Цитогенетический метод

Глава 12. ГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА

 

Частная генетика человека называется антропогенетикой. По ряду объ­ективных причин долгое время человек оставался одним из самых неудобных генетических объектов:

— к нему невозможно применить основной метод генетики — скрещива­ние;

— половое созревание наступает поздно;

— у него малое число потомков в каждой семье;

— невозможно уравнивание условий жизни для потомства.

Тесный контакт антропогенетики с медицинской генетикой позволил накопить огромный арсенал сведений о наследовании аномалий, расширив тем самым и сведения о наследовании соответствующей каждой аномалии норме.

В настоящее время антропогенетика теснейшим образом связана с психо­логией, цитогенетикой, с клеточной биологией, биохимией, иммунологией с молекулярной генетикой. Генетика человека — наука, границы которой посто­янно расширяются, а методы исследования в связи с этим постоянно пополня­ются и совершенствуются. Появился ряд отдельных специальных разделов ге­нетики человека.

Формальная генетика изучает наследование менделевских моногенных признаков и более сложные типы наследования с помощью статистических ме­тодов.

Цитогенетика человека занимается изучением хромосом человека в нор­ме и при патологиях.

Иммуногенетика исследует наследование групп крови и тканевые анти­гены, полиморфизм которых практически безграничен.

Биохимическая генетика включает биохимию нуклеиновых кислот, бел­ков и особенно ферментов в норме и при патологиях.

Популяционная генетика рассматривает вопросы распространения генов в разных популяциях, влияние на популяции человека таких факторов, как дрейф генов, миграции, мутации, отбор.

Психогенетика исследует относительную роль и взаимодействие наслед­ственности и среды в формировании индивидуальных различий по психологи­ческим и психофизиологическим признакам в норме и при патологиях.

Генетика развития анализирует генетические механизмы нормального и аномального развития. Это направление пока базируется в основном на экспе­риментальных данных, полученных на животных.

Генетика соматических клеток, предмет ее изучения — действие генов на клеточном уровне. Гибридизация соматических клеток человека и животных (особенно мыши) стала важным методом, используемым для картирования ге­нов человека.

Генетика размножения изучает особенности образования гамет и ранних стадий развития эмбрионов с позиций действия генов.

Экологическая генетика — ее научный интерес — биохимическая инди­видуальность организма каждого человека, определяют*^ характер его реакции на любое внешнее воздействие.

Фармакологическая генетика (фармакогенетика) — одно из направлений экогенетики, изучающее зависимость лечебных и токсических эффектов лекар­ственных средств от индивидуальных генетических особенностей конкретного пациента, а также действие лекарств на эмбрионы человека.

Второе направление экогенетики — генетическая токсикология изучает активность факторов антропогенной природы, т. е. созданных человеком, раз­рабатывает методы оценки их генетической активности.

Медицинская генетика.

Методы изучения генетики человека

Основными методами антропогенетики являются:

— генеалогический;

— близнецовый;

— цитогенетический;

— методы молекулярного анализа.

Все эти методы активно используются и в медицинской генетике.

Генеалогический метод

Генеалогия — родословная. Генеалогический метод заключается в анали­зе закономерностей наследования отдельных признаков в родословной кон­кретного человека. Разработан Ф. Гальтоном. Метод позволяет выявлять моно­генное аутосомно-доминантное, аутосомно-рецессивное, сцепленное с полом и голандрическое наследование. В медицинской генетике родословная, как прави­ло, составляется «снизу вверх»: от человека — обладателя признака — его на­зывают пробандом — к его родителям, бабушкам-дедушкам и выше. Для со­ставления родословной необходимо проследить как минимум три поколения. Братьев и сестер, если пол не имеет значения, принято называть сибсами. При аутосомно-доминантном наследовании признак, как правило, прояв­ляется в каждом поколении, при аутосомно-рецессивном — признак Проявляется прерывисто, не в каждом поколении или даже через несколько по­колений, редкие признаки с большой частотой проявляются в родственных бра­ках, т. к. родственники, имея общего предка, с большей долей вероят­ности, чем для популяции, имеют одинаковые рецессивные аллели в гетерози­готном состоянии.

Близнецовый метод

Этот метод разработан также Ф. Гальтоном. Метод дает возможность вы­являть роль наследственности и среды в развитии различных признаков у чело­века. При использовании этого метода проводится сопоставление:

— монозиготных (однояйцевых) — МБ близнецов между собой;

— дизиготных (двуяйцевых) — ДБ между собой;

— МБиДБ;

— МБ с биологическими родителями;

— МБ с приемными родителями;

— данных по близнецовой выборке с таковыми по общей популяции.

Монозиготными, или однояйцевыми, называются близнецы, образо­вавшиеся из одной зиготы, которая у человека до стадии 8 бластомеров не те­ряет тотипотентности. Нередко МБ оказываются сросшимися или уродами раз­ной степени, но чаще всего это нормальные люди с одинаковым генотипом. Они всегда одного пола, но могут иметь разной степени различия, полученные в результате соматических мутаций или воздействия факторов среды в ходе он­тогенеза.

Самым надежным признаком монозиготности является взаимная прижнв-ляемость трансплантируемых тканей.

Дизиготные близнецы отличаются от других детей только тем, что рождаются практически одновременно. Развиваются они из разных одновре­менно созревших яйцеклеток, оплодотворенных разными сперматозоидами. Так что эти близнецы имеют разные генотипы.

Общая частота рождения близнецов составляет 1%, из них на монозигот­ных приходится примерно 1/3.

При использовании близнецового метода определяется коэффициент парной конкордантности (К), который указывает на долю близнецовых пар, где исследуемый признак проявился у обоих партнеров. Конкордантность — степень сходства; степень несходства (признак проявился только у одного из партнеров) — дискордантность.

С — число конкордантных пар;

D — число дискордантных пар.

К = C + D

К выражают в процентах или в долях единицы.

Если у монозиготных близнецов К высок, а у дизиготных низок, — доми­нирующая роль в определении признака принадлежит генотипу.

Если К у монозиготных и у дизиготных близнецов примерно одинаков — признак развивается в основном под действием внешней среды. Если К у моно­зиготных близнецов невысок, но существенно выше, чем у дизиготных — к развитию признака имеется наследственная предрасположенность, но значи­тельно влияние и факторов внешней среды (табл. 9).

Для обеспечения объективности определения роли наследственности и роли среды в развитии признака используется критерий Н — наследуемость.

При значениях Н, приближающихся к 0, считается, что признак раз­вивается исключительно под действием факторов внешней среды. Значения 1> Н > 0,7 — свидетельство того, что признак развивается под действием фак­торов внешней среды на фоне генетической предрасположенности.

Особый интерес ученых вызывают монозиготные близнецы, разлученные в раннем детстве и воспитывавшиеся в разных условиях. Правда, разные усло­вия создать сложно, т. к. детей на воспитание комиссии обычно отдают в обес­печенные и благополучные семьи. Тем не менее такие близнецы дают наиболее информативный материал о влиянии факторов внешней среды и генотипа на развитие признаков. Сравнение однояйцевых близнецов, выросших в одинако­вых и разных условиях, дает возможность судить о влиянии среды на один и тот же генотип. Сравнение однояйцевых и разнояйцевых близнецов, выросших в одинаковой среде, позволяет выявить роль наследственности в развитии при­знака. Такие сравнения позволяют сделать вывод в целом о более высокой кон-кордантности однояйцевых близнецов и более высокой дискордантности разно­яйцевых близнецов по значительному числу жизненно важных признаков (табл. 9).

Таблица 9

Наследуемость некоторых признаков человека, определенная близнецовым методом (по Айала, Кайгер, 1988)

 

Признак	Наследуемость
Телосложение	0,81
Рост в положении сидя	0,76
Вес	0,78
Головной индекс	0,75
Ментальный возраст, по Бине	0,65
IQ, по Бине	0,68
IQ, по Отису	0,80
Вербальные способности	0,68
Арифметические способности	0,12
Способности к естественным наукам	0,34
Способности к истории и лите­ратуре	0,45
Орфографические способности	0,53
Скорость постукивания ногой	0,50

Близнецы являются ценным источником информации о наследовании ум­ственных способностей у человека — интеллекта.

Технически определение интеллекта стало возможным благодаря созда­нию так называемых тестов интеллекта, или IQ (ай-кью). Впервые тест IQ был разработан во Франции в 1903 г. Альфредом Бине, он измеряется в баллах. Средний балл равен 100, а стандартное отклонение — 15. Нижней границей нормы считается 69 баллов.

Многие ученые относятся весьма критически к тестам интеллекта. Тем не менее исследования большой группы людей разной степени родства показало, что чем ближе степень родства, тем более сходны показатели IQ, т. е. интеллект в значительной степени определяется генотипом.

Самое высокое сходство по IQ у МЗ, оно больше, чем у ДЗ, затем идут сибсы, показатели которых равны таковым у родителей и детей, в меньшей сте­пени сходны показатели родителей и приемных детей, и самое малое сходство между людьми, не связанными родством:

МБ > ДБ > сибсы = родители — дети > родители — приемные дети > не свя­занные родством.

Средняя корреляция МЗ, выросших вместе, — 0,87; воспитывающихся отдельно — 0,75; ДЗ — 0,53; выросших вместе, но не связанных родством лю­дей, — 0,25.

Общий вывод: на интеллектуальное развитие ребенка влияют генетиче­ская изменчивость, а также факторы окружающей среды. Большинство иссле­дователей сходятся в том, что наследуемость IQ равна 0,80.

Цитогенетический метод

Этот метод связан с изучением хромосом человека в норме и при патоло­гиях.

Все 22 пары гомологичных хромосом получили номера от 1-й до 22-й по мере убывания их длины. Описаны также половые хромосомы X и Y. Часто ис­пользуется графическое изображение набора хромосом, которое называется идиограммой.

Для идентификации отдельных хромосом применяются разные методы дифференциального окрашивания хромосом.

Разработан ряд методов картирования хромосом, т. е. определения поло­жения генов в хромосоме. Генетическое картирование основано на анализе сцепления и рекомбинации генов в родословных.

Успешно развивается физическое картирование —- определение положе­ния фрагментов ДНК в хромосоме с помощью методов молекулярной и клеточ­ной биологии.

Последняя стадия физического картирования генома человека — опреде­ление полной нуклеотидной последовательности ДНК, т. е. секвенирование ДНК.

Положение генов во многих хромосомах установлено.