отсталости Склонны к психозам Бесплодны
Болеют мужчины Проявляется в период полового созревания Высокий рост Недоразвитие семенников Женский тип телосложения Слабый рост волос на лице Бесплодны Умственно отсталы в большинстве случаев
Мужчины не отличаются от нормы по физическому развитию Увеличение роста Иногда незначительное снижение интеллекта Склонность к агрессии и антисоциальным поступкам В местах заключения мужчин с генотипом Х YY в 10 раз больше, чем мужчин с нормальным генотипом!
Незначительное снижение интеллекта Повышенная вероятность развития психозов и шизофрении При тетра- и пентасомии повышается степень умственной отсталости
Генетика и медицина
метод амниоцентеза позволяет анализировать клетки эмбриона из околоплодной жидкости Диагностика хромосомных нарушений и болезней обмена веществ
Позволяет выявить врождённые пороки развития
Биохимический метод Метод позволяет обнаружить нарушения в обмене веществ, вызванные изменением генов и, как следствие, изменением активности различных ферментов. Наследственные болезни обмена веществ подразделяются на болезни углеводного обмена (сахарный диабет), обмена аминокислот (фенилкетонурия), липидов ( болезнь Тея-Сакса), минералов и др. Фенилкетонурия относится к болезням аминокислотного обмена. Блокируется превращение незаменимой аминокислоты фенилаланин в тирозин, при этом фенилаланин превращается в фенилпировиноградную кислоту, которая выводится с мочой. Недостаток тирозина обуславливет недостаточное образование меланина. У таких детей голубые глаза, кожа и волосы слабо пигментированы. Заболевание приводит к быстрому развитию слабоумия у детей. Ранняя диагностика и диета позволяют приостановить развитие заболевания. Моча дает положительную реакцию с реактивом Феллинга (5% хлорное железо). Болезнь Тея-Сакса вызывается накоплением липидов в нервных клетках, в результате умственная отсталость, слепота, мышечная слабость.
Биохимический метод Генетика человека — одна из наиболее интенсивно развивающихся отраслей науки. Она является теоретической основой медицины, раскрывает биологические основы наследственных заболеваний. Знание генетической природы заболеваний позволяет вовремя поставить точный диагноз и осуществить нужное лечение.
