Аниме, комиксы

Методы изучения генетики человека кратко. Методы исследования генетики человека

Генеалогический метод состоит в изучении родословных на основе менделевских законов наследования и пoмoгaeт установить характер наследования признака (доминантный или рецессивный).
Так устанавливают наследование индивидуальных особенностей человека: черт лица, роста, группы крови, умственного и психического склада, а также некоторых заболеваний. Например, при изучении родословной королевской династии Габсбургов в нескольких поколениях прослеживаются выпяченная нижняя губа и нос с горбинкой.
Этим методом выявлены вредные последствия близкородственных браков, которые особенно проявляются при гомозиготности по одному и тому же неблагоприятному рецессивному аллелю. В родственных браках вероятность рождения детей с наследственными болезнями и ранняя детская смертность в десятки и даже сотни раз выше средней.

Близнецовый метод состоит в изучении различий между однояйцевыми близнецами. Этот мeтoд предоставлен самой природой. Он помогает выявить влияние условий среды на фенотип при одинаковых генотипах.
Выросшие в одинаковых условиях однояйцевые близнецы имеют поразительное сходство не только в морфологических признаках, но и в психических и интеллектуальных особенностях.
С помощью близнецового метода выявлена роль наследственности в ряде заболеваний.

Популяционный метод. Популяционная генетика изучает генетические различия между отдельными группами людей (популяциями), исследует закономерности географического распространения генов.

Цитогенетический метод основан на изучении изменчивости и наследственности на уровне клетки и субклеточных структур. Установлена связь ряда тяжелых заболеваний с нарушениями в хромосомах.
Хpoмocoмные нарушения встречаются у 7 из каждой тысячи новорожденных, и они же приводят к гибели эмбриона (выкидыш) в первой трети беременности в половине всех случаев. Если ребенок с хромосомными нарушениями рождается живым, то обычно страдает тяжелыми недугами, отстает в умственном и физическом развитии.

Биохимический метод позволяет выявить многие наследственные болезни человека, связанные с нарушением обмена веществ. Известны аномалии углеводного, аминокислотного, липидного и других типов обмена веществ.
Так, например, сахарный диабет обусловлен нарушением нормальной деятельности поджелудочной железы – она не выделяет в кровь необходимое количество гормона инсулина, в результате чего повышается содержание сахара в крови. Это нарушение вызывается не одной грубой ошибкой в генетической информации, а целым набором небольших ошибок, которые все вместе приводят или предрасполагают к заболеванию.

Популяционный метод дает инф о степени гетерозиготности и полиморфизма человеческих популяций, выявляет различия частот аллелей между разными популяциями.

Онтогенетический метод. Развитие нормальных и паталогических признаков рассматривается в ходе индив развития.

картирования используют хромосомные перестройки, что дает возможность установить локализацию генов в определенном участке хромосомы, определить последовательность их расположения, т. е. построить карты хромосом человека.

Более перспективными для картирования генов человека оказались методы генетики соматических клеток. Суть одного из них заключается в следующем. Методы клеточной инженерии позволяют объединять различные типы клеток. Слияние клеток, принадлежащих к разным биологическим видам, называется соматической гибридизацией . Сущность соматической гибридизации заключается в получении синтетических культур путем слияния протопластов различных видов организмов. Для слияния клеток используют различные физико-химические и биологические методы. После слияния протопластов образуются многоядерные гетерокариотические клетки. В дальнейшем при слиянии ядер образуются синкариотические клетки, содержащие в ядрах хромосомные наборы разных организмов. При делении таких клеток in vitro образуются гибридные клеточные культуры. В настоящее время получены и культивируются клеточные гибриды «человек × мышь», «человек × крыса» и многие другие.

В гибридных клетках, полученных из разных штаммов разных видов, один из родительских наборов хромосом, как правило, реплицируется быстрее другого. Поэтому последний постепенно теряет хромосомы. Эти процессы интенсивно протекают, например, в клеточных гибридах между мышью и человеком – видами, различающимися по многим биохимическим маркерам. Если при этом следить за каким-либо биохимическим маркером, например ферментом тимидинкиназой, и одновременно проводить цитогенетический контроль, идентифицируя хромосомы в клонах, образующихся после их частичной утраты, то, в конце концов, можно связать исчезновение хромосомы одновременно с биохимическим признаком. Это означает, что ген, кодирующий этот признак, локализован в данной хромосоме. Так, тимидинкиназный ген у человека находится в хромосоме 17.

Медицинская генетика – изучение и возможное предотвращение последствий генетических дефектов чел-ка. По данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно регистрируют в среднем три новых наследственных заболевания в связи с применением новых методов диагностики.
Для того чтобы представить себе, как часто они встречаются, необходимо обратиться к данным мировой статистики, которая говорит, что 4-5% новорожденных, как правило, отягощены наследственными болезнями. Следовательно, изучение наследственных болезней, Их предупреждения и лечения в генетике человека является одной из основных задач.
Не менее важны и такие вопросы, как вопрос о том, что служит источником возникновения наследственных изменений (мутаций) и как повлиять на дальнейшую эволюцию человека, чтобы избавить человеческий род от многих недугов.

Медико-генетическое консультирование вид медицинской помощи населению, направленной на профилактику наследственных болезней. Оказывается в медико-генетических консультациях и специализированных научно-исследовательских медицинских институтах. Основными задачами М.-г.к. являются определение прогноза в отношении будущего потомства в семьях, где имеется больной с наследственной патологией или предполагается рождение ребенка с такой патологией; уточнение диагноза наследственного заболевания с помощью специальных генетических методов исследования; объяснение обратившимся за консультацией в доступной форме смысла медико-генетического заключения и помощь в принятии правильного решения относительно дальнейшего планирования семьи; пропаганда медико-генетических знаний. Медико-генетическое консультирование определение гетерозиготного носительства, т. е. выявление в популяции индивидуумов, которые сами не страдают от наследственного заболевания, но гетерозиготны по рецессивной мутации, которая способна его вызвать. вычислить вероятность появления у них потомка - гомозиготного по рецессивной аллели.

Условно наследственные заболевания можно разделить на 3 большие группы: болезни обм веществ, молекулярные болезни(генные мутации), хромосомные болезни. Альбинизм, фенилкетонурия, дальтонизм, гемофилия, синдром Дауна, синдром Шершевского-Тернера и.тд. Термины «наследственные болезни » и «врожденные болезни » неравнозначны. Термин «врожденные болезни» отражает лишь одну грань наследственной патологии - врожденный ее характер, т.е. проявление патологии уже при рождении. Однако даже врожденные пороки развития не всегда проявляются при рождении - у детей в возрасте 1 года жизни они выявляются в 5 раз чаще, чем в неонатальном периоде. Врожденные болезни могут быть обусловлены не только наследственностью, но и вызываться ненаследственными факторами (инфекции, химические агенты, радиация, тератогенные вещества, включая медикаменты и др.). Многие наследственные болезни (более 50 %) не проявляются при рождении, а могут манифестировать спустя многие годы после рождения - в детском возрасте (фосфат-диабет, некоторые аминоацидопатии, наследственные синдромы и др.) и даже в зрелом возрасте (хорея Гентингтона, миотоническая дистрофия, подагра и др.).

Хромосомные и генные болезни

Генные болезни – разнородная группа наследственных заболе-ваний человека, обусловленная генными мутациями. В зависимости отизменения белковых продуктов мутировавших генов выделяют двегруппы мутаций.

1. Качественные изменения белковых молекул – наличие у больных аномальных белков (патологические гемоглобины), что обусловлено мутациями структурных генов.

2. Количественные изменения содержания нормального белка в клетке, что обусловлено нарушениями регуляции работы генов (траск-

рипционном, трансляционном и посттрансляционном уровнях).

Фенотипически генные мутации проявляются как наследственные болезни обмена веществ - ферментопатии. В настоящее время описано

около 4000 наследственных болезней обмена веществ. Общая частота генных болезней в популяциях составляет 2-4%.

Генные болезни классифицируют по их фенотипическому проявлению: болезни, связанные с нарушением аминокислотного, углеводно го, липидного, минерального обменов и обмена нуклеиновых кислот, на-

рушения свертывания крови, гемоглобинопатии.

Фенилкетонурия (ФКУ) встречается с частотой - 1:10 000. Наследуется по аутосомно-рецессивному типу.

Альбинизм встречается с частотой - от 1:5 000 - 25 000. Наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Нарушается активность тирозиназы.

Гемофилия – группа наследственных заболеваний, обусловленных мутацией генов, факторов свертывания крови. Тип наследования – Х- сцепленный рецессивный.

Серповидно-клеточная анемия – заболевание, вызванное мутацией, приводящей к замещению в 6-м положении β-цепи глутаминовой кислоты (Hb А) на валин (HbS). У гомозигот по мутантному гену эритроциты

приобретают серповидную форму, развивается хроническая гипоксия и анемия, гемолиз и распад эритроцитов (возможен летальный исход).

В основе хромосомных болезней лежат мутации, связанные с нарушением плоидности, изменениями числа хромосом или нарушением

их структуры. Нарушение плоидности представлено лишь синдромом триплоидии (дети погибают в первые часы или дни после рождения). Трисомии - наиболее частая форма хромосомной патологии у человека.

Полная моносомия, совместимая с жизнью, наблюдается только по Х- хромосоме. Кроме полных трисомий и моносомий, причинами хромосомных болезней человека могут быть частичные моносомии (делеции) и частичные трисомии (дупликации).

Синдром Дауна (синдром трисомии 21) - самая частая форма хромосомной патологии у человека: 1:900. Дети с синдромом Дауна чаще рождаются у пожилых родителей (у матерей 41-46 лет вероятность рождения больного ребенка возрастает до 4,1%).

Различные комбинации х и у хромосом при полисомии по половым хромосомам, кроме хуу(норм), объединяют под общим названием синдром Клайнфельтера.

Х0 моносомия. Синдром Шершевского-Тернера.

Иммуногенетика раздел иммунологии и генетики, изучающий закономерности наследования антигенной специфичности различных тканей организма и роль генетических механизмов в осуществлении иммунологических процессов.

Гены иммуноглобулинов аутосомны, кодоминантны. Структурное разнообразие иммуноглобулинов определяется последовательностью аминокислот.

В биологии существовал принцип «один ген - одна полипептидная цепь», а также утверждалась неизменность генома в онтогенезе организма. Однако в случае Ig видно, что несколько генов кодируют одну полипептидную цепь.

Иммуноглобулины контролируются тремя семействами генов, расположенными в разных хромосомах. Одно семейство кодирует синтез всех классов тяжелых цепей (Н), другое - синтез легких к-цепей, третье - синтез легких А.-цепей.

Генетические аспекты онкологии . Генетический аппарат клеток обладает сложной системой контроля деления, роста и дифференцировки клеток. Изучены две регулирующие системы оказывающие кардинальное влияние на процесс клеточной пролиферации.

Протоонкогены

Протоонкогены это группа нормальных генов клетки, оказывающих стимулирующее влияние на процессы клеточного деления, посредством специфических продуктов их экспрессии. Превращение протоонкогена в онкоген (ген, определяющий опухолевые свойства клеток) является одним из механизмов возникновения опухолевых клеток. Это может произойти в результате мутации протоонкогена с изменением структуры специфического продукта экспрессии гена, либо же повышением уровня экспрессии протоонкогена при мутации его регулирующей последовательности (точечная мутация) или при переносе гена в активно транскрибируемую область хромосомы (хромосомные аберрации).

Хотя количество продуктов, кодируемых онкогенами, онкобелков, велико, и механизмы, по которым они осуществляют свое действие различны, все эти механизмы можно сгруппировать в три основные категории:

Фосфорилирование белков по остаткам серина, треонина или тирозина, осуществляемое протеинкиназами. В результате меняются функциональные свойства белка-мишени фосфорилирования.

Передача сигналов посредством GTP-связывающих белков, как это имеет место в случае RAS онкобелка.

Контроль транскрипции, как это имеет место в случае онкобелков FOS, MYC и других.

Но нужно иметь в виду что наши представления о механизмах опухолевой трансформации постоянно меняются по ходу накопления все новой информации. В результате в качестве онкобелков идентифицируются такие белки, как например кадхерины, осуществляющие клеточную адгезию, и факторы трансляции, и белки цитоскелета и бета-катенин, который является внутриклеточным полипептидом, взаимодествующим с кадхерином в одном из путей передачи сигнала от клеточной поверхности в ядро. Список наверняка будет расти. Онкогенез связан, в частности, с неспособностью стволовой клетки дифференцироваться, т.е. превращаться в некую определенную сформированную для выполнения определенных задач клетку. Становится все более очевидным, что он может вызываться незначительным дисбаллансом в уровнях обычных регуляторов, необходимых на самых разных стадиях клеточного существования.

Генеалогический метод предложен в 1883 г. Ф. Гальтоном. Это метод анализа родословных (прослеживание наследования нормального или патологического признака в семье с указанием типа родственных связей между членами родословной). В медицинской генетике его называют клинико-генеалогическим, так как прослеживаются патологические признаки и применяются методы клинического исследования.

Суть метода: выявление родственных связей и прослеживание изучаемого признака среди близких, далеких, прямых и непрямых родственников.

Этапы метода:

1. Сбор сведений о родственниках у пробанда (человека, обратившегося к врачу-генетику).

2. Составление родословной.

3. Анализ родословной.

Метод применяется для установления наследственного характера признака, типа наследования, генотипов членов родословной, пенетрантности гена.

Для построения родословных используется система символов, предложенная в 1931 г. английским ученым Юстом (рис.17).

При построении родословных необходимо соблюдать следующие правила:

· необходимо выяснить по собранному анамнезу число поколений;

· родословная начинается с пробанда;

· каждое поколение нумеруется римскими цифрами слева;

· символы, обозначающие особей одного поколения, располагаются на горизонтальной линии и нумеруются арабскими цифрами.

Анализ родословной позволяет выявить следующие типы наследования признаков: аутосомно-доминантный; аутосомно-рецессивный; сцепленный с Х-хромосомой (с полом) доминантный; сцепленный с Х-хромосомой (с полом) рецессивный; голандрический (сцепленный с Y-хромосомой).

Аутосомно-доминантный тип наследования:

· Больной ребенок рождается у больных родителей с вероятностью 100%, если они гомозиготны; 75%, если они гетерозиготны.

Рис 17. Символика, используемая при составлении родословных

Аутосомно-рецессивный тип наследования:

· Болеют в равной степени и мужчины, и женщины.

· Вероятность рождения больного ребенка у здоровых родителей 25%, если они гетерозиготны; 0%, если они оба или один из них гомозиготен по доминантному гену.

· Часто проявляется при близкородственных браках.

Сцепленный с Х-хромосомой (с полом) доминантный тип наследования:

· Больные встречаются в каждом поколении.

· Болеют в большей степени женщины.

· Если отец болен, то все его дочери больны.

· Больной ребенок рождается у больных родителей с вероятностью 100%, если мать гомозиготна; 75%, если мать гетерозиготна.

· Вероятность рождения больного ребенка у здоровых родителей 0%.

Сцепленный с Х-хромосомой (с полом) рецессивный тип наследования:

· Больные встречаются не в каждом поколении.

· Болеют в основном мужчины.

· Вероятность рождения больного мальчика у здоровых родителей 25%, больной девочки - 0%.

Голандрический (сцепленный с Y-хромосомой) тип наследования:

· Больные встречаются в каждом поколении.

· Болеют только мужчины.

· Если отец болен, то все его сыновья больны.

· Вероятность рождения больного мальчика у больного отца 100%

Близнецовый метод (предложен в 1876 г. Ф. Гальтоном для изучения генетических закономерностей на близнецах.

Суть метода: сравнение признаков у различных групп близнецов, исходя из их сходства (конкордантности) или различия (дискордантности).

Этапы метода:

1. Составление выборки близнецов из всей популяции.

2. Диагностика зиготности близнецов.

3. Установление соотносительной роли наследственности и среды в формировании признака.

Для оценки роли наследственности и среды в формировании и развитии признака используют формулу Хольцингера:

Н = (КМБ%-КДБ%)/100%-КДБ%

где Н - доля наследственных факторов,

КМБ% и - конкордантность монозиготных близнецов в процентах

КДБ% – конкордантность дизиготных близнецов в процентах

Если Н больше 0,5, то в формировании признака большую роль играет генотип, если Н меньше 0,5, то большую роль играет среда.

Цитогенетический метод - это изучение кариотипа с использованием микроскопии.

Этапы метода:

1. Получение и культивирование клеток (лимфоциты, фибробласты) на искусственных питательных средах.

2. Добавление в питательную среду фитогемагглютинина для стимуляции клеточного деления.

3. Остановка деления клетки на стадии метафазы добавлением колхицина.

4. Обработка клеток гипотоническим раствором NaCl , вследствие чего разрушается клеточная оболочка и получается «россыпь» хромосом.

5. Окрашивание хромосом специфическими красителями.

6. Микроскопирование и фотографирование хромосом.

7. Составление идиограммы и ее анализ.

Метод позволяет:

· диагностировать геномные и хромосомные мутации;

· определить генетический пол организма.

Биохимические методы. Причиной большинства наследственных моногенных заболеваний являются дефекты обмена веществ, связанные с ферментопатиями (нарушениями структуры ферментов, участвующих в реакциях об-мена). При этом в организме накапливаются промежуточные продукты обмена, поэтому, определяя их или активность ферментов с помощью биохимических методов, можно диагностировать наследственные болезни обмена веществ (генные мутации). Количественные биохимические методы (нагрузочные тесты) позволяют выявить гетерозиготное носительство патологического рецессивного гена.

Дерматоглифический анализ - это изучение гребешковой кожи человека (кожи подушечек пальцев, ладонной стороны кистей и подошвенной стороны стоп), где сильно выражен сосочковый слой дермы.

Метод применяется:

а) для установления зиготности близнецов;

б) как экспресс-метод диагностики врожденного ком понента некоторых наследственных заболеваний.

Обычно при геномной патологии отмечается сочетание некоторых показателей: радиальные петли на 4 и 5 пальцах, четырехпальцевая борозда, главный ладонный угол от 60° до 80° и др.

Химические методы основаны на качественных цветных химических реакциях. Используются для предварительной диагностики наследственных болезней обмена веществ. Как скрининг-тест диагностики фенилкетонурии используется метод смачивания мочой ребенка полосок бумаги, пропитанной 10% раствором РеС1 3 или 2,4 динитрофенил-гидразина. При наличии в моче фенилпировиноградной кислоты появляется зеленоватое окрашивание фильтровальной бумаги.

Определение Х- и У- полового хроматина. Для исследования используются клетки буккального эпителия или лейкоциты. А"-хроматин определяется при окрашивании препарата ацеторсеином, а У-хроматин - при окрашивании акрихинипритом. Эти методы позволяют выявить число половых хромосом в кариотипе (число А"-хромо-сом всегда на одну больше, чем число глыбок А 1 -хроматина, число У-хромосом равно числу глыбок У-хрома-тина); установить генетический пол особи, диагностировать хромосомные болезни пола (в комплексе с другими методами).

Методы пренатальной (дородовой) диагностики наследственных болезнейпозволяют установить наследственные дефекты плода на ранних стадиях беременности. С их помощью возможно задолго до рождения ребенка определить заболевание, и если необходимо прервать беременность.

Основными показателями к проведению пренатальной диагностики являются:

· Точно установленное наследственное заболевание в семье.

· Возраст матери выше 35 лет, отца - от 40 лет.

· Наличие в семье заболевания, сцепленного с полом.

· Наличие структурных перестроек хромосом у одного из родителей (особенно транслокаций и инверсий).

· Гетерозиготность обоих родителей по одной паре аллелей при аутосомно-рецессивном заболевании.

· Наличие в анамнезе беременной длительной работы на вредных для здоровья производствах или проживания в местах с повышенным радиационным фоном и др.

· Повторные спонтанные прерывания беременности или рождение ребенка с врожденными пороками развития, сахарный диабет, эпилепсия, инфекции у беременной, лекарственная терапия.

Методы пренатальной диагностики можно разделить на:

1) Просеивающие: позволяют выделить женщин, имеющих повышенный риск рождения ребенка с врожденной патологией или наследственной болезнью. Методы доступны для широкого применения и относительно недороги. К просеивающим методам относят:

Определение концентрации α-фетопротеина (АФП);

Определение уровня хорионического гонадотропина человека (ХГЧ);

Определение уровня несвязанного эстриола;

Выявление ассоциированного с беременностью плазменного белка А;

Выделение клеток или ДНК плода из организма матери.

2) Неинвазивные: методы обследования плода без оперативного вмешательства. В настоящее время к ним относится ультразвуковое исследование плода (УЗИ). УЗИ можно применять как при просеивающем, так и при уточняющем методах. Накопленные данные показывают, что УЗИ не приносит вреда плоду. В некоторых странах УЗИ проводят всем беременным. Это позволяет предупредить рождение 2- 3-х детей с серьезными врожденными пороками развития на 1 000 новорожденных, что составляет примерно 30% всех детей с такой патологией.

3) Инвазивные: методы основанные на анализе генетического материала клеток или тканей плода. Проводятся по строгим показаниям. К инвазивным методам относят:

Биопсия хориона и плаценты (для цитогенетических, биохимических исследований и анализа ДНК);

Амниоцентез (забор амниотической жидкости плода для диагностики генных, хромосомных и геномных мутаций);

Кордоцентез (взятие крови из пуповины с целью ранней диагностики наследственных болезней крови);

Фетоскопия (введение фиброоптического эндоскопа в полость амниона с целью осмотра плода, плаценты, пуповины и др);

Это гибридологический, генеалогический, цитогенетический, биохимический, дерматоглифический, близнецовый, популяционно-статистический, методы генной инженерии и метод моделирования.

Гибридологический метод (метод скрещивания) является основным на протяжении многих лет. Разработан Г. Менделем. Заключается в скрещивании (гибридизации) организмов, отличающихся друг от друга одним или несколькими наследственными признаками.

С помощью скрещивания можно установить: 1) доминантен или рецессивен исследуемый признак (и соответствующий ему ген); 2) генотип организма; 3) взаимодействие генов и характер этого взаимодействия; 4) сцепление генов с полом и т. д.

Метод имеет один недостаток – его нельзя использовать в исследовании людей, так как скрещивать homo sapiens в эксперименте не представляется возможным.

Генеалогический метод заключается в анализе родословных, и позволяет определить тип наследования признака (доминантный, рецессивный, аутосомный илисцепленный с полом), а также его моногенность или полигенность. На основе полученных сведений прогнозируют вероятность проявления изучаемого признака в потомстве, что имеет большое значение для предупреждения наследственных заболеваний; для изучения мутационного процесса, особенно в случаях, когда необходимо отличить вновь возникшие мутации от тех, которые носят семейный характер, т. е. возникли в предыдущих поколениях. Как правило, генеалогический метод составляет основу для заключений при медико-генетическом консультировании (если речь не идет о хромосомных болезнях).

Так устанавливают наследование индивидуальных особенностей человека: черт лица, роста, группы крови, умственного и психического склада, а также некоторых заболеваний. Например, при изучении родословной королевской династии Габсбургов в нескольких поколениях прослеживаются выпяченная нижняя губа и нос с горбинкой.

Цитогенетический метод заключается в изучении количества, формы и размеров хромосом у животных и растений. Он очень ценен для изучения как нормального кариотипа (морфологических особенностей хромосомного набора), так и для диагностики наследственных заболеваний и мутаций.

Например, когда во время мейоза (деления половых клеток) гомологичные хромосомы не расходятся, то в зиготе оказываются три гомологичные (отвечающие за одни и те же признаки) хромосомы вместо двух. Если данная хромосомная аберрация (трисомия), отмечается в 21-й паре хромосом, возникает болезнь Дауна: монголоидное лицо, неправильная форма ушей, малый рост, короткие руки, умственное недоразвитие.

Биохимический метод позволяет выявить нарушения внутреннего химизма организма, которые могут указывать на носительство аномального гена. Заболевания, в основе которых лежит нарушение обмена веществ, составляют значительную часть генной наследственной патологии. К ним относятся сахарный диабет, фенилкетонурия, галактоземия (нарушение усвоения молочного сахара) и другие. Этот метод позволяет установить болезнь на ранней стадии и лечить ее. Скрининг на биохимические маркеры генетических болезней является сейчас обязательным для новорождённых.

Дерматоглифический метод .Предметизучения – рисунки на ладонях, подошвах и пальцах. При хромосомных заболеваниях рисунки изменяются, например, обезьянья складка на ладони при болезни Дауна.

Близнецовый метод – позволяет определить влияние среды на однояйцевых близнецов, которые генетически идентичны. Это позволяет с большой достоверностью оценить роль внешних условий в реализации действия генов.

Популяционный метод . Состоит в определении частоты гена в популяции согласно закону Харди-Вайнберга. На основе данного метода оценивают распределение особей разных генотипов, анализируют динамику генетической структуры популяций под действием различных факторов. Например, ген дальтонизма: проявляется больше у мужчин – до 7-8% (у женщин – 0,5%, хотя носителями гена являются 13%).

Метод генной инженерии – с его помощью ученые изменяют генотипы организмов: удаляют и перестраивают определенные гены, вводят другие, соединяют в генотипе одной особи гены различных видов и т.д.

Метод моделирования – изучает болезни человека на животных. В основе этого метода лежит закон Вавилова.

Для изучения генетического аппарата человека ученые используют специальные методы.

Методы исследования генетики человека разнообразны. Рассмотрим некоторые из них. Для изучения генетики человека пользуются такими методами:

генеалогическим;
популяционным;
близнецовым;
цитогенетическим;
биохимическим;
дерматоглифичным;
методом генетики соматических клеток;
методом исследования патологии обмена веществ.

Генеалогический метод

При генеалогическом методе составляют и анализируют родословные. Они позволяют установить, как передаются различные заболевания. Родословные составлялись несколько веков назад для царских семей. Но для изучения генетики они применяются только с начала прошлого века. Пример - исследование того, как наследуется гемофилия в семье английской королевы Виктории. Родословная составляется чаще всего для больного человека или для носителя изучаемого признака. Того, для кого составляется родословная, называют пробандом, его родных братьев и сестер - сибсами. Генеалогический метод исследования родословной позволяет установить, по какому типу наследуется признак. Лучше применять метод родословных для многодетных семей. Он помогает заменить гибридологический метод, который широко применяется для животных и растений, но недопустим для людей.

Популяционный метод

Популяционный метод изучает частоту встречаемости генов в человеческих популяциях. Используя его, оценивают возможность рождения детей с определенными признаками. Также он дает возможность узнать, с какой частотой встречаются рецессивные гены у гетерозиготных людей и проследить распространение наследственных заболеваний.

Близнецовый метод

Методы исследования генетики человека используют и материалы, собранные в ходе наблюдений за близнецами. Для этого изучают однояйцевых близнецов, проживающих в разных условиях. Благодаря стопроцентному сходству генов у однояйцевых близнецов близнецовый метод помогает установить, как влияют факторы окружающей среды на генотип и психические свойства человека.

Цитогенетический метод

Цитогенетический метод исследования изучает строение хромосом, определяя их количество и форму, а также диагностирует наследственные болезни, которые возникают в результате изменения их числа и структуры хромосом. Для этого используется микроскоп. Для того чтобы хромосомы было легче распознавать, их окрашивают, используя специальные методы. Цитогенетический метод позволяет, например, выявить синдром Клайнфельтера. При этой болезни имеется лишняя Х-хромосома.

Биохимический метод

С помощью биохимического метода определяют местоположение и характер мутации в генах. Это помогает выявить детей с наследственными заболеваниями, такими как серповидная анемия, по аминокислотному составу гемоглобина.

Дерматоглифичный метод

Дерматоглифичный метод позволяет по рисунку линий на ладонях родителей определить возможность появления наследственной болезни у детей. Это связано с тем, что у людей с наследственными хромосомными патологиями кожный рисунок имеет своеобразные отличия.

Метод генетики соматических клеток

Эти методы исследования генетики занимаются изучением наследственности и изменчивости соматических (неполовых) клеток, компенсируя невозможность применить гибридологический метод. Для исследований размножают клетки в искусственных условиях и анализируют генетические процессы, происходящие в них. Так как наследственный материал, заключенный в соматических клетках, является полноценным, полученные результаты можно применить для целого организма.

Метод исследования патологии обмена веществ

Методы исследования генетики человека используют изучение патологии обмена веществ, чтобы определить людей, у которых есть соответствующие наследственные нарушения. Как только рождается ребенок, у него берут кровь из большого пальца ноги. Этот метод помогает выяснить, нет ли у новорожденного фенилкетонурии - наследственного заболевания, связанного с нарушением обмена аминокислот, приводящего к умственной отсталости. Благодаря ранней диагностике, если придерживаться специальной диеты, болезнь не проявляется.

Отличия генетики человека от общей генетики

Для изучения наследования признаков у человека используют те же методы исследования, что и для животных. Отличие лишь в том, что методы исследования генетики человека исключают гибридологический метод, который является основным в генетике животных и растений.

Урок изучения нового материала по теме «Методы изучения генетики человека. Наследственные болезни человека» (с использованием презентации)

Учитель биологии Колбасина Елена Федоровна

МОУ СОШ№3 г.Южноуральск

Цель : Рассмотреть особенности изучения генетики человека, сформировать знания об основных методах её изучения; познакомиться с методикой составления и анализа родословных

Расширить и углубить знания по генетике, используя информацию отсутствующую в учебнике и необходимую в жизни.

Определять типы наследования, решать задачи на законы генетики

Самостоятельно искать новую информацию, используя Интернет-ресурсы и дополнительную литературу.

Анализировать информацию, обобщать и сопоставлять различные источники, интегрировать знания

Оборудование : презентация «Методы изучения генетики человека. Наследственные болезни человека».

Ход урока:

I. Изучение нового материала с помощью электронной презентации (объяснение учителя Слайды1-11)

У человека более 2000 наследственных болезней. Законы Менделя применимы к человеку. Однако при изучении генетики человека возникают определенные трудности, вызванные:

Невозможностью использования экспериментального скрещивания;

Редкой сменой поколений;

Малочисленным потомством;

Поздним половым созреванием.

Большое число хромосом

Слабое изучение хромосом

Поэтому для изучения генетики человека используют ряд методов:

1. Цитогенетический метод основан на макроскопическом исследовании кариотипа. О н сводится к изучению структуры и числа хромосом; выявлению хромосомных аберраций; составлению генетических карт хромосом.

С помощью цитогенетического метода выявлена группа болезней, связанных либо с изменением числа хромосом, либо с изменениями их структуры. Такие болезни получили название хромосомных . Чаще всего хромосомные болезни являются результатом мутаций, произошедших в половых клетках одного из родителей во время мейоза.

К числу хромосомных болезней относятся один из видов лейкоза, синдром Дауна и другие.

Лейкоз (лейкемия) – форма рака крови, при котором происходит быстрый рост количества незрелых белых клеток крови (лейкоцитов). Они размножаются быстро и беспорядочно, образуя лишь недееспособные клетки, что приводит к ослаблению защитных свойств организма. Причиной лейкоза является утрата участка (делеция) 21-й хромосомы.

Синдром Дауна – одна из самых часто встречающихся хромосомных болезней. Она развивается в результате трисомии по 21 хромосоме (кариотип – 47). Частота этого синдрома среди новорожденных составляет 1:700-800, одинаково часто наблюдается у обоих полов. Болезнь легко диагностируется, так как имеет ряд характерных признаков: округлой формы голова с уплощенным затылком, лоб скошенный и узкий, узкие глазные щели с косым разрезом, типичная складка верхнего века (эпикант), плоское и широкое переносье, постоянно открытый рот. Для всех больных с этим синдромом характерна умственная отсталость, примерно в 50% случаев – различные пороки сердца. Достоверно установлено, что дети с синдромом Дауна чаще рождаются у пожилых родителей. Если возраст матери 35-46 лет, то вероятность рождения больного ребенка возрастает до 4,1%.

2. Близнецовый метод позволяет определить роль генотипа и среды в проявлении признаков.

Различают моно- и дизиготных близнецов. Монозиготные (однояйцовые) близнецы развиваются из одной оплодотворенной яйцеклетки. Монозиготные близнецы имеют совершенно одинаковый генотип, но могут отличаться по фенотипу, что обусловлено воздействием факторов внешней среды. Дизиготные (двуяйцовые) близнецы развиваются после оплодотворения сперматозоидами нескольких одновременно созревших яйцеклеток. Такие близнецы имеют разный генотип, и их фенотипические отличия обусловлены как генотипом, так и факторами внешней среды.

Монозиготные близнецы имеют большую степень сходства по признакам, которые определяются в основном генотипом. Например, они всегда однополы, у них одинаковые группы крови по разным системам (ABO, Rh, и др.), одинаковый цвет глаз, однотипные дерматоглифические узоры на пальцах и ладонях и др. Различия таких близнецов объясняются влиянием на них внешней среды, под которой понимают не только физические факторы, но и социальные условия.

3. Биохимические методы. В последние годы показано, что очень многие наследственные патологические состояния у человека связаны с нарушением обмена веществ. Известны аномалии углеводного, аминокислотного, липидного и других типов обмена.

4. Генеалогический метод изучения генетики человека – это составление и анализ родословных с целью установления:

наследственен ли данный признак или нет;

типа наследования признака или заболевания;

вероятности наследования признака в ряду поколений.

С помощью генеалогического метода устанавливают наследование индивидуальных особенностей человека: черт лица, роста, группы крови, умственного и психического склада, а также некоторых заболеваний в ряду последовательных поколений по отцовской и материнской линии.

В зависимости от локализации и свойств гена, определяющего развитие изучаемого признака, различают несколько типов наследования: аутосомное (когда ген расположен в одной из 22 пар аутосом – неполовых хромосом) и сцепленное с полом. Существует аутосомно-доминантный и аутосомно-рецессивный типы наследования: при аутосомно - доминантном наследовании признак, как правило, проявляется в каждом поколении; п ри аутосомно-рецессивном наследовании признак проявляется не в каждом поколении, в родственных браках проявляется чаще. Кроме того, различают Х-сцепленный и Y-сцепленный (голандрический) тип наследования, когда ген расположен соответственно в Х- или Y-хромосоме.

Генеалогия как наука о родословных имеет свою специальную терминологию. Для составления генеалогических деревьев используется определенная символика (Г.Юстон, 1931г.) (смотри слайд 5).

Известно, что сын последнего российского царя Николая II царевич Алексей страдал гемофилией. Поскольку это заболевание проявлялось в нескольких поколениях потомков английской королевы Виктории, гемофилию называют «царской» болезнью.

Рассмотрите фрагмент родословной королевы Виктории (Алиса Гессенская - ее дочь). У скольких людей болезнь проявилась? Почему она проявилась только у мужчин? Каков тип наследования данного заболевания?

II. Лабораторная работа « Генеалогический метод изучения генетики человека»

С детства ребенок слышит разговоры вокруг себя о каких-либо наследственных признаках и задатках, доставшихся ему от кого-либо из старших поколений семьи. Справедливы ли суждения близких? Кроме того, создание родословной – не только интересное занятие. Родословная может стать ценным медицинским документом для вас и ваших потомков, если придется обратиться в медико-генетическую консультацию. Поэтому следующая часть урока посвящена проведению лабораторной работы.

(При необходимости работа завершается дома, либо первое задание - сбор сведений о проявлении всех или части указанных в таблице признаков у всех родственников по прямой линии выполняется заранее)

Этапы генеалогического анализа:

1) сбор данных обо всех родственниках обследуемого (анамнез);

2) построение родословной;

3) анализ родословной (установление типа наследования) и выводы.

Для построения родословных применяются условные обозначения. При построении родословной необходимо соблюдать следующие правила:

родословную начинают строить с пробанда;
каждое поколение нумеруется римскими цифрами слева (допустимы обозначения Р, F 1 , F 2 и т.д.)
символы, обозначающие особей одного поколения, располагаются на горизонтальной линии.

Установление типа наследования . Для этого используются принципы генетического анализа и различные статистические методы обработки данных многих родословных.

Аутосомно-доминантный тип наследования

1) признак проявляется в каждом поколении;

2) признаком обладает ребенок у родителей – обладателей признака;

4) проявление признака наблюдается по вертикали и по горизонтали;

5) вероятность наследования 100 % (если хотя бы один родитель гомозиготен), 75 % (если оба родителя гетерозиготны) и 50 % (если "один родитель гетерозиготен).

Аутосомно-рецессивный тип наследования характеризуется следующими признаками:

2) признаком обладает ребенок (гомозигота), рожденный от родителей (гетерозигот), не обладающих данным признаком;

3) признаком обладают в равной степени мужчины и женщины;

4) проявление признака наблюдается по горизонтали;

5) вероятность наследования 25 % (если оба родителя гетерозиготны), 50 % (если один родитель гетерозиготен, а второй гомозиготен по рецессивному признаку) и 100 % (если оба родителя рецессивные гомозиготы).

Х-сцепленный рецессивный тип наследования характеризуется следующими признаками:

1) признак проявляется не в каждом поколении;

2) признаком обладает ребенок, рожденный от родителей, не обладающих данным признаком;

3) признаком обладают преимущественно мужчины;

4) проявление признака (болезни) наблюдается преимущественно по горизонтали;

5) вероятность наследования - у 25 % всех детей, в том числе у 50 % мальчиков;

6) здоровые мужчины не передают болезни. Так наследуются у человека гемофилия, дальтонизм, умственная отсталость с ломкой Х-хромосомой, мышечная дистрофия Дюшенна, синдром Леша - Найхана и др.

Х - сцепленный доминантный тип наследования сходен с аутосомно-доминантным, за исключением того, что мужчина передает этот признак только дочерям (сыновья получают от отца Y-хромосому). Примером такого заболевания является особая форма рахита, устойчивая к лечению витамином D.

Голандрический тип наследования характеризуется следующими признаками:

1) признак проявляется во всех поколениях;

2) признаком обладают только мужчины;

3) у отца – обладателя признака все сыновья обладают данным признаком;

4) вероятность наследования у мальчиков 100 %.

Так наследуются у человека некоторые формы ихтиоза, обволошенность наружных слуховых проходов и средних фаланг пальцев, некоторые формы синдактилии (перепонки между пальцами ног) и др.

Наследственные болезни человека. (Презентация. Слайды 12-24)

Каковы же причины этих несчастий? Причины в наследственности. В популяции человека накапливаются мутации. Существует понятие « генетического груза» популяций человека. Ежегодно в мире рождается 5млн. детей с тяжелыми врожденными дефектами развития. Наследственные аномалии прослеживаются на протяжении многих поколений и даже веков.

(Слайды подготовлены уч-ся дома с использованием Интернет-ресурсы и доп. литературу)

Профилактика и лечение наследственных заболеваний.

Сводится к медико-генетическому консультированию, к уменьшению загрязнений окружающей среды, диетотерапии и заместительной терапии. Применяются хирургические методы при некоторых заболеваниях (заячья губа). Нежелательность родственных браков (браки между двоюродными братьями и сестрами). Родственные браки особенно нежелательны, когда имеется вероятность гетерозиготности супругов по одному и тому же рецессивному вредному гену. Следует знать, что курение и особенно употребление алкоголя матерью или отцом будущего ребенка резко повышает вероятность рождения младенца, пораженного тяжелыми недугами.(Слайды 25-26)

Домашнее задание: подготовиться к конференции по данной теме.

Подумайте: по мнению ученых, загадка гениальности- в редких наследственных болезнях, которые являются своеобразными «катализаторами» неординарных способностей. Можно ли согласиться с мнением ученых. (Используя дополнительную литературу, Интернет –ресурсы, приведите доказательства «за» или «против»)

Использованные источники:

Медицинская генетика: Учебник/ Н.П.Бочков, А.Ю.Асанов, Н.А.Жученко и др.; Под ред. Н.П.Бочкова. – 2-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 192с.
Наследственные синдромы и медико-генетическое консультирование. С.И.Козлова, . Е.Семанова и др. Справочник. Ленинград, «Медицина» 1987г.
http://home-edu.ru/pages/shpit/rodoslovnaja/zanitie-1/zanitie-1.htm
http://bio.1september.ru/article.php?ID=200200202
http://baby.geiha.ru/data1/11.htm

- -