Страница - 22

§41. Генетика человека и ее методы

Цель изучения этой темы: охарактеризовать основные методы изучения гене­тики человека

Можно ли применить гибридологический метод к генетике человека? По­чему?

 Что нужно повторить для успешного изучения темы? § 38 данного учебника.

Основные закономерности наследственности живых организмов уни­версальны. Они в полной мере подходят и к человеку. Однако, исследуя наследственность человека, нельзя пользоваться основным генетиче­ским методом гибридологического анализа. Основатель школы россий­ских генетиков Н. К. Кольцов приводил такой пример, касающийся двух знаменитых оперных певцов: «Мы не можем ставить опыты, не мо­жем заставить Нежданову выйти замуж за Шаляпина только для того, чтобы посмотреть, какие у них будут дети». Тем не менее для человека тоже установлен принцип наследования большинства признаков, что достигается специфическими методами генетики (табл. 12).

Таблица 12

Сравнительная характеристика генетических методов

1. Генеалогический метод называю методом анализа родословных. Это один из основных мето­дов генетики человека. Основан он на сборе всех имеющихся данных о предках и других кровных родственниках. Позволяет выявить тип наследо­вания признака, т. е. установить, доминантной или рецессивной аллелью он контролируется, сцеплен с полом или нет и т. д. Этот метод яв­ляется обязательным для медико-генетического консультирования. Вначале метод разрабатывал­ся только для диагностики генетических болез­ней, но вскоре был использован для установле­ния типов наследования и других признаков. Сама работа включает в себя два этапа: составле­ние родословных и их анализ. При составлении родословных используется устоявшаяся система обозначений. Поколения записываются в одной строке и обозначаются римскими цифрами. Все потомки одной пары указываются в порядке рож­дения и нумеруются арабскими цифрами. После составления родословные анализируются врача­ми-генетиками, и делается прогноз относительно будущих поколений (рис, 62).

Недостатками генеалогического метода мож­но считать ограниченность в сборе информации (часто родословные бывают неполными). Пони­жение эффективности этого метода связано с не­большим числом потомков в современных семьях (1-2 ребенка). Сильное затруднение в анализе родословных возникает из- за пенетрантности (процент проявления данного гена в фенотипе особи). Теоретически особи с генотипом аа должны иметь рецессивный фенотип, а особи с генотипом Aа или АА - доминантный фенотип. На практике это бывает не всегда. Пенетрантность генов некоторых признаков может составлять у человека от 0 до 100%. Так, пенетрантность отосклероза со­ставляет 40% , синдрома Марфана - 30%, ренитобластомы - 80%.

2. Цитогенетический метод (окрашивание и изучение хромосом с по­мощью микроскопа) стал широко использоваться с 20-х годов XX в. Раз­витие цитогенетики включает в себя несколько значимых этапов.

1956 г. - Д. Тио и А. Леван установили, что у человека 46 хромосом (а не 48, как считалось ранее).

1959 г. - французские ученые Ж. Лежен, Р. Тюрпен и М. Готье уста­новили хромосомную природу болезни Дауна (47 хромосом, «лишняя» в 21-й паре).

1960 г. - в Денвере (США) была разработана первая международ­ная классификация хромосом человека (рис. 63). Они были поделены на семь групп в зависимости от размеров и местоположения первичной пере­тяжки (равноплечие, разноплечие, субметацентрические и т. д.) Каждая пара хромосом была обозначена порядковым но­мером от 1 до 23.

В 70-е годах XX в. стали активно применяться различные методы дифференцированного окраши­вания хромосом. Благодаря этому удалось увидеть структурную неоднородность хромосом. Оказыва­ется. они состоят из различного рода хроматина, окрашивающегося в светлые и темные полосы.

В 1971 г. на Парижской конференции генети­ков к Денверской классификации хромосом, кро­ме размеров и формы, добавились еще и характе­ристики их окраски.

Цитогенетический метод позволяет выявлять заболевания, связанные с изменением размеров, строения, количества или формы хромосом. Так, проводя цитогенетический анализ, можно продиагностировать трисомию (47 хромосом) на ран­них стадиях беременности. Недостатком метода является то, что он не пригоден для выявления точечных мутаций. Часто он не пригоден и для выявления наследования признака.

3. Близнецовый метод позволяет установить вклад генетических (на­следственных) и средовых факторов (климат, питание, обучение и вос­питание) в формирование фенотипа, развитие конкретных признаков или заболеваний. Для того чтобы выводы по итогам наблюдений были достоверны, сравнивают однояйцовых и разнояйцовых близнецов. Одно­яйцовые близнецы монозиготны и имеют одинаковый набор хромосом, так как являются результатом развития одной зиготы, разделившейся на ранней стадии на две клетки, из которых развились два зародыша. Разнояйцовые близнецы, или дизиготы, являются результатом развития двух независимых яйцеклеток, которые были оплодотворены разными сперматозоидами в одно время. То есть дизиготные близнецы не более родственны генетически, чем просто братья и сестры, так как имеют око­ло 50% идентичных генов. Общая частота рождения близнецов состав­ляет примерно 1%, из них около 1/3 - монозиготы. Существуют точные методы диагностики отличий монозиготных и дизиготных близнецов. Они не ограничиваются внешним сходством и включают в себя биохи­мические и иммунологические методы. Так, например, у однояйцовых близнецов происходит 100%-ное приживление пересаженных кусочков кожи, что свидетельствует о полной генетической совместимости. У ди­зиготных близнецов приживления «сестринской» кожи никогда не про­исходит - всегда заканчивается отторжением. В группах разных близне­цов изучают степень их сходства (конкордантность) и степень различия (дискордантность).

Близнецовый метод, якобы, применил еще король Франции Людовик XIV. Чтобы выяснить, что более вредно для организма - чай или кофе, он приказал поить одного из братьев-близнецов только чаем, а другого - только кофе. Оба брата были приговорены к смертной казни за разбойные нападения. Король заменил смертную казнь на пожизненное заключение. При этом братьям не давали никакого другого питья, кроме чая и кофе. В результате оба дожили до преклонного возраста (более 70 лет), пережив короля. Первым умер брат, который пил чай. Но смерть наступила из-за несчастного случая. Выходя на прогулку, узник поскользнулся и сломал ногу, после чего началось заражение и наступила смерть.

Недостатками близнецового метода является его "узость". Он позво­ляет установить только роль генотипа в степени проявления признака.

4. Иммуногенетический метод - один из современных. Он возник на основе изучения наследования групп крови и резус-фактора (рис. 64). Сейчас применяется при изучении типов наследования иммунных реакций организма. Благодаря этим исследованиям удается вести планирование семьи и избегать гибели плода при возникновении резус-конфликта. Эта же методика применяется при генетическом подборе доноров для трансплантации органов и тканей.

5. Биохимический метод позволяет на основе биохимических ана­лизов установить генетические изменения, которые приводят к откло­нению в обмене веществ. Этот метод применим только к заболеваниям, в результате которых нарушается работа ферментов, возникают пато­логические изменения биохимических процессов. Метод используют при диагностике сахарного диабета (недостаток в организме инсулина) и фенилкетонурии (неспособность превращать аминокислоту фенилала­нин в тирозин), врожденной непереносимости фруктозы и многих дру­гих болезней. Достоинство этого метода - позволяет распознать, какой именно белок-фермент поврежден.

6. Популяционно-статистический метод - один из важнейших в со­временной генетике. Выявляется количество носителей той или иной аллели (а не генотип отдельного человека) и процентное соотношение различных генотипов в популяции, т. е. структуру генофонда.

В 1908 г. английский математик Г. Харди и немецкий антропогене­тик В. Вайнберг смогли разработать формулу, которая сейчас называется законом Харди — Вайнберга. Согласно данному закону, можно рассчи­тать соотношение генотинов в популяции. Так, зная количество пред­ставителей одного генотипа (например, рецессивных гомозигот аа), легко вычислить количество других представителей (например, гетерозигот - носителей рецессивной аллели Аа). Этот метод сегодня широко исполь­зуется не только в генетике человека. С его помощью удается определить генетическую структуру популяции, т. е. рассчитать соотношение нор­мальных генов и генов с патологией. Это уравнение разрабатывалось для идеальной популяции, поэтому отклонения от его значений позволяют отслеживать направление мутационного процесса, выживаемость тех или иных групп, прогнозировать генетическое будущее популяций.

Знание и понимание

1. Что такое генеалогия, генеалогическое древо?
2. Объясните, почему гибридологический метод не применим к генетике человека, а основным является генеалогический метод.

Применение

1. Сравните биохимический и иммунологический методы.
2. Назовите причины, почему некоторые из методов являются «узкими». Анализ
3. Докажите на гипотетических примерах, что близнецовым методом можно выявить эффективность аналогичных лекарственных препаратов.
4. Рассмотрите рисунок. Какие выводы Вы смогли бы сделать по данному рисунку, если бы это были результаты исследования цитогенетическим методом?

Синтез

1. Напишите эссе о практическом значении методов генетики человека.
2. Смоделируйте ситуацию. У супружеской пары длительное время нет потомства. Если не брать в расчет их консультации у других специа­листов, какой из методов генетических исследований вы посоветовали бы к ним применить и что предполагали бы выявить с его помощью?

Оценка

1. Устройте дебаты на тему: «Описанные методы генетики человека спо­собны устранять генетические дефекты». Выскажите обоснованные аргументы «за» и «против» этой точки зрения.
2. Оцените перспективы практического применения популяционно-статического метода в Казахстане.