Методы исследования медицинской генетики

Методы исследования медицинской генетики

10

Контрольная работа

по предмету:

Психогенетика

на тему

Методы медицинской генетики

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Генеалогический метод составления родословных

2. Дерматоглифика

3. Биохимический метод

4. Популяционно-статистический метод

5. Близнецовый метод

6. Цитогенетический метод

Заключение

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Требования к чистоте и качеству экспериментов на живых организмах все время возрастают, так как результаты экстраполируются на человека. Ошибка здесь недопустима.

Так, например, в конце 1970-х гг. биохимики синтезировали снотворный препарат талидомид. Препарат изучали на грызунах, и т.к. побочных эффектов обнаружено не было, выпустили снотворное в производство. По миру родилось 20 тыс. детей-уродов с отсутствием конечностей. Оказалось, что у грызунов есть фермент, нейтрализующий отрицательное воздействие препарата, а у приматов такого фермента нет.

Причины, по которым человек не должен использоваться в качестве объекта генетических исследований:

1. Человек обладает сознанием, поэтому скрещивать его с «желательной» особью не допустимо.

2. Малочисленность потомства.

3. Очень медленная смена поколений.

4. Менять условия внешней среды запрещено.

5. У человека слишком много хромосом.

В 1988г четырнадцать стран объединились по международной программе, которая называется «Геном человека». Предполагалось, что к 2006г все гены человека будут расшифрованы (локус + функция).

В качестве объектов генетических исследований используются три группы живых организмов:

1. растительные или ботанические (теплицы, плодоносящие сады, опытные участки);

2. животные или зоологические. Требования к зоологическим объектам: - небольшие размеры;

- неприхотливость разведения;

- недорогое содержание;

- высокая жизнеспособность;

- высокая плодовитость;

- наряду с четкими видовыми признаками должно быть множество мутантных линий;

- малое число хромосом.

3. микроорганизмы (бактерии и вирусы). Главные условия - стерильность и безопасность.

Самый знаменитый объект генетических исследований - плодовая мушка дрозофила. Исследования проводятся с 1902г.

1. ГЕНЕАЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД СОСТАВЛЕНИЯ РОДОСЛОВНЫХ

Первые родословные составлялись с целью показать социальное положение человека. В 1865г Гальтон стал изучать родословные с целью ответа на вопрос - почему во многих профессиях встречаются династии. Изучал механизмы передачи гениальных, интеллектуальных, творческих способностей человека. В настоящее время генеалогический метод используется на базе центров медико-генетического консультирования.

Метод позволяет установить:

1.Является ли патология наследственной или приобретенной;

2.Позволяет установить тип или характер наследования

а) аутосомно-доминантный характер - патологии будут встречаться в каждом поколении у большинства членов семьи.

б) аутосомно-рецессивный характер - патологии будут встречаться не в каждом поколении и лишь у отдельно взятых лиц.

в) сцепленное с полом - передается через У- или Х-хромосому (более 150 заболеваний).

3. Генотипы;

4. Сделать вывод о степени риска наследования патологий

Правила составления родословных

1. Сбор информации о состоянии здоровья членов семьи и регистрация данных.

2. Составление родословной:

_ - женский пол

? - мужской пол

? - пол не установлен

? - больной человек

? - аборт

? - здоровое носительство

x - мертворождение

Е - умерший член

^ - законный брак

-- - внебрачная связь

D - выкидыш

= - близкородственный брак

10

- монозиготные близнецы

- дизиготные близнецы

Каждому поколению отводится одна горизонтальная строка, поколения нумеруются сверху вниз римскими цифрами. Арабскими цифрами обозначается порядок рождения детей. Слева - старшие по возрасту дети.

Лицо, для которого строится родословная, называется пробанд.

Степень проявления признака фенотипически - экспрессивность.

Пенетрантность - процент проявления патологий. Обусловлен комплексным влиянием внешней среды.

Как правило, человек узнает информацию о своих близких родственниках по нескольким каналам: письменная, устная информация, генетический анализ, дактилоскопия. Два индивидуума в популяции могут считаться близкими родственниками, если имеют общих предков не далее, как в третьем поколении, т.е. обязательно нужно иметь информацию о родителях, дедушках, прадедушках. Близкородственными браками считаются браки между двоюродными и троюродными членами семьи. Кровные браки - браки между родителями и детьми, родными братом и сестрой. Коэффициент инбридинга показывает вероятность наличия общих генов у двух родственников.

КИ = 1 * (0,5)n

где n - генерационное расстояние, т.е. сумма шагов по родословной от одного родственника вверх до общих предков, а затем вниз по родословной до второго родственника.

Коэффициент инбридинга может иметь практическое значение в плане наследования имущества богатого родственника, если он не оставил завещания. Или, например, известно, что прабабушки А.С. Пушкина и Л.Н. Толстого были родными сестрами. Не они ли передали свои гениальные гены, которые сделали правнуков писателями? При подсчете коэффициента инбридинга, получаем:

КИ = 2 * (0,5)8 = 1/128

Таким образом, видно, что вероятность наличия общих генов у Пушкина и Толстого ничтожно мала.

Близкородственные браки. Гены в изолятах

Причины изоляции человеческих популяций

1. Географическая. Генетически предаваемые заболевания: глухонемота, альбинизм, шизофрения, олигофрения, ахроматопсия.

2. Этническая. В Панаме есть изолированная популяция, где возник альбинизм. Раньше альбиносам было запрещено вступать в брак и иметь детей, но сейчас почти в каждой семье есть альбиносы. Жители популяции получили название «Дети луны».

3. Религиозная. В США насчитывается 8 тыс. человек, которые входят в секту меннонитов - очень маленькие карлики с лишними пальцами.

Крупномасштабные исследования свидетельствуют, что близкородственные браки приводят к повышению патологии у потомства в несколько раз - это так называемая инбредная депрессия, т.е. снижение большинства иммунных показателей, невысокая плодовитость, укороченный жизненный цикл и патологии.

Клинические проявления болезни могут значительно варьировать в зависимости от экспрессивности и пенетрантности генов.

Экспрессивность - степень фенотипической выраженности мутантного гена. Например, у 100 человек с одинаковым геном - носителем глухонемоты, степень глухоты разная.

Пенетрантность - частота проявления гена среди его носителей. Например, отосклероз. А - патология, а - норма. При генотипе АА - почти абсолютная глухота. Пенетрантность = 30%, т.е. на сто человек с генотипом Аа, отосклероз проявится у 30, остальные будут нормальными.

Пределы варьирования пенетрантности и экспрессивности от 0 до 100%. Если признак обладает 100% пенетрантностью и 100% экспрессивностью, то у всех лиц патология проявиться фенотипически и максимально. Экспрессивность и пенетрантность сильно зависят от условий внешней среды, если только они не 100%.

2. ДЕРМАТОГЛИФИКА

Дактилоскопия - изучение узоров пальцев кисти

Генетики изучают узоры папиллярных линий, представляющие собой выросты эпидермисы кожи, с 1926г. Закладка папиллярных линий происходит в 3 - 4 месяца внутриутробной жизни и в течение жизни не меняется.

Когда в генетическом аппарате происходит «поломка», в первую очередь искажается, уклоняется от нормы рисунок папиллярных линий. В 1926г это было показано на лицах с синдромом Дауна. В настоящее время список генетических заболеваний, отражающихся на кончиках пальцев, очень длинный. Например, синдром Дауна (21 хромосомная пара), синдром Патуа (13, 14 ,15 пары), синдром Эдвардса (18 пара), неврофиброматоз и др.

Есть заболевания, которые проявляются фенотипически лишь в возрасте 12-13 лет или даже 20-45 лет. Есть патологии, вызванные факторами внешней среды, но по клиническим симптомам совпадающие с наследственными. Например, мозжечковая атаксия, фенотипически проявляющаяся в возрасте 20-45 лет (снижение тонуса мышц, особенно нижних конечностей, нарушение координации движений, падение интеллекта, зрения) соответствует вилюйскому энцефалиту, причиной которого является укус клеща.

Дактилоскопия позволяет установить возраст, половую принадлежность, расу, степень родства, предрасположенность к наследственным патологиям, физические задатки и др.

Выделяют три основных типа папиллярных узоров:

1. Завиток (W)

2. Петля (L). Различают правосторонние петли, левосторонние, двойные и переход от петли к завитку.

3. Дуга (А). Различают высокие шатровые и простые плоские.

Различают также более мелкие детали - минуции:

· вилочки

· гребешки

· закрытый узор

· островок

При описании папиллярных узоров используется гребневый счет: из трирадиуса проводится прямая до точки узора и считаются линии. Гребневый счет может отражать правильность хромосомного набора.

Например:

+ 44 А + ХХ = 127

44 А + ХО = 178

44 А + ХХХХ = 110

> 44 А + ХУ = 145

44 А + ХХУ = 114

44 А + ХХХХУ = 49

3. БИОХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД

С помощью биохимических методов определяется многочисленная группа наследственных патологий, например, более 150 различных ферментопатий. Создаются штаммы микроорганизмов с таким условием, что при отсутствии какого-либо конкретного фермента в слюне, крови, моче, слюне и т.п., колония не растет. Используются так называемые скрининг-тесты - очень быстрые, легкие в использовании и весьма эффективные.

При максимально ранней диагностике ферментопатии поддаются успешному лечению с помощью диетотерапии (введение в пищу комплексонов - особых веществ, связывающихся с побочными продуктами обмена веществ и выводящих их из организма), заместительной медикаментозной терапии, тканевой терапии, гемотерапии.

1. Болезни обмена аминокислот. Открыли в 1902г алькаптонурия (сильные боли в сосудах, темные пятна на коже) - впервые выявили связь между генами и ферментами.

2. Болезни углеводного обмена. Галактоземия (ребенок не может усваивать молочный сахар грудного молока).

3. Болезни липидного обмена. Болезнь Тея-Сакса (нарушается уровень холестерина, в результате чего повышается артериальное давление, разрыв сосудов и кровоизлияние; кроме того, наблюдается особая чувствительность к звукам).

4. Болезни пуринового и пиримидинового обмена. Артрит, мочекаменная болезнь (побочный продукт - мочевая кислота - дает кристаллики соли ураты, которые выпотевают на поверхности гиалинового хряща).

5. Болезни обмена металлов. Гемохроматоз (особенно страдают женщины - железо откладывается в мозге, сердце). Болезнь Вильсона-Коновалова (медь накапливается в мозге, печени, почках, роговице глаза).

4. ПОПУЛЯЦИОННО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД

В 1908г был сформулирован закон Харди-Вайнберга:

p + q = 1

p2 +2 p q2 + q2 = 1

где р - частота доминантного аллеля;

q - частота рецессивного аллеля;

р2 - частота гомозигот по доминантному аллелю;

q2 - частота гомозигот по рецессивному аллелю;

2pq - частота гетерозигот.

Эти формулы подходят для модельной популяции, поэтому чтобы они работали в живой популяции, должны быть соблюдены ряд условий:

1. популяция должна быть невероятно большой

2. должно осуществлять правило свободного скрещивания

3. должна отсутствовать миграция со стороны особей других популяций

4. стабильность средовых условий

5. должен вестись учет по аллелям одного локуса.

Этот закон позволяет проследить за изменением генетического состава среди разных поколений одной и той же популяции. Ошибку расчета нужно нивелировать большим числом наблюдаемых объектов.

5. БЛИЗНЕЦОВЫЙ МЕТОД

Исследуя близнецовые пары, генетики пытаются выяснить роль наследственности и факторов среды в формировании тех или иных фенотипических признаков.

Многоплодность считается атавистическим признаком человека. В среднем из всех новорожденных около 1% близнецов. Из них 1/3 монозиготные, имеющие 100% общих генов, и 2/3 дизиготные с 50% общих генов. Причины, способствующие многоплодной беременности:

1. Общее физическое развитие мамы

2. Возраст мамы 37-38 лет

3. Число предшествующих родов

4. Повышенное содержание витамина Е резко усиливает вероятность многоплодной беременности

5. Если кто-то из родителей - близнец

6. Лечение бесплодия гонадотропином

7. Физические факторы, например, сильные вибрации

Конкордантность - степень сходства по отдельно взятым признакам.

Дискондартность - степень несходства по признакам.

По мнению генетиков, интеллектуальные задатки определяются генотипически: орфографические способности на 50% контролируются генотипом, способности к естественным наукам на 34%, а самый низкий процент у арифметических способностей - 12%.

6. ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД

Цитогенетический метод основан на исследовании фотокариограммы - фотографии полного набора хромосом

1. Подсчет общего числа хромосом для определения видовой принадлежности.

2. Разбивка хромосом на пары. Используется правило индивидуальности: хромосомы отдельно взятой пары будут отличаться от хромосом другой пары размерами, структурой, окраской, числом генов.

а) выясняются структурные аберрации (нарушение структуры отдельно взятых пар)

б) выявляются анеуплоидии (нарушение парности)

3. Хромосомы разбиваются на группы:

группа А:

I, - метацентрические, самые крупные

II, III хромосомные пары - субметацентрические, чуть одно плечо короче другого

группа В:

IV, V - субметацентрические, в их локусах мутаций нет

группа С:

VI-XII - субметацентрические, небольшое варьирование длины плеча

группа D:

XIII-XV - может быть трисомия, средние размеры, акроцентрические, на коротком плече есть вторичная перетяжка со спутником

группа Е:

XVI-XVIII - меньше по размерам, метацентрические

группа F:

XIX-XX - короткие, ближе к метацентрическим группа половых хромосом

Заключение

Развитие любой науки обусловлено успехами применяемых методов. Павловский метод хронического эксперимента создавал принципиально новую науку -- физиологию целостного организма, синтетическую физиологию, которая смогла выявить влияние внешней среды на физиологические процессы, обнаружить изменения функций различных органов и систем для обеспечения жизни организма в различных условиях.

С развитием молодой и необычайно востребованной на сегодняшний день науки генетики и появлением современных технических средств исследования процессов жизнедеятельности появилась возможность изучения без предварительных хирургических операций функций многих внутренних органов не только у животных, но и у человека. Генетические методы исследования все чаще стали вытеснять «кровавый» хирургический эксперимент, столь популярный в 19-20 вв. Но дело не в том или ином конкретном техническом приеме, а в методологии мышления. Все чаще генетика интегрируется с другими смежными областями исследования, используя технические новинки и современные идеи, разработанные коллегами - физиологами, медиками, биохимиками и другими, благодаря чему генетика стала развиваться как синтетическая наука, и ей органически стал присущ системный подход.

Целостный организм неразрывно связан с окружающей его внешней средой и поэтому, как писал еще И.М. Сеченов, в научное определение организма должна входить и среда, влияющая на него. Ученые изучают не только внутренние механизмы саморегуляции различных физиологических процессов, но и механизмы, обеспечивающие непрерывное взаимодействие и неразрывное единство организма и окружающей среды.

Практически все характеристики внутренней среды (константы) организма непрерывно колеблются относительно средних уровней, оптимальных для протекания устойчивого обмена веществ. Эти уровни отражают потребность клеток в необходимом количестве исходных продуктов обмена. Допустимый диапазон колебаний для разных констант различен. Незначительные отклонения одних констант могут приводить к существенным нарушениям обменных процессов -- это так называемые жесткие константы. К ним относятся, например, осмотическое давление, величина водородного показателя (рН), содержание глюкозы, О2, СО2 в крови.

Другие константы могут варьировать в довольно широком диапазоне без существенных нарушений физиологических функций -- это так называемые пластичные константы. К их числу относят количество и соотношение форменных элементов крови, объем циркулирующей крови, скорость оседания эритроцитов.

Процессы саморегуляции основаны на использовании прямых и обратных связей. Прямая связь предусматривает выработку управляющих воздействий на основании информации об отклонении константы или действии возмущающих факторов. Например, раздражение холодным воздухом терморецепторов кожи приводит к увеличению процессов теплопродукции.

Обратные связи заключаются в том, что выходной, регулируемый сигнал о состоянии объекта управления (константы или функции) передается на вход системы. Различают положительные и отрицательные обратные связи. Положительная обратная связь усиливает управляющее воздействие, позволяет управлять значительными потоками энергии, потребляя незначительные энергетические ресурсы. Примером может служить увеличение скорости образования тромбина при появлении некоторого его количества на начальных этапах коагуляционного гемостаза.

Отрицательная обратная связь ослабляет управляющее воздействие, уменьшает влияние возмущающих факторов на работу управляющих объектов, способствует возвращению измененного показателя к стационарному уровню. Например, информация о степени натяжения сухожилия скелетной мышцы, поступающая в центр управления функций этой мышцы от рецепторов Гольджи, ослабляет степень возбуждения центра, чем предохраняет мышцу от развития избыточной силы сокращения. Отрицательные обратные связи повышают устойчивость биологической системы -- способность возвращаться к первоначальному состоянию после прекращения возмущающего воздействия.

В организме обратные связи построены по принципу иерархии (подчиненности) и дублирования. Например, саморегуляция работы сердечной мышцы предусматривает наличие обратных связей от рецепторов самой сердечной мышцы, рецепторных полей магистральных сосудов, рецепторов, контролирующих уровень тканевого дыхания, и др.

Гомеостаз организма в целом обеспечивается согласованной содружественной работой различных органов и систем, функции которых поддерживаются на относительно постоянном уровне процессами саморегуляции.

Изучение клеточных механизмов, поддерживающих гомеостаз организма, - одна из приоритетных отраслей развития генетики.

ЛИТЕРАТУРА

1. Введение в генетику/ под ред. М.С. Сафронова. - М., 1986.

2. Нестеров, А.А. Генетика. Учеб. пособие для студентов мед. ВУЗов. - Самара, 2003.

3. Экспериментальная и прикладная психология: Межвуз. Сборник /под ред. А.А. Крылова. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1982.