Метод изучения частоты генов и генотипов в популяции. Данным методом изучают:
1. Наследственные признаки в больших группах населения, в одном или нескольких поколениях.
2. Закономерности мутационного процесса. Сравнительные данные о наследственной патологии в изолятах и крупных городах или странах позволяют получить представление о распространении мутантного гена.
3. Роли наследственности и среды в возникновении болезней с наследственной предрасположенностью.
4. Влияние наследственных и средовых факторов в создании фенотипического полиморфизма человека по многим признакам.
Существенным моментом при использовании этого метода является статистическая обработка получаемых данных. Основой популяционно-статистического метода является закон генетического равновесия Харди-Вейнберга сформулированный в 1908 г. Он отражает закономерность, в соответствии с которой при определенных условиях соотношение частоты доминантного гена, его рецессивного аллеля и генотипов в генофонде популяции сохраняется неизменным в ряду поколений этой популяции.
|
|
Формула Харди-Вайнберга полностью применима к идеальной панмиксической (со свободным скрещиванием) популяции, где сохраняется определенное соотношение частот генов в поколениях. Характерно отсутствие отбора и мутационного процесса, отсутствие миграций в обе стороны. В идеальной популяции соотношение частоты доминантных гомозигот (АА), гетерозигот (Аа), рецессивных гомозигот (Аа) сохраняется постоянным из поколения в поколение.
При статистической обработке материала, получаемого при обследовании группы населения по интересующему исследователя признаку, основой для выяснения генетической структуры популяции является закон генетического равновесия Харди — Вайнберга. Он отражает закономерность, в соответствии с которой при определенных условиях соотношение аллелей генов и генотипов в генофонде популяции сохраняется неизменным в ряду поколений этой популяции. На основании этого закона, имея данные о частоте встречаемости в популяции рецессивного фенотипа, обладающего гомозиготным генотипом (аа), можно рассчитать частоту встречаемости указанного аллеля (а) в генофонде данного поколения. Распространив эти сведения на ближайшие поколения, можно предсказать частоту появления в них людей с рецессивным признаком, а также гетерозиготных носителей рецессивного аллеля.
Математическим выражением закона Харди — Вайнберга служит формула бинома Ньютона.
(p+q) 2 =p2AA + 2pqAa + q2аа; p+q=1
p – частота доминантного аллеля А
q – частота рецессивного аллеля а
p2 - частота генотипа АА (гомозигот по доминантному аллелю)
|
|
q2 - частота генотипа Аа (гомозигот по рецессивному аллелю)
Пример
В одном из городов при обследовании населения на резус-фактор, 16% людей оказалось резус-отрицательными, а 84% людей – резус-положительными. Определить частоту людей с генотипами АА, Аа, аа.
Решение
q2аа = 16% или 0,16, q = 0,40 или 40%
1-q=p; 1-0,40=0,60 или 60%
p2AA= 0,36 или 36%
2pqAa=2x0,60x0,40=0.48 или 48%
Вывод: 36% имели положительный резус с генотипом АА, 48% с генотипом Аа, 16% с генотипом aа.
Например, альбинизм обусловлен отсутствием фермента, участвующего в образовании пигмента меланина и является наследственным рецессивным признаком. Частота встречаемости в популяции альбиносов (аа) равна 1:20 000. Следовательно, q2 = 1/20 000, тогда q = 1/141, up = 140/141. В соответствии с формулой закона Харди — Вайнберга частота встречаемости гетерозигот = 2pq, т.е. соответствует 2 х (1/141) х (140/141) = 280/20000 = 1/70. Это означает, что в данной популяции гетерозиготные носители аллеля альбинизма встречаются с частотой один на 70 человек.
Так, например, установлено, что в США 29,16% белого населения имеют группу крови М, 49,58%—группу MN, 21,26%—группу N. Эти частоты разных фенотипов соответствуют формуле p2М + 2pqMN + q2N. Следовательно, эти три варианта признака обусловлены сочетанием двух аллелей одного гена, взаимодействующих по типу кодоминирования: группа М — LmLm, группа N — LnLn, группа MN—LmLn. В том случае, если ген в генофонде популяции представлен несколькими аллелями, например ген группы крови системы АВО, соотношение различных генотипов выражается формулой (pIA + qIB + rI0) 2.
Закон не применим в малочисленных популяциях. В изолятах важным фактором являются генетико-автоматические процессы или дрейф генов. (Н.П. Дубинин, Д.Д.Ромашов, Райтом и Фишером). Оно выражается в случайных изменениях частоты аллелей, не связанных с естественным отбором, в результате адаптивные аллели могут быть элиминированы, а менее адаптивные или даже патологические могут сохраниться и достигнуть высоких концентраций.
Следствием является – разная частота резус-отрицательных людей в Европе - 14%, в Японии – 1%, в Швеции - ген амавротической идиопатии, в Африке – ген Порфирии, в Швейцарии – ген наследственной глухоты.
Цитогенетические методы
В 1956 году Д.Тио и А.Леван установили, что у человека 46 хромосом, а не 48.
Цитогенетические методы исследования применяют для диагностики хромосомных болезней. Они включают:
- исследования полового хроматина - определение Х- и Y-хроматина;
- кариотипирование (кариотип - совокупность хромосом клетки) - определение количества и структуры хромосом с целью диагностики хромосомных болезней (геномных мутаций и хромосомных аберраций).
Определение Х- и Y-хроматина
Определение Х- и Y-хроматина часто называют методом экспресс-диагностики пола. Исследуют клетки слизистой оболочки ротовой полости, вагинального эпителия или волосяной луковицы. В ядрах клеток женщин в диплоидном наборе присутствуют две хромосомы X, одна из которых полностью инактивирована (спирализована, плотно упакована) уже на ранних этапах эмбрионального развития и видна в виде глыбки гетерохроматина. Инактивированная хромосома X называется половым хроматином или тельцем Барра. В норме у женщин обнаруживают одну глыбку Х-хроматина, а у мужчин её нет.
Отсутствие тельца Барра у женщин свидетельствует о хромосомном заболевании - синдроме Шерешевского-Тернера (кариотип 45, ХО). Присутствие у мужчин тельца Барра свидетельствует о синдроме Кляйнфелтера (кариотип 47, XXY).
Определение Х- и Y-хроматина - скрининговый метод, окончательный диагноз хромосомной болезни ставят только после исследования кариотипа.
Кариотипирование
Для изучения хромосом чаще всего используют препараты кратковременной культуры крови, а также клетки костного мозга и культуры фибробластов. Доставленную в лабораторию кровь с антикоагулянтом подвергают центрифугированию для осаждения эритроцитов, а лейкоциты инкубируют в культуральной среде 2-3 дня. К образцу крови добавляют фитогемагглютинин, так как он ускоряет агглютинацию эритроцитов и стимулирует деление лимфоцитов. Наиболее подходящая фаза для исследования хромосом - метафаза митоза, поэтому для остановки деления лимфоцитов на этой стадии используют колхицин. Добавление этого препарата к культуре приводит к увеличению доли клеток, находящихся в метафазе, то есть в той стадии клеточного цикла, когда хромосомы видны лучше всего. Каждая хромосома реплицируется (производит свою копию) и после соответствующей окраски видна в виде двух хроматид, прикреплённых к центромере, или центральной перетяжке. Затем клетки обрабатывают гипотоническим раствором хлорида натрия, фиксируют и окрашивают.
|
|
Метафазные пластинки отдельных клеток фотографируют. Из фотографий вырезают индивидуальные хромосомы и наклеивают их по порядку на лист бумаги; такая картина хромосом называется кариотипом.
Применение дополнительного окрашивания, а также новые методы получения хромосомных препаратов, позволяющих растягивать хромосомы в длину, значительно увеличивают точность цитогенетической диагностики.
Для описания кариотипа человека разработана специальная номенклатура. Нормальный кариотип мужчины и женщины обозначают как 46, XY и 46, XX соответственно. При синдроме Дауна, характеризующемся наличием дополнительной хромосомы 21 (трисомия 21), кариотип женщины описывают как 47, XX 21+, а мужчины - 47, XY, 21+.
Генеалогический метод, или метод анализа родословных, является наиболее фундаментальным и универсальным методом изучения наследственности и изменчивости человека. Он заключается в изучении какого-либо нормального или чаще патологического признака в поколениях людей, которые находятся друг с другом в родственных отношениях. Сутью генеалогического метода является составление и анализ родословных. Генеалогический метод соответствует основному методу генетики — гибридологическому методу. Но в отличие от него исследователи не подбирают родительские пары для целенаправленного скрещивания, а лишь детально анализируют результаты процесса естественной репродукции людей. Анализу по изучаемому признаку подвергается одна или несколько десятков семей с многочисленными родственниками разных поколений. Использование большого количества семей отчасти компенсирует низкую плодовитость человека и увеличивает число изучаемых потомков. В медицине этот метод часто называют клинико-генеалогическим методом, поскольку исследованию подвергаются разнообразные болезни или патологические признаки.
|
|
Целью генеалогического анализа является установление генетических закономерностей. Он позволяет решить многие теоретические и прикладные задачи:
· определить: каким: доминантным или рецессивным является изучаемый признак;
· определить: в аутосоме, Х-хромосоме или Y-хромосоме находится изучаемый ген.
· выявить сцепление генов;
· определить генотип того или иного члена родословной;
· выявить взаимодействие генов и т.д.
Технически генеалогический метод включает в себя два последовательных этапа:
1) сбор сведений о членах родословной и составление словесного описания родословной; словесное описание родословной с указанием родства и наличием или отсутствием изучаемого признака называется легендой;
2) составление графического изображения родословной, ее анализ и составление прогноза.