Біологія. Практичний довідник. 11 клас

Методи генетики людини

Генеалогічний метод дозволяє подолати складнощі, що виникають у зв’язку з неможливістю схрещування й нечисленним потомством. Якщо є родоводи, то є можливість, використовуючи сумарні дані за кількома родинами, визначити тип успадкування ознаки (домінантний, рецесивний, зчеплений зі статтю, аутосомний), а також її моногенність або полігенність. У медичній генетиці метод родоводів називають клініко-генеалогічним, оскільки йдеться про спостереження патологічних ознак методами клінічного обстеження. Цей метод складається зі складання родоводу й генетичного аналізу.

Метод родоводів. Один із важливих методів медичної генетики — складання родоводів для сімей зі спадковою патологією. Більшість людей знає рідних свого покоління і за висхідною лінією — покоління батьків і дідів, і за низхідною — покоління дітей (діти й племінники). Якщо в сім’ї є спадкова патологія, зазвичай відомо, хто з рідних був хворий. Це дозволяє скласти родовід сім’ї трьох-чотирьох поколінь.

Особу, яка звернулася до клініки і є вихідним пунктом для складання родоводу, називають пробандом. Бажано користуватися відомостями, одержаними не лише від пробанда, але також і від кількох його родичів, щоб уникнути помилки. Відомості про рідних за висхідною і низхідною лініями потрібно одержувати з максимальною повнотою, особливо в тій із висхідних ліній, з якої походить патологічний ген. Складаючи родовід, користуються умовними знаками (див с. 4). Фігури в родоводі розташовують за поколіннями, кожне з яких займає окремий рядок, і позначають у лівій частині рядка римською цифрою. Усі індивіди цього покоління позначають арабськими цифрами. Для позначення родинних зв’язків між членами родоводу застосовують такі знаки: горизонтальна лінія, що з’єднує коло з квадратом, — лінія шлюбу. Від неї відходить графічне «коромисло», до якого прикріплені знизу діти, які народилися від цього шлюбу. Близнят позначають поряд розташованими фігурами (колами, квадратами), підвішеними до однієї спільної точки «коромисла».

Одружені діти з’єднуються лініями шлюбу зі своїми подружжями. Щоб позначити, що в подружньої пари було кілька дітей, ставлять ромб з цифрою всередині. Ця цифра означає кількість дітей.

На схемі 1 зображено родовід, що включає покоління пробанда (III), два покоління за висхідною лінією (І і II) та одне покоління за низхідною лінією (IV). Пробанд (III,5) — здорова жінка, яка звернулась у клініку з питанням прогнозу потомства у зв’язку з тим, що її перша дитина хвора.

Схема 1

Родовід потрібно читати, починаючи від пробанда.

Мати й батько пробанда (II — 5 і 6) і його сибси (III — 2, 3, 4) — здорові. В роду батька пробанда (І — 3 і 4, II — 7) хворобу не спостерігали. В роду матері пробанда хворіли бабуся (І — 1) і дядько пробанда (II — 1). Дві тітки, близнята (II — 2 і 3), і другий дядько (II — 4) — здорові. У пробанда є здоровий брат (III — 2), який має двох здорових дітей (IV — 1).

Батьки чоловіка пробанда (II — 9 і 10) — здорові. В роду матері чоловіка (І — 5 і 6; II — 8) хворобу не спостерігали. Дід з боку батька чоловіка (І — 8) був хворий. У сестри чоловіка (III — 7) була мертвонароджена дитина (IV — 3).

Родовід показує рецесивне спадкування хвороби й гетерозиготність пробанда та її чоловіка. Нагадаємо, що за рецесивних хвороб (хворий — n, здоровий — Ν) гетерозиготність здорових родичів у ряді випадків може бути встановлена з повною достовірністю. Її можна встановити:

  • а) за фенотипом дітей. Якщо хоч одна дитина має спадкову патологію (генотип — nn), то обоє її батьків мають ген — n. У нашому родоводі цим шляхом встановлена гетерозиготність пробанда та її чоловіка (III — 5, 6);
  • б) за фенотипом батьків. Якщо один з батьків хворий (nn), то всі його здорові діти гетерозиготи (Νn). У нашому родоводі цим шляхом встановлена гетерозиготність шести осіб другого покоління (II — 2, 3, 4, 5 і II — 10, 11).

Стосовно решти здорових членів сім’ї, якщо вони мали за висхідною лінією хворого предка (наприклад, діда), можна визначити вірогідність їх гетерозиготності.

Якщо сім’я має ген, що доволі рідко трапляється, то вірогідність того, що цей же ген буде внесений у родовід особами, які вступають у шлюб з членами досліджуваної сім’ї, дуже мала. У таких випадках нерідко родовід пишуть спрощено, включаючи в нього лише членів спадково обтяженої сім’ї без їхніх дружин і чоловіків, як це показано на схемі 2.

Схема 2

У хворої на порокератоз жінки (І — 1) була хвора дочка (II — 1), яка народила здорових внучок (III — 1, 3 і 5) і двох хворих внуків (III — 2 і 4).

Перший з них мав трьох здорових дітей (IV — 1, 2 і 3), а другий — трьох хворих (IV — 4, 5, 6).

Одночасно з родоводом складають письмовий додаток до нього, який називають «легендою родоводу».

До легенди вписують усі відомості, які можуть виявитися корисними під час аналізу родоводу, і висновки, що випливають з його вивчення.

Під час складання легенди потрібно використати всі джерела інформації про хвороби та генетичну ситуацію в сім’ї.

Так, до легенди потрібно включити: 1)дані клінічного й лабораторного дослідження пробанда та диференціальний діагноз хвороби; 2) результати особистого огляду лікарем хворих і здорових рідних пробанда; 3) дані перехресного опитування рідних пробанда із зіставленням одержаних відомостей; 4) відомості про рідних, які живуть в інших містах; 5) висновок про форму спадкування хвороби.

Близнюковий метод. Дослідження близнят — один із основних методів генетики людини. Близнятами називають потомство однієї матері, яке сумісно розвивалось і з’явилось у процесі одних пологів. Близнята можуть бути монозиготними (МБ), тобто однояйцевими, і дизиготними (ДБ), тобто різнояйцевими. Монозиготні близнята розвиваються із однієї зиготи завдяки поділу її на 2, 3 і більшу кількість зародків, а тому їхні генотипи однакові.

Дизиготні близнята виникають унаслідок одночасного запліднення двох чи більше яйцеклітин. Дизиготні близнята — це, по суті, такі самі діти, як брати й сестри, що народилися послідовно один за одним, неодночасно, тому вони мають близько 50 % однакових генів.

Монозиготні близнята — завжди однієї статі. Утворення монозигот відбувається на різних стадіях дроблення зиготи. Якщо це відбувається на стадіях клітин, що дробляться, або в будь-який момент дроблення до стадії морули, то кожний ембріон матиме повний набір зародкових оболонок: два амніони, дві плаценти, два хоріони. Якщо ембріон ділиться після утворення трофобласта, але перед появою амніона — близнята матимуть спільний хоріон і плаценту, але два різних амніони. Якщо ознаки близнят однакові, то їх називають конкордантними за даними ознаками, а якщо різні — дисконкордантними, або дискордантними.

Монозиготні близнята зазвичай конкордантні за кольором волосся, очей, шкіри, формою волосся, будовою тіла, групами крові AB0, ΜΝ, резус-фактором, пальцевими візерунками та іншими ознаками. Дизиготні близнята за одними ознаками можуть бути конкордантними, а за іншими — дискордантними.

У генетиці людини близнюковий метод дає можливість вивчити співвідносну роль генотипу та зовнішнього середовища в реалізації ознак людини, у тому числі й різних захворювань.

Основа близнюкового методу ґрунтується на факті, що монозиготні близнята розвиваються із однієї зиготи. Отже, вони повинні бути генетично ідентичними.

Фенотипічні відмінності між близнятами пояснюють факторами середовища. Таким чином, за ступенем подібності монозиготних близнят можна робити висновок, у якій мірі ознака визначається генотиповими факторами, а в якій — середовищем. Дизиготні близнята розвиваються в однакових умовах, але мають лише половину спільних за походженням генів. Їх використовують як контрольну групу.

Цитогенетичний метод дає можливість вивчити будову хромосом і каріотип людини в цілому. Каріотип — повний набір хромосом соматичної клітини, який характеризується певною кількістю, величиною та формою хромосом для кожного виду організмів. Основний метод цитогенетики — каріотипування — вивчення каріотипу в соматичній клітині.

Каріотип людини найчастіше досліджують у лімфоцитах периферичної крові. Для цього венозну кров центрифугують і виділяють лейкоцити. У соматичній клітині здорової людини 46 хромосом (44 аутосоми і 2 статеві хромосоми). Хромосомний набір жінки можна записати так — (44А + XX), а чоловіка — (44А + ΧΥ). Для ідентифікації хромосом людини запропонована Денверська Міжнародна класифікація (1960), за якою всі хромосоми поділяють попарно на 7 груп у порядку зменшення розміру (А — 1, 2, 3 пари; В — 4, 5 пари; С — 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12; D — 13, 14, 15; Е — 16, 17, 18; F — 19, 20; G — 21, 22). Статеві хромосоми X та Υ виділяють окремо. Визначення статевого хроматину дозволяє побічно судити про кількість статевих хромосом у соматичних клітинах людини. Розрізняють Х-хроматин та Υ-статевий хроматин. Х-хроматин — це конденсована Х-хромосома в інтерфазному ядрі соматичної клітини. Відповідно до теорії М. Лайон (1961), у ядрі соматичної клітини жінки може бути активною лише одна Х-хромосома, а друга інактивується ще в ембріогенезі. Інактивована Х-хромосома видима в ядрах клітин епітелію слизової оболонки порожнини рота у вигляді брилки (тільця Барра), має форму потовщення ядерної мембрани; у нейтрофільних лейкоцитах — у вигляді невеликого відростка ядра (барабанної палички). Найчастіше статевий хроматин вивчають в епітелії слизової оболонки щоки.

Кількість брилок статевого хроматину (або барабанних паличок) на одиницю менша за кількість Х-хромосом у соматичних клітинах, що виражається формулою:

а = n - 1,

де а — кількість брилок Х-хроматину, n — кількість Х-хромосом.

Так, у здорової жінки є одне тільце Барра, за трисомії X — два тільця Барра, за моносомії X тільця Барра відсутні.

У здорових чоловіків у ядрах соматичних тілець Барра немає. За синдрому Клайнфельтера (ΧΧΥ) з’являється одне тільце Барра. В ядрах соматичних клітин чоловіків спостерігають Υ-хроматин — це Υ-хромосома, яка люмінесціює у ядрі соматичної клітини. Υ-хромосома світиться зеленим кольором. У ядрі здорового чоловіка видно одну ділянку флуорисценції, за полісомії Υ (ΧΧΥ) — дві і т. п. Названі методики дозволяють вивчити кількість і форму хромосом людини. Зміна кількості й форми хромосом є причиною хромосомних захворювань. Хромосомні хвороби виникають унаслідок порушення розходження хромосом до полюсів клітин у процесі мітозу та мейозу.

Біохімічні методи. Засновані на вивченні метаболізму. Ці методи широко застосовують у діагностиці спадкових хвороб, зумовлених генними мутаціями, та для виявлення гетерозиготних носіїв захворювань. Гени не самостійно формують ознаки, а за допомогою кодованих ними білків. Білки формують в організмі взаємозалежну систему біохімічних реакцій. Саме дослідження цих реакцій дозволяє виявляти багато захворювань.

Методи молекулярної генетики та генетичної інженерії дозволяють вивчити організацію генетичного апарату, молекулярну структуру генів і генотипу, встановити нуклеотидну послідовність (секвенувати геном людини і багатьох інших організмів), з’ясувати молекулярні механізми експресії генів. Розроблено методи визначення функцій генів, клонування генів. Налагоджена ДНК-діагностика (виявлення спорідненості, ідентифікація особистості), досягнуті успіхи в генній терапії спадкових захворювань.

Метод дерматогліфіки ґрунтується на вивченні рельєфу шкіри на пучках пальців, долонях і поверхні підошви людини. Люди звернули увагу на те, що малюнок на шкірі цих частин тіла індивідуальний і неможливо знайти двох людей, у яких він був би повністю подібний. Метод дерматогліфіки дає змогу встановлювати й ступінь спорідненості людей, оскільки доведено, що окремі елементи малюнка шкіри можуть успадковуватись. Використовують його також для діагностики деяких спадкових захворювань. Цю методику широко застосовують у криміналістиці для доведення причетності особи до скоєння злочину

Метод культивування соматичних клітин людини поза організмом дає можливість вирішувати різні питання генетики людини, які неможливо розв’язати на цілісному організмі. Клітини для досліджень беруть з різних органів і тканин (клітини крові, шкіри, червоного кісткового мозку тощо) й вирощують на штучних поживних середовищах. Потім визначають, наприклад, місце певних генів у тих чи інших хромосомах.