Помощь в изучении генетики. Введение.

Примерное время на чтение статьи: 31 минуты

Генетика – наука о наследственности  и  изменчивости.

Генетика (от греч. Genetikos — «относящийся к происхождению») — это наука о наследственности и изменчивости организмов. Этот термин ввел английский ученый Уильям Бетсон (1861 -1926) в 1906г. Генетика раскрывает сущность того, каким образом каждая живая форма воспроизводит себя в следующем поколении и как в этих условиях возникают наследственные изменения, которые передаются потомкам

Медицинская генетика:

1. изучает закономерности наследственности и изменчивости (основных свойств живой материи, всех организмов) с точки зрения патологии;
2. выявляет причины возникновения наследственных болезней;
3. разрабатывает меры по профилактике действия мутагенных факторов на организм человека.

 1.1. Основные этапы  развития генетики.

Выделяют 4 основных этапа в развитии медицинской генетики:

1. Изучение явлений наследственности на организменном уровне, связан с открытием законов Г.Менделя;
2. Изучение явлений наследственности на клеточном (хромосомном) уровне и связан с открытием сцепленного наследования Т. Морганом и его учениками;
3. Начало развитию современной генетики  популяции  дали    теоретические    и  экспериментальные работы С.С. Четверикова;
4. Изучение явлений наследственности на молекулярном уровне, связан с построением пространст-венной структуры молекул ДНК Д.Уотсоном и Ф.Криком.

В настоящее время наследственность изучается на всех уровнях: молекулярном, клеточном, организмен-ном и популяционном.

Основоположником генетики считается Г. Мендель (1822— 1884), который обосновал основные закономерности наследственно­сти. Это открытие не было по достоинству оценено современниками, в том числе и крупнейшим биологом того времени К. Нэгели (1817-1891), которому Г. Мендель послал свои работы на рецензию.

Повторное открытие законов Менделя Г. де Фризом (1848— 1935), К. Корренсом (1864-1933), Э. Чермаком (1871-1962) в 1900 г. принято считать датой становления генетики как самосто­ятельной науки. К тому времени научное сообщество биологов ока­залось готово к восприятию новой концепции. Уже были открыты явления митоза, мейоза, описаны хромосомы, процесс оплодотво­рения, сформирована ядерная теория наследственности. Идеи, на­веянные «переоткрытыми» закономерностями, с поразительной быстротой распространились в научном мире, послужили мощным толчком в развитии всех разделов биологии.

Интереснейшая история генетики, биографии Г. Менделя и дру­гих выдающихся ученых отражены в сотнях книг. Подробно описа­на и трагическая история генетики в Советском Союзе. Многие книги читаются с большим интересом и представляют незамени­мый материал для понимания этой науки, определения взаимосвя­зи законов генетики и проблем человеческого общества.

Рассмотрим некоторые вехи истории генетики.

1901 г. — Г. де Фриз предлагает первую мутационную теорию.

1903 г. — У. Саттон (1876-1916) и Т. Бовери (1862-1915) вы­двигают хромосомную гипотезу, «связывая» менделевские факторы наследственности с хромосомами.

1. г. — У. Бэтсон (1861—1926) описываем варианты взаимо­действия генов («наследственных факторов») и сводит понятия «комплементарность», «эпистаз», «неполное доминирование». Им же ранее (и 1902 г.) были введены термины «гомозигота» и «гетерозигота».
2. г. — Г. Нильсон-Эле (1873—1949) объясняет и вводит по­нятие «полимерия», обозначающее важнейшее явление в генетике количественных признаков.

Дж. Харди (1877-1947) и В. Вайнберг (1862-1937) предлагают формулу распределения генов в популяции, известную впоследст­вии как закон Харди — Вайнберга — ключевой закон генетики по­пуляций.

1909г. — В. Иоганнсен (1857-1927) формулирует ряд принципиальных положений генетики и вводит основные понятия генетической терминологии: «ген», «генотип», «фенотип», «аллель».

В. Волтерек вводит понятие «норма реакции», характеризующее возможный спектр проявления гена.

1910 г. — Л. Плате разрабатывает представление о множествен­ном действии генов и вводит понятие «плейотропия».

1912 г. — Т. Морган (1866—1945) предлагает теорию хромосомной  локализации генов. К середине 20-х годов Т. Морган и представители его школы — А. Стертевант (1891-1970), К. Бриджес (1889—1938), Г. Меллер (1890—1967) — формируют свой вариант теории гена.  Проблема гена стала центральной пробле-мой генетики.

1920г. — Н. И. Вавилов (1887-1943) формулирует закон гомологичных рядов наследственной измен-чивости.

1921г. — Л. Н. Делоне предлагает термин «кариотип» для обозначения совокупности хромосом организма. Предложенный ранее  С.Г. Навашиным термин «идиограмма» в дальнейшем стал приме­
няться для стандартизированных кариотипов.

1926г. — Н.В.Тимофеев-Ресовский (1900-1981) разрабатывает проблему влияния генотипа на про-явление признака и формулирует  понятия «пенетрантность» и «экспрессивность».

1927г. — Г. Меллер получает мутации искусственным путем под действием радиоактивного облучения.

1929 г. — А. С. Серебровский (1892—1948) впервые продемонстрировал сложную природу гена и пока-зал, что ген не является единицей мутации. Он же формулирует понятие «генофонд».

1930-1931 гг. — Д. Д. Ромашов, Н. П. Дубинин, С. Райт, Р. Фи­шер, Дж. Холдейн разрабатывают теорети-ческие направления популяционной  генетики и выдвигают положение о дрейфе генов.

1937 г. — Ф. Г. Добжанский публикует книгу «Генетика и происхождение видов», с которой ведет отсчет синтетическая теория эво­люции.

1941 г. — Дж. Билл (1903-1989) и Э. Тейтум (1909-1975) фор­мируют фундаментальное положение: «один ген — один фермент».

1944 г.- О. Эвери (1877-1955), К. Мак-Леод (1909-1972), М. Мак-Карти доказали генетическую роль ДНК в экспериментах по трансформации микроорганизмов. Это открытие символизирует начало нового этапа — рождение молекулярной генетики.

1. г. — Дж; Ледерберг, Э. Тейтум, М. Дельбрюк описывают генетическую рекомбинацию у бактерий и вирусов.
2. г. — Б. Мак-Клинток (1902—1992) впервые описывает мигрирующие генетические элементы.

1951г.—Э.Чаргафф показал соответствие нуклеотидов в молекуле ДНК (правило Чаргаффа) и ее видовую специфичность.

Дж. Ледерберг (с сотрудниками) открыл явление трансдукции, призванное в дальнейшем сыграть ключевую роль в становлении Генной инженерии.

1952г.—А.Херши и М. Чейз показали определяющую роль ДНК и вирусной инфекции, что явилось окончательным подтверждением ее генетического значения.

1953 г. — Дж. Уотсон и Ф. Крик предложили структурную модель ДНК. Эта дата считается началом эры современной биологии.

1. г. — А. Корнберг осуществляет процесс репликации ДНК в лабораторных условиях.
2. г. — М. Мезельсон и Ф. Сталь доказали полуконсерватив­ный механизм репликации ДНК.

В лаборатории М. Хогланда открывают т-РНК.

1958 г. — Ф. Крик сформулировал «центральную догму молекулярной биологии».

1. г. — Раскрыт механизм транскрипции генетической ин­формации.
2. г. — Ж. Моно (1910-1972) и Ф. Жакоб формулируют тео­рию оперона — теорию генетической регуляции синтеза белка у бактерий.
3. г. — Дж. Гердон впервые получает клонированных позво­ночных животных.

1961—1965 гг. — Различные исследовательские группы (Г. Ко­рана, М. Ниренберг, Р. Холли, С. Очоа, Дж. Маттей и др.) проводят исследования по расшифровке генетического кода, в результате чего был составлен кодовый словарь в современном виде.

1. г. — Г. Корана впервые синтезировал ген в лабораторных условиях.
2. г. — Г. Темин и Д. Балтимор открыли явление обратной транскрипции.

1972 г. — П. Берг получает первую рекомбинантную молекулу ДНК.

1. г. — Р. Корнберг, А. Олинс, Д. Олинс формулируют теорию нуклеосомной организации хрома-тина.
2. г. — По инициативе группы ученых во главе с П. Бергом («комитет Берга») в Асиломаре (США) проходит Международная конференция по этическим проблемам генной инженерии, на кото­рой провозглашается временный мораторий на ряд исследований.

Мораторий не остановил работ по генной инженерии, и в после­дующие годы происходит активное развитие этой области, рожда­ется новое направление — биотехнология.

1977 г. — У. Гилберт и Ф. Сенджер разрабатывают методы секвенирования (определения последовательности нуклеотидов нукле­иновых кислот).

Р. Роберте и Ф. Шарп показывают мозаичную (интрон-экзонную) структуру гена эукариот.

1981 г. — Получение первых трансгенных животных (мышей).

1988 г. — По инициативе генетиков США создается междуна­родная организация «Геном человека».

1990 г. — Впервые произведено введение нового гена в организм человека.

1995 г. — Расшифрован первый бактериальный геном.

1997 г. — Первый успешный опыт по клонированию млекопита­ющих (овца Долли).

2003 г. — Работа по расшифровке генома человека завершена.

Генетика все более входит в повседневную жизнь людей, во многом определяя будущее человечества. Все более интенсивно проводятся исследования генома человека.

Можно не сомневаться, что эксперименты по «конструирова­нию человека» будут продолжены. Все чаще обсуждаются в печати вопросы клонирования человека, воздействия на его генотип, опас­ность модифицированных продуктов. Как эти проблемы скажутся ил судьбе человечества, сейчас сказать невозможно.

1.2. Задачи медицинской генетики:

1. изучение характера наследственных болезней на молекулярном, клеточном уровнях и уровне це-лостного организма;
2. дальнейшая  разработка и усовершенствование  методов генной  инженерии  с целью получения лекарственных веществ (инсулин, интерферон)
3. с целью генотипии (замещения патологических генов их нормальными аллелями);
4. интенсивное развитие методов пренатальной (дородовой) диагностики,  позволяющих предотвра-тить рождение ребенка с тяжелой наследственной патологией
5. исследует   вопросы   патогенеза,   клиники,   диагностики,   профилактики   и   лечения наследственных болезней.

1.3. Значение генетики для теории и практики медицины.

Для лечения многих болезней необходимы различные биологически активные вещества. При выделении их из тканей человека возникает опасность загрязнения полученного материала различными вирусами (гепатита В, иммунодефицита и др.) Кроме того, эти вещества производятся в небольших количествах и являются дорогостоящими. Биологически активные вещества животного происхождения низкоэффективны из-за несовместимости с иммунной системой больного человека. Развитие новой отрасли — генной инженерии помогло обеспечить получение чистых биологически активных веществ в больших количествах и по низкой цене.

Генная инженерия — это создание гибридных, рекомбинантных молекул ДНК, а стало быть, и организмов с новыми признаками. Для этого необходимо выделить ген из какого-либо организма или искусственно его синтезировать, клонировать (размножить) и перенести в другой организм.

Инструментами генной инженерии являются ферменты: рестиктазы (разрезающие молекулу ДНК) и лигазы (сшивающие ее), В качестве векторов-переносчиков используются вирусы.

С помощью генной инженерии созданы или создаются:

1. штаммы кишечных палочек, в которые встроены гены человеческого инсулина (необходимого для лечения сахарного диабета), интерферона (противовирусного препарата), соматотропина (гормона роста).
2. дрожжевые клетки, продуцирующие человеческий инсулин;
3. вакцина против гепатита В;
4. активатор профибринолизина (противосвертываюшего препарата);
5. интерлейкина — 2 (иммуномодулятора) и др

В клетки животных чужеродные гены вводят в виде отдельных молекул ДНК или в составе векторов — вирусов, способных вносить в геном клетки чужую ДНК. Обычно применяют 2 метода:

1. ДНК добавляют в среду инкубации клеток;
2. Производят микроинъекции ДНК непосредственно в ядро (что более эффективно). Первоочередными задачами генной инженерии у человека является создание банков генов человека для изучения и  поиск пу-тей  генотерапии, то есть замены  мутантных  генов нормальными аллелями.

Клеточная инженерия — это метод конструирования клеток нового типа на основе их культивирования, гибридизации или реконструкции. При гибридизации искусственно объединяются целые клетки (иногда далеких видов) с образованием гибридной клетки. Клеточная реконструкция — это создание жизнеспособной клетки из отдельных фрагментов разных клеток (ядра, цитоплазмы, хромосом и др.)

Изучение гибридных клеток позволяет решать многие проблемы медицины и биологии. Так .например, биотехнология использует гибридомы — клеточные гибриды, получаемые слияние нормального лимфоцита и опухолевой клетки. Она обладает способностью к синтезу моноклональных (однородных) антител желаемой специфичности (свойство лимфоцита) и к неограниченному росту в искусственной среде (свойство опухолевой клетки).

Биотехнология — это производство продуктов и материалов, необходимых для человека, с помощью биологических объектов.

Термин «биотехнология» получил свое распространение в середине 70-х годов XX века, хъотя отдельные отрасли биотехнологии известны давно и основалны на применении различных микроорганизмов: хлебопечение, виноделие, пивоварение, сыроварение. Достижения генетики создали болшие дополнительные возможности для развития биотехнологии.

С середины XX в., используя индуцированный мутагенез, были получены:

1. антибиотики (пенициллин, стрептомицин, эритромицин и др.) — с помощью микробов;
2. фермент амилаза — с помощью сенной палочки;
3. аминокислоты — с помощью кишечной палочки;
4. молочная кислота — с помощью молочнокислых бактерий;
5. лимонная кислота — с помощью аспергилловой плесени;
6. витамины группы В — с помощью дрожжей.

В последние десятилетия происходит скачок в биотехнологии — развивается микробиологическая промышленность (микробиологическая индустрия), которая позволяет в промышленных условиях с помощью кишечной палочки или дрожжей получать человеческий инсулин, интерферон, соматотропин и др. вещества.

1.4. Достижения генетики в диагностике и профилактике заболеваний,

В настоящее время проводится массовый скрининг новорожденных в роддомах для выявления фенилкетонурии и врожденного гипотериоза. Данные исследования позволяют поставить диагноз в ранние сроки и своевременно назначить эффективное лечение.

Больших успехов достигла пренатальная диагностика наследственных заболеваний и врожденных пороков развития. Широкое распространение получили следующие исследования:

1. ультразвуковое;
2. амниоцентез;
3. биопсия хориона;
4. хордоцентез;
5. определение альфа-фетопротеина и хориогонина;
6. ДНК — диагностика.

При выявлении тяжелой наследственной патологии или врожденных пороков развития врач рекомендует прерывание беременности, тем самым вносит большой вклад в профилактическую медицину.

Огромный вклад внесли генетики, внедрив в практику дифференциальную окраску хромосом. С помощью этого метода можно определить количественные и структурные перестройки хромосом, которые невозможно выявить при обычной окраске, и точно поставить диагноз.

Большое значение имеет определение групп сцепления у человека и построение карт хромосом. В настоящее время у человека изучены 24 группы сцепления и установление локусов генов продолжается.

Внедрены достижения клеточной инженерии — с помощью гибридом получают моноклональные антитела, которые широко используются в диагностике заболеваний.

Широкое распространение получило медико-генетическое консультирование, направленное на предупреждение появления в семь больных детей. Врач-генетик рассчитывает риск рождения ребенка с тяжелой наследственной патологией и при высоком риске, и при отсутствии методов пренатальной диагностики дальнейшее деторождение в данной семье не рекомендуется.

С целью предупреждения рождения детей с наследственно детерминированными болезнями необходимо объяснять вред близкородственных браков молодым людям, планирующим создание семьи.

Беременным женщинам в возрасте старше 35 лет необходимо обследование у врача-генетика для исключения у плода генетической патологии.

Таким образом, применение достижений генетики в практической медицине способствует предупреждению рождения детей с наследственными заболеваниями и врожденными пороками развития, ранней диагностике и лечению больных.

Методы  изучения  генетики человека.

Основные генетические законы и закономерности имеют универсальное значение и в полной мере применимы к человеку. Для человека характерны все известные в генетике типы наследования признаков: доминантный, рецессивный, аутомосомный, сцепленный с половыми хромосомами, ограниченный полом и др.

Большую работу по систематизации сведений о наследственных признаках человека проводит Мак-Кьюсик. Типы наследования и формы проявления генетических задатков у человека весьма многообразны, и для дифференциации между ними требуются специальные методы анализа.

1. Цитогенетический метод.   Половой хроматин.

Изучение строения и функции хромосом привело к выделению самостоятельного раздела области науки — цитогенетики.Началом развития цитогенетики человека можно считать 50—60-е годы. Суть цитогенетических методов заключается в микроскопическом анализе хромосом, позволяющем выявить числовые и структурные изменения хро­мосомного набора (кариотипа), так называемые хромосомные и геномные мутации. В 50-х годах XX в. использование цитогенетических методов послужило толчком к открытию этиологии нового класса заболеваний у человека — хромосомных болезней. В 1959 г. впервые появились сообщения о специфических изменениях числа хромосом при синдроме Дауна (добавочная 21-я хромосома),  аномалиях в системе половых хромосом. Далее, в течение достаточно короткого периода времени описаны и другие хромосом­ные болезни. Цитогенетические методы стали широко входить в  медицину. Было выявлено, что множественные пороки развития у новорожденных часто обусловлены нарушением хромосом. Значи­тельная часть хромосомных и геномных мутаций выявлена у мер­творожденных и спонтанно абортированных эмбрионов. Стала раз­виваться и цитогенетика злокачественных опухолей человека. В настоящее время цитогенетика прочно вошла в прак­тику здравоохранения.

Методы цитогенетического исследования можно условно подразделить на;

• прямые методы — это методы получения препаратов делящихся клеток без культивирования: Прямые методы позволяют проводить хромосомный анализ клеток опухолей, но в основном используются для изучения кос­тного мозга. Костный мозг получают при стернальной пункции, помещают его в питательную среду, добавляют колхицин (он ос­танавливает деление клеток на стадии метафазы митоза), инкуби­руют клетки около 2—3 ч при 37 °С, а затем готовят препараты  хромосом.
• непрямые методы — это получение препаратов хромосом из клеток, культивированных в искусственных питательных средах. Непрямые методы связаны с культивированием клеток. Наи­более простым и доступным методом в клинической цитогенетике является анализ хромосом лимфоцитов периферической крови человека на стадии метафазы. Для этого используется цельная пе­риферическая кровь, полученная при соблюдении стерильных условий, в количестве 1,0 мл. Кровь помещают в питательную среду с добавлением митогена ФГА (фитогемагглютинина), стимули­рующего митотическое деление лимфоцитов. Далее культура по­мещается в термостат и при 37 °С культивируется 48—72 ч. За 2 ч до окончания культивирования вводится колхицин. Приготовле­ние препаратов хромосом проводится по общепринятым методам, описанным в соответствующих лабораторных справочниках.

     При обоих методах объектом цитогенетического исследования являют­ся хромосомы в стадии метафазы митоза, поскольку, именно на этой стадии возможна точная иденти­фикация хромосом и выявление их нарушений.

      Препараты хромосом можно получать и из других клеток и тка­ней, используя различные модификации описанного метода куль­тивирования лимфоцитов. Так, в пренатальной диагностике наи­более часто используют получение хромосом из клеток ворсин хориона, плаценты, пуповинной крови и амниотической жидко­сти, эмбриональных органов. Разработаны различные варианты приготовления препаратов хромосом путем «прямых» методов, краткосрочной культивации, культивирования в течение 2—3 сут и, наконец, длительного культивирования в течение нескольких  недель.

Очень важным моментом для анализа хромосом является их окрашивание. Сплошное или равномерное  окрашивание хромо­сом получило название рутинной окраски. Для рутинной окраски используют простые красители: азур-эозин или краситель Гимза.

Методы дифференциального окрашивания пригодны для ана­лиза хромосом, полученных из культур клеток любых тканей.

Цитогенетические методы сразу же нашли практическое при­менение в диагностике хромосомных болезней. Клиническая кар­тина при хромосомных синдромах достаточно специфична, но есть и стертые формы, трудные для клинической диагностики. Их не­возможно клинически дифференцировать. В этих ситуациях определяющей является цитогенетическая диагностика. Особое значение эти методы имеют при оказании помощи больным педиатрического, акушерско-гинекологического и эндокринологического профилей. Все вопросы на­значения того или иного цитогенетического исследования осуще­ствляются при медико-генетическом консультировании. В целом же, все практические проблемы, решаемые лабораторными цито-генетическими методами, можно свести к следующим:

• подозрение на хромосомную болезнь по клинической симпто­матике;
• наличие у ребенка множественных врожденных пороков разви­тия, не относящихся к генному синдрому;
• многократные спонтанные аборты, мертворождения или рож­дение детей с врожденными пороками развития;
• нарушение репродуктивной функции неясного генеза у жен­щин и мужчин (первичная аменоррея, бесплодный брак и др.);
• существенная задержка умственного и физического развития ребенка;
• пренатальная диагностика (риск по возрасту, в связи с нали­чием транслокации у родителей при рождении предыдущего ре­бенка с хромосомной болезнью);
• подозрение на синдромы, характеризующиеся хромосомной нестабильностью;
• лейкозы (для дифференциальной диагностики, оценки эффек­тивности лечения и прогноза течения);
• оценка мутагенных воздействий (радиационных, химических).
• Участие цитогенетиков в анализе трудных с диагностической точки зрения случаев часто приводит к более точной диагностике и, соответственно, к своевременному лечению и предупрежде­нию рождения больного ребенка

Цитогенетика  включает:  

                    а.  Методы  экспресс-диагностики  пола – определение  Х-  и Y-  хроматина;

                    б.  Кариотипирование – определение  количества  и  качества  хромосом;

В клетках мужского организма Х- хромосома выполняет активную функцию, у женщин одна Х — хромосома играет важную роль и определяет развитие женского пола, а вторая находится в неактивном, спирализованном состоянии (тельце Барра).

Оно представляет собой маленькую хорошо окрашивающуюся структуру на внутренней поверхности ядерной мембраны соматических клеток женщин.

Рис.  Тельца Барра в эпителиальных клетках:

А — нормальной женщины;   В — мужчины; С — женщины с трисомиейпо Х-хромосоме.

Присутствие Х — хроматина в норме у женщин связано с инактивацией одной из двух Х — хромосом. При любом числе Х — хромосом в активном состоянии всегда будет только одна, другие будет образовывать тельце Барра. Половой хроматин в норме выявляется только у женщин и отсутствует у мужчин.  Для  выявления  мужского  Y-хроматина (F-тельце) используют  люминесцентный  микроскоп.  Количество  F-телец  соответствует  числу  Y-хромосом.

2. Близнецовый метод.

Позволяет  оценить  относительную  роль  генетических  и  средовых  факторов   в  развитии   конкретного  признака  или  заболевания. Монозиготные близнецы — образуются из одной зиготы, разделившейся на стадии дробления на две (и более) части. Они идентичны с генетической точки зрения. Они всегда одного пола. Механизмы образования однояйцевых близнецов представлены на схеме.

Дизиготные близнецы возникают путем оплодотворения двух разных яйцеклеток разными сперматозоидами, которые развиваются в матке одновременно.

С генетической точки зрения они сходны между собой не более чем обычные братья и сестры, т.к. имеют в среднем 50% идентичных генов.  Факторы, вызывающего у человека деление зиготы на ранних стадиях дробления с образованием монозиготных близнецов, пока неизвестен. Отмечены факторы, влияющие на частоту рождения дизиготных близнецов: возраст матери и порядок рождения.                    

Вероятность рождения близнецов повышается с возрастом матери. Возможно, что это  связано с повышением   уровня   гонадотропина,   что   приводит  к  учащению полиовуляции. 

   3.1. Антропометрия.

Его  основой  является  проведение  стандартных  измерений. Человеческие  популяции  слишком  изменчивы,  и  поэтому  для  описания  многих  показателей  используются  статистические  методы.

Конституциальными  признаками  называют  такие  аспекты  структуры,  функции  или  поведения,  которые  характерны  для  процессов  роста,  созревания  и  старения.  Люди  существенно  отличаются  друг  от  друга  телосложением,  ростом,  весом<  размерами  черепа.

В медицине все большее значение уделяют конституционным болезням.   Люди   определенного   телосложения   более   склонны   к определенным заболеваниям. Люди существенно отличаются друг от друга телосложением, ростом, весом, размером черепа и т.д. Половые различия в телосложении   —   самый   удивительный   пример   количественного сбалансированного полиморфизма. Еще до наступления половой зрелости различия между мальчиками и девочками проявляются в соматотипе. Существует очень много классификаций типов телосложения. Остановимся на основных системах телосложения.

Система Виолы.

а) лонготип — длинные конечности по отношению к туловищу, относительно широкая грудная клетка, преобладание размеров поперечных над  передне-задними.

б) брахитип.- характеристики, противоположные указанным выше.

в) норматип- промежуточное положение между первыми двумя.

г) смешанный тип — случаи несоответствия четырех индексов.

Система Кречмера.А).пикнический (пикник) — широкий, с округлыми формами и большим количеством жира, сильный, коренастый.

б) лептосомный (лептосом) — длинный, тонкий, вытянутый

в) атлетический (атлет) — мускулистый с широкими грудной клеткой и плечами и узкими бедрами.

Система Шелдона или соматотипирования.

а) эндоморфный — шарообразные формы с круглой головой, большим животом, со слабыми вялыми конечностями, с большим количеством жира на плечах и бедрах, с тонкими запястьями и лодыжками

б) мезоморфный — классический, с преобладанием костей и мышц. У него кубическая массивная голова, широкие плечи и грудная клетка, мускулистые руки и ноги, количество подкожного жира минимально

в) эктоморфный — долговязый человек, худое вытянутое лицо, убегающий назад подбородок, высокий лоб, худая узкая грудная клетка и живот, тонкие длинные руки и ноги. Подкожный жир почти отсутствует, мускулатура не развита.

Статистический метод или факторный анализ телосложения.

 Используется для сведения множества коррелирующих между собой измерительных признаков к небольшому числу факторов ( по пропорциям длин частей тела, мышц, отложению жира). Факторы могут быть облическими (коррелирующими между собой), ортогональными или независимыми.

        3.2.  Дерматоглифика.

    Дерматоглифика -раздел морфологии, изуча­ющий папиллярные линии и узоры и позволяющий на основе отпечатков узоров ладоней, пальцев, а также стоп диагностировать некоторые наслед­ственные заболевания. Для того чтобы решать воп­рос о критериях аномалий дерматоглифических узо­ров, необходимо знать их характеристики у здоро­вых людей.

   Кожные узоры на пальцах и ладонях заклады­ваются, начиная с третьего месяца внутриутроб­ной жизни. К концу четвертого месяца их формиро­вание заканчивается полностью, и в течение всей дальнейшей жизни (пре- и постнатальной) узоры остаются неизменными. Таким образом, особеннос­ти узоров являются полигенными признаками и наследуются от родителей, и как наследственные факторы подвержены мутациям в результате дей­ствия мутагенов (в  первые четыре месяца жизни). Кожные линии, или «гребни», формируются в связи с расположенными на их вершинах отверстия­ми потовых желез, которые зависят от развития нервных окончаний и обусловлены многими гена­ми, находящимися, вероятно, в разных хромосомах.

Дерматоглифика подразделяется на:

• дактилос­копию — изучение рисунка пальцев,
• пальмоскопию — изучение особенностей узоров ладоней,
• плантоскопию — особенности узоров на стопах ног.

Дактилоскопия. Среди узоров, отмечаемых на пальцах, выделяют три типа. Гальтон описал их как завиток (W — whorl), петля (L — loop) и дуга (А — arch). В настоящее время выделяют:     

• дуги — самый редкий пальцевый узор. Дуги могут быть простыми-плоскими либо высокими — шатровыми. Спецификой этого узора является от­сутствие трирадиуса. Узор состоит из непересека­ющихся гребней и проходит через всю пальцевую подушечку поперек;

• петли (ульнарные и радиальные)- представляет собой полузамкнутый узор:  один конец закругленный (замкнутый), дру­гой — открытый. Получается, что кожные гребни, начинаясь от одного края пальца, идут к другому, но не доходя  до  него, возвращаются к тому краю, от которого они начинались.  Если  открытый конец обращен в радиальную сторону, то петли обознача­ются как  радиальные — L^r, если в ульнарную — L^u. Каждая петля имеет один трирадиус (дельту).

• истинные завитки  —  это концентрический узор, при ко­тором папил-лярные линии располагаются концен­трически вокруг сердцевины узора. Завитки име­ют две дельты (трирадиуса).

• сложные узоры — имеют два три­радиуса и более. Такие узоры часто бывают со­ставлены двумя петлями, открытыми в разные сто­роны. Анализ таких узоров лучше проводить от­дельно (для индивидуума). При групповых обсле­дованиях сложные узоры суммируются с завитками.

 Кроме основных типов узоров могут встречать­ся различные переходные формы от одного типа к другому. Иногда узоры на руках характеризуют­ся дельтовым счетом. Трирадиус (дельта) — точ­ка, где сходятся три системы линий. Подсчет чис­ла трирадиусов на обеих руках дает представле­ние об интенсивности узора (дельтовый счет, или дельтовый показатель).

Дельтовый счет опреде­ляется суммарным количеством трирадиусов на всех десяти пальцах — от 0 до 20. Петля имеет  один трирадиус, завиток — два, сложный узор обычно — два, дуга трирадиуса обычно не имеет.

В генетических работах часто используется ко­личественная характеристика узора, или гребне­вой счет.           

      Гребневой счет представляет количество гребней от дельты до центра узора. Для определе­ния этого показателя между точкой трирадиуса и центром узора на отпечатке  проводят карандашом прямую черту и подсчитывают число гребней, кото­рые она пересекла. В подсчет не входят ни точка трирадиуса, ни центральная линия узора.

Гребневой счет определяется для каждого паль­ца отдельно и суммарно для пяти пальцев каждой руки. Общая сумма гребневых счетов обеих рук на­зывается «общим гребневым счетом» и обозначается TRC (total ridge count). Выявлена следующая зако­номерность: чем больше на пальцах дуг, тем мень­ше показатель TRC. При наличии завитков и слож­ных узоров в общий гребневой счет входит только число гребней с той стороны пальца, где их больше. Допускается подсчет гребней с обеих сторон.

Гребневой счет варьируется у разных людей и на разных пальцах от 0 до 300 (на 10 пальцах). Гребневой счет не связан с полом, но половые хро­мосомы оказывают влияние на этот признак, при­чем влияние Х-хромосом более сильное, чем Y-хромосом.

                      Таблица. Связь гребневого счета с количеством половых хромосом.

Количество Х- и У-хромосом	Общий гребневой счет
ХО	178,0
XY	145,0
ХУУ	133,0
XX	127,2
ХХУ	114,8
ХХУУ	106,1
ХХХУ	93,0
ХХХХУУ	73,0
ХХХХ	110,0
ХХХХУ	49,9

При групповых обследованиях пишутся друг под другом символы узоров и показатели гребне­вого счета для каждого пальца в отдельности, на­чиная с большого, а в графах справа суммиро­ванные формулы для каждой руки:

L₉^u + W_5-11 + L₁₀^u + L₇^r+ А₀; TRC = 37

W_10-5 + А₀ + L^u L_4-8^r  + L₁₂^u  +  W_11-4 ;  TRC = 34

Разные этнические группы отличаются по час­тоте узоров того или иного типа и по показателям гребневого счета.   Это необходимо учитывать при оценке статис­тической достоверности результатов в разных вы­борках популяций.

Для оценки показателей пальцевых узоров пользуются следующими индексами:

• индекс Фуругата (Furugata): W/L × lOO%;
• индекс Данкмейера (Dankmeiyer): A/W × 100%;
• индекс Полла (Poll): A/L × lOO%;
• дельтовый индекс Волотцкого:

Показано, что у родителей с высоким гребне­вым счетом дети также характеризуются высоким гребневым счетом, и, наоборот.

4. Иммуногенетический метод

Изучает наследственную обусловленность факторов иммунитета, разнообразие и наследование тканевых антигенов и тканевую несовместимость. Существует два пути, по которым протекает иммунный ответ:

1. Связан с появлением клеток, способных распознать и уничтожить возбудителя (клеточный иммунитет);

2. Связан с синтезом и появлением в крови белковых молекул -иммуноглобулинов  или  антител, (гумо-ральный иммунитет).

5. Биохимический  метод.

Заключается  в  определении  в  крови  или  моче  активности  ферментов  или  содержания  продуктов  метаболизма. С  его  помощью  выявляют  нарушения  в  обмене  веществ,  возникающие  при  различных  патологических  состояниях. 

    Биохимические показатели отражают сущность наследственной болезни точнее, чем клиническая симптоматика. При биохими­ческой диагностике оценивается фенотип организма на молеку­лярном уровне, а наследственная болезнь в конечном счете и есть фенотип. Поэтому биохимическим методам принадлежит ведущая роль в диагностике многих моногенных болезней. Однако слож­ность диагностики заключается в том, что сотни наследственных болезней по некоторым биохимическим показателям мочи или крови могут быть сходными (например, ацидоз, протеинурия и т. д.). Определять для каждого больного многие метаболиты очень трудоемко и дорого. Знание общих характеристик изменений об­мена веществ  при разных наследственных болезнях позволило по-новому построить исходную схему обследования, исходя из клинической картины болезни, генеалогических сведений и плана биохимического анализа. Такой подход позволяет проводить об­следование на основе поэтапного исключения определенных клас­сов болезней (просеивающие методы).

В биохимической диагностике наследственных болезней исполь­зуются:

• классические биохимические методы:
  • электрофорез,
  • хроматография,
  • спектроскопия,
• современные высокоточ­ные технологии:
  • жидкостная хроматография,
  • масс-спектрометрия,
  • магнитно-резонансная спектрометрия,
  • бомбардиров­ка быстрыми нейтронами.

   Биохимическое обследование пациента позволяет идентифицировать любые метаболиты, специфические для той наследственной болезни, с подозрением на которую он был направлен. Каждое обследование должно начинаться с со­ставления плана, в основе которого лежит клинико-генетическая информация о пациенте и его семье. «Объектами» биохимической диагностики являются биологические жидкости:

• моча,
• пот,
• плаз­ма,
• сыворотка крови,
• эритроциты,
• лейкоциты,
• культуры фибробластов,
• лимфоцитов.

Практически во всех случаях биохимическая диагностика на­чинается с просеивающего подхода, в котором выделяют два уров­ня: первичный и уточняющий. Каждый из этих уровней может быть более или менее полным в зависимости от оснащенности лаборатории.

Основная цель первичного уровня диагностики заключается в том, чтобы исключить здоровых индивидов из дальнейшего об­следования. Различают два вида программ первичной биохими­ческой диагностики: массовые и селективные. На первом этапе в таких программах используются моча и кровь.

Существуют массовые просеивающие программы диагностики среди новорожденных фенилкетонурии, врожденного гипотирео­за, врожденной гиперплазии надпочечников, муковисцидоза, галактоземии. Биологическим материалом для диагностики являет­ся кровь. Высушенные капли капиллярной крови новорожденных на хроматографической или фильтровальной бумаге пересылают из родильных домов в лабораторию (можно по почте). Материал должен поступить в лабораторию в течение двух—трех дней после взятия пробы.

Для диагностики фенилкетонурии кровь новорожденных бе­рут в родильном доме на 3—5-й день после рождения. Если кровь будет взята раньше, то возможны ложноположительные резуль­таты. В лаборатории в пятнах крови определяют количество фенилаланина с помощью любого из следующих методов:

• микро­биологический тест Гатри,
• флуорометрия,
• распределительная хроматография на бумаге,
• тонкослойная хроматография.

  Между методами нет принципиальной разницы, поэтому каждая лабо­ратория выбирает более подходящий для ее условий метод. Опыт показал, что пропущенные случаи фенилкетонурии являются не ошибками лабораторных исследований, а следствием недобро­совестности или небрежности в работе медицинских сестер при взятии крови в родильных домах. В случае положительного ре­зультата на фенилкетонурию проводится уточняющая биохими­ческая диагностика путем количественного определения фенилаланина в крови.

Врожденный гипотиреоз (снижение функции щитовидной желе­зы) может быть обусловлен разными причинами: агенезия щито­видной железы; эктопия щитовидной железы; наследственные фор­мы дисгормоногенеза; аутоиммунные процессы. Клинически врож­денный гипотиреоз проявляется задержкой умственного развития, резким отставанием в росте, отечностью кожных покровов, раз­витием зоба. Программа массовой диагностики врожденного ги­потиреоза одинакова для всех форм. Суть ее сводится к тому, что­бы в крови ребенка после 3-го дня жизни проверить, нет ли сни­жения уровня тироксина (гормона щитовидной железы) в плазме крови и увеличено ли содержание тиреоидстимулирующего гор­мона — тиреотропного гормона гипофиза. В практике применяет­ся два метода просеивающей диагностики:

• радиоиммунный,
• иммуноферментный (иммунофлуоресцентный).

     Чувствительность и специфичность их примерно одинакова. По техническим причи­нам (не требуется условий для работы с радиоактивными веще­ствами) иммуноферментный метод предпочтительнее, хотя он дороже. Тироксин и тиреоидстимулирующий гормон определяют в образцах крови новорожденных, предварительно высушенных на специальной фильтровальной бумаге. При положительном от­вете просеивающего метода диагноз гипотиреоза обязательно дол­жен быть подтвержден в клинических условиях эндокринологом и лабораторным анализом гормонов щитовидной железы в сыво­ротке крови.

Просеивающие программы массовой диагностики наследственных болезней применяются не только среди новорожденных. Они могут быть организованы для выявления тех болезней, которые распространены в каких-либо группах населения или популяциях. Например, среди евреев-ашкенази отмечается высокая частота тяжелого заболевания Тей—Сакса. В США организована просеива­ющая биохимическая программа по выявлению гетерозиготности по этому заболеванию с последующим медико-генетическим кон­сультированием таких семей. На Кипре и в Италии (Сицилия) с высокой частотой встречается тяжелое заболевание крови — талассемия (гемоглобинопатия). Органы здравоохранения этих стран организовали биохимическое просеивание населения для выявле­ния скрытых носителей талассемии (гетерозигот), для которых было обеспечено в последующем медико-генетическое консультирова­ние и пренатальная диагностика. 

Селективные диагностические программы предусматривают про­верку биохимических аномалий обмена (моча, кровь) у пациен­тов, у которых подозреваются генные наследственные болезни. Фактически такие программы должны «функционировать» в каж­дой большой больнице. Показания для их применения достаточно широкие, стоимость каждого анализа невысокая.

В селективных программах могут использоваться простые каче­ственные реакции (например, тест с хлоридом железа для выяв­ления фенилкетонурии или с динитрофенилгидрозином для вы­явления кетокислот) или более точные методы, позволяющие обнаруживать большие группы отклонений. Например, с помо­щью тонкослойной хроматографии мочи и крови можно диагнос­тировать наследственные нарушения обмена аминокислот, олигосахаридов и гликозаминогликанов (мукополисахаридов). Газовая хроматография применяется для выявления наследственных бо­лезней обмена органических кислот. С помощью электрофореза гемоглобинов диагностируется вся группа гемоглобинопатии.

Нередко приходится углублять биохимический анализ — от количественного определения метаболита до определения актив­ности фермента (использование нативных тканей или культиви­рованных клеток), например, с помощью флюорометрических методик.

В современных условиях очень многие этапы биохимической диагностики осуществляются автоматическими приборами (с аминоанализаторами).

Реальным примером программы селективного скрининга на наследственные болезни обмена веществ с острым течением и ранним летальным исходом является программа, разработанная Н. В. Журковой в Медико-генетическом научном центре РАМН.

Первый этап программы включает качественный и количествен­ный анализ мочи и крови (14 тестов):    

• на белок,
• на кетокислоты,
• на цистин и гомоцистин,
• креатинин,
• ионы аммония и др.

Второй этап основан на методах тонкослойной хроматографии мочи и крови для выявления:

• аминокислот,
  • фенольных кислот,
  • моно- и дисахаридов и других соединений.

С помощью электрофореза мочи выявляют гликозаминогликаны. Эта программа позволяет выяв­лять 140 наследственных болезней обмена веществ у детей из сле­дующих основных классов:

• аминоацидопатии;
• органические ацидурии;
• лизосомные болезни накопления;
• болезни углеводного обмена;
• болезни обмена металлов;
• болезни пуринового и пиримидинового обмена;
• наследственные болезни метаболического транспорта;
• наследственные болезни желудочно-кишечного тракта;
• наследственные болезни нейротрансмиттерного обмена;
• наследственные болезни обмена витаминов;
• митохондриальные болезни;
• болезни р-окисления жирных кислот;
• пероксисомные болезни.

Важность такой программы в детских больницах трудно пере­оценить.

Показаниями для применения биохимических методов диаг­ностики у новорожденных являются такие симптомы, как:

• судо­роги,
• кома,
• рвота,
• гипотония,
• желтуха,
• специфический запах мочи и пота,
• ацидоз,
• нарушенное кислотно-основное равновесие,
• ос­тановка роста.

У детей биохимические методы используются во всех случаях при подозрении на наследственные болезни обмена веществ (задержка физического и умственного развития, потеря приобретенных функций, специфическая для какой-либо наслед­ственной болезни клиническая картина).

  6. Молекулярно-генетические методы. 

Успехи, достигнутые в последние годы в молекулярной биоло­гии, биофизике, биохимии, медицинской генетике и смежных областях, привели к созданию и внедрению в практическую ме­дицину молекулярно-генетических методов исследования генома человека, в частности для диагностики целого ряда наследствен­ных и широко распространенных заболеваний. Методы ДНК-диа­гностики позволяют осуществлять точную  доклиническую (до развития симптомов заболевания) диагнос­тику многих заболеваний, проводить пренатальную (дородовую) диагностику наследственных болезней. Молекулярно-генетическая диагностика может быть проведена на самых ранних этапах разви­тия эмбриона и плода независимо от биохимических или клиниче­ских проявлений болезни. Это подчас является решающим для решения вопроса о судьбе конкретной беременности.

Молекулярно-генетические методы предназначены для выявле­ния особенностей в структуре ДНК. В основе анализа ДНК лежат две ее характеристики как носителя генетической информации:

• последовательность составляющих ДНК элементов (нуклеотидов) имеет индивидуальные особенности у каждого отдельного человека, кроме идентичных (однояйцовых) близнецов или кло­нированных организмов;
• у каждого человека во всех соматических клетках структура ДНК совершенно одинакова.

ДНК может быть выделена из любого типа тканей или клеток организма, содержащих ядра. Чаще всего для получения образцов ДНК используют лейкоциты периферической крови и клетки вор­син хориона.

В 70-е годы XX в. вследствие интенсивного развития молеку­лярной биологии и создания совершенной методической базы генетических исследований возникло направление по определе­нию специфических нуклеотидных последовательностей ДНК и РНК — генное зондирование (гибридизационный анализ).Регистра­ция последовательностей небольшой длины до 30 пар нуклеотидов осуществляется с помощью синтезированных с радиоактив­ным мечением участков ДНК, названных зондами.Такие зонды гибридизовались с изучаемыми образцами ДНК. Этот гибридиза­ционный анализ был назван блот-гибридизация по Саузерну. В этом подходе используется универсальное свойство нуклеино­вых кислот образовывать двойные нити, соединяясь между собой за счет комплементарных нуклеотидов и образуя классические пары: аденин-тимин (AT) и гуанин-цитозин (ГЦ). Если известна первичная структура нормального и мутантного аллелей искомо­го гена, то для детекции повреждения электрофореграмму, пере­веденную на нейлоновый фильтр, экспонируют с искусственно синтезированным олигонуклеотидом, комплементарном нормаль­ному или мутантному гену. Зонд специфически соединится либо с нормальным, либо с мутантным геном, и патология выявляется путем обнаружения радиоактивных импульсов на рентгеновской пленке после отмывания соответствующего образца, т. е. зонд остается на образце только в случае его соответствия гену в ДНК обследуемого. Этот метод широко применяется в практике диаг­ностики наследственных болезней. В настоящее время с его по­мощью проводится диагностика талассемий, фенилкетонурии, недостаточности сс-антитрипсина и др.

Полимеразная цепная реакция — это метод, имитирующий есте­ственную репликацию ДНК и позволяющий обнаружить и много­кратно копировать с помощью термостабильной ДНК-полимера-зы определенный фрагмент ДНК. В основе метода лежит много­цикловой процесс, напоминающий естественную репликацию нуклеиновой кислоты, причем каждый цикл состоит из трех по­следовательных этапов.

Первый этап состоит в денатурации иско­мой нуклеиновой кислоты, достигаемой повышением температу­ры до 70—80 °С, после чего нуклеиновая кислота присутствует в растворе в виде отдельных цепей. Если искомой нуклеиновой кис­лотой является РНК, то она предварительно переводится в ДНК методом обратной транскрипции.

На втором этапек определен­ному участку каждой из противоположных цепей присоединяют­ся праймеры — короткие олигонуклеотиды, комплементарные из­вестным нуклеотидным последовательностям. Для осуществления этого присоединения температура среды понижается.до 37—40 °С.

На завершающем третьем этапепроисходит синтез новых цепей (амплификация нуклеиновой кислоты) при участии фермента — термостабильной ДНК полимеразы, поскольку этот этап, как и первый, протекает при высокой температуре. Через три цикла устанавливается стабильная амплификация фрагмента, соответ­ствующего нуклеотидной последовательности между двумя праймерами. Конечная продукция составляет 2ⁿ копий фрагмента, где п — число циклов. Специальный прибор (сайклер) позволяет быстро менять температуру реагирующей смеси. В этих условиях постоянно удается получать концентрацию фрагмента, превы­шающую исходную в миллион раз. В дальнейшем продукт ПЦР подвергается электрофорезу и анализу. ПЦР эффективно исполь­зуется в дородовой диагностике: достаточно небольшого объема материала ворсин хориона или других клеток плода, и в течение двух дней можно дать ответ о наличии (или отсутствии) у буду­щего ребенка мутантного аллеля в гомо- или гетерозиготном наборе. Осуществление таких процедур на ранних сроках бере­менности позволяет врачам принять решение о ведении бере­менности, коррекции дефекта, подготовки семьи к ожидаемому событию.

В тех случаях, когда известна структура мутантного или нор­мального аллелей гена, повреждение в котором ответственно за патологию, или неизвестна локализация гена, используется под­ход, основанный на семейном анализе распределения так назы­ваемого нормального «полиморфизма длины рестрикционных фрагментов» (ПДРФ). В результате обработки образцов ДНК рестриктазой (ферментом, разрезающим молекулу ДНК в строго фиксированных местах) получаются сотни тысяч фрагментов раз­личной длины. Эти фрагменты ДНК можно разделить и иденти­фицировать с помощью специальной процедуры, называемой «блот-гибридизацией» (по Е. Саузерну).

Исследователь подбирает такую рестриктазу, чтобы длины фраг­ментов были различны у членов одной семьи, т. е. были полимор­фны. Такой полиморфизм является хорошим генетическим мар­кером, который наследуется в строгом соответствии с законами Г. Менделя.

С помощью различных форм ПДРФ возможно маркировать как нормальный, так и «патологический» ген, определять его нали­чие у членов данной родословной, выявлять его в гетерозиготном или гомозиготном состоянии.

Сегодня молекулярно-генетические методы используют при ди­агностике более 300 наследственных болезней: гемофилии, гемоглобинопатиях, митохондриальных болезней, муковисцидозе, фе-нилкетонурии, миопатии Дюшенна и др. Их число постоянно растет. Кроме того, ДНК-технологии находят применение: в исследова­ниях для определения происхождения популяций людей; в прак­тике судебной медицины; для определения отцовства или степе­ни родства; для генетического анализа клеток костного мозга при его трансплантации от донора реципиенту; для определения му­таций, при диагностике наследственных болезней и для расшиф­ровки генома человека.

      7. Популяционно-статистический  метод.

Опирается  на  закон  генетической  стабильности  популяций.  Основатели  закона  пришли  к  выводу,  что  при  соблюдении  определённых  условий  соотношение  аллелей  каждого  гена  в  совокупности  генов  популяции  не  меняется  в  ряду  поколений.  Это  проявляется  в  поддержании  постоянного  соотношения  между  разными  гено- и фенотипами  в  ряду  поколений.  Он  способствует  выявлению  распространённости  тех  или  иных  признаков (заболеваний)  в  популяциях  людей  и  применение  закона  генетической  стабильности  даёт  возможность  выяснить  характер  наследования  отдельных  признаков,  установить  роль  среды  и  наследственности  в  их  развитии,  определить  частоту  встречаемости  различных  аллелей  и  гетерозигот  в  популяции.

Изучение генетической структуры популяции является необходимым компонентом для пони­мании многих проблем биологии человека. Мы остановимся на самых простых вопросах общей генетики популяции.

«Под популяцией понимается совокупность особей определенного вида, в течение достаточно  длительного времени (большого числа поколений) населяющих определенный ареал, внутри которо­го практически осуществляется та или иная сте­пень панмиксии и нет заметных изоляционных барьеров, которая отделена от соседних таких же совокупностей данного вида той или иной степенью давления тех или иных форм изоляции» (Н.В.Ти­мофеев-Ресовский и др., 1973), т.е. группы людей, занимающих одну территорию в течение многих поколений и свободно вступающих в брак.

Популяционная генетика изучает взаимодей­ствие факторов, влияющих на распределение на­следственных признаков в популяции. Быстро ме­няющиеся условия окружающей среды, устране­ние препятствий к браку между представителями разных популяций — все это оказывает влияние на генофонд человечества, на частоту встречае­мости различных генотипов.

 Закон Харди— Вайнберга

В основе популяционно-статистического мето­да лежит закон Харди — Вайнберга (Hardy, We­inberg, 1908), или закон генетической стабильнос­ти популяций. Смысл этого закона заключается в том, что при определенных условиях соотношение частот доминантных и рецессивных аллелей ге­нов, сложившееся в генофонде панмиксической по­пуляции (где свободно скрещиваются особи), со­храняется неизменным в ряду поколений. При этом соотношение генотипов в популяции следующее: число доминантных гомозигот определяется квадратом вероятности встречаемости доми­нантного аллеля, число гетерозигот — удвоен­ным произведением вероятностей встречаемоети доминантного и рецессивного аллелей и число рецессивных гомозигот — квадратом вероятнос­ти рецессивного аллеля:

          р²АА : 2pqAa : q²aa или (p+q)² =1, где р и q — частоты аллелей (А и а соответствен­но) аутосомного гена.

Установленная закономерность справедлива для «идеальной» популяции, которая характери­зуется:

• неограниченно большим числом особей, что обеспечивает возможность свободного скрещивания;
• отсутствием мутационного процесса;
• отсутствием оттока какого-либо аллеля из ге­нофонда популяции за счет естественного отбора.

Популяций, отвечающих полностью требовани­ям закона Харди — Вайнберга, в природе не суще­ствует. В каждой естественной популяции, в том числе и в популяциях человека, происходят мутаци­онный процесс, естественный отбор и миграцион­ные процессы. Однако изменение частот аллелей под действием эволюционных факторов осуществля­ется в популяциях очень медленно.

Популяционно-генетический метод может при­меняться при исследованиях частот встречаемос­ти интересующих генов в популяции, в том числе наследственных патологий, для выяснения роли наследственных и средовых факторов в возникнове­нии болезней и фенотипического полиморфизма (в норме и при патологиях) и т.д. При выполнении такого рода исследований необходи­мо четко ограничить выбранную популяцию, вы­брать конкретный признак, а также установить предполагаемую численность выборки. Накопление статистического материала осуществляется пу­тем сбора и изучения документации, анкетирова­ния и бесед.

Разберем, как практически определяется ге­нетическая структура человеческих популяций.

В родильных домах города X из 48000 детей, родившихся в течение 10 лет, у 105 обнаружен па­тологический рецессивный признак, обусловленный генотипом гг. Закон Харди — Вайнберга позволя­ет на основании этих данных определить генети­ческую структуру популяции города, несмотря на кажущуюся ограниченность информации. В этом сообщении содержатся сведения о частоте боль­ных детей с генотипом гг (105 из 48000 новорож­денных). Следовательно, q²= 105/48000=0,0022. Из­влекая из величины q² квадратный корень, полу­чаем величину q (величину патологического алле­ля г) равную 0,047. Теперь можно вычислить час­тоту нормального аллеля R, помня, что сумма час­тот патологического и нормального аллелей рав­на единице: qr+pR=l или pR=l — qr. Следователь­но, pR=l — 0,047=0,953. Зная частоту аллелей, не­трудно, пользуясь формулой Харди — Вайнберга, установить генетическую структуру популяции но­ворожденных города X, характеризующуюся час­тотами генотипов:

RR=p²=0,953 х 0,953=0,9082 (90,82%);

Rr=2pq=2 x 0,953 х 0,047=0,0896 (8,96%);

rr=q²=0,0022 (0,22%).

Разобранный пример показывает, что на ос­новании закона Харди — Вайнберга можно ус­тановить частоты доминантных гомозигот RR и гетерозигот Rr несмотря на то, что фенотипически они не отличаются друг от друга.

   8. Клинико — генеалогический метод.

     Генеалогия — это учение о родословных. Родос­ловная обычно представляет собой графическое изоб­ражение родственных связей между членами одной семьи в нескольких поколениях. Анализ распределе­ния каких-либо признаков (в медицине — заболева­ний) среди представителей одной семьи в родослов­ной составляет сущность генеалогического метода.

Генеалогический метод — один из самых широ­ко используемых в генетике человека. В отличие от многих современных дорогостоящих лабораторных исследований он является дешевым и доступным для любого медицинского учреждения.

Составление родословных применялось для изу­чения заболеваний человека с давних времен. Еще в XVIII веке впервые была опубликована работа, по­священная анализу наследования полидактилии (ше­стипалости) в родословной одной семьи, включаю­щей 6 поколений. Однако окончательно этот метод сформировался в начале XX века.

В медицинской генетике генеалогический метод называют клинико-генеалогическим, так как он включает клиническое обследование больного и его родственников.

Задачами клинико-генеалогического метода явля­ются:

1. Установление наследственного характера забо­левания.
2. Уточнение типа наследования признака и уров­ня пенетрантности.
3. Определение сцепления и локализации генов на хромосомах.
4. Изучение интенсивности изменения наслед­ственного материала (частоты мутаций)-у человека.
5. Исследование процессов взаимодействия генов.
6. Расчет риска рождения больного ребенка при медико-генетическом консультировании.

Клинико-генеалогический метод условно включа­ет 2 этапа:

первый — составление родословной;

вто­рой — генеалогический анализ.

Составление родословной начинается с обследо­вания членов семьи. Собирать информацию обычно начинают с больного (живого или умершего), по по­воду которого оформляется родословная. Этот боль­ной человек называется пробандом.В одной семье несколько человек могут страдать одинаковым за­болеванием. Но пробанд — это больной человек, из-за которого и составляется конкретная родословная. Сначала собирается подробная информация о раз­витии и течении заболевания у пробанда, проводит­ся его клиническое и лабораторное обследование. Затем исследуются и другие родственники больного, в первую очередь его родители и сибсы. Сибсы— это братья и сестры, т.е. дети из одной семьи. Обяза­тельно уточняется информация о возможных неблагоприятных исходах беременностей у женщин (вы­кидышах и мертворождениях), повторных случаях аналогичного заболевания среди родственников. Все лично обследованные врачом члены семьи обозна­чаются знаком — «!».

Основой метода является составление родословной и ее анализ. Он используется для диагностики наследственных болезней. Для доказательства наследственного характера патологии применяются как анализ отдельных обширных родословных, так и статистическая обработка подобранных сведений о семьях.

Клинико-генетический анализ начинается с составления родословной. Сбор сведений о семье начинается с пробанда (лицо по отношению к которому строится родословная). Чем больше родственников будет опрошено, тем достовернее и полнее будут полученные сведения. Обычно используется метод беседы, но может дополняться другими методами, например, анкетирование. Начинают опрос обычно с родственников по материнской линии: бабушка и дедушка по матери, их дети по порядку рождения, с указанием внуков, детей каждого ребенка бабушки и дедушки. В родословную вносят сведения о выкидышах, абортах, мертворожденных, бесплодных браках. Затем в такой же последовательности, собираются сведения о родственниках отца пробанда. Регистрируют следующие сведения:

1. Ф.И.О. Для женщины указывают девичью фамилию.
2. Возраст — для живых год рождения, а для умерших —  возраст, в котором наступила смерть,

              иногда указывают дату рождения и дату смерти.

• Национальность.
• Место жительства семьи, место жительства предков.
• Профессия.
• Наличие хронических заболеваний у родственников, для умерших родственников указывается

              причина смерти, в том числе и насильственная.

• Адреса родственников с подробными паспортными данными.

Объём  обследования,  количество  родственников  и  регистрация полученного материала зависят от цели составления родословной.

Графическое изображение родословной

1. Составление родословной начинается с пробанда. Братья и сестры располагаются в родословной в порядке рождения слева направо, начиная со старшего.
2. Все члены родословной должны располагаться строго по поколениям в один ряд.
3. Поколения обозначаются римскими цифрами слева от родословной сверху вниз.
4. Арабскими цифрами нумеруется потомство одного поколения (весь ряд) слева направо. Каждый   член родословной имеет свой шифр (1-3).
5. Необходимо указать возраст членов семьи, т.к. некоторые наследственные заболевания проявляются в разные периоды жизни.
6. Супруги родственников пробанда могут не изображаться в родословной, если они здоровы.
7. Важно отметить лично обследованных членов родословной знаком (!).

Генеалогический метод является основным в практике медико-генетического консультирования. С его помощью уточняется риск развития заболева­ния, вероятность носительства аномального гена. Зачастую при определении прогноза потомства дру­гие сложные лабораторные методы дают значитель­но меньше информации.

Таким образом, самый древний из методов гене­тики человека — генеалогический — не исчерпал своих возможностей и в наше время. Новейшие ис­следования структуры ДНК и хромосом только рас­ширили границы его применения, позволили решать все более сложные задачи в профилактике наслед­ственной патологии у человека.

Анализ родословной.

Анализ родословной включает в себя следу­ющие этапы:

1. Установление, является ли данный признак  наследственным.

     Является ли данный признак единичным или в семье имеется несколько случаев (семейный   характер). Если признак в родословной встречается несколько раз в разных поколениях, то можно предполагать, что этот признак  имеет наследственную природу.

• Определение типа наследования признака.

     Для этого тщательно анализируют родословную,  обращая внимание на следующие моменты:

• встречается ли изучаемый признак во всех  поколениях;
• многие ли члены родословной обладают  этим признаком;
• одинакова ли частота у лиц обоих полов;  
• у лиц какого пола он встречается чаще;
• лицам какого пола передается признак от больного отца и больной матери;
• есть ли в родословной семьи, где у обоих  здоровых родителей рождались больные дети; 
• есть ли в родословной семьи, где у обоих  больных родителей рождались здоровые дети; 
• какая часть потомства имеет наследуемый  признак в семьях, где болен один из родителей.

Характерные черты аутосомно-доминантного наследования:

Признак встречается в родословной часто, практически во всех поколениях с одинако­вой частотой у мальчиков и девочек. Если при­знак (болезнь) обнаруживается у одного из роди­телей, то этот признак проявится либо у полови­ны потомства, либо у всего.

Характерные черты аутосомно-рецессивного на­следования:

Признак встречается в родословной ред­ко, не во всех поколениях, с одинаковой частотой у мальчиков и девочек. Признак может проявиться у детей, родители которых им не обладали. Если при­знак имеет один из родителей, то он может совсем не проявиться у детей или проявиться у половины.

Характерные черты наследования, сцепленно­го с полом:

Х-доминантное наследование. Признак встреча­ется чаще у лиц женского пола. Если мать больна, а отец здоров, то передача патологического призна­ка происходит вне зависимости от пола. Если болен отец, а мать здорова, то все дочери унаследуют от отца патологический признак. Все сыновья будут здоровы (крисс-кросс наследование).

Х-рецессивное наследование. Признак (заболе­вание) встречается чаще у лиц мужского пола. Ха­рактерен «перескок» признака через поколение. В семьях, где рба родителя здоровы, могут рождать­ся 50% больных сыновей (если мать гетерозигот­на). Лица женского пола, обладающие патологи­ческим признаком, могут рождаться только в семь­ях, где отец болен, а мать гетерозиготна.

У-сцепленное наследование. Признак встреча­ется только у лиц мужского пола. Признак пере­дается по мужской линии всем сыновьям (при пол­ной пенетрантности), это голандрический тип на­следования.

Характерные черты цитоплазматического на­следования.

Признак (заболевание) встречается с одинаковой частотой у обоих полов; признак переда­ется потомкам от матери; больная мать передает признак либо всему потомству, либо только его час­ти в зависимости от попадания в зиготу аномаль­ных плазмогенов от яйцеклетки. (Пример: одна из форм несращения остистых отростков позвонков.)