Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лекция № 4
Тема «Методы генетики человека»
План:
Качественные тесты
Полный конспект лекции.
Генетика человека - наука, изучающая закономерности наследования нормальных и патологических признаков человека.
Известно более 4000 наследственных болезней человека. 2,5% новорожденных имеют наследственные болезни. 40% случаев ранней детской смертности и инвалидности обусловлено наследственной патологией. В 2000 г. определена полная нуклеотидная последовательность генома человека и создан банк информации о секвенировании (определение первичной структуры ДНК) генов человека.
Задачи генетики человека:
1. Ранняя диагностика наследственных заболеваний путем совершенствования экспресс-методов и пренатальной диагностики.
2. Разработка методов генной терапии наследственных заболеваний на основе генной и клеточной инженерии.
3. Широкое внедрение в медицинскую практику медико-генетического консультирования.
4. Выявление генетически опасных факторов внешней среды и раз-
работка методов их нейтрализации.
Человек - сложный объект генетических исследований.
Трудности изучения человека как генетического объекта:
1. Невозможность применения гибридологического метода.
2. Большое число хромосом (46 в 2n наборе): ≈ 30 - 60 тыс. генов.
3. Позднее половое созревание (11-16 лет).
4. Малое количество потомков в большинстве семей.
5. Редкая смена поколений.
6. Нельзя создать одинаковые условия жизни для всех людей в изу-
чаемой группе.
Преимущества человека как генетического объекта:
1. Большое количество особей в популяциях людей.
2. Социальный характер человека.
3. Человек лучше других объектов изучен клинически.
4. Существует большое число методов, позволяющих компенсировать вышеприведенные трудности изучения.
Клинико-генеалогический метод (Ф. Гальтон 1883 г).
Суть метода: построение и анализ родословной. Родословная – схема родственных связей в пределах одной или нескольких семей.
Этапы метода:
1. Сбор сведений как минимум о трех поколениях родственников пробанда – человека для которого составляется родословная.
2. Составление родословной.
3. Анализ родословной.
Метод позволяет установить:
1. Наследственный характер изучаемого признака.
2. Тип наследования признака.
3. Зиготность членов родословной.
4. Пенетрантность и экспрессивность гена, отвечающего за признак.
Правила построения родословных:
а) использование специальных символов;
б) символы, обозначающие особей одного поколения, располагаются
строго по горизонтали;
в) сибсы одного поколения нумеруются арабскими цифрами;
г) каждое поколение нумеруется римскими цифрами.
Типы наследования признаков:
|
аутосомное гоносомное доминантное рецессивное Х-сцепленное Y-сцепленное (сцепленное с полом) (голандрическое)
доминантное рецессивное |
Для аутосомного наследования характерно равновероятное проявление признака и у мужчин и у женщин. При гоносомном наследовании признаки наследуются в зависимости от пола особей. Доминантный признак проявляется в каждом поколении сибсов (больной ребенок у больных родителей), а рецессивный – только в некоторых поколениях.
Генеалогический метод.
Сущность генеалогического метода состоит в изучении родословных в тех семьях, в которых есть наследственные заболевания. Этот метод помог установить закономерности наследования очень большого числа самых различных признаков у человека, как нормальных, подобных цвету глаз, цвету и форме волос и т.п., так и сопутствующих наследственным болезням.
Генеалогия – это наука о родословных.
Благодаря хорошо известной родословной удалось проследить наследование гена гемофилии от английской королевы Виктории. Виктория и ее муж были здоровы. Известно также, что никто из ее предков не страдал гемофилией. Наиболее вероятно, что возникла мутация в гамете одного из родителей Виктории. Вследствие этого королева Виктория стала носительницей гена гемофилии и передала его многим своим потомкам. Все потомки мужского пола, которые получили от Виктории Х-хромосому с мутантным геном, страдали тяжелым недугом – гемофилией.
Гемофилия (от гемо… и филия…) – наследственное заболевание, обусловленное недостаточностью системы свертывания крови и проявляющееся кровоточивоточивостью. Болеют главным образом мужчины, женщины – лишь носители мутантного гена и передают гемофилию сыновьям.
В медицинской генетике генеалогический метод называют клинико-генеалогическим, т.к. он включает клиническое обследование больного и его родственников.
Задачи метода:
1. Установление наследственного характера заболевания.
2. Уточнения типа наследования признака и уровня пенетрантности.
3. Определение сцепления и локализации генов на хромосомах.
4. Изучение интенсивности изменения наследственного материала у человека.
5. Исследование процессов взаимодействия генов.
6. Расчет риска рождения больного ребенка при медико-генетическом консультировании.
Составление родословной начинается с обследования членов семьи. Собирать информацию начинают обычно с больного, по поводу которого оформляется родословная. Такой больной называется пробандом. Сначала собирается подробная информация о развитии и течении заболевания у пробанда, затем исследуются и другие родственники, в первую очередь это родители и сибсы. Сибсы – это братья и сестры, т.е. дети из одной семьи. Все лично обследованные врачом члены семьи обозначаются знаком – «!».
-Женский пол
- мужской пол
- - люди состоящие в браке
- сибсы
- однояйцевые близнецы
- двуяйцевые близнецы
- двойня
- родственный брак
_ - бесплодный брак
- выкидыш
- пробанд
- умершие люди
- беременность
- здоровые носители аномального гена.
Близнецовый метод (Ф. Гальтон 1876 г.) - изучение генетических закономерностей на близнецах.
Суть метода: установление роли наследственности и среды в формировании отдельных признаков у человека, исходя из сходства и различия монозиготных и дизиготных близнецов.
Этапы метода:
1. Составление выборки близнецов.
2. Диагностика зиготности близнецов.
3. Определение степени конкордантности выборок близнецов по
изучаемому признаку.
4. Вычисление коэффициента наследования.
Монозиготные близнецы развиваются из одной оплодотворенной яйцеклетки (полиэмбриония), дизиготные – из двух.
Критерии дизиготности близнецов:
1. Разнополость.
2. Отличия по комплексу фенотипических признаков.
3. Отличия по моногенно наследуемым признакам (антигены по системе АВО, МN, Rh, группы белков сыворотки крови и т.д.).
4. Различия в дерматоглифических показателях.
5. Положительный тест на аутоагрессию лейкоцитов и на кожный трансплантант.
6. Отличия в последовательности нуклеотидов ДНК.
Конкордантность (сходство близнецов) – отношение числа близнецов, у которых признак одинаков к общему числу выборки (выражается в
процентах).
Дискордантность – различия близнецов по изучаемому признаку.
Формула Хольцингера (Н – коэффициент наследования):
признак зависит от среды 0 ← Н→ 1 признак определяется генотипом
Цитогенетический метод. Термин «цитогенетика» предложен Сеттоном в 1903 г. Tijo и Levan (1956 г.) – в кариотипе человека 46 хромосом.
Суть метода: - изучение кариотипа при помощи микроскопической техники.
Этапы метода:
1. Получение и культивирование клеток на искусственной питательной среде (лимфоциты, фибробласты).
2. Добавление в среду ФГА для стимуляции деления.
3. Остановка деления клетки в метафазе колхицином.
4. Обработка клеток гипотоническим раствором NaCl (клетка разры-
вается и хромосомы доступны окрашиванию).
5. Окрашивание хромосом специфическими красителями.
6. Микроскопирование и фотографирование хромосом.
7. Составление идиограммы и ее анализ.
Метод применяется для диагностики геномных, хромосомных мутаций, для установления генетического пола организма.
Метод генетики соматических клеток (Барский 1960 г.) – изучение генетических закономерностей человека, используя его соматические клетки.
Особенности соматических клеток:
1. Имеют диплоидный набор хромосом.
2. Долго хранятся в замороженном состоянии.
3. Хорошо растут на различных питательных средах.
4. Быстро делятся митозом.
Существуют 3 разновидности метода:
а) клонирование (получение клона клеток);
б) селекция (отбор клеток с исследуемым признаком);
в) гибридизация (слияние клеток особей одного вида или разных
видов с образованием гетерокариона и синкариона).
Метод позволяет изучать многие вопросы генетики человека в эксперименте, устанавливать группы сцепления и строить цитологические
карты хромосом.
Популяционно-статистический метод - изучение генетического состава популяции. Основан на законе Харди-Вайнберга, позволяет определить частоту генов и генотипов в популяциях.
Биологическое моделирование - основано на законе гомологических рядов Н. И. Вавилова. На животных (мыши, крысы, собаки) моделируют наследственные заболевания (создают мутантные линии сахарного диабета у крыс или гемофилии у собак и т. д.), изучают патогенез, разрабатывают методы диагностики, лечения и используют полученные данные применительно к человеку.
Математическое моделирование - создание математических моделей генетической структуры популяции человека для прогнозирования ее изменений под влиянием антропогенных изменений окружающей среды.
В рамках программы «Геном человека» создаются специальные компьютерные программы моделирующие функционирование генетической информации, полученной при секвенировании ДНК.
Биохимические методы – основаны на определении концентрации первичного белкового продукта гена, фермента или патологических метаболитов в моче, крови, или внутри клетки. Используются для диагностики наследственных болезней обмена веществ, развивающихся в результате генных мутаций.
Количественные биохимические методы позволяют определить гетерозиготное носительство патологического рецессивного гена (фенилкетонурии) по скорости метаболизма предварительно введенного ФА. Если уровень ФА быстро нормализуется, то в организме достаточно фермента фенилаланин-4-гидроксилазы и патологического гена нет, а если уровень ФА длительно повышен, то фермента мало (человек является носителем этого гена).
Дерматографический метод
Дерматографический метод основан на исследовании кожного рисунка концевых фаланг пальцев рук, ладоней и стоп. Метод широко используется в криминалистике и генетических исследованиях. Борозды и гребешки на коже ладонной поверхности кисти идут параллельно, образуя разнообразные узоры. Место схождения трех непересекающихся Y-образной формы папиллярных линий называется трирадиусом или дельтой. Из многих показателей дерматоглифики наиболее часто применяются: тип папиллярного рисунка концевых фаланг кистей (дуги, петли, завитки), число борозд папиллярного узора, пальцевые и осевые трирадиусы, сгибательная складка ладони. В норме на коже ладонной поверхности кисти имеются три сгибательных складки, угол осевого трирадиуса менее 57є, преобладают радиальные петлевые узоры. При хромосомных болезнях отмечаются отклонения показателей дерматоглифики от нормы. Так, при болезни Дауна поперечная складка наблюдается в 40-60 % случаев (в норме частота встречаемости ее в популяции составляет 1 %), осевой трирадиус смещается в дистальном направлении (вследствие этого угол его увеличивается до 81є), доминируют ульнарные петлевые узоры. Дерматографический метод очень прост. Черная типографская краска тонким слоем наносится на шлифованное стекло и раскатывается резиновым валиком. Ладонная поверхность руки накладывается на краску и переносится на глянцевую бумагу. Применение дерматоглифики в совокупности с другими методами исследованиями позволяет произвести целенаправленный отбор лиц, подлежащих более сложному генетическому анализу.
Кроме криминалистики и судебной медицины дерматоглифику используют также в антропологии. В последние годы дерматоглификой заинтересовались генетики и врачи, т.к. было установлено, что при ряде наследственных заболеваний и нарушениях кариотипа человека наблюдаются изменения в структуре кожного рисунка. Впервые этот метод был применен в генетике в 1939 г., когда Х.Камминс описал характерные особенности дерматоглифов при синдроме Дауна. Дерматоглифический метод используется и в расовой антропологии, т.к. было установлено наличие расовых различий в кожном узоре.
Разделы дерматоглифики
Дерматоглифика подразделяется на дактилоскопию (изучение рисунков на коже пальцев), пальмоскопию (или ладонная дерматоглифика – изучение особенностей строения кожных рисунков ладоней) и плантоскопию (или плантарная дерматоглифика – изучение особенностей кожных узоров подошв).
Молекулярно-генетические методы (рекомбинантной ДНК). Метод позволяет обнаружить патологический ген в геноме.
1. Образцы ДНК пациента под действием рестриктаз разрезаются на более короткие фрагменты имеющие точки узнавания.
2. Полученные фрагменты разделяют электрофорезом в полиакриламидном геле на фракции, отличающиеся размером (молекулярной массой).
3. Получение необходимого числа копий определенных фракций ДНК при помощи полимеразной цепной реакции (ПЦР).
4. Тепловая денатурация размноженной фракции двухцепочечной ДНК на одноцепочечные фрагменты.
5. Помещение этих фрагментов в среду с радиоактивным зондом (одноцепочечная ДНК, соответствующая патологическому гену). Если среди фрагментов ДНК имеется комплементарная зонду патологическая последовательность, то происходит образование двухцепочечной ДНК.
6. Регистрация результата исследования происходит при помощи рентгеночувствительной пленки.
Методы экспресс-диагностики (“скрининг тесты”, просеивающие программы) – методы предварительной диагностики наследственных заболеваний.
1. Дерматоглифический анализ - изучение гребешковой кожи.
Применяется для диагностики врожденной компоненты наследственных заболеваний (при геномной патологии отмечаются радиальные петли на 4 и 5 пальцах, ЧПБ, главный ладонный угол от 600 до 800 и др.) и для установления зиготности близнецов.
2.Химические методы (качественные цветные реакции). Для диагностики фенилкетонурии к мокрым пеленкам ребенка прикладывают бумагу,
смоченную 10% раствором FeCl3 (при наличие в моче ФПК - зеленоватое
окрашивание).
3. Микробиологические тесты – основаны на свойствах бактерий нуждаться в определенных химических веществах для их нормальной жизнедеятельности.
Тест Гатри: кровь новорожденных, наносят на диски фильтровальной бумаги и помещают на агаровую среду, в которой находится штамм бактерий, рост которого подавлен антиметаболитом. Если концентрация ФА слишком велика, (фенилкетонурия), то отмечается бурный рост бактерий.
4.Биохимические: флюорометрические, хроматографические, радиоиммунологические экспресс-методы используют для быстрой предварительной диагностики наследственных болезней обмена.
5. Определение Х- и Y- полового хроматина – исследуют клетки буккального эпителия или лейкоциты. Х-хроматин определяется при окрашивании ацеторсеином, а Y-хроматин акрихинипритом. Устанавливают генетический пол, диагностируют хромосомные болезни пола.
Контрольные вопросы для закрепления:
Рекомендуемая литература
Обязательная
Дополнительная:
PAGE \* MERGEFORMAT 7