Методы исследования, применяемые в генетике

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методы исследования, применяемые в генетике

Выделяют следующие методы: клинико-генеалогический, близнецовый, цитогенетический, иммуногенетический, биохимический, популяционно-генетический, молекулярно-генетический и др.. Объектами исследования являются: семьи, близнецы, хромосомы, факторы иммунитета, ферменты, молекула ДНК, популяция.

Клинико-генеалогический метод

Метод предложен Ф. Гальтоном в 1865г. Задачами метода являются: установление наследственного характера болезни, определение типа ее наследования, изучение сцепления болезни с различными генетическими маркерами, сравнение частоты заболевания среди родственников с аналогичным показателем в общей популяции.

В настоящее время картировано более 1500 генетических маркеров и сцепленных с ними генов. С помощью анализа сцепления генов диагностируются миодистрофия Дюшенна, гемофилия, миотопическая дистрофия.

Анализ сцепления может быть использован для пренатальной диагностики болезней, доклинической диагностики, т.е. до появления симптомов, и диагностики гетерозиготных состояний.

Генеалогический метод (метод родословных) заключается в прослеживании патологического признака или самой болезни в семье с указанием типа родственных связей между членами родословной. В клинической генетике метод чаще называют клинико-генеалогическим, поскольку речь идет об изучении патологического признака с помощью приемов клинического обследования.

Методика составления родословной

Сбор и анализ родословной - важный этап в обследовании больного, дающий возможность установить наследственный характер заболевания и тип его наследования. Каждый специалист в области специальной психологии и коррекционной педагогики должен уметь составить, прочитать или графически изобразить любую родословную. Для этого необходимо знать условные обозначения, используемые при составлении схемы родословной, и некоторые правила интервьюирования родственников. Следует пользоваться стандартной символикой. Все нестандартные обозначения объясняются в легенде.

Сбор родословной начинается с пробанда - больного ребенка, попавшего на прием к врачу. Выясняются некоторые общие вопросы, касающиеся пробанда, его сибсов и других родственников: фамилия, имя, отчество (женщинам указать девичью фамилию), дата рождения, национальность, место рождения, наличие кровнородственных браков в родословной между любыми членами семьи. Важно знать, какие заболевания встречаются в родословной, а не только выявлять больных с одинаковыми патологическими признаками. Необходимо уточнить наличие выкидышей, мертворождений и ранней гибели детей у родственников любой степени родства, т.к. эти состояния часто обусловлены действием патологических генов. Вопросы о состоянии здоровья всех членов семьи необходимо задавать по единой схеме, постоянно повторяя их, чтобы опрашиваемый мог вспомнить детали заболевания у родственников. Желательно при сборе генеалогических данных использовать семейный альбом фотографий.

Схематическое изображение родословной начинается также с пробанда - того человека, который был когда-то обследован первым по поводу проблем развития. Он помечается стрелкой. После пробанда собираются сведения о его детях, если это взрослый, а затем о сибсах пробанда с учетом последовательности беременностей у матери и их исходах. Если пробанд - ребенок, то после сведений о нем собираются сведения о его сибсах.

Следующий этап в сборе родословной - сбор сведений обо всех кровных родственниках по материнской линии. Сначала выясняется все о матери пробанда, ее сибсах и их детях. Затем записываются данные о бабке по линии матери, ее сибсах. Если, возможно, собираются сведения о прабабке и прадеде пробанда. наследственный родословная генетический

Далее собираются сведения о дедке пробанда по линии матери, его сибсах, их детях и внуках. Только после окончательного сбора сведений о родственниках по материнской линии можно переходить к отцу и его родственникам. Принцип сбора сведений аналогичен предыдущему. Родственники отца изображаются в левой половине родословной, и следует обратить внимание на правильное обозначение линий пересечения.

Если родословная очень обширная, то все поколения изображаются не горизонтальными рядами, как в большинстве случаев, а располагаются по окружности.

Если в родословной прослеживаются несколько признаков (симптомов), то для обозначения каждого из них используются нестандартные символы. К родословной прилагается пояснительная записка - легенда, включающая список нестандартных обозначений.

Каждое поколение изображается на одной линии и обозначается римскими цифрами сверху вниз. Каждый член поколения, включая супругов, обозначается арабской цифрой (нумерация слева направо для каждого поколения с единицы.

Клинико-психологическое обследование

Клинико-психологическое и генетическое обследования проводятся в тесном взаимодействии и включают несколько основных этапов.

1. Оценка анамнестических данных.

2, Оценка состояния соматических функций и общего статуса ребенка.

3. Неврологическое обследование.

4. Оценка состояния высших психических функций и психического состояния ребенка. При этом важно учитывать не только роль этиологических факторов в проявлениях психического дизонтогенеза, но и влияние факторов окружающей среды с оценкой конкретной для каждого случая специфики биологического и психического созреваний нервно-психических функций ребенка. Кроме того, следует учитывать особенности нервно-психического реагирования организма ребенка на разных возрастных этапах развития.

Клинико-генетическая диагностика

Клинико-генетическая диагностика включает следующие этапы.

1. Оценка структуры и степени выраженности ведущего нарушения, определяющего данную аномалию развития или различные нервно-психические отклонения (симптоматическая диагностика).

2. Комплексная оценка структуры основных нарушений развития. Выделение симптомокомплексов нервно-психических расстройств.

3. Нозологическая диагностика (диагностика заболевания, или аномалии развития, или дисфункции созревания).

После диагностики можно приступать к тестированию определенных генетических моделей - либо классических, менделевских, либо более сложных, полигенных.

Близнецовый метод

Общая частота рождения двойни близнецов составляет около 1 % (1: 100); тройни - 1: 10000; четверни -1: 1000000; пятерни - 1: 100000000.

Близнецовый метод предложен в 1876г. Ф. Гальтоном и позволяет определить роль генотипа и среды в проявлении признаков.

Предварительными этапами близнецового исследования являются сбор близнецового материала и диагностика зиготности. Затем следуют экспериментальное изучение близнецов и статистическая обработка данных.

Общепринятая схема подбора близнецовых пар состоит в следующем: из популяции выбираются индивиды, обладающие интересующим исследователя признаком, а затем из отобранной группы выбираются близнецовые пары, подлежащие изучению.

При диагностике зиготности изучаемых близнецовых пар достоверность диагноза должна быть не менее 0,99.

Предложены различные методы диагностики зиготности близнецов: метод "сходства-подобию" (полисимптомный), по эритроцитарным и лейкоцитарным маркерам, трансплантация кожного лоскута и другие, обычно использующиеся в комплексе для достижения большей достоверности. Однако наиболее эффективным методом является ДНК-диагностика.

При использовании близнецового метода в зависимости от целей и задач проводятся следующие сопоставления: М 3-близнецов с Д 3-близнецами (именно такое сопоставление предложил Ф.Гальтон); партнеров М 3-пар между собой.

Близнецовый метод часто применяется в сочетании с клинико-генеалогическим, цитогенетическим и др., что повышает достоверность полученных данных

Монозиготные близнецы (М 3) развиваются из одной яйцеклетки, оплодотворенной одним сперматозоидом (зиготы), разделившейся на стадии дробления на две или более самостоятельных частей. Поэтому считается, что они генетически идентичны. Речь может идти только о минимальных различиях по небольшим повторяющимся последовательностям ДНК - мини- и макросателлитам.

Самой знаменитой монозиготной пятерней являются, по-видимому, близнецы Дионн, родившиеся в Канаде в начале ХХ века. Среди двоен самыми знаменитыми являются сиамские близнецы Энг и Чанг, родившиеся в 1811г. в Сиаме (на Таиланде) и связанные тканевой перемычкой, протяженностью около 10см в области грудины. От двух жен-сестер у них родились 22 ребенка. Первоначальный капитал сиамские близнецы заработали, путешествуя по миру и показывая себя. Затем жили в США (Северная Каролина), имели собственную ферму. В 1874 г. в возрасте 63 лет Чанг скончался ночью от воспаления легких в своей постели. Энг позвал сына, который предложил ему хирургическую операцию, чтобы отделиться от мертвого брата, однако Энг отказался и умер через 2 ч от заражения трупным ядом. С тех пор название "сиамские близнецы" стало нарицательным: его употребляют, когда хотят обозначить высокую степень близости между людьми.

Несколько менее известными являются близнецы женского пола Роза и Жозефина Блажек, родившиеся в 1887г. в Чехословакии. Девочки срослись в области спины и боковой поверхности туловища. Родители отказались от них. Девочки оказались очень музыкальными: научились играть на скрипке и ксилофоне, хорошо танцевали, с успехом гастролировали в Европе и США. В 1910г. Роза родила здорового ребенка. Жозефине было отказано в браке, когда она получила предложение от жениха, т.к. подобная женитьба рассматривалась как двоеженство.

В СССР в 1949г. родились сросшиеся близнецы Маша и Даша. У девочек общими были органы тазовой полости и две нормальные ноги, а одна - рудиментная, недоразвитая, которую пришлось ампутировать. Нервные системы близнецов были автономными. Одна девочка могла спать, а другая бодрствовать. При ходьбе, которой пришлось долго учиться, одна девочка управляла одной ногой, а партнерша - другой. Эту пару близнецов на протяжении многих лет изучали физиологи и психологи.

Дизиготные близнецы (Д 3) развиваются из двух зигот различных яйцеклеток, оплодотворенных разными сперматозоидами. Генетически они сходны между собой не более, чем обычные братья и сестры (сибсы), так как имеют 50% общих генов. Различия между партнерами Д 3-близнецовой пары связаны как с генетическими, так и со средовыми факторами. В отличие от М 3, которые всегда однополые, Д 3-близнецы могут быть как однополыми, так и разнополыми.

Анализ близнецовых данных

При составлении групп моно - и дизиготных близнецов по изучаемому признаку (болезни) определяют коэффициент парной или пробандовой конкордантности. Коэффициент парной конкордантности указывает на относительное число пар, в которых оба партнера несут изучаемый признак, и вычисляется отдельно для М 3- и Д 3- близнецов так:

КС= С + Д

где С-число конкордантных (сходных) пар, Д - число дискордантных (различающихся) пар.

Коэффициент К выражают либо в долях единицы, либо в процентах. Если у монозиготных близнецов К высок, а у дизиготных низок, то делается заключение о значительном вкладе генетических факторов в разнообразие признака. Если различия между близнецами М 3 и ДЗ не значимы, то предполагается, что разнообразие рассматриваемого признака обусловлено влияниями внешней среды. При моногенных болезнях ожидается, что конкордантность М 3-близнецов близка к 100% (при условии полной пенетрантности). У ДЗ - 25% при болезнях с аутосомно-рецессивным типом наследования и 50% - с аутосомно-доминантным. При болезнях с наследственной предрасположенностью конкордантность партнеров М 3 близнецовой пары никогда не достигает 100% и может быть относительно низкой, однако аналогичный показатель у ДЗ партнеров оказывается, по крайней мере, в 2,5 раза ниже.

Кроме парных конкордантностей, сравнение которых само по себе достаточно демонстративно, принято вычислять собственно долю наследственной обусловленности признак, а наследуемость (Н), которая может выражаться в процентах или долях единицы:

Н = К М 3- К ДЗ, где КМ 3 и К ДЗ - коэффициенты парной

1-КД 3

конкордантности М 3- и Д 3-близнецов. Таким образом, значение Н колеблется от 0 до 1 (от 0 до 100%). При значениях 1 > Н > 0,7 считается, что признак (болезнь) детерминируется в основном генетическими факторами. 3начения Н в пределах 0,4-0,7 рассматриваются как свидетельство в пользу наследственной предрасположенности, реализующейся под воздействием средовых факторов.

Помимо показателя наследуемости Н для оценки соотносительной роли генетических и средовых факторов в детерминации признака, используется показатель пробандовой конкордантности, выражающей относительное число носителей признака среди всех М 3- и Д 3-близнецов, попавших в поле зрения исследователя. Преимуществом пробандовой конкордантности является возможность сравнения ее с частотой признака в общей популяции.

С помощью пробандовой конкордантности и показателя частоты признака в популяции можно вычислить коэффициент корреляции между близнецами, который рассматривается как аналог коэффициента корреляции по подверженности заболеванию между родственниками. По установленным коэффициентам корреляции для М 3 и; Д 3 устанавливают коэффициент генетической детерминации, отражающий различия по подверженности между близнецами, которую можно отнести за счет генетических факторов. В отличие от Н этот показатель в определенной мере учитывает влияние средовых факторов.

При сравнении М 3-близнецов, воспитывающихся раздельно, возможно непосредственное вычисление доли средовых факторов (Е) в развитии качественных признаков по формуле:

Е = СМ 3 (воспитывающихся вместе) - СМ 3 (воспитывающихся раздельно)

l-СМ 3 (воспитывающихся раздельно)

Сравнение монозиготных близнецов проводится также в рамках метода контроля по партнеру, предложенного Гезеллом в 1929г. Этот метод позволяет оценить роль того или иного фактора, если партнер М 3-пары подвергается его воздействию, а другой нет. Последний служит контролем при разработке и индивидуализации медикаментозных воздействий и методов обучения, а также пищевого рациона и др.

Причины многоплодия

Причины многоплодия до сих пор недостаточно исследованы. Частота М 3-близнецов одинакова во всех странах мира. Частота Д 3-близнецов зависит от этнических факторов, возраста матери и порядка рождения. Повышение вероятности рождения Д 3-близнецов с увеличением возраста матери связано с повышением уровня гонадотропина, приводящего к полиовуляции. Причины повышения гонадотропина могут быть полигенно обусловлены. Гормональная обусловленность Д 3-близнецовости подтверждается более частым рождением близнецов этого типа у женщин, лечившихся от бесплодия или применявших оральные противозачаточные средства, вызывающие полиовуляцию. Чаще всего Д 3-близнецы рождаются у негроидной расы, реже всего у желтой расы. Частота рождения Д 3-близнецов у представителей белой расы является промежуточной. Тип наследования М 3-близнецовости неизвестен. Передача по материнской линии и семейное накопление дали основание для предположения о цитоплазматическом наследовании.

Цитогенетический метод

Цитогенетическое исследование проводится при подозрении на хромосомную болезнь. Этот метод позволяет идентифицировать перестроенную хромосому, установить тип хромосомной перестройки и происхождение перестроенной хромосомы.

- Благодаря цитогенетическому методу накоплены данные о различных перестройках индивидуальных хромосом и их фенотипических эффектах, описаны видоспецифические наборы хромосом (кариотипы).

С его помощью удалось выявить микрохромосомные перестройки при моногенных синдромах, таких, как синдром Прадера-Вилли, Корнелии де Ланге, Беквита - Видемана и др. Было установлено, что некоторые хромосомные перестройки связаны с повышенным риском новообразований. Описаны хромосомные перестройки в раковых клетках, в частности, филадельфийская хромосома.

Препараты хромосом человека можно приготовить из фибробластов кожи, костного мозга, но наиболее доступной для таких исследований является культура лимфоцитов периферической крови. Кровь больного помещают в специальную среду, содержащую необходимые для роста клеток крови питательные вещества, и инкубируют с веществами, стимулирующими клеточное деление. 3атем добавляют колхицин, подавляющий процессобразования ахроматиновых нитей веретена деления. Это приводит к остановке митоза на стадии метафазы, в которой хромосомы максимально спирализованы и пригодны для анализа.

Цитогенетический метод позволяет определять половой хроматин. Наличие полового хроматина (тельца Барра) на внутренней поверхности ядерной мембраны соматических клеток женщины связано с инактивацией одной из двух Х-хромосом - лайонизацией. Этот процесс имеет случайный характер и происходит в эмбриональном периоде развития, являясь механизмом сбалансированности полов по Х-хромосомам.

Присутствие полового хроматина у мужчин, а также наличие дополнительных телец Барра у женщин характерно для нарушений в системе половых хромосом. Возможно определение полового хроматина у плода.

Разработан экспресс-метод определения полового хроматина в соскобе буккального эпителия слизистой щеки. Материал соскоба, полученный с помощью шпателя, переносится на предметное стекло и окрашивается 1 % -ным раствором ацетоорсеина, накрывается покровным стеклом и изучается с помощью светового микроскопа.

Иммуногенетический метод

Иммунитет - это не восприимчивость организма к инфекционным и неинфекционным агентам и веществам, обладающим антигенными свойствами; Главным свойством антигенов является стимуляция развития иммунного ответа.

Иммуногенетика изучает закономерности наследования механизмов иммунологических процессов и антигенов различных тканей организма. Имеются два типа иммунитета: клеточный, связанный с В - и Т-лимфоцитами, и гуморальный, обусловленный выработкой антител (иммуноглобулинов). Связываясь с антигенами, антитела, образующиеся в организме в ответ на попадание в него различных антигенов, нейтрализуют их. В генетических исследованиях иммунологические методы применяются, когда речь идет о наследственных иммунодефицитных состояниях (врожденный иммунодефицит), например, агаммаглобулинемия, синдром Блума, синдром Чедиака-Хигаши и др. С помощью этих методов диагностируют зиготность близнецов, решают вопросы спорного отцовства, изучают генетические маркеры, ассоциирующиеся с болезнями с наследственной предрасположенностью, исследуют антигенную несовместимость матери и плода по резус-фактору, группам крови системы АВО и изо антигенам других систем.

Система групп крови АВО

Система АВО открыта Ланштейнером в 1900 г. В 1924 г. Бернштейном предложена модель генетического контроля четырех групп крови тремя аллелями одного гена. Два изоантигена А и В кодоминантны, и оба проявляются в гетерозиготе. Группа крови 0 контролируется геном 0, рецессивным по отношению к генам А и В. В сыворотке крови людей с этой' группой крови имеются два естественных антитела (агглютинины о. и ~). У человека с группой крови А (11) в сыворотке крови содержится антитело ~. Возможны два генотипа - АА и АО. Аналогично у индивидов с группой крови В тоже возможны два генотипа - ВВ и ВО, а в сыворотке крови - одно антитело (агглютинин 0) (табл. 1.) у лиц с группой крови АВ возможен только один генотип АВ и нет антител О и 1 в сыворотке крови.

Таблица 1. Генотипы у людей с разными группами крови

Фенотип		Генотип
0(1) (1,в)		00
А (11) (в)		ВВ,ВО
В (Ш) (1)		АА,АО
АВ		АВ

Иммуногенетика изучает закономерности наследования механизмов иммунологических процессов и антигенов различных тканей организма. Имеются два типа иммунитета: клеточный, связанный с В - и Т-лимфоцитами, и гуморальный, обусловленный выработкой антител (иммуноглобулинов). Связываясь с антигенами, антитела, образующиеся в организме в ответ на попадание в него различных антигенов, нейтрализуют их. В генетических исследованиях иммунологические методы применяются, когда речь идет о наследственных иммунодефицитных состояниях (врожденный иммунодефицит), например, агаммаглобулинемия, синдром Блума, синдром Чедиака-Хигаши и др. С помощью этих методов диагностируют зиготность близнецов, решают вопросы спорного отцовства, изучают генетические маркеры, ассоциирующиеся с болезнями с наследственной предрасположенностью, исследуют антигенную несовместимость матери и плода по резус-фактору, группам крови системы АВО и изоантигенам других систем.

В системе групп крови АВО имеются гены-модификаторы, подавляющие проявление аллелей А и В.

Система резус

Система резус контролируется тремя тесно сцепленными генами CDE, однако именно ген D является наиболее частой причиной иммунологического конфликта между матерью и плодом, а также неудач при переливании крови. Антиген D (резус-фактор) содержится в крови человека и макаки - резус. Иммунологический конфликт между матерью и плодом возникает у 1 из 30 женщин в ситуации, когда мать не имеет резус-фактора на поверхности эритроцитов, т.е. она резус - отрицательна (Rh-), а у плода имеется резус-фактор на поверхности эритроцитов, поэтому плод является резус-положительным (Rh+).

Таблица 2. Генотипы у людей с положительным и отрицательным резусом

Фенотип	Генотип
Rh-	Rh- Rh-
Rh+	Rh+ Rh+; Rh+ Rh-

Среди населения 85% индивидов являются резус-положительными и 15% - резус-отрицательными. Во время беременности после 7-й недели, когда в крови плода появляются зрелые эритроциты, в организме матери могут начать вырабатываться противорезусные антитела, которые, проникая через плаценту в кровяное русло плода, вызывают агглютинацию (слипание) эритроцитов и их разрушение. Сенсибилизация (повышение чувствительности) к резус-фактору связана с попаданием в кровяное русло матери значительного объема крови плода, содержащей резус-фактор, что обычно имеет место во время родов, в меньшей степени при абортах. Попадание резус-фактора в кровь матери, возможно и при переливании резус-положительной крови.

Как правило, первая беременность заканчивается благополучно. Мертворождения и выкидыши при первой беременности встречаются редко, так как противорезусные антитела еще не успевают накопиться в организме матери в достаточном количестве. Если после первых родов не проводилась соответствующая профилактика (введение сыворотки - анти D-глобулина, связывающего резус-антиген), то при повторных беременностях повышается риск рождения ребенка с гемолитической болезнью новорожденных (ГБН), проявляющейся анемией, желтухой, отеками и обусловливающей сложный дефект интеллекта, слуха и речи, двигательные расстройства. Степень поражения центральной нервной системы и других органов зависит от уровня непрямого билирубина, поступающего в кровь из разрушенных эритроцитов, и продолжительности гипербилирубинемии. Ее последствия приводят к токсико-аноксическому поражению мозга билирубиновой энцефалопатии.

Наиболее эффективным средством лечения ГБН является обменное переливание крови, что способствует удалению антител матери и продуктов гемолиза из крови больного ребенка, проводимое в первые сутки жизни ребенка, иногда повторно.

Всего описано 15 антигенных систем эритроцитов, каждая из которых включает от двух до нескольких десятков антигенов, контролируемых системами множественных аллелей.

Биохимический метод

Биохимические методы исследования применяют при подозрении на врожденные дефекты обмена. Они достаточно сложные и дорогостоящие, поэтому исследование проводится в два этапа. На первом этапе используют более дешевые и быстрые исследования. Это так называемые скринирующие (просеивающие) экспресс-методы, позволяющие обследовать большие группы населения. Сюда относится, например, микробиологический тест Гатри для обследования всех новорожденных на фенилкетонурию. Экспресс - методом диагностики фенилкетонурии можно считать также тест Феллинга. Таким тестом на галактоземию и фруктоземию является проба Бенедикта. Для проведения подобных тестов используют кровь и мочу.

На втором этапе диагностики пользуются более сложными методами биохимии и молекулярной биологии: методами фракционирования и количественного анализа, жидкостной и газовой хроматографией, иммунохимическими методами, изучают электрофоретическую подвижность белков. Возможно прямое измерение ферментативной активности. Применяются исследования мутантных белков с помощью меченых субстратов.

Популяционно-генетический метод

Данные, полученные при клинико-генеалогическом и близнецовом методах исследования, сравниваются с данными о частоте встречаемости признака (заболевания) в общей популяции. Частота того или иного гена в конкретной популяции определяет и особенности накопления больных в семьях.

Изучение генетической структуры популяции является необходимым этапом изучения распределения наследственных болезней в семьях.

Под популяцией в генетике понимается часть населения, занимающая одну территорию на протяжении многих поколений и свободно вступающая в брак между собой. В этой группе выполняется условие панмиксии, и нет изоляционных барьеров, препятствующих свободным бракам. В такой популяции соотношение частот доминантных и рецессивных аллелей при достаточно большом размере популяции сохраняется в ряду поколений без изменений. Закон генетической стабильности выражается формулой Харди-Вайнберга:

р 2АА: 2pqAa: q2aa, или (р + q)2 =1, тогда (p+q)=1,

т.е. частоты доминантного А и рецессивного гена а в сумме составляют единицу и являются постоянной величиной, а соотношение доминантных гомозигот, гетерозигот и рецессивных гомозигот определяется как квадрат встречаемости доминантного аллеля, произведение доминантного и рецессивного аллелей и квадрат встречаемости рецессивного аллеля соответственно.

Популяций, полностью отвечающих требованиям идеальной генетической стабильности по Харди - Вайнбергу, в природе не существует, т.к. для выполнения выше указанных условий должны отсутствовать мутационный процесс, естественный отбор и миграция. Однако как рабочая формула закон Харди - Вайнберга с успехом используется в популяционно-генетических исследованиях, ибо в больших популяциях перечисленные процессы протекают достаточно медленно (в отсутствие войн и гуманитарных катастроф) и не вызывают сколько-нибудь значительных изменений соотношения частот аллелей.

Популяционно-генетический метод позволяет установить частоты генов болезней в популяции и частоту гетерозиготного носительства. Встречаемость гетерозиготного носительства при некоторых врожденных нарушениях обмена с аутосомно-рецессивным типом наследования показана в табл. 3.

Таблuца 3.Встречаемость гетерозиготного носительства

Врожденный	Частота дефекта среди	Частота гетерозиготного
дефект обмена	новорожденных	носительства
Фенилкетонурия	1 : 10000	1: 50
Болезнь Тея - Сакса	1 : 40 000	1: 100
Алкаптонурия	1: 1 000000	1: 500

По распространенности частот генов и связанных с ними фенотипов можно судить об адаптивной ценности отдельных генотипов.

Благодаря бракам внутри отдельных популяций определенные гены могут ограничиваться пределами конкретных популяций либо распределяться неравномерно между различными популяциями. Если вступление в брак для любых членов популяции равновероятно, то такая популяция называется панмиксной. Если имеются препятствия (этнические, социальные, религиозные), то группы населения, различающиеся по этим параметрам, могут образовывать изоляты внутри популяции. Неизбирательные по указанным признакам браки (аутбридинг) предполагают случайный подбор супругов. Отклонения от панмиксии возникают, когда браки ассортативны, т.е. супруги подбираются по какому-либо признаку, например, по общим дефектам сенсорной сферы, опорно-двигательного аппарата или по психическому недоразвитию.

В наше время браки между индивидами, страдающими нарушениями слуха или зрения, являются скорее правилом, чем исключением. Отклонения от панмиксии происходят и тогда, когда в брак вступают родственники. Такой брак называется кровнородственным (инбридинг). Близкородственные браки между родственниками 1 степени родства (между родителями и детьми и родными братьями и сестрами) называются инцестными. Примеры таких браков можно привести лишь из истории. Так, царица Египта Клеопатра родилась от инцестного брака и состояла в браках с родными братьями. Это было связано со стремлением сохранить свою "голубую" кровь. В настоящее время такие браки повсеместно, запрещены. Запрет связан с повышенным риском выявления рецессивной и полигенной патологии. Браки между родственниками П степени родства (дядя - племянница, тетя племянник) распространены, в частности, в арабских странах, что обусловлено экономическими соображениями. В России частота кровнородственных браков не превышает 1 % и в основном в такой брак вступают двоюродные сибсы либо родственники более отдаленных степеней родства. Таким образом, степень родства между индивидуумами в различных популяциях неодинакова. Для ее оценки пользуются коэффициентом инбридинга F (Райт, 1885), определяющим вероятность идентичности по происхождению двух любых аллелей данного локуса. Например, нужно установить вероятность того, что у супругов - дяди и племянницы имеется по одному рецессивному гену фенилкетонурии, полученному от общего предка. Таким общим предком для них является бабушка или дедушка племянницы. Вероятность того, что бабушка (дедушка) передали свой ген (ФКУ) одному из своих детей, составляет 1/2. Вероятность того, что оба ребенка бабушки (дедушки) получили этот ген, составляет 1/2 х 1/2 = 1/4. Вероятность двух независимых событий равна произведению их вероятностей. Вероятность того, что один из детей бабушки передал этот ген своему ребенку, составляет также 1/2. Следовательно, коэффициент инбридинга составит 1/4 х 1/2 = 1/8. Рассуждая так, можно рассчитать, что коэффициент инбридинга для браков двоюродных сибсов составит 1/16, троюродных - 1/32, четвероюродных -1/64.

В небольших популяциях в связи с ограниченностью выбора нарастает инбредность, возникает явление "инбредной депрессии": число гетерозигот по рецессивной болезни снижается, а гомозигот (больных) повышается. Коэффициент инбридинга может быть рассчитан как для популяций, так и для пары индивидов. Еще один близкий показатель, называемый коэффициентом родства (Ф), можно рассчитать только для двух индивидов. Коэффициент родства Фху - это вероятность того, что любой ген, принадлежащий индивиду Х, идентичен гену того же локуса, у индивида У. Коэффициент родства определяет долю общих генов у пары родственников. Так, у монозиготных близнецов 100% общих генов, у родственников 1 степени родства (родитель-ребенок, родные сибсы) - 50% общих генов, у родственников 11 степени родства (дяди, тети, племянники, бабушки (дедушки), внуки) - 25% общих генов у родственников 111 степени родства (двоюродные сибсы, прадедушки (прабабушки), правнуки) - 12,5% общих генов. Таким образом, долю общих генов у родственников можно определить по формуле (1j2n), где п - степень родства.

Молекулярно-генетический метод

В этом методе различают (по направлению исследований): молекулярно-цитогенетические методы и молекулярно-биологические методы.

Основными методами ДНК-диагностики являются блот-гибридизация, анализ полиморфизма длин рестрикционных фрагментов ДНК (ПДРФ), полимеразная цепная реакция (ПЦР), анализ полиморфизма микросателлитных последовательностей.

Сущность блот-гибридизации заключается в "нарезании" С помощью специальных ферментов (рестриктаз) фрагментов ДНК различной длины, набор которых для каждой рестриктазы постоянен. Смесь фрагментов разделяют с помощью электрофореза, переносят на фильтр, фиксируют и подвергают гибридизации с зондом, имеющим радиоактивную или флюоресцентную метку.

Зонд выявляет один фрагмент из множества и комплементарно с ним спаривается. Изменение фрагмента по сравнению с контролем указывает на наличие мутации в гене или в непосредственной близости от него.

Если ген картирован, то возможно прямое выявление мутации (делеции, инверсии, транслокации). С такими мутациями в одном гене связаны, например, серповидно-клеточная анемия и дефицит гормона роста.

Возможна диагностика вирусных и бактериальных инфекций, онкологических заболеваний, а также оценка риска болезней с наследственной предрасположенностью. Такая диагностика позволяет выявить болезнь в доклинической стадии, когда клинические симптомы практически отсутствуют. Возможна пренатальная диагностика, в том числе преимплантационная, то есть в период, когда дробящаяся зигота еще не внедрилась в стенку матки. Во всех случаях это представляется очень важным для профилактики болезни и связанного с ней аномального развития ребенка. В настоящее время такие методы разработаны для диагностики ФКУ, миодистрофии Дюшенна - Беккера, гемофилии А и В и некоторых других.

При некоторых болезнях пренатальная диагностика позволяет проводить профилактическое пренатальное лечение, например такое лечение, эффективно при болезни Вильсона Коновалова, связанной с нарушением обмена меди, и при адреногенитальном синдроме, связанном с эндокринными нарушениями. Раннее лечение приводит к заметному снижению тяжести болезни у ребенка. Большое значение имеет ДНК-диагностика рака. Так, разработана диагностическая система по анализу химерного гена bcr / abl, - присутствующего в филадельфийской хромосоме.

Метод флюоресцентной in situe гибридизации - более совершенный аналог метода гибридизации с использованием радиоактивной метки. Гибридизация ДНК проводится с различными ДНК-зондами, клонированными нуклеотидными последовательностями конкретного гена. Для изучения результатов гибридизации используют метод флюоресцентной микроскопии. Метод используется для идентификации хромосом, фрагментов онкогенов и других генов.

Метод ДНК - зондовой диагностики. Используется для прямой диагностики наследственных болезней.

Еще один подход к ДНК- диагностике наследственных болезней основывается на анализе семейного распределения сайтов с менделевским наследованием (участков молекулы ДНК) узнавания рестриктаз в гене и изучении полиморфизма длин рестрикционных фрагментов (ПДРФ). С помощью ПДРФ осуществляют пренатальную диагностику ФКУ.

Одним из вариантов в ДНК-диагностике является также подбор ПДРФ-зондов, тесно сцепленных с маркерами болезни. Маркерный участок не обязательно локализован в изучаемом гене, однако он должен быть на достаточно близком расстоянии, чтобы частота рекомбинации между ним и ПДРФ- маркером была пренебрежительно мала. В этом случае могут быть неизвестны как мутантные гены, так и первичные биохимические дефекты.

Для ДНК-диагностики используются такие методы полимеразной реактивности in situe и полимеразная цепная реакция, позволяющие амплификацию (размножение небольших участков ДНК - праймеров, соответствующих фрагментам того или иного гена). Имея базу данных праймеров, можно картировать гены и диагностировать мутации.

Методы пренатальной диагностики наследственных болезней

Методы, применяемые для пренатальной диагностики, делят на непрямые, когда объектом исследования является беременная женщина, и прямые, когда исследуется сам плод.

К непрямым методам относят акушерско-гинекологическое обследование, медико-генетическое (генеалогическое, патогенетическое, биохимическое) и анализ содержания альфа-фетопротеина.

Прямые методы исследования плода неинвазивные - это ультразвуковые, рентгенологические, электрокардиографические и др. Инвазивные методы предполагают получение плодного материала для дальнейших генетических исследований. Это хорионбиопсия (8-12-я недели беременности), амниоцентез (ранний - 13-14-я недели беременности и обычный - 18-22-я недели беременности) и фетоскопия (II триместр беременности).

Одним из методов пренатальной диагностики является определение концентрации альфа-фетопротеина (АФП) в сыворотке крови беременной женщины. АФП - белок, который вырабатывается печенью во внутриутробном периоде. Его концентрация меняется в разные сроки беременности. С помощью данного метода можно заподозрить дефекты нервной трубки и брюшной стенки. При этой патологии концентрация АПФ в сыворотке крови повышается. Показанием к использованию данного метода может также быть отягощенная наследственность.

Обследование беременных женщин позволяет выявить до 20% случаев болезни Дауна у плода. Медицинских противопоказаний для данного метода диагностики не существует.

Для диагностики синдрома Дауна определяют уровень хорионического гонадотропина в сыворотке матери. В норме содержание хорионического гонадотропина уменьшается до низких цифр после первого триместра беременности. В то же время показано, что у женщин, вынашивающих плод с хромосомной патологией, этот показатель остается повышенным до рождения ребенка. Важное значение также имеет определение количества неконъюгированного эстриола (НЭ) в сыворотке крови беременной женщины. Уровень этого гормона значительно ниже при вынашивании плода с болезнью Дауна. Наибольшая достоверность достигается при использовании всех трех тестов.

Неинвазивные методы пренатальной диагностики направлены на обследование плода без оперативного вмешательства. Таким методом является ультразвуковое исследование (УЗИ) с помощью У 3И выявляют врожденные пороки развития. Наиболее оптимальным временем применения У 3И считается период от 17-й до 23-й недели беременности. По особым показаниям обследование можно проводить с 13-14-й недели беременности. У 3И также используют для выявления задержки роста эмбриона или плода начиная с 6-8-й недели беременности. В некоторых случаях требуется проведение детального повторного У 3И. Показаниями для повторного и раннего У 3И являются:

. повышение содержания АПФ в сыворотке крови на 16-18-й неделе беременности;

.неблагоприятное протекание беременности, задержка развития плода;

. рождение предыдущего ребенка с врожденным пороком развития;

.наличие врожденных пороков развития у кого-либо из супругов или у родственников 1-111 степеней родства;

. наличие у женщин болезней, повышающих риск рождения ребенка с врожденными пороками развития;

. воздействие тератогенного фактора в первые 10 недель беременности (радиация, химические вещества, вирусные инфекции).

Инвазивные методы включают следующие обследования:

. хорион-биопсии и плацентобиопсию;

. исследование ампиотическои жидкости;

. биопсию кожи плода;

. кордоцентез.

Хорион-биопсия и плацентобиопсия используются для получения небольших кусочков ворсин хориона или кусочков плаценты в период с 7-й по 16-ю неделю беременности. Процедура проводится под контролем У 3И. Одним из существенных недостатков хорион-биопсии является возможность спонтанного аборта. Ворсины хориона подвергаются цитогенетическому, молекулярно-генетическому и биохимическому изучениям с целью выявления наследственных болезней.

Ампиоцентез (прокол плодного пузыря) используется с целью получения околоплодной жидкости и клеток амниона у плода для пренатальной диагностики.

Кордоцентез - это взятие крови из пуповины под контролем УЗИ. Обследование проводится в период от 18-й до 22-й недели беременности. Кордоцентез используется для диагностики хромосомных болезней, внутриутробных инъекций.

Биопсия тканей плода проводится в период 2-3-го месяца беременности под контролем УЗИ.

Для диагностики наследственных кожных болезней (ихтиоз и др.) делают биопсию кожи плода с последующим патоморфологическим исследованием. Для диагностики мышечной дистрофии Дюшенна на внутриутробной стадии развития используют иммунофлюоресцентный метод с проведением биопсии мышц плода. Фетоскопия (введение зонда и осмотр плода) применяется на 18-й - 23-й неделе беременности, но только в исключительных случаях, т.к. может вызвать осложнения беременности и выкидыши.

В настоящее время методы пренатальной диагностик совершенствуются и расширяются. Определяются оптимальные сроки для применения каждого диагностического метода, разрабатывается проблема преимплатационной диагностики. Такая диагностика рассматривается как метод первичной профилактики наследственных болезней. Разрабатывается также программа массового обследования на наследственные болезни, наиболее поддающиеся профилактическому лечению. К таким заболеваниям относят фенилкетонурию, врожденный гипотиреоз, муковисцидоз, галактозению и др. Разрабатываются методы пренатального лечения некоторых заболеваний.

Разработаны и применяются при лечении наследственных болезней, например миопатии Дюшенна, методы генетической инженерии. В организм больных вводятся клетки с нормальными генами, обеспечивающими нормальную функцию.

Основная литература

1. Основы генетики: Клинико-генетические основы коррекционной педагогики и специальной психологии: учебное пособие для вузов /Е.М. Мастюкова, А.Г. Московкина; под общ ред. В.И. Селиверстова, Б.П. Пузанова. М.: Владос, 2005. 368 с.

2. Генетика: учебное пособие для вузов /В.И. Никольский. М.: Академия, 2010. 249 с.

Дополнительная

1. Асанов А.Ю. Основы генетики и наследственные нарушения развития у детей: учеб. пособие для вузов. Москва: Академия, 2003.

2. Гайнутдинов И.К. Медицинская генетика. Москва: Дашков и К, 2008.

3. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика: учеб. пособие для вузов. Новосибирск: Сиб. Унив. Изд-во, 2006.

4. Мастюкова Е.М., Московкина А.Г. Основы генетики (клинико-генетические основы коррекционной педагогики и специальной психологии). Москва: Владос, 2007.

5. Заяц Р.Г., Рачковская И.В. и др. Общая медицинская генетика. - Ростов-на-Дону.: "Феникс", 2002.

6. Клаг У.С. Основы генетики /Уильям С. Клаг, Майкл Р. Каммингс; пер. с англ. А.А. Лушниковой, С. М.Мусаткина. Москва: Техносфера, 2007.

7. Топорнина Н.А. Генетика человека: практикум для вузов. Москва: Владос, 2001.

Интернет ресурсы

1. http://window.edu.ru/resource/081/79081 Крюков В.И. Генетика. Часть 1. Введение в генетику. Молекулярные основы наследственности: Учебное пособие для вузов. - Орёл: Изд-во ОрёлГАУ, 2006. - 192 с.,

2. http://window.edu.ru/resource/083/79083 Крюков В.И. Генетика. Часть 2. Цитологические основы наследственности. Размножение клеток и организмов: Учебное пособие для вузов. - Орёл: Изд-во ОрёлГАУ, 2006. -173 с.,

3. http://window.edu.ru/resource/117/27117 Назарова М.Н., Тульнова Н.Н., Лавлинский А.В. Основы теории эволюции: Учебно-методическое пособие. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 2005. - 27 с.

Размещено на Allbest.ru

...