Изучение генетики человека

В случае гетероплоидии особенно тяжелы моносомии. Считают, что около 20% случаев моносомий заканчиваются летально еще в первые дни эмбрионального развития или приводят к гибели зародыша на более поздних стадиях (спонтанные аборты). Причина происходящего в таких случаях лежит в утрате целой группы сцепления генов (хромосомы) в ка-риотипе. Встречаются моносомий и среди родившихся, например, синдром Шерешевского -- Тернера, при котором 2п=45 (44,ХО) (рис. 12.9).

Механизм возникновения геномных мутаций связан с патологией нарушения нормального расхождения хромосом в мейозе (анафаза-I и анафа> за-П), в результате чего образуются аномальные гаметы (по количеству хромосом), после оплодотворения которых возникают гетероплоидные зиготы (рис. 12.10).

К таким заболеваниям относят синдром Дауна (трисомия по 21 хромосоме), синдром Клайнфельтера (47, ХХУ; 48, ХХХУ; 50, ХХХХХУ), при котором происходит нарушение развития и активности половых желез, наблюдается евнухоидизм (узкие плечи, оволосение и отложение жира по женскому типу, удлиненные конечности, рис. 12.11).

Эти признаки в сочетании с некоторой психической отсталостью проявляются у относительно нормального мальчика, начиная с момента полового созревания.

Изменения в фенотипе во время соматического развития, связанные с присутствием в организме генетически разнородных клеток, получили название мозаицизм. Он проявляется в виде секторов нового фенотипа, находящихся внутри ткани исходного фенотипа. Размеры секторов зависят от числа делений клеток, дающих начало секторам.

Следовательно, размер зоны нового фенотипа определяется временем появления изменения в генотипе: чем раньше в развитии оно происходит, тем больше размер пятна в зрелой ткани.

В ней описаны наиболее частые типы мозаицизма, однако обмены с участием Х-хромосомы не указаны. ,

Многие интерсексы (организмы с наличием признаков обоих полов) являются мозаиками, содержащими клетки с различным набором половых хромосом в разных комбинациях. Например, фенотип мозаика 45, ХХ/46, XX -- может проявляться в виде овариального дисгенеза, гонадального дисгенеза, с мужским псевдогермафродитизмом или в форме «смешанного тонального дисгенеза», когда одна гонада представлена фиброзным тяжем, а другая диспластическим тестикулом. Некоторые истинные гермафродиты имеют кариотип 46, ХХ/46, ХУ. Такой мозаицизм может возникать как следствие различных механизмов, таких как оплодотворение ооцита двумя различными спермиями; слияние двух оплодотворенных яйцеклеток; митотическая ошибка во время первого дробления; или внутриутробный обмен стволовыми кроветворными клетками между разнополыми дизиготными близнецами.

Цитоплазматические мутации -- возникают в результате мутаций в плазмогенах, находящихся в ДНК-содержащих клеточных органоидах -- митохондриях. Полагают, что некоторые патологии, приводящие к мужскому бесплодию, связаны с мутациями плазмогенов цитоплазмы. Считают, что и некоторые типы близнецовости могут быть обусловлены этими же причинами, при этом они наследуются, как правило, только по женской линии.



Спонтанные и индуцированные мутации

Спонтанные (случайные) мутации -- это мутации, возникающие при нормальных условиях жизни. Спонтанный процесс зависит от внутренних и внешних факторов (рис. 12.13).

Спонтанные мутации у человека могут возникать в соматических и генеративных тканях.

Метод учета спонтанных доминантных мутаций основан на том, что в редких случаях у одного из детей появится доминантный признак, отсутствующий у обоих родителей. Это должно свидетельствовать о возникновении спонтанной мутации. Проведенное в Дании изучение наследственности хондро-дистрофии показало, что примерно одна гамета из 24000 несет доминантную мутацию. Частоту возникновения в генеративных тканях человека спонтанных рецессивных мутаций рассчитал Холдейн. Он рассуждал следующим образом: женщина обладает двумя Х-хромосомами, если в одной из них произошла рецессивная мутация, приводящая к гемофилии, она будет ее скрывать от действия отбора. Мужчины, имея одну хромосому, при получении данной мутации заболевают и, как правило, не оставляют потомства. Однако число генов гемофилии в популяции не уменьшается. Отсюда следует, что частота вновь возникающих мутаций должна быть равна количеству мужчин, больных гемофилией. Расчеты показали, что эта величина равна от 1х10-5 до 5х10-5 за поколение. Для других наследственных заболеваний были найдены как более высокие, так и более низкие частоты мутирования (табл. 12.4).

Курт Браун предложил, так называемый, прямой метод оценки спонтанных генных, хромосомных и геномных мутаций. Метод основан на изучении популяционной выборки новорожденных. При этом рекомендуется оценивать частоту мутаций только в тех случаях, когда признак или наследственная болезнь не обнаруживается у родственников пробанда. Частота мутаций рассчитывается по формуле:

Хромосомные мутации выявляются у 1% новорожденных, при этом подразумевается, что у людей, не несущих хромосомной патологии, кариотип обладает высоким уровнем стабильности. Однако исследования показали, что нестабильность генома соматических клеток здоровых доноров не исключение, а норма. Повышенный уровень аберраций хромосом обусловлен генетически и выявлен у лиц с различными заболеваниями при некоторых формах анемии, заболеваниях нервной системы, изменениях иммунной системы и гормональных нарушениях. Большое число работ посвящено анализу спонтанного уровня аберраций хромосом в лимфоцитах периферической крови. Результаты этих работ показывают, что уровень аббераций хромосом в лимфоцитах у здоровых людей варьирует в пределах от 1 до 6%, при среднем значении в популяции 0,88%. По сведениям Бочкова Н.П. с соавторами (1975), при неоднократных исследованиях (до 8 раз в год) одних и тех же лиц отмечены колебания частот лимфоцитов с аберрациями хромосом от 0 до 6% независимо от времени года, пола, возраста и других особенностей индивидов. В связи с этим была высказана гипотеза о том, что нестабильность генома соматических клеток следует рассматривать не только как патологическое состояние организма, но и как адаптивную реакцию организма на измененные условия внутренней среды организма (Гуськов Е.П., 1989).

Индуцированный мутагенез -- искусственное получение мутаций с помощью мутагенов различной природы. Впервые способность ионизирующих излучений вызывать мутации (мутагенный эффект) была обнаружена Г.А.Надсоном и Г.С.Филипповым (1925). Два года спустя Г.Г.Меллер обосновал факт мутагенного эффекта рентгеновых лучей, используя методы количественного учета мутаций у дрозофилы. Затем в обширных исследованиях Н.В.Тимофеева-Ресовского, М.Демереца, К.Штерна, Дж. Ли, М.Дельбрюка и многих других на различных объектах были изучены основные радиобиологические зависимости индуцированных мутаций. В частности, было показано, что частота генных мутаций возрастает с увеличением дозы воздействия. В конце сороковых годов И.А.Рапопорт и Ш.Ауэрбах открыли существование мощных химических мутагенов. В последние годы показана возможность вызывать повреждение ДНК человека для целого ряда вирусов, различных паразитарных организмов, гельминтов и др.

Все нарушения генетической информации человека, подрывающие здоровье населения, объединяются под названием генетический груз. В настоящее время основными проблемами являются оценка уровня генетического груза, снижающего здоровье людей. Влияние генетического груза на экономику, на трудовые и оборонные ресурсы страны очень велико. Просмотрим статистические данные домов инвалидов г. Москвы только по двум болезням: синдром Дауна, который возникает с частотой один больной на 600 новорожденных, и фенилкетонурия -- рецессивная болезнь, которая появляется с частотой один на 10000 новорожденных. Статистический анализ показал, что за период с 1964 по 1979 гг. в эти дома поступило 75680 больных. Их содержание за это время обошлось государству в миллиард рублей (цены того периода) (Дубинин Н.П., 1990). :

Как мутационные изменения, приводящие к нарушениям генетического аппарата, так и модификационные (изменения нормы реагирования генов) приводят к ухудшению здоровья человека. Наука разрабатывает методы коррекции таких нарушений. Создаваемые в последние годы детские реабилитационные центры позволяют претворять в жизнь достижения науки и корректировать целый ряд модификационных нарушений у детей и взрослых.

12.3 Дополнение. Антимутагены

Мутационный процесс является источником изменений, приводящих к различным патологическим состояниям. Компенсационный принцип на современном этапе предполагает мероприятия по предотвращению генетических последствий загрязнения среды: предотвращение или снижение вероятности возникновения мутаций и устранение возникших в ДНК изменений путем репарации наследственного аппарата методами генетической инженерии.

В начале 50-х годов была обнаружена возможность замедления или ослабления темпов мутирования с помощью некоторых веществ. Такие вещества назвали антимутагенами, а сам процесс антимутагенезом. Выделено около 200 природных и синтетических соединений, обладающих антимутагенной активностью: некоторые аминокислоты (аргинин, гистидин, метионин и др.), витамины (токоферол, аскорбиновая кислота, ретинол, каротин и др.), провитамины и ферменты (пероксидаза, НАДФ-оксидаза, каталаза и др.), комплексные соединения (растительного и животного происхождения), фармакологические средства (интерферон, оксипиридины, соли селена и др.). Установлено, что антимутагены достаточно эффективны для человека.

Наша пища является одним из поставщиков натуральных генотоксичных продуктов. Подсчитано, что с пищей человек получает несколько граммов в день веществ, способных вызвать генетические нарушения, что в десять тысяч раз больше остатков синтетических пестицидов, содержащихся в тех или иных продуктах. Такие количества мутагенов должны вызывать существенные поражения в наследственных структурах человека. Этого не происходит, так как наряду с мутагенами пища содержит также антимутагены, которые нейтрализуют эффект мутагенов. Соотношение тех и других веществ в различных продуктах питания неодинаково. Некоторые виды бобов, люпин, неочищенное хлопковое масло, черный перец, определенные виды съедобных грибов содержат больше мутагенов. Обнаружено, что потребление в пищу мяса животных, питавшихся растениями, поглотившими мутагенные вещества из окружающей среды, повышает мутационный уровень у человека. В 80-х годах был описан случай появления врожденных дефектов в одном хозяйстве у новорожденого ребенка, выводка щенят и козлят. Оказалось, что в период беременности женщина и собака употребляли молоко, полученное от домашних коз, которых кормили люпином. Генетический аппарат коз был непосредственно поражен генотоксическими компонентами люпина, а человека и собаки опосредованно, через компоненты молока.

Соотношение антимутагенов и мутагенов в продуктах зависит от сроков их хранения и консервирования, а также от способа их приготовления. Например, повреждающие ДНК-продукты образуются в гренках, мясе, рыбе при их интенсивном нагревании, т.к. жир в процессе кулинарной обработки окисляется с образованием множества токсических продуктов (гидропероксиды холестерола, эпокизиды жирной кислоты, альдегиды и др.). Рационы традиционного питания, как правило, не отвечают демографическим (возрастная структура населения) и экологическим условиям. Защита наследственного аппарата от воздействия средовых токсинов предполагает увеличение в пользу антимутагенов баланса веществ в продуктах. Одна из наиболее изученных групп пищевых антимутагенов -- витамины и провитамины: ретинол (витамин А и его синтетические аналоги -- ретиноиды) и его провитамин каротин, токоферол (витамин Е), фолиевая кислота (витамин В4), аскорбиновая кислота (витамин С), филлохинон (витамин К).

Антимутагенные свойства витамина Е (а-токофе-рола) впервые были описаны в 70-х годах. Установлено, что антимутагенное действие токоферола практически универсально для различных факторов физико-химической и биологической природы (Алекперов У.К.,1984). Токоферол содержится в растительных продуктах: маслах, семенах и проростках злаковых (облепихе, послене, семенах шиповника).

Другой распространенный антимутаген -- аскорбиновая кислота (витамин С). Для поддержания оптимального состояния здоровья ежедневная потребность в витамине С у разных людей варьируется в пределах от 250 мг до нескольких граммов. Аскорбиновая кислота активный антиканцероген. Пока роль витамина С в предотвращении рака не установлена до конца, тем не менее многочисленные экспериментальные и эпидемиологические данные об обратной корреляции между потреблением витамина С и появлением злокачественных образований имеют место. Отмечается высокое содержание аскорбиновой кислоты в зеленом и красном перце, черной смородине, петрушке, апельсиновом, лимонном, грейпфрутовом соках, помидорах, огурцах, клюкве, крыжовнике и др.

Витамин В4 (фолиевая кислота) служит барьером для вирусов, провоцирующих раковые заболевания. Ежедневная доза витамина (около 800 мкг) значительно сокращает и даже прекращает развитие предраковых состояний у женщин, принимающих пероральные противозачаточные средства.

Антимутагенами могут быть не только компоненты, но и пищевые продукты в целом. Экстракты крестоцветных растений, среди которых наиболее активны различные виды капусты, уменьшали уровень мутаций, вызываемых мутагенными компонентами пищи, более чем в 8--10 раз. Экспериментально определено, что токсический эффект снижается под действием экстракта яблок -- в 8 раз, мятного листа -- в 11 раз, зеленого перца -- в 10, баклажана -- в 7, винограда -- в 4 раза. Рекордсменом оказался лопушник большой (сем. сложноцветных) -- более чем в 20 раз. Среди лекарственных трав отмечают антимутагенное действие зверобоя.

Правильное питание является одним из путей предотвращения действия генотоксических факторов среды. Экспертная группа Международной комиссии по защите окружающей среды от мутагенов и канцерогенов отмечает достоверное снижение риска у лиц, придерживающихся диеты, богатой хлебными злаками, овощами и фруктами при снижении потребления продуктов, богатых жирами, и алкоголя.

12.4 Задание

1. Участок гена, кодирующий полипептид, имеет в норме следующий порядок оснований: ААГ-ЦААЦЦАТТАГТААТГААГЦААЦЦЦ. Какие изменения произойдут в белке, если во время репликации в шестом кодоне появилась вставка (Т) между вторым и третьим нуклеотидами?

2. Какие изменения произойдут в строении белка, если на участке гена ТААЦАААГААЦАААА между 10 и И нуклеотидами включить гуанин, а между 13 и 14 цитозин, а в конце появляется аде-нин? Как называются произошедшие мутации?

3. Каково будет число хромосом в сперматозоидах человека, если нерасхождение одной из фигур наблюдается: а) в анафазе-I мейоза; б) в ана-фазе-П мейоза?

4. На участке гена, кодирующего полипептид, последовательность нуклеотидных оснований следующая: ГААЦГАТТЦГГЦЦАГ. Произошла инверсия на участке 2--7 нуклеотидов. Определите структуру полипептидной цепи в норме и после мутации.

5. В процессе гаметогенеза у женщины происходит элиминация одной фигуры деления. Определите количество хромосом, возможное в яйцеклетке, если элиминация происходит в метафазу-I и мета-фазу-П мейоза.

6. В нуклеотидной последовательности гена АААГТТАААЦТГАААГГЦ происходит выпадение 5-го и 9-го нуклеотидов. Какой должен быть участок белка в норме и какой получится?

7. Во время митоза (в анафазе) у человека не разошлась: а) одна пара хромосом; б) две. Сколько хромосом будет в дочерних клетках?

8. Определите возможные генотипы детей в браках: а) здоровая женщина и мужчина с синдромом Клайнфельтера; б) женщина-трисомик по X-хромосоме и мужчина с синдромом Дауна (47.+21).

9. Могут ли мужчина и женщина, больные синдромом Дауна, иметь здоровое потомство? Какова вероятность его проявления в случае, если оба родителя имеют трисомию, и в случае транслокационной формы наследования синдрома?

10. В культуре ткани человека произошла элиминация одной хромосомы, сколько хромосом будет в дочерних клетках, если элиминация происходит в разные фазы митоза?

11. Женщина получила от матери 2 хромосомы неправильной формы, а от отца -- три, все остальные хромосомы нормальные. Какова вероятность, что все 5 хромосом неправильной формы окажутся в одной гамете: а) если они не гомологичны; б) если одна материнская и одна отцовская гомологичные; в) если две материнские и две отцовские образуют гомологичные пары хромосом?

12. При хроническом миелолейкозе в 21 хромосоме человека есть нехватка. Индивид, получивший эту хромосому, заболевает лейкозом. Какая вероятность рождения здоровых детей от этого индивида?

13. Какие из следующих заболеваний не связаны с нарушением мейотического расхождения хромосом: а) синдром Тернера; б) синдром Дауна; в) синдром «кошачьего крика»; г) синдром Патау?

14. Укажите число телец Барра в клетках организма с синдромами: Шерешевского -- Тернера; Клайнфельтера (ХХУ; ХХХУ; ХУУ; ХХУУ; ХХХХУ); Патау, Эдварса.

15. На сегодняшний день описано и изучено большое число разных мозаиков по половым хромосомам у человека. Нарисуйте схему происхождения следующих мозаичных организмов:

а) ХХ/ХО; б) ХХ/ХХУУ; в) ХО/ХХХ; г) ХО/ ХХ/ХХХ; д) ХХ/ХУ.

16. Определите названия мутаций в приведенных кариотипах, укажите, в каких хромосомах они произошли:

а) 46, XX, 1 pter22; б) 46, XY, Xq28; в) 46, XY, t (13; 21); г) 46, XY, 8qinv 12/22.

Глава 13. Методы исследований генетики человека

Основные генетические законы и закономерности имеют универсальное значение и в полной мере приложимы к человеку. Человек как объект генетических исследований имеет ряд особенностей. Как у объекта исследования у него есть свои достоинства и свои трудности. Трудности: большое число хромосом в кариотипе человека (2п=46); продолжительность цикла развития до наступления половозрелости, человек -- одноплодная особь (за одну беременность, как правило, рождается один ребенок), исключение -- рождение близнецов; малое количество детей в браке (обычно, один ребенок); невозможно формировать необходимую схему брака, так как люди свободно скрещиваются (в основе браков лежат любые мотивы, кроме научно-исследовательских целей).

Однако исчерпывающие знания по анатомии и физиологии человека (т.к. начиная со времен Галена и Гарвея по настоящее время велись эти исследования), большое число мутаций, пополняемых и в настоящее время, многочисленность человеческой популяции в целом позволяют всегда выбрать нужную схему брака.

Для человека характерны все известные в генетике типы наследования признаков: доминантный, кодоминантный, рецессивный, аутосомный и сцепленный с половыми хромосомами, ограниченный полом и др.

Большую работу по систематизации сведений о наследственных признаках человека проводит Мак-Кьюсик, который на протяжении последних десятилетий суммирует все данные мировой литературы по этому вопросу и публикует их в виде каталога менделирующих признаков у человека. Типы наследования и формы проявления генетических задатков у человека весьма многообразны, и для дифференциации между ними требуются специальные методы анализа, в первую очередь, клинико-генеалогический анализ.

13.1 Клинико-генеалогический метод

Основой метода является составление родословной и ее последующий анализ. Впервые был предложен Ф.Гальтоном в 1865 году.

Задачами метода являются установление наследственного характера признака и определение типа наследования. Вместе с тем этот метод дает возможность изучать сцепленное наследование, определять тип взаимодействия генов и пенетрант-ность аллелей. Он лежит в основе медико-генетического консультирования. Метод широко применяется дл"я решения ряда научных и прикладных задач генетики.

Современные аспекты клинико-генеахогического метода

Клинико-генеалогический метод используется для диагностики наследственных болезней и медико-генетического консультирования, а также позволяет изучать гетерогенность наследственных болезней. С.Н. Давиденков применял клинико-генеалогический метод при изучении генетической гетерогенности и клинического полиморфизма нервных болезней. Позже такие исследования проводились с помощью анализа семейных данных (Н.Бочков, 1978). Кроме того, клинико-генеалогический метод позволяет осуществлять генетическую профилактику (предупреждение рождения больного ребенка), а также раннюю профилактику клинических проявлений наследственных болезней.

Для доказательства наследственного характера патологии применяются как анализ отдельных обширных родословных, так и статистическая обработка подобранных по определенному признаку сведений о семьях. Существует ряд признаков, свидетельствующих о наследственной природе некоторых болезней: «семейный» характер проявления болезни; семейное накопление; увеличение числа больных среди родственников пробанда по сравнению с частотой данного заболевания в популяции; увеличение конкордантности монозиготных близнецов по сравнению с дизиготными; а также выявление рецессивных патологий в семьях кровнородственных браков.

Клинико-генеалогический анализ начинается с составления родословной.

Составление родословной Сбор семейных сведений

Сбор сведений о семье начинается с человека, называемого пробандом. Для сбора сведений используют разные формы анкетирования в сочетании с обследованием членов семьи. Основными труд ностями. при сборе материала является некоторая субъективность получаемой информации, недостаточность ее объема, а также возможные искажения. Трудности такого рода связаны с недостаточной информированностью о здоровье близких и дальних родственников. Чем больше родственников будет опрошено, тем достовернее и полнее будут полученные сведения. Во многих случаях, несмотря на ряд специальных приемов, не удается выяснить подробности обо всех членах семьи, в силу объективных причин -- неверно поставленный диагноз и субъективных -- когда скрываются некоторые сведения о семье мужа или жены из-за боязни расторжения брака или по другим причинам, например, когда возникает неосознанное желание переложить вину за наследственное заболевание ребенка (особенно таких, как нарушение психики, интеллекта, врожденные уродства и т.д.). В связи с этим желательно одновременно собирать анамнез жизни и болезни у самого пробанда и его родственников. Опрос необходимо проводить с каждым из супругов отдельно, соблюдая конфиденциальность беседы, во время беседы необходимо быть внимательным и соблюдать чувство такта. Необходимо обратить внимание на все болезни и любые патологические симптомы.

Метод анкетирования может быть использован самостоятельно или дополнять метод беседы. Иногда используются выписки из истории болезни, справки лечебных учреждений, результаты анализов, заключение консультантов и т.д.

Порядок получения сведений при опросе: обычно пробанд и его родственники могут дать сведения о трех поколениях: родители, дети, внуки. Желательно получить сведения о максимальном количестве родственников как по «горизонтали», так и по «вертикали».

Начинают опрос обычно с родственников по материнской линии: бабушка и дедушка по матери, их дети по порядку рождения, с указанием внуков, детей каждого ребенка бабушки и дедушки. В родословную необходимо вносить сведения о выкидышах, абортах, мертворожденных, бесплодных браках и т.д. Затем, в такой же последовательности, собираются сведения о родственниках отца пробанда. Регистрируют следующие сведения:

* фамилия, имя, отчество. Для женщины указывают девичью фамилию;

* возраст, для живых год -- рождения, а для умерших -- возраст, в котором наступила смерть, иногда указывают дату рождения и дату смерти;

* национальность;

* место жительства семьи (для учета возможных эндемичных факторов), место жительства предков;

* профессия;

* наличие хронических заболеваний у родственников, для умерших родственников указывается причина смерти, в том числе и насильственная;

* адреса родственников с подробными паспортными данными.

Объем обследования, количество родственников и регистрация полученного материала зависят от цели составления родословной.

Графическое изображение родословной

По завершении сбора сведений приступают к графическому изображению родословной. Для этой цели разработана система условных обозначений (рис.13.1). При составлении родословной пользуются стандартными символами Поколения в родословной обозначаются римскими цифрами, которые ставятся слева от родословной. Арабскими цифрами нумеруется потомство одного поколения слева направо. Братья и сестры располагаются в порядке рождения и именуются сибсы.

Заболевание (признак) обозначается вольно и записывается в легенде. Оно (он) может обозначаться буквой или затушевываться, особо отмечаются возможные носители патологии, а также случаи неполного проявления заболевания (кондукторы). Для живых регистрируют год рождения, для умерших -- возраст, в котором наступила смерть. Если сведений нет, то ставится знак вопроса. В легенде необходимо оговаривать характер сведений, степень их достоверности.

Изображение родословной необходимо начинать с самого старшего поколения. Хотя многие авторы рекомендуют начинать от пробанда. Допускаются различные способы графического изображения родословных: расположение по окружности определенного радиуса или вертикально-горизонтальное изображение. При составлении родословной необходимо соблюдать следующие правила:

1. Изображение должно располагаться так, чтобы каждое поколение находилось на своей горизонтали. Обширные родословные составляются по кругу (рис.13.2).

3. При объединении линии матери и отца могут изображаться ниже линии родственников; если они здоровы и не влияют на данное заболевание, могут вообще не регистрироваться в родословных.

4. Супруги родственников пробанда могут изображаться ниже линии родственников, если они здоровы и не влияют на данное заболевание, могут вообще не регистрироваться в родословных.

5. В случае, когда в семье несколько наследственных заболеваний, не связанных между собой, желательно остановить свой выбор на одном.

Анализ родословной

Анализ родословной включает в себя следующие этапы:

1. Установление, является ли данный признак наследственным. Является ли данный признак единичным или в семье имеется несколько случаев (семейный характер). Если признак в родословной встречается несколько раз в разных поколениях, то можно предполагать, что этот признак имеет наследственную природу.

2. Определение типа наследования признака. Для этого тщательно анализируют родословную, обращая внимание на следующие моменты:

* встречается ли изучаемый признак во всех поколениях;

* многие ли члены родословной обладают этим признаком;

* одинакова ли частота у лиц обоих полов;

* у лиц какого пола он встречается чаще;

1. * лицам какого пола передается признак от больного отца и больной матери;

* есть ли в родословной семьи, где у обоих здоровых родителей рождались больные дети;

* есть ли в родословной семьи, где у обоих больных родителей рождались здоровые дети;

* какая часть потомства имеет наследуемый признак в семьях, где болен один из родителей.

1. Характерные черты аутосомно-доминантного наследования: признак встречается в родословной часто, практически во всех поколениях с одинаковой частотой у мальчиков и девочек. Если признак (болезнь) обнаруживается у одного из родителей, то этот признак проявится либо у половины потомства, либо у всего (рис. 13.3).

Характерные черты аутосомно-рецессивного наследования: признак встречается в родословной редко, не во всех поколениях, с одинаковой частотой у мальчиков и девочек. Признак может проявиться у детей, родители которых им не обладали. Если признак имеет один из родителей, то он может совсем не проявиться у детей или проявиться у половины.

Характерные черты наследования, сцепленного с полом:

Х-доминантное наследование. Признак встречается чаще у лиц женского пола. Если мать больна, а отец здоров, то передача патологического признака происходит вне зависимости от пола. Если болен отец, а мать здорова, то все дочери унаследуют от отца патологический признак. Все сыновья будут здоровы (крисс-кросс наследование) (рис. 13.4).

Х-рецессивное наследование. Признак (заболевание) встречается чаще у лиц мужского пола. Характерен «перескок» признака через поколение. В семьях, где рба родителя здоровы, могут рождаться 50% больных сыновей (если мать гетерозиготна). Лица женского пола, обладающие патологическим признаком, могут рождаться только в семьях, где отец болен, а мать гетерозиготна (рис. 13.5).

У-сцепленное наследование. Признак встречается только у лиц мужского пола. Признак передается по мужской линии всем сыновьям (при полной пенетрантности), это голандрический тип наследования.

Характерные черты цитоплазматического наследования. Признак (заболевание) встречается с одинаковой частотой у обоих полов; признак передается потомкам от матери; больная мать передает признак либо всему потомству, либо только его части в зависимости от попадания в зиготу аномальных плазмогенов от яйцеклетки. (Пример -- одна из форм несращения остистых отростков позвонков.)

Задача 3. Составьте родословную и определите тип наследования одной из форм глаукомы по данным анамнеза. Пробанд (мужчина) страдает глаукомой. Его два брата и две сестры, а также родители, сестра матери и трое из четырех братьев матери здоровы. Три сына и две дочери больного брата матери пробанда здоровы. Бабка пробанда со стороны матери и ее две сестры здоровы. Брат бабки болен. Из шести сыновей одной из сестер бабки двое больны. Вторая сестра бабки имеет трех больных сыновей из четырех. Ее четыре дочери здоровы, и две из них имеют здоровых детей: одна -- двух дочерей и одного сына, вторая -- одного сына. Больной брат бабки имеет двух здоровых дочерей, одна из которых бездетна, трех здоровых внучек и одного здорового внука. Один его внук болен. Родители бабки пробанда здоровы, но мать бабки имеет двух больных братьев. Родители прабабки пробанда здоровы.

Задача 4. Арахнодактилия (паучьи пальцы) наследуется как доминантный аутосомный признак с пенетрантностью, равной 30%. Леворукость -- рецессивный аутосомный признак с полной пенетрантностью. Определите вероятность рождения ребенка с двумя аномалиями в семье, в которой оба родителя гетерозиготны по обеим парам генов.

Задача 5. Подагра является доминантным ауто-сомным признаком. По некоторым данным пенетрантность этого гена у мужчин составляет 20%, а у женщин она равна нулю. Какова вероятность заболевания подагрой в семье гетерозиготных родителей? Какова вероятность заболевания подагрой в семье, где один из родителей, гетерозиготен, а другой нормален по анализируемому признаку?

Задача 6. По данным шведских генетиков некоторые формы шизофрении наследуются как доминантные аутосомные признаки. При этом у гомозигот пенетрантность равна 100%, а у гетерозигот 20%. Определите вероятность рождения больных детей в семье, где один из супругов гетерозиготен, а другой нормален в отношении анализируемого признака.

Задача 7. Полидактилия наследуется как ауто-сомно-доминантный признак. Проследите наследование этого признака в семье и подумайте, как можно объяснить наличие разного количества пальцев на руках и ногах у носителей признака.

Цифрами на схеме родословной обозначено количество пальцев на руках и ногах у страдающих полидактилией субъектов.

Задача 8. Напишите генотипы всех персон и укажите тип наследования пигментной ксеродер-мы согласно следующей родословной, где это заболевание проявилось в единичном случае в браке двоюродных сибсов.

13.2 Цитогенетический метод

Основным объектом цитогенетического метода являются субклеточные структуры, главным образом, хромосомы. В настоящее время разработаны методы для исследования молекулярных механизмов структурной организации хромосом, особенностей их функционирования в процессе жизнедеятельности, а также закономерностей изменчивости и их стабильности.

Изучение хромосом человека прошло три основных этапа.

Первый этап -- поиск адекватных методических путей изучения морфологии хромосом, связан с именами таких биологов, как М.С. Нава-Шин, П.И. Живаго, А.Г. Андерс, Г.К- Хрущев.

Второй этап -- опубликование первой работы (J.Tjio, A.Levan, 1956), в которой удалось получить картину морфологии хромосом человека и точно идентифицировать их число. Началось активное изучение морфологии митотических и мейотических хромосом в норме и после воздействия мутагенов различной природы (А.А. Прокофьева-Бельговская, 1969, E.Ford 1973). В 1959 г. Л ежен открыл хромосомную природу синдрома Дауна, а в течение последующих лет были описаны и другие, наиболее часто встречающиеся хромосомные болезни. Было показано, что значительная часть детей с пороками развития имеет хромосомные аномалии. Цитогенетика стала важной областью практической медицины.

Третий этап -- начинается с разработки методов дифференциального окрашивания хромосом (B.Dutrillaux, 1975; А.Ф. Захаров, 1977). Эти методы позволили идентифицировать каждую хромосому человека, составить для них цитологическую карту линейной неоднородности. В последние годы разработаны ДНК-зонды, с помощью которых можно оценить наличие или отсутствие определенного, даже очень маленького, сегмента в хромосоме (см.раздел 4.4).

Изучение строения и функционирования хромосом человека имеет большое теоретическое и практическое значение для медицинской генетики. Знание того, что собой представляет каждая хромосома человека в химическом, цитологическом и генетическом отношении, важно для правильного понимания происхождения хромосомных нарушений и обусловленных ими отклонений.

Методы анализа хромосом

Хромосомные болезни клиницисты стали изучать еще до установления точного числа хромосом человека. Например, синдромы Клайнфельтера и Шерешевского -- Тернера были описаны до открытия хромосомной этиологии этого синдрома. В настоящее время для выявления наследственной патологии используют метод оценки хромосомных аберраций в лимфоцитах человека.

Препараты хромосом человека можно приготовить из любой пролиферативно активной ткани (костного мозга, собственно соединительной ткани и др.), но чаще для этой цели используют лимфоциты периферической крови. Кровь донора помещают в специальную среду, которая содержит все необходимые для роста клеток крови питательные вещества, и инкубируют в присутствии специальных веществ -- митогенов, которые стимулируют лимфоциты к делению. Клетки растут в культуре в течение 72 часов, за это время лимфоциты проходят два митотических деления, после чего добавляют специальное вещество -- колхицин. Колхицин ингибирует процесс формирования нитей ах-роматинового веретена, и все делящиеся клетки V останавливаются на стадии метафазы. В метафа-зе хромосомы максимально конденсированы, что позволяет хорошо их различать.

Обнаружение трисомии по 21-й хромосоме при синдроме Дауна Леженом в 1959 г. определило важность цитогенетики в медицине. Цитогенетичес-кая болезнь Дауна представлена двумя вариантами: простым (трисомным) и транслокационным. В основе болезни Дауна лежит нерасхождение по 21-й паре хромосом. Кариотип больного при три-сомном варианте содержит 47 хромосом, при этом лишней оказывается 21-я хромосома. При транслокационном варианте в кариотипе содержится 46 хромосом, причем в наборе имеются две нормальные 21-е хромосомы, одна нормальная 15-я хромосома и крупная аномальная непарная хромосома, представляющая собой соединение 21-й и 15-й хромосом. Другой формой транслокации при болезни Дауна может быть соединение между собой двух 21-х из трех, имеющихся в клетке. Трисомный вариант синдрома Дауна встречается в 95% случаев, на транслокационные формы приходится 4% и на мозаицизм 1% случаев этого синдрома. При мозаичном варианте 46/47 (норма/трисомия) выраженность симптомов зависит от соотношения клеток с генотипом 46 к клеткам с генотипом 47.

Синдромы Патау и Эдварса -- два других тяжелых заболевания, связанные с аутосомной анеу-плоидией. Синдром Патау возникает при трисомии по хромосоме 13 и встречается примерно у одного из 5000 новорожденных. Наиболее характерные признаки этого заболевания -- расщепление губы и неба («заячья губа», «волчья пасть»), микроцефалия, полидактилия; пороки внутренних органов включают -- пороки сердца, гипоплазию мозжечка, дивертикулы и др. Синдром Патау встречается в двух цитогенетических вариантах -- простая трисомия 13-й хромосомы и транслокация D/13. Синдром Эдварса возникает при трисомии по хромосоме 18. При этом синдроме нарушения нормального развития затрагивают практически все системы органов. Частота синдрома среди новорожденных составляет около 1 на 10000. Среди заболеваний человека, сопровождающихся хромосомными нарушениями, особое место занимают злокачественные образования (см.главу 16). В 1960 г. американскими исследователями П.Ноуэллом и Д.Хангерфордом было обнаружено у больных хроническим миелолейкозом специфическое хромосомное нарушение -- деления хромосомы 22 (рис.13.6). В честь города, где было сделано это открытие, делитированная хромосома была названа «филадельфийской» и сокращенно обозначается символом «Ph1». По данным многих авторов, Ph'-хромосома встречается в клетках костного мозга в 80--100% метафаз у большинства больных хроническим миелолейкозом в любой фазе заболевания. Ph'-хромосома присутствует у больных лишь в миелоидных тканях, она очень редко обнаруживается в клетках других тканей -- в культуре кожных фибробластов, в культуре лимфоцитов периферической крови.

В последние годы разработан метод цитогенетического анализа хромосом сперматозоидов человека. Сперматозоиды -- высокодифференцированные клетки (не способные к делению), содержащие гаплоидный набор хромосом. Однако их генетический материал может удваиваться и вступает в митоз после оплодотворения. Для этой цели у самки золотистого хомячка вызывают суперовуляцию (с помощью гормонов), затем отбирают ооциты и соединяют со спермой человека. Сперматозоиды оплодотворяют яйцеклетки хомячка, образуется химера: человек + хомяк. Образовавшаяся зигота начинает делиться, однако эти деления различных видовых организмов несбалансированны, и через несколько часов такая химера погибает. Процесс оплодотворения стимулирует сперматозоиды к делению, и этих первых делений достаточно, чтобы накопилось определенное число митотических клеток.

На приготовленном препарате можно легко различить хромосомы человека и хромосомы золотистого хомячка. Хромосомный анализ сперматозоидов человека проводят с целью оценки генетической стабильности хромосомы, в случаях контакта с мутагенами и для выявления мужского бесплодия.

Половой хроматин

Цитогенетический метод позволяет определять половой хроматин.

В клетках мужского организма Х-хромосома всегда выполняет активную функцию, у женщин одна Х-хромосома играет важную роль и определяет развитие женского пола, а вторая находится в неактивном, спирализованном состоянии (тельце Барра). Тельце Барра представляет собой маленькую хорошо окрашивающуюся структуру на внутренней поверхности ядерной мембраны соматических клеток женщин (рис. 13.7).

Присутствие Х-хроматина в норме у женщин связано с инактивацией одной из двух Х-хромосом (рис.13.8). При любом числе хромосом в активном состоянии всегда будет только одна, другие будут образовывать тельце Барра. Следовательно, половой хроматин в норме выявляется только у женщин и отсутствует у мужчин. У женщин с кариотипом 47, XXX обнаруживаются два тельца Барра, с кариотипом 48, ХХХХ -- три, а с кариотипом 45, ХО -- ни одного. У мужчин с кариотипом ХХУ -- одно, ХХХУ -- два, ХХХХУ -- три тельца Барра.

Определение Х-полового хроматина у плода помогает своевременно определить его пол. Это бывает важно для решения вопроса о дальнейшей его судьбе при диагностике наследственных заболеваний, связанных с анеуплоидиями по половым хромосомам.

Лабораторная работа Определение полового хроматина

В настоящее время разработан простой и доступный метод получения материала для определения полового хроматина -- соскобы слизистой оболочки полости рта.

С целью получения соскобов проводится следующая процедура: слегка заостренным (но не острым) металлическим шпателем, который перед каждым соскобом обрабатывается спиртом и протирается стерильной салфеткой, производится соскоб быстрым скоблящим движением шпателя по слизистой щеки, которая перед этой процедурой протирается, при легком надавливании, ватным тампоном. Полученный материал переносится на предметное стекло и окрашивается одной каплей 1% ацетоорсеина (свежепрофильтрованного). Препарат накрывается покровным стеклом, сверху прикладывается слой фильтровальной бумаги. После этого производят умеренное надавливание покровного стекла большим пальцем руки в течение нескольких секунд. Остатки красителя удаляются. Нельзя допускать сдвигание покровного стекла при этой процедуре!

Изучение препарата производят в световом микроскопе с иммерсионной системой (х 1200-- 1500), желательно с бинокулярной насадкой. На препарате половой хроматин должен быть обнаружен в виде тельца, окрашенного в темный цвет, размером около 1мкм и расположенного чаще всего под ядерной оболочкой (см.рис. 13.7).

Поскольку тельце Барра (половой хроматин) в норме определяется в ядрах в среднем у 30% клеток женщин, необходимо осуществить просмотр нескольких полей зрения в разных местах препарата и просчитать не менее 100 ядер. Необходимо учитывать только прилежащие к ядерной оболочке тельца полового хроматина.

Ацетоорсеин готовится по следующей методике: 1 г синтетического орсеина растворяется в 45 мл ледяной уксусной кислоты. Раствор доводится до кипения, охлаждается и фильтруется. К полученному раствору добавляются 55 частей дистиллированной воды. Производятся повторное кипячение, охлаждение и фильтрование.

13.3 Близнецовый метод

Ф.Гальтон в 1876 г. предложил использовать метод анализа близнецов для разграничения роли наследственности и среды в развитии различных признаков у человека (ввел альтернативные понятия «природа» и «воспитание»).

Этот метод позволяет определить роль генетического вклада в наследование сложных признаков, а также оценивать действие влияния таких факторов, как воспитание, обучение и т.д.

Исследователь работает с парами близнецов, изучая у них наличие и степень выраженности интересующего его признака. При использовании этого метода проводится сопоставление:

* монозиготных (или однояйцовых) близнецов (МБ) с дизиготным (или двуяйцовым) -- ДБ;

* партнеров в монозиготных парах между собой;

* данных анализа близнецовой выборки с общей популяцией.

Монозиготными близнецами называются близнецы, образовавшиеся из одной зиготы, раз-

делившейся на стадии дробления на две (или более) части. Следовательно, с генетической точки зрения, они идентичны, т.е. обладают одинаковыми генотипами. Естественно, что они всегда одного пола. Возможные механизмы образования однояйцовых близнецов представлены на рис. 13.9.

Особую группу среди монозиготных близнецов составляют необычные типы близнецов: двухголовые (обычно летальные случаи), каспофаги («сиамские близнецы»), связанные тканевой перемычкой шириной около 10 см, простирающейся от конца грудины почти до пупка, и другие аномалии. В настоящее время проводят хирургическое разделение близнецов и с более обширными связями между ними. При рождении в 1811 г. Чанга и Энга -- сиамских близнецов (по названию Сиама, ныне Таиланд) попытка разделить их вряд ли была бы успешной. Они прожили 63 года, были женаты на сестрах, Чанг имел 12, а Энг 10 детей. В 1874 г. умер от воспаления легких Чанг, а Энг, который был здоров, пережил его только на 2 часа.

Дизиготные близнецы возникают путем оплодотворения двух разных яйцеклеток разными сперматозоидами, которые развиваются в матке одновременно. С генетической точки зрения они сходны между собой не более, чем обычные братья и сестры, так как имеют в среднем 50% идентичных генов. Общая частота рождения близнецов составляет 1%, приблизительно 1/3 их приходится на монозиготных близнецов.

Близнецовый метод включает в себя:

а) подбор близнецовых пар;

б) определение зиготности близнецов, основанное на анализе наиболее изученных моногенных признаков (группы крови, лейкоцитарные антигены, чувствительность к горькому вкусу фенилтио-мочевины и т.д.). Если у обоих близнецов по этим признакам нет различий, их считают монозиготными. Наиболее достоверный критерий монози-готности -- свободная приживляемость трансплантатов;

в) сопоставление групп моно- и дизиготных близнецов по изучаемому признаку. При этом определяется коэффициент парной конкордантнос-ти (К), указывающий на долю близнецовых пар, в которых исследуемый признак проявился у обоих партнеров (конкордантность -- степень сходства, дискордантность -- степень несходства).

Коэффициент «К» можно выражать в процентах и в долях единицы. Если у монозиготных близнецов «К» высок, а у дизиготных -- низок, считают, что доминирующая роль в определении признака принадлежит наследственным факторам. При близких значениях «К» у моно- и дизиготных близнецов считают, что признак развивается в основном под действием внешней среды. Если значение «К» у монозиготных близнецов невысоко, но существенно выше, чем у дизиготных близнецов, считают, что в формировании признака сыграли роль как факторы внешней среды, так и факторы генетической природы, т.е. к развитию признака имеется определенная наследственная предрасположенность (табл. 13.1).

Для объективности суждения о роли среды и наследственности в развитии признака используют критерий «Н» -- наследуемость.

При значениях «Н», приближающихся к 0, считают, что признак развивается исключительно под действием факторов внешней среды. При значениях 1 > Н > 0,7 -- признак развивается под действием генетических факторов. Средние значения «Н» -- от 0,4 до 0,7 свидетельствуют о том, что признак развивается под действием факторов внешней среды на фоне генетической предрасположенности (табл.13.2).

Факторы, вызывающие у человека деление зиготы на ранних стадиях дробления с образованием МЗ близнецов, пока неизвестны. Отмечены факторы, влияющие на частоту рождения ДЗ близнецов: возраст матери и порядок рождения. Вероятность рождения близнецов повышается с возрастом матери (установлено Вайнбергом в 1921 г.).

13.4 Антропогенетические методы

В определении влияния на конституцию человека факторов наследственности и срёды нет четкого разделения, поскольку учение о конституции сложилось раньше, чем возникла генетика как наука. Несомненно, генетические факторы имеют перво-степенное значение. Многие конституциональные признаки имеют сложную генетическую основу, а некоторые из них могут возникать скорее из-за ранней физической нагрузки, нежели вследствие генетического влияния. В настоящее время в генетике все больше интересуются эпигенезом, т.е. развитием признаков у взрослых индивидуумов, возникших в результате многочисленных взаимодействий в процессе роста и развития. Интеграция смежных направлений антропологии и генетики привела к выделению отдельного направления -- антропогенетике.

Антропометрия

Основой многих антропометрических методов является проведение стандартных измерений. Несмотря на попытки установить международные стандарты по технике антропометрии, иногда этого сделать не удается. Человеческие популяции слишком изменчивы, и поэтому для описания многих показателей используются статистические методы.

Конституциональными признаками называют такие аспекты структуры, функции или поведения, которые характерны для процессов роста, созревания и старения. Характер реакции на изменение среды может быть конституциональным признаком. Количественные показатели некоторых физиологических признаков часто отличаются более

выраженной внутрииндивидуальной изменчивостью в состоянии покоя, чем при максимальной нагрузке. Например, частота сердечных сокращений у индивидуума в состоянии покоя оказывается более вариабельной и менее конституционально обусловленной, чем тот же признак при максимальной нагрузке, когда конституциональные факторы приобретают большое значение.

Несомненное увеличение скорости роста в последнее столетие привело к увеличению среднего роста к моменту достижения зрелости. Эти изменения надо учитывать при сравнении роста населения различных районов, измеренного в разное время, следовательно, изменчивость тела человека в целом не подчиняется определенным закономерностям. В разных районах земного шара встречаются люди высокого и низкого роста. Однако установлена существенная отрицательная корреляция между ростом и среднегодовой температурой Для различных районов земного шара (правило Бергмана).

В медицине все большее значение уделяют конституциональным болезням. Оказалось, что люди определенного телосложения более склонны к определенным заболеваниям. Например, показано, что туберкулез легких чаще наблюдается у людей высокого_роста с относительно низким весом, чем у коренастых людей.

Люди существенно отличаются друг от друга телосложением, ростом, весом, размерами черепа и т.д. Половые различия в телосложении -- самый удивительный пример количественного сбалансированного полиморфизма. Еще до наступления половозрелости различия между мальчиками и девочками проявляются в соматотипе. Существует большое число самых разнообразных классификаций типов телосложения, некоторые авторы выбирают одни критерии и игнорируют другие, это связано в первую очередь с тем, какие проблемы стремился отразить автор: роста, эволюции, физиологии, поведения или патологии. Мы остановимся на четырех основных системах телосложения.

Система Виолы -- эта классификация была предложена в начале столетия и впервые базировалась на обширной системе измерительных признаков (10 признаков). Путем различных преобразований на базе 10 измерений получали четыре индекса. По каждому индексу оценивали положение индивидуума, сопоставляя его со стандартной группой того же пола и возраста. Тип телосложения классифицировали как: лонгитип -- длинные конечности по отношению к туловищу, относительно широкая грудная клетка, преобладание размеров поперечных над передне-задними;

брахитип -- характеристики, противоположные указанным соотношениям выше;

нормотип -- промежуточное положение между первыми двумя;

смешанный тип -- случаи несоответствия четырех индексов (один индекс соответствует одному типу, а другой другому).

В системе Кречмера описаны 3 типа телосложения:

...