Методи дослідження в генетиці людини

У зв‘язку з деякими особливостями у людини, в генетиці людини неможливе застосування стандартних генетичних методів.

До таких особливостей належать:

- Неможливість направлених схрещувань для генетичного аналізу;

- Неможливість експериментального отримання мутацій;

- Пізній строк статевого дозрівання у людини;

- малочисленність нащадків;

- неможливість створення однакових та строго контролюємих умов для розвитку нащадків від різних браків;

- недостатня точність реєстрації спадкових ознак та невеликі родоводи;

- порівняно невелике число (2n = 46) погано розрізняємих хромосом.

Таким чином на людині неможливе застосування такого широко використовуємого у генетиці методу, як: гібридологічний.

До основних методів, що використовуються у генетиці людини належать:

- генеалогічний;

- цитогенетичний;

- близнюковий;

- популяційний.

 

1.1 Генеалогічний метод аналізу спадковості людини

Генеалогічний метод дозволяє подолати складнощі, що виникають у зв'язку з неможливістю схрещування і малорухливістю людини. Якщо є родоводи, то можна, використовуючи сумарні дані по декількох сім'ях, визначити тип спадковості (домінантний, рецесивний, зчеплений зі статтю, аутосомний) ознаки, а також його моногенність або полігенність.

При складанні родоводів використовують наступні позначення:

мертвонароджений

викидень

індивідуум чоловічої статі

		індивідуум чоловічої статі

 

аборт

стать невідома

пробанд

 

Завдання 1: Складіть родовід і визначте тип спадкоємства ознаки використовуючи наступні дані:

 

№ 1. Пробанд - здорова жінка - має двох здорових братів і двох братів хворих алькоптонурієй ( виділення з сечею гомогентизинової кислоти). Мати пробанда здорова і має двох здорових братів. Отець пробанба хворий алькоптонурієй і є двоюрідним дядьком своєї дружини. У нього є здоровий брат і здорова сестра. Бабця по лінії отця була хворою і полягала в браку з своїм двоюрідним здоровим братом. Бабця і дід по лінії матері здорові, отець і мати діда також здорові. При цьому мати діда є рідною сестрою діда пробанда з боку отця. Визначите вірогідність народження хворих алькоптонурієй дітей в сім'ї пробанда за умови, якщо вона вийде заміж за здорового чоловіка, мати якого страждала алькоптонурієй.

 

№ 2. Пробанд страждає нічною сліпотою. Його два брати також хворі. По лінії отця пробанда страждаючих нічною сліпотою не було. Мати пробанда хвора. Дві сестри і два брати пробанда здорові. Вони мають тільки двох здорових дітей. По материнській лінії далі відомо: сестра бабусі хвора, а брат здоровий; прадід (отець бабусі) страждав нічною сліпотою, сестра і брат дідуся були хворі; прадід був хворий, його брат має хвору дочку і двох хворих синів, також хворий. Дружина пробанда, її батьки і родичі здорові. Визначите вірогідність народження хворих дітей з сім'ї пробанда.

 

№ 3. Пробанд страждає легкою формою серпоподібноклітинної анемії. Його дружина здорова. Вона має дочку також з легкою формою анемії. Мати т бабця пробанда страждали цією ж формою серпоподібноклітинної анемії. Решта сибсів матері і її батька здорові. У дружини пробанда є сестра, хворий легкою формою анемії. Мати і отець дружини пробанда страждали анемією, крім того, відомо, що у отця були два брати і сестра з легкою формою анемії і що в сім'ї сестри отця двоє дітей померло від серпоподібноклітинної анемії. Визначите ймовірність народження дітей з важкою формою анемії в сім'ї дочки пробанда, якщо вона вийде заміж за такого ж чоловіка, як її отець.

 

№ 4. Пробанд - хворий атаксією мозочка жінка. Її чоловік здоровий. У них шість синів і три дочки. Один син і одна дочка хворі на атаксію мозочка решта дітей здорова. Пробанд має здорову сестру і трьох хворих братів. Здорова сестра заміжній за здоровим чоловіком і має здорову дитину. Три хворих брата пробанда одружені на здорових жінках. У сім'ї одного два здорові сини і одна здорова дочка, в сім'ї другого брата здоровий син і хвора дочка, в сім'ї третього - два сини і три дочки здорові. Отець пробанда хворий, а мати здорова. Яка вірогідність появи хворих дітей у хворої дочки пробанда, якщо вона вийде заміж за здорового чоловіка?

 

№ 5. Одна з форм рахіту не виліковується звичайними дозами вітаміну Д. Пробанд -юнець, що страждає цією формою рахіту. Його сестра здорова. Мати пробанда хвора на рахіт, отець здоровий. У матері пробанда було троє братів - всі здорово. Дід пробанда по лінії матері хворий, бабця здорова. Дід мав двох здорових братів і одного хворого. У здорових братів діда від здорових дружин було п'ять здорових синів ( у одного чотири сини, у іншого один). У хворого брата діда дружина була здорова. У них були три хворі дочки т два здорові сини. У двох хворих дочок брата діда пробанда від здорових мужів було по одній здоровій дочці. Ще у однієї хворої дочки брата діда пробанда, що полягає в браку із здоровим чоловіком, два сини, один з яких хворий, і хвора дочка. У здорових синів брата діда пробанда дружини здорові. Здорові і їх діти. Визначите вірогідність народження хворих рахітом дітей в сім'ї пробанда у випадку. Якщо він одружиться з своїм хворим троюрідною сестрою.

 

№ 6. Пробанд - чоловік з блакитними очима і нормальним зором, батьки якого мали сірі очі і нормальний зір, одружується на нормальній по зору жінці з сірими очима. Батьки жінки мали сірі очі і нормальний зір, а блакитноокий брат був дальтоніком. Від цього браку народилася дівчинка з сірими очима і нормальним зором і два блакитнооких хлопчика, один з яких виявився дальтоніком. Складіть родовід і визначте генотипи всіх членів цієї сім'ї.

 

№ 7. Від двох нормальних по зору батьків народилася дочка з нормальним зором - пробанд. Згодом вона вийшла заміж за чоловіка-дальтоніка, який мав нормальних по зору брата і сестру. Від цього браку народилася одна дочка-дальтонік. Батьки хочуть знати, яка вірогідність народження у них інших дітей-дальтоніків. Складіть родовід цієї сім'ї, визначте генотипи всіх членів сім'ї і визначте вірогідність народження від цієї пари дітей з нормальним зором і дальтоніків.

 

№ 8. Пробанд - жінка з групою крові А і нормальною здатністю крові (здорова) згущуватися виходить заміж за здорового чоловіка з групою крові В. От цього браку народилося три дитини: Катруся - здорова, з групою крові А; Вітя - здоровий, з групою крові О; Гліб - гемофілік, з групою крові А. Відомо, що батьки жінки були здорові, мати мала групу крові О, а батько - АВ. У чоловіка батько і мати здоровий, їх групи крові А і B, відповідно. Поясніть, від кого Гліб успадковував гемофілію. Визначте генотипи всіх членів сім'ї. Складіть родовід цієї сім'ї.

 

№ 9. Пробанд - нормальна по зору жінка, батько якої дальтонік. Двоє її братів, а так само дядько по мамчиній лінії хворі на гемофілію. Чоловік цієї жінки дальтонік, їх син страждає гемофілією, а дочка-дальтонік. Складіть родовід цієї сім'ї. Визначте генотипи членів цієї сім'ї. Яка вірогідність того, що дочка є носієм гемофілії?

№ 10. Пробанд - чоловік з групою крові АВ, який страждає дальтонізмом, одружується на дівчині з нормальним зором і групою крові О. Батько дівчини дальтонік і має групу крові А. От цього браку народилося двоє дітей: дівчинка з нормальним зором і групою крові А і хлопчик з нормальним зором і групою крові В. Складіть родовід цієї сім'ї, вкажіть генотипи всіх членів сім'ї. Яка вірогідність народження у цих людей дітей-дальтоніків? Чи можуть народитися діти з групами крові батьків?

 

1.2 Цитогенетичний метод аналізу спадковості людини

Цитогенетичний метод – це метод виявлення аномалій у геномі людини за допомогою диференційного фарбування хромосом, а також встановлення хромосомного набору хромосом та виявлення аномалій у їх кількості та будови. Для фарбування та отримання каріотипу людини використовують лейкоцити периферійної крові людини.

На відміну від класичних об‘єктів, які вивчаються в загальній генетиці, людина має складний каріотип. Кількість хромосом у всіх соматичних клітинах становить 46. За розміром і формою усі соматичні хромосоми людини поділяють на 7 груп (див. рис.7.1):

1. І група (А): 1 – 3 пари, 1 та 3 - великі метацентричні хромосоми, 2 – великі субметацентричні.

2. ІІ група (В): 4 і 5 пари - великі субметацентричні хромосоми.

3. ІІІ група (С): 6 – 12 пари хромосом і статева Х-хромосома – середні субметацентричні;

4. ІV група (D): 13 – 15 пари хромосом – середні акроцентричні;

5. V група (Е): 16 – 18 пари хромосом – малі субметацентричні;

6. VІ група (F): 19 і 20 пари хромосом – малі метацентричні;

7. VІІ група (G): 21, 22 пари і статева Y- хромосома – малі акроцентричні.

 

Рисунок 7.1 Хромосомний набор чоловіка. А – Е – групи близьких за розмірами та будовою хромосом.

 

Завдання 2: проведіть аналіз запропонованого Вам набору хромосом людини (рис.7.1). Схематично перемалюйте каріотип людини у зошит, кольоровими олівцями на малюнку відмітьте хромосоми окремих груп: А – чорним, В – жовтим, С – простим олівцем, D – синім, Е – коричневим, F – зеленим, G – червоним. Підрахуйте загальну кількість хромосом та кількість хромосом кожної окремої групи.

 

Цитологічний контроль застосовують при діагностиці ряду спадкових захворювань, які пов‘язані з явищами анеуплодії та різними хромосомними абераціями. Наряду з вивченням мітотичних хромосом корисну інформацію отримують і при спостереженні інтерфаз них клітин. Зокрема, чоловіків і жінок розрізняють за наявністю у інтерфазному ядрі так званого тільця Барру, або статевого хроматину. Він є у жінок і відсутній у чоловіків. Статевий хроматин являє собою результат гетерохроматинізації однієї з двох Х-хромосом, що ін активуються у жінок. Ідентифікація полового хроматину у клітинах соскову слизової оболонки роту широко використовується для визначення генетичної статі пацієнтів у практиці медичної генетики, а також у спортивній медицині.

Шляхом цитологічних досліджень людей, що мають різну кількість Х- та У-хромосом у наслідок нерозходження, виявили, що число тілець статевого хроматину відповідає формулі:

 

, де

 

 

В – число тілець Барру;

Х – число Х-хромосом;

Р – плоїдність.

Для диплоїдних клітин це значить, що кількість глибок статевого хроматину дорівнює кількості Х-хромосом мінус одиниця.

 

Завдання 3: Використовуючи постійні або тимчасові препарати соскову слизової оболонки роту людини, визначите стать людини (за наявністю або відсутністю статевого хроматину).

 

1.3 Близнюковий метод аналізу спадковості людини

Близнюковий метод використовується для виявлення ступеню спадкової обумовленості досліджуємих ознак. Явище поліембріонії відомо у деяких тварин. Воно характеризується появою декількох ідентичних або однояйцевих близнюків – гомозиготних близнюків (МБ). Наряду з таким МБ існують різнояйцеві або дизиготні близнюки (ДБ), які народжуються при заплідненні двох одночасно дозріваючих яйцеклітин. Якщо МБ як результат клонового розмноження одної заплідненої яйцеклітини завжди ідентичні за статтю та дуже схожі фенотипічно, часто майже нерозрізнимі, то ДБ можуть мати як однакову так і різну стать. Зустрічаються ДБ, які дуже розрізняються за зовнішніми ознаками, як особини, що розрізняються, які виникли у наслідок самостійних випадків запліднення.

Близнюковий метод оснований на трьох положеннях:

1. МБ мають ідентичні генотипи, а ДБ – різні генотипи.
2. Середовище, у якому розвиваються близнюки і під дією якого з‘являються відмінності ознак у МБ, може бути однаковою і неоднаковою для однієї і тієї ж пари МБ.
3. Усі властивості організму визначаються взаємодією тільки двох факторів: генотипу та середовища.

Ці положення дозволяють порівнювати вплив генотипу та середовища на розвиток ознак у відповідності зі схемою:

 

 

 

МБ та ДБ звичайно порівнюють за рядом показників на великій кількості матеріалу. На основі отриманих даних підраховують показники конкордантності ( рівня схожості) та дискордантності (рівня відмінностей). Деякі приклади порівняння МБ та ДБ представлені у табл. 7.1:

 

Таблиця 7.1 Приклади конкордантності за деякими морфофізіологічними ознаками та захворюваннями у монозиготних і дизиготних близнюків у відсотках.

 

№ п/п	Ознаки	МБ	ДБ
1.	Колір очей	99,5	97,7
2.	Папілярні лінії	92,0	40,0
3.	Маніакально-депресивний психоз	73,1	15,2
4.	Шизофренія	67,0	12,1
5.	Епілепсія	60,8	12,3
6.	Цукровий діабет	84,0	37,0
7.	Туберкульоз	66,7	23,0
8.	Ревматизм	47,3	17,3
9.	Запалення середнього вуха	30,1	9,8
10.	Клишоногість	45,5	18,2
11.	Природжений вивих стегна	41,4	2,8
12.	Кір	97,4	95,7
13.	Коклюш	97,7	92,0
14.	Вітряна віспа	92,8	89,2
15.	Скарлатина	56,4	41,2
16.	Колір очей	99,5	97,7
17.	Папілярні лінії	92,0	40,0
18.	Маніакально-депресивний психоз	73,1	15,2

 

Дані, які приведені в табл. 7.1 показують, що у МБ конкордантність значно вища, ніж у ДБ, однак ступінь схожості для різних ознак варіює. Це дозволяє дати оцінку ролі генотипу та середовища у їх проявленні.

Запропоновано декілька способів кількісного вираження частки спадковості у розвитку ознаки. Найпростіший з них:

 

, де

 

Н – частка спадковості;

М – конкордантність у МБ;

В – конкордантність у ДБ.

 

Таким чином, використання близнюкового методу показує, що такі генетично детерміновані ознаки, як, наприклад, показники обміну речовин, можуть сильно піддаватися модифікаційній мінливості. Це треба враховувати, наприклад, при описанні симптомів спадкових захворювань, що має велике значення в медичній генетиці.

 

Завдання 4: користуючись таблицею 7.1 визначите у формуванні яких хвороб провідна роль належить спадковості, а які обумовлені впливом зовнішнього середовища.