Загальна біологія. Збірник задач

Метод родоводів

Закони спадкування однакові для всіх живих істот. Людині властиві всі відомі в генетиці типи спадкування ознак: домінантне, кодомінантне, рецесивне, аутосомне або зчеплене зі статевими хромосомами. У літературі інколи можна зустріти вирази «неповністю домінантне» або «неповністю рецесивне спадкування». Ці терміни відображають проміжне успадкування ознаки. Поділ ознак на домінантні й рецесивні в людини, як і в інших живих істот, умовний. Домінантною або рецесивною є врахована ознака, а не ген. Домінантність або рецесивність — це спостережувана генетиком дія гена в конкретних умовах, а не його незмінна властивість. Оцінка домінантності або рецесивності може змінюватися у процесі формування генотипу, контрольованого даним геном. Наприклад, родовід зі спадкуванням таласемії, з якого видно, що оцінка за клінічним фенотипом свідчить про рецесивну ознаку, а за електрофоретичним — про домінантну.

Спадкування деяких домінантних ознак можна простежити впродовж багатьох поколінь. Так, успадкування симфалангії описано в 14 послідовних поколіннях, а стійка куряча сліпота — у десяти. Разом з тим і під час аналізу спадкування домінантних ознак можуть виявитися так звані «прослизаючі покоління». У таких випадках йдеться про неповну пенетрантність гена.

Найчастіше йдеться про його малу експресивність, неповний вияв. У випадках, коли індивід особисто не обстежений, про наявність ознаки (або діагноз) судять з повідомлень родичів. Під час детального обстеження «здорового» родича часто виявляють слабко виражені ознаки захворювання. Зміни експресивності домінантних генів беруть до уваги під час складання програми обстеження сім’ї.

У разі нескладних аутосомно-рецесивних захворювань із широким поліморфізмом і виявом деяких симптомів у гетерозиготному стані, можлива помилка в оцінюванні типу спадкування захворювання. Шлюб гомозиготного індивіда за рецесивною ознакою з гетерозиготним дасть у потомстві 50% хворих дітей. Але, якщо цей гомозиготний індивід зі слабкими клінічними виявами хвороби буде розглядатися як гетерозиготний, а в сім’ї — 50% хворих дітей, то тип спадкування слід вважати домінантним. Хоча насправді йдеться про псевдодомінантний тип спадкування під час рецесивного захворювання.

Визначаючи тип спадкування, необхідно брати до уваги генеалогію подружжя. Якщо рецесивна ознака виявляється нечасто, то батьки носія цієї ознаки, здебільшого, є близькими родичами (у межах третього ступеня спорідненості). Адже родичі частіше виявляються гетерозиготами за одним і тим же мутаційним геном, тому їх шлюб призводить до народження хворих дітей.

Таким чином, типи спадкування й форми вияву генетичних задатків досить різноманітні і для диференціації їх необхідні спеціальні методи аналізу, перш за все — клініко-генеалогічний аналіз.

Генеалогія в широкому розумінні слова — вчення про родоводи. Генеалогічний метод (метод родоводів) дає можливість простежити спадкування хвороби (або ознаки) у сім’ї (роді), вказує тип родинних зв’язків між членами родоводу. У медичній генетиці цей метод звичайно називають клінічно-генеалогічним, оскільки йдеться про виявлення патологічних ознак за допомогою прийомів клінічного обстеження.

Генеалогічний метод належить до найбільш універсальних методів у генетиці людини. Він широко застосовується для вирішення теоретичних і прикладних проблем:

  • 1) встановлення спадкового характеру ознаки;
  • 2) визначення типу спадкування і пенетрантності генотипу;
  • 3) аналізу зчеплення генів і картування хромосом;
  • 4) вивчення інтенсивності мутаційного процесу;
  • 5) розшифровування механізмів взаємодії генів;
  • 6) медико-генетичного консультування.

Суть генеалогічного методу полягає в з’ясуванні зв’язків спорідненості та простеження ознаки (захворювання) серед близьких і далеких, прямих і непрямих родичів. Технічно він складається з двох етапів: складання родоводу й генеалогічного аналізу.

Складання родоводу. Збирання відомостей про сім’ю починається від пробанда. Так називають представника сім’ї, який першим потрапив в поле зору дослідника. Здебільшого, це хворий або носій досліджуваної ознаки. Дітей однієї батьківської пари (рідних братів і сестер) називають сибсами. Сім’єю, у вузькому розумінні слова, називають батьківську пару і їхніх дітей. Більш широке коло кровних родичів краще позначати терміном «рід».

Звичайно, родовід складається за однією або кількома ознаками. Але він не може бути складений за всіма відомими ознаками. Та в цьому й немає потреби: лікар або генетик цікавляться якимось конкретним захворюванням (ознакою) або додатково кількома ознаками, супутніми основній.

Залежно від мети дослідження, родовід може бути повним або обмеженим. Що більше поколінь залучається в родовід, тим він повніший. Але це спричиняє неточності в отриманих відомостях і, як наслідок, неточності в побудові загальної генези захворювання. Наприклад, інколи люди не знають своїх двоюрідних братів і сестер, не кажучи вже про певні ознаки в них або їхніх дітей.

Складання родоводу супроводжують коротким записом основних даних про кожного члена родоводу із зазначенням ступеня його спорідненості стосовно пробанда. Потім з метою унаочнення (або у разі публікації) готують графічне зображення родоводу.

Для цього користуються стандартними символами:

Якщо досліджуваних ознак багато, то можна використовувати буквені або штрихові позначення всередині символів. Схема родоводу обов’язково супроводжується списком умовних позначень, що виключає можливість неправильного його тлумачення. Щоб пояснити принципи складання родоводу, розглянемо схему, подану нижче.

Фігури в родоводі розміщуються за поколіннями, кожне з яких займає окремий горизонтальний рядок і позначається зліва від рядка римською цифрою. Всі індивіди цього покоління позначаються арабськими цифрами. Для позначення родинних зв’язків між членами родоводу застосовують наступні знаки. Горизонтальна лінія, що з’єднує коло з квадратом, — лінія шлюбу. Від неї відходить графічне «коромисло», до якого прикріплені знизу символи дітей, народжених від цього шлюбу. Близнята позначаються розміщеними поряд колами чи квадратами, приєднаними до однієї спільної точки «коромислом».

Символи одружених дітей з’єднуються лініями шлюбу зі своїми подружжями. Якщо в подружньої пари кілька дітей, ставлять ромб із цифрою всередині. Ця цифра означає кількість дітей. На схемі, поданій нижче, зображений родовід, що охоплює покоління пробанда (III), два покоління за висхідною лінією (II і І) і одне покоління за низхідною лінією (IV).

Пробанд (III-5) — здорова жінка, звернулась у клініку з приводу прогнозу здоров’я потомства через те, що її перша дитина (IV-2) хвора. Родовід слід читати так: мати і батько пробанда (II-5 і 6) і її сибси (ІII-2, 3, 4) — здорові. У роду батька пробанда (I-3 і 4 та II-7) ця хвороба не спостерігалась, а в роду матері хворіли бабуся (I-1) і дядько (II-1). Дві тітки-близнята (II-2 і 3) і другий дядько (II-4) — здорові. У жінки-пробанда є здоровий брат (III-2), який має двох здорових дітей (IV-1).

Батьки чоловіка пробанда (II-9 і 10) — здорові. У роду матері чоловіка (I-5 і 6) та (II-8) хвороба не виявлена. Дід з боку батька чоловіка (I-8) був хворим. У сестри чоловіка (III-7) була мертвонароджена дитина (IV-3).

Родовід відображає рецесивне спадкування захворювання та гетерозиготність пробанда і її чоловіка. Нагадаємо, що у разі рецесивного захворювання (хворий — n, здоровий — Ν) гетерозиготність 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 батьків мають ген n. У нашому родоводі цим шляхом встановлена гетерозиготність пробанда і її чоловіка (ІII-5, 6).
  • б) За фенотипом батьків. Якщо один з батьків хворий (nn), то всі його здорові діти гетерозиготні (Nn). У нашому прикладі цим шляхом встановлена гетерозиготність шести осіб другого покоління (II-2, 3, 4, 5 і II-10, 11). Якщо решта здорових членів сім’ї мали за висхідною лінією хворого предка (наприклад, діда), можна встановити вірогідність їхньої гетерозиготності.

Якщо сім’я має ген, що дуже рідко трапляється, то вірогідність того, що цей же ген буде внесений у родовід особами, які беруть шлюб із членами досліджуваної сім’ї, дуже мала. У таких випадках родовід складають спрощено, відображаючи в ньому тільки членів спадково обтяженої сім’ї без їх дружин і чоловіків, як це показано на схемі, вміщеній нижче.

Схема вказує, що у хворої жінки (I-1) була хвора дочка (II-1), яка народила здорових дочок, (ІI I-1, 3 і 5) і двох хворих синів (IIІ-2 і 4). Перший з них мав трьох здорових дітей (IV-1, 2, 3), а другий — трьох хворих (IV-4, 5, 6).

Застосовуючи генеалогічний метод, важливо позначати в родоводі особисто обстежених осіб на наявність ознаки і необстежених, відомості про яких отримані з повідомлень пробанда або родичів, а також із анкет.

Великою помилкою є складання неповного родоводу через труднощі в обстеженні двоюрідних і троюрідних родичів пробанда, причому не завжди вказується, у якому випадку дійсно не було родичів, а де про них нічого не відомо. Лікар повинен прагнути отримати найбільш об’єктивний і повний первинний матеріал, який ляже в основу статичного й генетичного аналізу.

Генеалогічний аналіз. Метою генеалогічного аналізу є встановлення генетичних закономірностей, тобто йдеться про один з варіантів аналізу родоводів. Теоретичні (генетичні й математичні) умови різних етапів аналізу розробив О. С. Серебровський (1970) у книзі «Генетичний аналіз». Перше завдання генеалогічного аналізу — встановлення спадкового характеру ознаки.

Якщо в родоводі трапляється одна і та ж ознака (хвороба) кілька разів, то можна припустити, що її природа спадкова. Проте необхідно перевірити можливість екзогенного походження й накопичення її у сім’ї або роді. Наприклад, якщо один і той же патогенний чинник впливав на жінку під час всіх вагітностей, то в неї може народитися кілька дітей з однаковими аномаліями.

Інший приклад: шкідливі виробництва, важкі умови праці або зовнішні чинники можуть спричиняти схожі захворювання у членів однієї сім’ї. Якщо виключається дія зовнішніх чинників (а для різних поколінь вона виключається з більшою вірогідністю), то йдеться про спадковий характер хвороби. За допомогою генеалогічного методу було виявлено тип успадкування багатьох хвороб.

Після підтвердження спадкового характеру ознаки (хвороби), необхідно встановити тип спадкування. Для цього використовують принципи генетичного аналізу і різні статистичні методи обробки даних.

Здебільшого, співвідношення між кількістю хворих і здорових дітей дадуть неправильне уявлення про тип спадкування, тому що, наприклад, у разі рецесивного захворювання в поле зору не потрапляють сім’ї-носії, у яких народилися тільки здорові діти.

Теоретично можна встановити, які подружні пари гетерозиготні за патологічним геном, якщо вони мають здорових дітей. Але практична регістрація завжди починається від хворого потомка. У цьому випадку невиявлені сім’ї складають, наприклад, при одній дитині і домінантному типі спадкування — 1/2, а при рецесивному типі — 3/4 всіх сімей. Кількість гетерозиготних сімей можна визначити для будь-якої кількості дітей за різних типів спадкування, але в розрахунки співвідношення між хворими і здоровими дітьми необхідно вносити поправку на частку невиявлених сімей.

Вибір статистичного методу для обробки генеалогічних даних залежить від способу реєстрування (збирання) матеріалу, який має враховувати так звані помилки реєстрації. Розрізняють три способи реєстрації сімей: повний, простий (або одиничний) і повторний.

У разі повної реєстрації досліджують всі сім’ї з хворими дітьми. Якщо популяція дуже велика, то вибірка досліджуваних сімей повинна бути репрезентативною (пропорційною) щодо всіх сімей з даною спадковою патологією в цій популяції. Такі вибірки з повною реєстрацією робити дуже важко, тому в аналізі типів спадкування вони трапляються рідко. Тільки прості методи діагностики ознаки (захворювання) дають змогу користуватися повною реєстрацією. Якщо в роботі буде використовуватися часткова вибірка, то методи отримання її повинні бути визначені наперед.

Проста (або неповна) реєстрація сім’ї залежить від кількості уражених сибсів: чим більше хворих дітей у сім’ї, тим вища вірогідність для сім’ї потрапити в поле зору дослідника.

Наприклад, сім’я з трьома хворими дітьми ймовірніше потрапить у поле зору дослідника, ніж така ж сім’я, але з однією хворою дитиною. Такий метод збору матеріалу дуже поширений, але він спричиняє найбільшу кількість помилок.

Річ у тому, що у випадку захворювання із широким клінічним поліморфізмом, для якого не існує єдиного адекватного методу діагностики, потрапляння сімей в поле зору генетика залежить ще й від рівня вивчення цього захворювання лікарями, бо генетик складає вибірку за матеріалами клінічних закладів. Беручи до уваги можливі помилки у вибірці за даними пробанда, необхідно перевіряти розподіл сімей із хворими дітьми у всій популяції. Якщо вона відхиляється від очікуваної для випадкової вибірки, то необхідно зробити корекцію, залишаючи лише ті сім’ї, пробанди в яких були виявлені незалежно від інших уражених дітей.

Під час повторної (багаторазової) реєстрації кілька хворих дітей з однієї сім’ї потрапляють під спостереження як пробанди, тобто йдеться про повторну реєстрацію сімей. У невеликих вибірках ці сім’ї легко розпізнають, а в значних — важче, тому необхідні відповідні методи корекції статистичного аналізу. Розглянемо два приклади визначення типу спадкування.

А. За повної реєстрації сімей для з’ясування типу спадкування найчастіше користуються прямим або апріорним методом (за Бернштейном; за Хогбеном або методом Аперта) чи простим методом сибсів (методом Вейнберга, методом сімей).

Прямий метод ґрунтується на обчисленні очікуваної кількості хворих в обтяжених спадковим захворюванням сім’ях з певною кількістю нащадків, виходячи з домінантного або рецесивного типу спадкування. Для цих розрахунків складені таблиці. За простим методом сибсів визначають відношення хворих сибсів пробанда до всіх дітей в сім’ї за формулою:

υ — кількість хворих дітей у кожній сім’ї;

s — кількість всіх дітей у сім’ї.

Отримане співвідношення порівнюють з очікуваним, виходячи з рецесивного або домінантного типу спадкування.

Методи генеалогічного аналізу за повної реєстрації сімей зі спадковими захворюваннями прості й надійні. Проте часто обидва методи помилково застосовують і в тих випадках, коли вибірка проведена в умовах неповної реєстрації. Це велика помилка.

Б. У разі неповної реєстрації сімей не можна використовувати описані вище методи. Суть поправки в цьому випадку інша. Вона корегує умови збору матеріалу. З кожної сім’ї виключають по одному хворому сибсу і визначають частку хворих дітей у сім’ї:

де Ρ — частка хворих дітей;

R — загальна кількість хворих;

N — кількість сімей, у яких виявлені хворі;

Т — загальна кількість хворих і здорових сибсів у сім’ях.

Необхідно застерегти початкуючих дослідників від гаданої легкості обробки генеалогічних даних. Використовуючи генеалогічний метод, найчастіше помилок припускають на стадії аналізу матеріалу. Крім встановлення спадкового характеру ознаки і типу спадкування, застосування генеалогічного методу достатньо різноманітне.

Генеалогічний метод є основною сполучною ланкою між теоретичною генетикою людини і практичним застосуванням її досягнень. Його широко використовують у медико-генетичному консультуванні, уточненні діагнозу і прогнозі потомства. Повне використання всіх можливостей генеалогічного методу на сучасному етапі дає змогу розкривати генетичну гетерогенність спадкових захворювань, нові форми взаємодії генів, принципи взаємодії генотипу і середовища у вияві ознак.

Одночасно з родоводом складають письмовий додаток до нього, який називають «легендою родоводу». До «легенди» вписують всі відомості, які можуть бути корисними для вивчення родоводу, і висновки, що випливають з його вивчення. Складаючи «легенду», потрібно використовувати всі джерела інформації про захворювання й генетичну ситуацію в сім’ї. До «легенди» потрібно включити:

  • 1) дані клінічного й лабораторного дослідження пробанда і диференціальний діагноз захворювання;
  • 2) результати особистого огляду лікарем хворих і здорових родичів пробанда;
  • 3) дані перехресного опитування родичів пробанда, співставляючи отримані повідомлення;
  • 4) відомості про родичів, які живуть в інших місцях;
  • 5) висновок про форму спадкування хвороби.