Близнюковий метод

Близнюковий метод – один з найбільш ранніх методів вивчення генети­ки людини, але він не втратив свого значення і в наш час.

Близнятами називаються одночасно народжені особини у одноплідних тварин (кінь, велика рогата худоба тощо) та людини. Близнята бувають монозиготними або дизиготними.

Монозиготні близнята розвиваються із однієї яйцеклітини, заплідненої одним сперматозооном, тому вони називаються також однояйцевими. Такі близнята однієї статі та генетично абсолютно однакові, але можуть відрізнятися по фенотипу, що зумовлюється дією чинників зовнішнього середовища. Монозиготні близнята мають однакові групи крові за системами ABO, MN, Rh та іншими, однаковий колір очей, однотипні візерунки на пальцях, а також лінії та візерунки на долонях тощо. Усі ці фенотипічні ознаки використовуються як критерії визначення зиготності близнят.

Дизиготні близнята розвиваються із двох одночасно дозрівши яйцеклітин, запліднених двома сперматозоїдами, і тому вони називаються також різнояйцевими. Такі близнята можуть бути однієї статі чи різностатеві, але спадково настільки різними, як і діти цієї подружньої пари, що народилися в різний час.

Людські близнята – цінний матеріал для вивчення важливої загальнобіологічної проблеми – ролі генетичних факторів та умов оточуючого середовища у розвитку ознак. У генетиці людини умовами середовища вважають сукупність біосферних та соціальних чинників.

Якщо досліджувана ознака наявна в обох близнюків однієї пари, то ця пара є конкордатною за даною ознакою. При співставленні монозиготних та дизиготних близнят визначають коефіцієнт парної конкордантності, який показує долю близнюкових пар, де досліджувана ознака проявилася в обох партнерів. Коефіцієнт конкордантності (C) виражається в процентах або в долях одиниці та визначається за формулою:

 

C = [Сn : (Сn + Dn)] ∙100% (в процентах),

C = Сn : (Сn + Dn) (в долях одиниці),

 

де Сn – кількість конкордатних пар, Dn – кількість неконкордантних пар.

 

Порівняння парної конкордантності монозиготних та дизиготних близнят дає уявлення про співвідношення ролі генотипу та середовища у розвитку тієї чи іншої ознаки. Коли значення коефіцієнтів конкордантності монозиготних та дизиготних близнят близькі, то вважається, що розвиток ознаки визначається переважно умовами оточуючого середовища. Якщо ж ступінь конкордантності у монозиготних близнят вище, ніж у дизиготних, це свідчить про домінуючу роль генетичних факторів у розвитку ознаки.

Для кількісної оцінки співвідношення впливу генотипу та середовища на досліджувану ознаку найчастіше користуються коефіцієнтом успадковуваності, який вираховується за формулою Хольцинґера:

 

h² = [(C_MZ% – C_DZ%)∙100%] : [100% – C_DZ%] ( в процентах),

h² = (C_MZ – C_DZ) : (1 – C_DZ) (в долях одиниці),

 

де h2 – коефіцієнт успадковуваності, C_MZ – конкордантність (доля близнюкових пар, в яких досліджувана ознака наявна в обох партнерів; в частинах одиниці, або в процентах) монозиготних близнят, C_DZ – конкордантність дизиготних близнят.

 

Величина коефіцієнта успадковуваності свідчить про співвідношення впливу генетичних та середовищних факторів на розвиток ознаки. Якщо результат розрахунків наближається до 100% (70-100%), то основна роль у розвитку ознаки належить спадковості, і навпаки, чим ближче результат до 0, тим більше роль середовищних чинників. При значенні коефіцієнта успадковуваності в межах 40-70% ознака розвивається під дією факторів оточуючого середовища, але за наявності генетичної зумовленості.

2.5. Метод прийомних дітей

Дослідження прийомних дітей також дозволяє чітко розмежувати вплив генетичних та середовищних чинників. Якщо діти були усиновлені в перші дні життя і ніколи не бачили своїх біологічних батьків, то з ними вони мають лише спільні гени. З батьками, які їх виховали, у прийомних дітей немає ніякої генетичної схожості, але спільні умови середовища існування. Співставлення прийомних дітей з їх біологічними та приймальними батьками здійснюється за допомогою коефіцієнтів кореляції. Коефіцієнт кореляції (r) для вимірних ознак вираховується за спеціальною формулою варіаційної статистики і визначається в долях одиниці..

Значна кореляція дітей (0,70-1,00) з біологічними батьками за певною ознакою свідчить на користь спадкових чинників, а з батьками, які їх виховали, – на користь умов середовища. Так, дослідження закономірностей успадкування коефіцієнту інтелекту (IQ) показало, що середня загальна кореляція цієї ознаки у дітей з прийомними батьками становила 0,19 (з батьком – 0,17; з матір’ю – 0,21). У той же час, цей показник між цими ж дітьми та їх біологічними батьками становив 0,50, що свідчить про значну роль генотипу в розвитку інтелекту..

У ряді країн (у тому числі в Україні та Росії), у зв'язку з існуючими тут традиціями усиновлення (таємниця усиновлення охороняється законом), використання методу прийомних дітей практично неможливе.

2.6. Цитогенетичні методи

2.6.1. Аналіз каріотипу

Принципи цитогенетичних досліджень сформува­лися протягом 20–30-х років минулого століття на кла­сичному об'єкті генетики – мушці дрозофілі та деяких рослинах. Метод полягає у мікроскопічному дослідженні хро­мосом на метафазній стадії мітозу. Найзручнішим об’єктом для цього виявилися культивовані в спеціальному розчині лімфоцити периферійної крові. Звичайно досліджувані клітини підлягають спеціальній обробці, в результаті якої хромосоми виявля­ються вільними та віддаленими одна від одної. Важливим етапом є фарбування хромосом за допомогою різноманітних методик в залежності від мети дослідження. Це дає можливість підраховувати їх і аналі­зувати. Нормальний каріотип людини вклю­чає 46 хромосом, із яких 22 пари аутосом та 2 статеві хромосоми.

Якщо порушення стосується стате­вих хромосом, то дослідження спрощу­ється. У цьому випадку проводиться аналіз не набору хромосом, а обстежуються соматичні клітини на наявність у них статевого хроматину. Статевий хроматин – це не­велике дископодібне тільце, яке інтен­сивно фарбується цитологічними барвниками. Воно виявляється в інтерфазних клітинних ядрах безпосередньо під ядерною мембраною. Статевий хроматин являє собою спіралізовану X-хромосо­му і утворюється у жінок ще в ранньому ембріогенезі до розвитку статевих залоз. Його наявність можна визначи­ти у будь-яких тканинах. Частіше всьо­го досліджуються епітеліальні клітини слизової оболонки щоки. У каріотипі нормальної жінки є дві X-хромосоми, і одна із них утворює тільце статевого хроматину. Кількість тілець статевого хроматину на одиницю менша, ніж число Х-хромосом у даної особини. У жінок, які мають каріотип 45[ХО] (Х–моносомія; синдром Шерешевського–Тернера), ядра клітин не мають стате­вого хроматину. При синдромі X–трисомії (47[XXX]) у жінки утворюються два тільця, у чоловіка з каріотипом 47[ХХY] (синдром Кляйнфельтера) є одне тільце (як у нормальних жінок).

Визначення статевого хроматину ви­користовують і в судовій медицині, ко­ли необхідно за плямами крові встано­вити статеву приналежність особи.

Цитогенетичні дослідження мають широке застосування для вивчення морфології хромосом людини в нормі та при патології, визначення їх кількості, вивчення процесу старіння тканин тіла людини, діагностування різноманітних захворювань спадкової природи тощо. При необхідності вони здійснюються разом з генеалогічним методом, коли цитологічні дані вдається пов’язати з фенотипічним проявом ознаки.

2.6.2. Генетика соматичних клітин

Найбільший інтерес для генетики людини представляє метод гібридизації соматичних клітин. Оскільки соматичні клітини несуть увесь обсяг спадкової інформації, цей метод дає змогу вивчати на них генетичні закономірності всього організму. Для дослідження звичайно використовують клітини сполучної тканини (фібробласти) або лімфоцити крові. Гібридизація культивованих разом соматичних клітин різних організмів здійснюється за допомогою вірусу парагрипу. Гібридизація можлива між клітинами не тільки організмів різних видів (людина – миша), а й різних типів (людина – комар).

Гібридна клітина містить усі хромосоми обох батьківських клітин. Наприклад, гібридні клітини людини і миші мають 43 пари хромосом: 23 – від людини та 20 – від миші. У таких гібридних клітинах функціонують хромосоми як людини, так і миші, гени яких визначають синтез відповідних ферментів. За умов диференціального фарбування морфологічно можна відрізнити кожну з хромосом. Якщо в гібридній клітині відсутня яка-небудь хромосома і не відбувається синтез певних ферментів, то можна припустити, що гени, які визначають синтез цих ферментів, локалізовані в ній. Таким чином, цей метод дозволяє встановлювати групи зчеплення у людини, а враховуючи делеції та транслокації, – з’ясовувати і послідовність розташування генів, тобто складати генетичні карти хромосом людини; досліджувати генні мутації, а також мутагенну та канцерогенну активність хімічних речовин, у тому числі новостворюваних ліків.

На підставі досліджень гібридних соматичних клітин виявлено, що ген групи крові за системою АВО знаходиться в 9-ій хромосомі, за системою MN – в 2-ій хромосомі, а за системою Rh – у 1-ій хромосомі.

Дослідження соматичних клітин людини з використанням спеціальних ДНК-маркерів дає змогу досить точно встановлювати локалізацію генів у хромосомах. Таким способом було визначено, що ген захворювання шкіри гіперкератозу (надмірного зроговіння епідермісу шкіри), знаходиться в 17-ій хромосомі, а ген хвороби Альцгеймера (стареча недоумкуватість) – в 21-ій. Здійснюється вивчення генетичної картини таких захворювань як цукровий діабет, шизофренія та інших.

2.7. Біохімічні методи

Причиною численних спадкових порушень обміну речовин є різноманітні дефекти ферментів, які виникають внаслідок мутацій відповідних генів. Такі захворювання дістали назву ферментопатій, або ензимопатій. Вони складають значну частину спадкової патології – до 5000 хвороб. Серед них найбільш розповсюдженими є фенілкетонурія, алкаптонурія, галактоземія, муковісцидоз, хвороба Гоше, хвороба Тея – Сакса, альбінізм та інші. Біохімічні показники (первинний продукт гена, накопичення патологічних метаболітів в організмі хворого) чіткіше віддзеркалює сутність хвороби порівняно з клінічними показниками. Використання сучасних біохімічних методів – електрофорезу, хроматографії, спектроскопії тощо – дають можливість визначити будь-які метаболіти, специфічні для конкретної спадкової хвороби. Об’єктами біохімічних аналізів можуть бути сеча, піт, плазма та клітини крові, культури клітин (фібробласти, лімфоцити).

Біохімічні методи дуже трудомісткі, вима­гають спеціального обладнання і тому не можуть використовуватися для масо­вих популяційних досліджень з метою раннього виявлення хворих із спадко­вою патологією обміну.

Використовують також мікробіоло­гічні тести, які ґрунтуються на тому, що деякі штами бактерій ростуть тіль­ки на середовищах, які містять певні амінокислоти, вуглеводи. Якщо у крові або сечі є необхідна для росту речовина, то у чашці Петрі навколо фільтрувального паперу, про­соченого однією з цих рідин, спостері­гається активне розмноження бактерій, чого не буває у випадку обстеження здорової людини.

Біохімічні методи застосовуються також і для виявлення гетерозиготних носіїв спадкових аномалій, які у фенотипі проявляються невиразно. При цьому застосовується біохімічне тестування, мікроскопічне дослідження клітин крові та тканин, визначення активності певного ферменту, зміненого внаслідок мутації тощо. Такі заходи необхідні для здійснення своєчасного лікування та профілактики, а також для визначення вірогідності мати хвору дитину в генетично ризиковій сім’ї.