Методи генетики людини: генеалогічний, блізнецовий і ін. Популяційна генетика. Закон Харді-Вайнберга

1. генеалогічний метод
2. Близнюковий метод
3. цитогенетичний метод
4. біохімічний метод
5. Популяційно-статистичний метод

Для генетичних досліджень людина є незручним об'єктом, так як у людини: неможливо експериментальне схрещування; велика кількість хромосом; пізно настає статева зрілість; мале число нащадків в кожній родині; неможливо зрівнювання умов життя для потомства.

У генетиці людини використовується ряд методів дослідження.

генеалогічний метод

Використання цього методу можливо в тому випадку, коли відомі прямі родичі - батьки володаря спадкової ознаки (пробанда) по материнській і батьківській лініях в ряду поколінь або нащадки пробанда також в декількох поколіннях. При складанні родоводів в генетиці використовується певна система позначень. Після складання родоводу проводиться її аналіз з метою встановлення характеру успадкування ознаки, що вивчається.

Умовні позначення, прийняті при складанні родоводів:
1 - чоловік; 2 - жінка; 3 - стать не з'ясований; 4 - володар досліджуваного ознаки; 5 - гетерозиготний носій досліджуваного рецесивного гена; 6 - шлюб; 7 - шлюб чоловіка з двома жінками; 8 - споріднений шлюб; 9 - батьки, діти і порядок їх народження; 10 - дизиготних близнюки; 11 - монозиготних близнюки.

Завдяки генеалогічному методу були визначені типи успадкування багатьох ознак у людини. Так, по аутосомно-домінантним типом успадковуються полідактилія (збільшена кількість пальців), можливість згортати мову в трубочку, брахидактилия (короткопалость, обумовлена ​​відсутністю двох фаланг на пальцях), веснянки, раннє облисіння, зрощені пальці, заяча губа, вовча паща, катаракта очей, крихкість кісток і багато інших. Альбінізм, руде волосся, схильність поліомієліту, цукровий діабет, вроджена глухота і інші ознаки успадковуються як аутосомно-рецесивні.

Домінантний ознака - здатність згортати язик в трубочку (1) і його рецесивний аллель - відсутність цієї здатності (2).
3 - родовід по полідактилії (аутосомно-домінантне успадкування).

Цілий ряд ознак успадковується сцепленно з підлогою: -сцепленное спадкування - гемофілія, дальтонізм; -сцепленное - гіпертрихоз краю вушної раковини, перетинчасті пальців ніг. Є ряд генів, локалізованих в гомологічних ділянках - і -хромосом, наприклад загальна колірна сліпота.

Використання генеалогічного методу показало, що при родинному шлюбі, в порівнянні з неспоріднених, значно зростає ймовірність появи каліцтв, мертвонароджень, ранньої смертності серед нащадків. У родинних шлюбах рецесивні гени частіше переходять в гомозиготний стан, в результаті розвиваються ті чи інші аномалії. Прикладом цього є успадкування гемофілії в царських будинках Європи.

Близнюковий метод

1 - монозиготних близнюки; 2 - дизиготних близнюки.

Близнюками називають одночасно народжених дітей. Вони бувають монозиготними (однояйцевими) і дизиготних (різнояйцевими).

Монозиготних близнюки розвиваються з однієї зиготи (1), яка на стадії дроблення розділилася на дві (або більше) частини. Тому такі близнята генетично ідентичні і завжди однієї статі. Монозиготних близнюки характеризуються великим рівнем (конкордантность) за багатьма ознаками.

Дизиготних близнюки розвиваються з двох або більше одночасно овуліровавшіх і запліднених різними сперматозоїдами яйцеклітин (2). Тому вони мають різні генотипи і можуть бути як одного, так і різної статі. На відміну від монозиготних, дизиготних близнюки характеризуються дискордантних - відмінністю за багатьма ознаками. Дані про конкордантности близнюків за деякими ознаками наведені в таблиці.

Ознаки Конкордантность,% Монозиготні близнюки Дизиготні близнюки Нормальні Група крові (АВ0) 100 46 Колір очей 99,5 28 Колір волосся 97 23 Патологічні Клишоногість 32 3 «Заяча губа» 33 5 Бронхіальна астма 19 4,8 Кір 98 94 Туберкульоз 37 15 Епілепсія 67 3 Шизофренія 70 13

Як видно з таблиці, ступінь конкордантности монозиготних близнюків по всіх наведених ознаками значно вище, ніж у дизиготних, однак вона не є абсолютною. Як правило, дискордантність монозиготних близнюків виникає в результаті порушень внутрішньоутробного розвитку одного з них або під впливом зовнішнього середовища, якщо вона була різною.

Завдяки блізнецовий метод, була з'ясована спадкова схильність людини до ряду захворювань: шизофренії, епілепсії, цукрового діабету та інших.

Спостереження за монозиготними близнюками дають матеріал для з'ясування ролі спадковості і середовища в розвитку ознак. Причому під зовнішнім середовищем розуміють не тільки фізичні фактори середовища, а й соціальні умови.

цитогенетичний метод

Заснований на вивченні хромосом людини в нормі і при патології. У нормі каріотип людини включає 46 хромосом - 22 пари аутосом і дві статеві хромосоми. Використання даного методу дозволило виявити групу хвороб, пов'язаних або з зміною числа хромосом, або зі змінами їх структури. Такі хвороби одержали назву хромосомних.

Матеріалом для каріотіпіческого аналізу найчастіше є лімфоцити крові. Кров береться у дорослих з вени, у новонароджених - з пальця, мочки вуха або п'яти. Лімфоцити культивуються в особливій живильному середовищі, до складу якої, зокрема, додані речовини, «змушують» лімфоцити інтенсивно ділитися митозом. Через деякий час в культуру клітин додають колхіцин. Колхицин зупиняє мітоз на рівні метафази. Саме під час метафази хромосоми є найбільш конденсованими. Далі клітини переносяться на предметні скельця, сушаться і фарбуються різними барвниками. Забарвлення може бути а) рутинної (хромосоми забарвлюються рівномірно), б) диференціальної (хромосоми набувають смугастість, причому кожна хромосома має індивідуальний малюнок). Рутинна забарвлення дозволяє виявити геномні мутації, визначити групову приналежність хромосоми, дізнатися, в якій групі змінилося число хромосом. Диференціальна забарвлення дозволяє виявити хромосомні мутації, визначити хромосому до номера, з'ясувати вид хромосомної мутації.

У тих випадках, коли необхідно провести каріотіпіческій аналіз плода, для культивування беруться клітини амніотичної (навколоплідної) рідини - суміш фібробластоподібних і епітеліальних клітин.

До числа хромосомних захворювань відносяться: синдром Клайнфельтера, синдром Тернера-Шерешевського, синдром Дауна, синдром Патау, синдром Едвардса та інші.

Хворі з синдромом Клайнфельтера (47,) завжди чоловіки. Вони характеризуються недорозвиненням статевих залоз, дегенерацією насіннєвихканальців, часто розумовою відсталістю, високим зростом (за рахунок непропорційно довгих ніг).

Синдром Тернера-Шерешевського (45,) спостерігається у жінок. Він проявляється в уповільненні статевого дозрівання, недорозвитку статевих залоз, аменореї (відсутності менструацій), безплідді. Жінки з синдромом Тернера-Шерешевського мають малий зріст, тіло диспропорційно - більш розвинена верхня частина тіла, плечі широкі, таз вузький - нижні кінцівки вкорочені, шия коротка зі складками, «монголоїдний» розріз очей і ряд інших ознак.

Синдром Дауна - одна з найбільш часто зустрічаються хромосомних хвороб. Вона розвивається в результаті трисомії по 21 хромосомі (47; 21, 21, 21). Хвороба легко діагностується, так як має ряд характерних ознак: укорочені кінцівки, маленький череп, плоске, широке перенісся, вузькі очні щілини з косим розрізом, наявність складки верхньої повіки, психічна відсталість. Часто спостерігаються і порушення будови внутрішніх органів.

Хромосомні хвороби виникають і в результаті зміни самих хромосом. Так, делеция р -Плечі аутосоми №5 призводить до розвитку синдрому «крик кішки». У дітей з цим синдромом порушується будова гортані, і вони в ранньому дитинстві мають своєрідний «нявкаючий» тембр голосу. Крім того, спостерігається відсталість психомоторного розвитку і недоумство.

Найчастіше хромосомні хвороби є результатом мутацій, що відбулися в статевих клітинах одного з батьків.

біохімічний метод

Дозволяє виявити порушення в обміні речовин, викликані зміною генів і, як наслідок, зміною активності різних ферментів. Спадкові хвороби обміну речовин поділяються на хвороби вуглеводного обміну (цукровий діабет), обміну амінокислот, ліпідів, мінералів і ін.

Фенілкетонурія відноситься до хвороб амінокислотного обміну. Блокується перетворення незамінної амінокислоти фенілаланін в тирозин, при цьому фенілаланін перетворюється в фенілпіровиноградну кислоту, яка виводиться з сечею. Захворювання призводить до швидкого розвитку недоумства у дітей. Рання діагностика і дієта дозволяють призупинити розвиток захворювання.

Популяційно-статистичний метод

Це метод вивчення поширення спадкових ознак (спадкових захворювань) в популяціях. Суттєвим моментом при використанні цього методу є статистична обробка отриманих даних. Під популяцією розуміють сукупність особин одного виду, які тривалий час мешкають на певній території, вільно перехресних між собою, що мають спільне походження, певну генетичну структуру і в тій чи іншій мірі ізольованих від інших таких сукупностей особин цього виду. Популяція є не тільки формою існування виду, а й одиницею еволюції, оскільки в основі мікроеволюційних процесів, що завершуються утворенням виду, лежать генетичні перетворення в популяціях.

Вивченням генетичної структури популяцій займається особливий розділ генетики - популяційна генетика. У людини виділяють три типи популяцій: 1) панміктіческой, 2) деми, 3) ізоляти, які відрізняються один від одного кількістю, частотою внутрішньогрупових шлюбів, часткою іммігрантів, приростом населення. Населення мегаполіса відповідає панміктіческой популяції. В генетичну характеристику будь-якій популяції входять наступні показники: 1) генофонд (сукупність генотипів усіх особин популяції), 2) частоти генів, 3) частоти генотипів, 4) частоти фенотипів, система шлюбів, 5) фактори, що змінюють частоти генів.

Для з'ясування частот зустрічальності тих чи інших генів і генотипів використовується закон Харді-Вайнберга.

Ідеальною популяцією є досить велика, панміктіческой (панмиксия - вільне схрещування) популяція, в якій відсутні мутаційний процес, природний відбір і інші чинники, що порушують рівновагу генів. Зрозуміло, що ідеальних популяцій в природі не існує, в реальних популяціях закон Харді-Вайнберга використовується з поправками.

Закон Харді-Вайнберга, зокрема, використовується для зразкового підрахунку носіїв рецесивних генів спадкових захворювань. Наприклад, відомо, що в даній популяції фенілкетонурія зустрічається з частотою 1: 10000. Фенілкетонурія успадковується по аутосомно-рецесивним типом, отже, хворі на фенілкетонурію мають генотип, тобто q 2 = 0,0001. Звідси: q = 0,01; p = 1 - 0,01 = 0,99. Носії рецесивного гена мають генотип, тобто є гетерозиготами. Частота народження гетерозигот (2 pq) становить 2 · 0,99 · 0,01 ≈ 0,02. Висновок: в даній популяції близько 2% населення - носії гена фенілкетонурії. Заодно можна підрахувати частоту зустрічальності гомозигот по домінанту (): p 2 = 0,992, трохи менше 98%.

Зміна рівноваги генотипів і алелей в панміктіческой популяції відбувається під впливом постійно діючих факторів, до яких відносяться: мутаційний процес, популяційні хвилі, ізоляція, природний відбір, дрейф генів, еміграція, імміграція, інбридинг. Саме завдяки цим явищам виникає елементарне еволюційне явище - зміна генетичного складу популяції, що є початковим етапом процесу видоутворення.

Генетика людини - одна з найбільш інтенсивно розвиваються галузей науки. Вона є теоретичною основою медицини, розкриває біологічні основи спадкових захворювань. Знання генетичної природи захворювань дозволяє вчасно поставити точний діагноз і здійснити потрібне лікування.

► Читайте також матеріал з книги « Генетика і селекція. Теорія, завдання, відповіді »:

Тема 12. Генетика людини

Методи генетики людини

Спадкові захворювання людини

Прогрес генетики людини. Ідеї ​​євгеніки. Етичні проблеми генетики