Основи на човешката генетика (2)
Основи на човешката генетика. Въпроси:
1. Човешката генетика като наука. Проблеми на човешката генетика на съвременния етап.
2. Човекът като обект на генетични изследвания.
3. Характеристика на основните методи на човешката генетика.
4. Характеристики на експресните методи на човешката генетика.
5. Характеристики на методите за пренатална диагностика.
I. Човешката генетика е наука, която изучава моделите на унаследяване на нормални и патологични човешки черти.
Познати са над 4000 наследствени болести на човека. 2,5% от новородените имат наследствени заболявания. 40% от случаите на ранна детска смърт и увреждане.
През 2000 г. е определена пълната нуклеотидна последователност на човешкия геном и е създадена информационна банка за секвениране (определяне на първичната структура на ДНК) на гените.
1. Ранна диагностика на наследствени заболявания чрез усъвършенстване на експресни методи и пренатална диагностика.
2. Разработване на методи за генна терапия на наследствени заболявания на базата на генно и клетъчно инженерство.
3. Широко въвеждане на медицинско генетично консултиране в медицинската практика.
4. Идентифициране на генетично опасни фактори на околната среда и разработване на методи за тяхното неутрализиране.
II. Човекът е сложен обект на генетични изследвания. Трудности при изучаването на човек като генетичен обект:
1. Невъзможността за използване на хибридологичния метод.
2. Голям брой хромозоми (46 в 2n набор): 100 000 гена.
3. Късен пубертет (11-16 години).
4. Малък брой потомци в семействата.
5. Рядка смяна на поколенията.
6. Невъзможно е да се създадат еднакви условия на живот за всички хора.
Предимства на човек като генетичен обект:
1. Голям брой индивиди вчовешки популации.
2. Международно сътрудничество между генетици от света.
3. Човек е по-добре проучен клинично от други обекти.
4. Има голям брой методи за компенсиране на горното
настоящите трудности при ученето.
III. Клиничен и генеалогичен метод (F. Galton 1883).
Същността на метода: разкриване на семейни връзки и проследяване на изследваната черта сред роднините на пробанда.
1. Събиране на информация за роднини от пробанд.
2. Съставяне на родословие.
3. Анализ на родословието. Методът се прилага за:
а) установяване на наследствения характер на признака; б) установяване вида на наследството; в) установяване на генотипа на членовете на родословието;
Правила за изграждане на родословия:
а) символите, обозначаващи индивиди от едно и също поколение, са разположени строго хоризонтално
талиите са номерирани с арабски цифри; б) всяко поколение е номерирано с римски цифри отляво.
Видове наследяване на черти:
1. Автозомно доминантно (полидактилия) A-:
• Болни хора има във всяко поколение.
• Еднакво боледуват както мъжете, така и жените.
• Болно дете е родено от болни родители с вероятност 100%, ако те са хомозиготни; 75%, ако са хетерозиготни (с пълно доминиране и проникване на гена
2. Автозомно рецесивна (фенилкетонурия) аа:
• Пациентите не се срещат във всяко поколение.
• Еднакво боледуват както мъжете, така и жените.
• Вероятността да имате болно дете при здрави родители е 25%, ако те са хетерозиготни; 0%, ако са и двете, или единият е хомозиготен за доминантна черта.
• Проявява се в близкородствени бракове.
3. Х-свързан доминантен (рахит, устойчив на витамин D) X H:
•Пациентите се срещат във всяко поколение.
• Жените са по-болни.
• Ако един баща е болен, значи всичките му дъщери са болни.
• Болно дете се ражда от болни родители в 100% от случаите, ако майката е хомозиготна; в 75%, ако майката е хетерозиготна.
4. CX-свързан рецесивен (цветна слепота) X h:
• Пациентите не се срещат във всяко поколение.
• Боледуват предимно мъже.
• Вероятността за раждане на болно момче при здрави родители е 25%, болно момиче е 0% от всички деца.
5. Холандски (хипертрихоза) Y H:
• Болни хора има във всяко поколение.
• Само мъжете боледуват.
• Ако един баща е болен, значи всичките му синове са болни.
Метод на близнаците (F. Galton 1876) - изследване на генетични модели на близнаци.
Същността на метода: сравнение на черти при еднояйчни и двуяйчни близнаци въз основа на приликите и разликите в техните генотипове и средата, в която са се развили.
1. Изготвяне на извадка от близнаци.
2. Диагностика на зиготност на близнаци.
3. Установяване на дела на наследствеността и средата във формирането на даден признак. Критерии за зиготност:
1. Пол на тялото.
2. Комплекс от фенотипни белези.
3. Моногенни признаци (еритроцитни изоантигени по системата AB0, MN, Rh,
групи протеини в кръвния серум и др.).
4. Дерматоглифни индикатори.
6. Изследване на нуклеотидната последователност на ДНК. Приликата на близнаците според изследваната черта е конкордантност.
Ако H е по-близо до 1, тогава генотипът играе важна роля при формирането на признака, ако този показател е по-близо до 0, тогава околната среда играе голяма роля.
Цитогенетичен метод - изследване на кариотипа с помощта на микроскопски техники. J. Tijo и A. Levan (1956) - в човешки кариотип 46хромозоми.
1. Получаване и култивиране на клетки (лимфоцити, фибробласти).
2. Добавяне на PHA към хранителната среда (стимулиране на деленето).
3. Спиране на клетъчното делене в метафаза чрез колхицин.
4. Третиране на клетките с хипотоничен разтвор на NaCl (разкъсванията на клетките и хромозомите са налични за оцветяване).
5. Оцветяване на хромозоми със специфични багрила.
7. Изрязване на хромозоми, съставяне на идиограма и нейното анализиране.
Методът се използва за диагностика на геномни, хромозомни мутации, за установяване на генетичния пол на организма.
Метод на генетиката на соматичните клетки (G. Barsky 1960) - изследване на генетичните модели на соматичните клетки.
Характеристики на соматичните клетки:
1. Те имат диплоиден набор от хромозоми.
2. Дълго съхранявани замразени.
3. Развиват се добре на различни хранителни среди.
4. Бързо се делят чрез митоза.
Има 3 вида метод:
а) клониране (получаване на клонинг на клетки); б) селекция (подбор на клетки с изследвания признак);
в) хибридизация (сливане на клетки от индивиди от един и същи вид или различни видове с образуването на хомокарион или хетерокарион).
Методът позволява да се компенсират всички трудности на човека като обект на генетични изследвания.
Популационно-статистически метод - изследване на генетичния състав на населението. Въз основа на закона на Харди-Вайнберг ви позволява да определите честотата на гените и генотипите на доминиращи и рецесивни хомозиготи, хетерозиготи в популациите.
Биологично моделиране - основава се на закона за хомоложните редове на Н. И. Вавилов. Върху животни (мишки, плъхове, кучета) се моделират наследствени заболявания (създават се мутантни линии), разработват се методи за диагностика и лечение и получените данни се използват във връзка сна човек.
Математическо моделиране - създаване на математически модели на наследствени заболявания за прогнозиране на промени в генетичната структура на човешките популации.
Биохимичните методи се използват за диагностициране на наследствени метаболитни заболявания.
Количествените биохимични методи позволяват да се определи хетерозиготното носителство на патологичен рецесивен ген (фенилкетонурия) чрез нивото на инактивиране на въведената преди това FA. Ако нивото на FA бързо се нормализира, тогава в тялото има достатъчно ензим фенилаланин-4-хидроксилаза и няма патологичен ген, а ако нивото на FA е повишено за дълго време, тогава има малко ензим (човекът е носител на този ген).
Рекомбинантни ДНК методи.
• ДНК клониране (изолиране на фрагменти от молекули, включването им във вектор (бактериални плазмиди) за получаване на голям брой ДНК копия);
• хибридизация: линейните сегменти на двойноверижната ДНК на левкоцитите се разпадат на едноверижни фрагменти под действието на рестриктази. Фрагментите се разделят чрез електрофореза и се прехвърлят в среда с радиоактивна сонда (едноверижна ДНК нуклеотидна последователност, съответстваща на патологичния ген). Ако сред ДНК фрагментите има нуклеотидна последователност, комплементарна на сондата, тогава се образува двойноверижна ДНК (определена с помощта на рентгеново чувствителен филм). Методът позволява да се открие патологичен ген в генома.
IV. Експресните диагностични методи („скринингови тестове“, програми за пресяване) са методи за предварителна диагностика на наследствени заболявания.
Дерматоглифен анализ на изпъкнала кожа.
Използва се в генетиката за диагностициране на вроден компонент на наследствени заболявания (с геномна патология, радиалните бримки се отбелязват на 4 и 5пръсти, CPB, главен палмарен ъгъл от 60 0 до 80 0 и т.н.) и за установяване на зиготността на близнаци.
Химични методи (качествени цветни реакции). За диагностика на фенилкетонурия върху мокрите пелени на бебето се поставя хартия, навлажнена с 10% разтвор на FeCl3 (зеленикаво оцветяване при наличие на FPK в урината).
Микробиологични тестове - базирани на свойствата на бактериите да изискват определени химикали за растеж.
Тест на Guthrie: Кръвта на новороденото се нанася върху филтърни хартиени дискове и се поставя върху агарна среда, която съдържа специфичен щам бактерии. Ако концентрацията на FA е висока (фенилкетонурия), тогава има бърз растеж на бактерии.
Определяне на X- и Y-полов хроматин - изследват се букални епителни клетки или левкоцити. Х-хроматинът се определя чрез оцветяване с ацеторсеин, а Y-хроматинът с акрихиниприт. Установява се генетичният пол, диагностицират се хромозомните заболявания на пола.
V. Методи за пренатална диагностика (диагностика на наследствени дефекти на плода в ранните етапи на бременността).
1. Косвени методи (обект на изследване - жена): акушер-гинекологични, медико-генетични, серологични изследвания и определяне на ембриоспецифични протеини (обект на изследване - жена) са показани на всички бременни жени.
Анализ на съдържанието на ембриоспецифични протеини в кръвния серум на майката (α-фетопротеин, хорионгонадотропин, свободен естрадиол се произвеждат от клетките на плода и плацентата и влизат в кръвта на майката).
Извършва се на 13-15 седмица от бременността. Нивото на фетопротеин α - повишено:
а) със заплаха от спонтанен аборт; б) с вътрематочна смърт на плода;
в) с Rh несъвместимост на майката и плода; г) с многоплодна бременност; д) с дефекти на невралната тръба; ж) с вроденинефроза;
Ниско ниво на α-фетопротеин се отбелязва при синдрома на Даун. Директни методи (обектът на изследване е плодът):
1. Директните неинвазивни методи са показани за всички бременни жени, тъй като се считат за безопасни за майката и плода.
Ултразвук (ултразвук) - използването на ултразвук за получаване на изображение на плода и неговите мембрани на екрана на монитора. Методът се използва в 12-15 седмица от бременността, когато са формирани всички системи на органите на плода и позволява да се открие многоплодна бременност, големи малформации на плода (хидроцефалия, микроцефалия, аненцефалия, аплазия на крайниците, атрезия на стомашно-чревния тракт и др.).
2. Използват се директни инвазивни методи по показания:
жена на възраст над 35 години (риск от синдром на Даун до 35 години 1: 400, до 44 години - 1:40);
структурни пренареждания на хромозомите в един от родителите;
наличието на заболяване с доминиращ тип наследство при родителите;
бременност на фона на психологическа травма, сериозно заболяване. Амниоцентеза (вземане на 20-30 ml амниотична течност
1. Традиционна амниоцентеза (15-17 седмица от бременността).
2. Ранна амниоцентеза (12-13 седмица от бременността)
Извършва се трансабдоминално под контрола на ултразвук. Течността се използва за биохим
mic (генни мутации), фетални клетки за цитогенетични изследвания (хромозомни и геномни мутации). Усложнения: в 0,5-1,4% от случаите е възможен спонтанен аборт.
Хорионбиопсия (вземане на епитела на хорионните въси) - извършва се под контрола на ултразвук на 8-12 седмица от бременността. Има трансабдоминални и трансцервикални методи. С катетър-пластична канюла, свързана със спринцовка, се отстраняват 10-25 mg хорионни въси и се използват за цитогенетични, биохимични изследвания и ДНК анализ. Методът позволявадиагностициране на различни мутации в ранна бременност. В 3-6% от случаите е възможен спонтанен аборт.
Фетоскопия (амниоскопия) се извършва в 18-22 седмица от бременността с фиброоптичен ендоскоп, въведен под локална анестезия в околоплодната кухина през коремната стена на матката. Методът ви позволява да изследвате плода, плацентата, пъпната връв и да вземете кръвта на плода от пъпната връв за диагностика на наследствени кръвни заболявания. Недостатъкът на метода е тясното зрително поле (ограничава визуалната диагностика на патологията на плода). При 5-10% е възможен спонтанен аборт.
В Беларус директните инвазивни методи се извършват в Минск, Гомел и Могилев. Годишно се извършват около 4000 изследвания.