Урок 3 – 4. Методы генетики человека

Цель: Охарактеризовать способы получения и обработки информации о развитии наследственных признаков человека

Методы: Лекция

Содержательная часть урока:

Применение самых распространенных методов общей генетики – гибридологического и экспериментально-мутационного – невозможно при изучении закономерностей наследственности и изменчивости человека, поэтому наиболее информативными и значимыми являются: генеалогический, близнецовый, цитогенетический, популяционный, онтогенетический и метод моделирования.

1. Генеалогический метод является наиболее исторически ранним. Генеалогия – это наука о родословных человека. Чем больше семья, тем более информативной является родословная. В 1826 г. была описана семья персидского шаха, имевшего 66 сыновей, 53 замужних дочери, 271 внука и внучку. К 80-летию этого шаха в его семье было уже 860 детей, внуков, правнуков и праправнуков. Особенно важно наличие большого числа детей в поколении для установления типа наследования признака. Люди изображали внутрисемейные отношения в графическом виде, начиная с XV века.

Важнейшие представления о химической природе генов и матричном принципе их воспроизводства были впервые четко сформулированы в 1927. Н.К. Кольцовым (1872–1940). Его ученик
Н.В. Тимофеев-Ресовский (1900–1981) воспринял эти идеи и развил их как принцип конвариантной редупликации генетического материала. Немецкий физик Макс Дельбрюк (1906–1981; Нобелевская премия 1969г.), работавший в середине 1930-х гг. в Химическом институте кайзера Вильгельма в Берлине, под влиянием Тимофеева-Ресовского заинтересовался биологией настолько, что бросил физику и стал биологом.

В течение долгого времени, в полном соответствии с определением жизни, данным Энгельсом, биологи считали, что наследственным веществом являются какие-то особые белки. О том, что нуклеиновые кислоты могут иметь к генам какое-то отношение, никто и не думал – слишком уж они казались простыми. Так продолжалось до 1944 г., когда было сделано открытие, коренным образом изменившее все дальнейшее развитие биологии. В этом году была опубликована статья Освальда Эйвери, Колина Мак-Леода и Маклина Мак-Карти о том, что у пневмококков наследуемые свойства передаются от одних бактерий другим с помощью чистой ДНК, т.е. именно ДНК является веществом наследственности. Затем Мак-Карти и Эйвери показали, что обработка ДНК расщепляющим ее ферментом (ДНКазой) приводит к потере ею свойств гена. До сих пор непонятно, почему это открытие осталось не отмеченным Нобелевской премией.

В Советском Союзе генетики как науки не существовало в природе. Ситуация начала меняться лишь в конце 1960-х годов, когда американские ученые опубликовали сенсационные результаты исследования генотипа типичного американца. Результат генетического скриннинга населения США действительно выходил за рамки академической науки и вызвал у американских граждан настоящий шок. Оказалось, что за неполные 200 лет американской государственности ее эталонный гражданин -- белый, англосаксонского происхождения и протестантского вероисповедания -- стал генетически на 30% негром. Результаты американцев заинтересовали советских чиновников, поэтому в СССР были созданы первые лаборатории по популяционной генетике человека. Занимались они исключительно изучением наследственности малых народов, а большинство полученных результатов сразу получали гриф «для служебного пользования».

Сбор материала для генетического анализа проводят одним из способов – по пробанду и сплошным методом. Выбор метода определяется характером изучаемого признака и его распространённостью в популяции. Если ставится цель изучить редко встречающийся признак, например, психическое заболевание, то регистрацию семей осуществляют по прабанду. Потенциальные пробанды – обладатели признака, могут состоять на учёте в специализированных лечебных или социальных учреждениях. Если планируется изучить наследственную природу признака, который имеется у каждого человека, например, уровень интеллекта, сбор материала проводят сплошным методом. Намечают группу людей, которая может быть изучена (генеральная совокупность) и из неё формируют выборку. При любом сборе данных объекты исследования должны включаться в выборку случайно, недопустимо отбирать «наиболее интересные» или «типичные» случаи.

Сущность метода – в анализе наследования и проявления изучаемого признака в ряду поколений, при этом информативность метода возрастает по мере исследования большего числа поколений. Для этого составляют родословные, которые представляют собой последовательную графически изложенную совокупность сведений о предках того или иного человека, характеризующих его происхождение. Анализ полученной при составлении родословной информации позволяет определить тип наследования интересующего признака или болезни. Метод позволяет выяснить: сколько генов вызывают проявление признака или болезни (моногенное или полигенное наследование), а также в каких хромосомах локализованы эти гены – в половых или аутосомах. Он является наиболее доступным, но разрешающая способность метода относительно невелика, особенно в условиях недостатка данных. При составлении родословных могут возникать определённые трудности. Обычно люди могут проследить свою родословную не более, чем на 2 – 3 поколения назад и не помнят всех родственников. Иногда они умышленно скрывают факты, которые для них неприятны или о которых они не хотят упоминать. В ряде случаев путаница в родословных может наблюдаться из-за внебрачных детей, повторных браков, современных репродуктивных технологий (искуственное оплодотворение, суррогатное материнство). Родители и дети представляют собой ядерную семью. Родственниками первой степени родства являются родители и дети, родные братья и сёстры(сибсы). У них половина общих генов. Родственники второй степени родства (бабушки, дедушки, внуки, внучки, дяди, тёти, племянники и племянницы) имеют 25% общих генов. Двоюродные сибсы – это родственники третьей степени родства, у них 12,5% общих генов. Дети, у которых один общий родитель, называются полусибсами. Они родственники второй степени родства. Примером применения такого метода является исследование некоторых признаков в царских династиях на протяжении многих поколений (гемофилия, габсбургский нос).

2. Близнецовый метод применяется для выяснения степени наследственной обусловленности исследуемых признаков. Метод основан на сравнении по ряду признаков однояйцевых (монозиготных, МЗ) и разнояйцевых (дизиготных, ДЗ) близнецов.Этот метод позволяет определить роль генетического вклада в наследование сложных признаков, а также оценивать действие влияния таких факторов, как воспитание, обучение и т.

Исследователь работает с парами близнецов, изучая в них наличие и степень выраженности интересующего его признака. При использовании этого метода проводится сопоставление:

– монозиготных близнецов с дизиготным;

– партнёров в монозиготных парах между собой;

– данных анализа близнецовой выборки с общей популяцией.

Монозиготными близнецами называются близнецы, образовавшиеся из одной зиготы, разделившейся на стадии дробления на две (или более) части. Следовательно, с генетической точки зрения, они идентичны, т. е. обладают одинаковыми генотипами. Естественно, что они всегда одного пола.

Полученные данные анализируются по показателям конкордантности (сходства) и дискордантности (различия) признака, выражаемым в процентах.

Дизиготные близнецы возникают путём оплодотворения двух разных яйцеклеток разными сперматозоидами, которые развиваются в матке одновременно. С генетической точки зрения они схожи между собой не более, чем обычные братья и сёстры, так как имеют в среднем 50% идентичных генов. Общая частота рождения близнецов составляет 1%, приблизительно 1/3 их приходится на монозиготных близнецов.

Близнецовый метод включает в себя:

а) подбор близнецовых пар;

б) определение зиготности близнецов, основанное на анализе наиболее изученных моногенных признаков (группы крови, лейкоцитарные антигены, чувствительность к горькому вкусу фенилтиомочевины и т. д.). Если у обоих близнецов по этим признакам нет различий, их считают монозиготными. Наиболее достоверный критерий монозиготности – свободная приживляемость трансплантантов;

в) сопоставление групп моно- и дизиготных близнецов по изучаемому признаку. При этом определяется коэффициэнт парной конкордантности (К), указывающий на долю близнецовых пар, в которых исследуемый признак проявился у обоих партнёров (конкордантность – степень сходства, дискордантность – степень несходства).

Коэффициэнт «К» можно выражать в процентах и в долях единицы. Если у монозиготных близнецов «К» высок, а у дизиготных – низок, считают, что доминирующая роль в определении признака принадлежит наследственным факторам. При близких значениях «К» у моно- и дизиготных близнецов считают, что признак развивается в основном под действием внешней среды. Если значение «К» у монозиготных близнецов невысоко, но существенно выше, чем у дизиготных близнецов, считают, что в формировании признака сыграли роль как факторы внешней среды, так и факторы генетической природы, т. е. к развитию признака имеется определённая наследственная предрасположенность.Базовым методом считается сравнение выраженности данного признака в парах МЗ и ДЗ, например, сходство уровня интеллекта у МЗ существенно выше – 97%, чем у ДЗ – 50%. МЗ близнецы – единственные люди на Земле, имеющие одинаковые наборы генов. Дизиготные близнецы с точки зрения генетической – родные братья и сестры, имеющие по 50% общих генов.

Примеры конкордантности по некоторым
морфофизиологическим признакам и заболеваниям у МБ и ДБ, %

Для объективности суждения о роли среды и наследственности в развитии признака используют критерий «Н» – наследуемость.

При значении «Н», приближающихся к 0, считают, что признак развивается исключительно под действием факторов внешней среды. При значениях 1>Н>0,7 – признак развивается под действием генетических факторов. Средние значения «Н» – от 0,4 до 0,7 свидетельствуют о том, что признак развивается под действием внешней среды на фоне генетической предрасположенности.