Основи генетики людини

Реферат на тему:

ОСНОВИ ГЕНЕТИКИ ЛЮДИНИ

Генетика людини вивчає явища спад­ковості і мінливості у популяціях лю­дей, особливості успадкування нор­мальних і патологічних ознак, залеж­ність захворювання від генетичної схильності і факторів середовища. Зав­данням медичної генетики є виявлення і профілактика спадкових хвороб.

Генетика людини — одна з найваж­ливіших проблем теоретичних основ су­часної медицини. Академік 1. П. Пав-лов, визнаючи важливе значення ге­нетики для фізіології і медицини, пи­сав: «Наші лікарі повинні як азбуку знати закони спадковості... Втілення у життя наукової істини про закони спад­ковості допоможе позбавити людство від багатьох скорбот і горя».

Одним з основоположників медичної генетики є видатний радянський нев­ропатолог С. М. Давиденков (1880— 1961), який розпочав свою плідну роботу у двадцятих роках на Україні. Він вперше застосував ідеї генетики у клі­ніці, дав аналіз ряду спадкових хво­роб, частина з яких була описана ним також вперше. Важливою заслугою С. М. Давиденкова є розроблення методів медико-генетичного консуль­тування і його практичне застосу­вання.

Особливості генетики людини.

До­слідження генетики людини пов'язане з великими труднощами, причини — у неможливості експериментального схрещування, повільній зміні поколінь, малій кількості потомків у кожній сі­м'ї. Крім того, на відміну від класич­них об'єктів, що вивчаються у загаль­ній генетиці, у людини складний каріо­тип, велика кількість груп зчеплення. Проте, не зважаючи на всі ці трудно­щі, генетика людини успішно розвивається.

Неможливість експериментального схрещування компенсується тим, що дослідник, спостерігаючи широку людську популяцію, може вибирати із тисяч шлюбних пар ті, які необхідні для генетичного аналізу. Метод гібри­дизації соматичних клітин дозволяє експериментальне вивчати локалізацію генів у хромосомах, проводити аналіз груп зчеплення (див. нижче).

При вивченні генетики людини ви­користовуються такі методи: генеало­гічний, близнюковий, популяційно-ста­тистичний, дерматогліфичний, біохіміч­ний, цитогенетичний, гібридизації со­матичних клітин і метод моделювання.

У людини встановлені всі 24 теоре­тично можливі групи зчеплення генів: із них 22 локалізовані у аутосомах, у кожній із яких міститься по кілька сот генів. Більше 100 генів локалізовано у статевих хромосомах.

У ссавців, у тому числі і в людини, Х- і
Y-хромосоми мають гомологічну ділянку, в якій відбувається їх синапсис і можливий кросинговер. Всі гени, які локалізовані у статевих хромосо­мах людини, можна поділити на три групи залежно від того, у яких ділян­ках статевих хромосом вони знаходять­ся.

Перша група охоплює гени, які локалізовані у тій частині X-хромосо­ми, що не має гомологічної ділянки у У-хромосомі. Вони повністю зчеплені зі статтю, передаються виключно через X-хромосому. До їх числа відносяться рецесивні гени гемофілії, дальтонізму, атрофії зорового нерва тощо. Домі­нантні гени із цієї ділянки однаково проявляються в осіб обох статей, ре­цесивні — у жінок тільки у гомозигот­ному, а у чоловіків — і гемізиготному стані.

Другу групу складає невелика кількість генів, які розташовані у не­парній ділянці Y-хромосоми. Вони мо­жуть зустрічатися тільки у осіб чолові­чої статі і передаються від батька до сина. До них відносяться: волосатість вух, іхтіоз (шкіра у вигляді луски ри­би), перетинки між пальцями на но­гах.

Третя група— гени, які розта­шовані у парному сегменті статевих хромосом, тобто гомологічному для Х- і
Y-хромосом. їх називають непов­но або частково зчепленими зі статтю. Вони можуть передаватися як з Х-,
так і з Y-хромосомою і переходити з однієї до іншої у результаті кросинго-вера.

Методи вивчення спадковості у лю­дини. Генеалогічний метод

грунтується на простеженні якої-небудь ознаки у ряді поколінь з вказівкою родинних зв'язків між членами родоводу. Генеа­логія, у широкому розумінні слова,— родовід людини.

Генеалогічний метод був введений у науку в кінці XIX ст. Ф. Гальтоном. Суть його полягає у тому, щоб з'ясу­вати родинні зв'язки і прослідкувати наявність нормальної або патологічної ознаки серед близьких і далеких роди­чів у даній сім'ї.

Збирання даних починається з пробанда
—
особи, родовід якої необхідно скласти. Ним може бути хвора або здо­рова людина— носій якої-небудь озна­ки або особа, яка звернулась за пора­дою до лікаря-генетика. Брати і сестри пробанда називаються сибсами.
Зви­чайно родовід складається за однією або кількома ознаками. Метод вклю­чає два етапи: збір відомостей про сі­м'ю і генеалогічний аналіз. Складання родоводу порівняно проста справа, про­те при уявній доступності і простоті цей метод потребує великої ретельнос­ті, вміння вірно ставити запитання, ви­сокої кваліфікації лікаря. Генеалогіч­ний метод є основною зв'язуючою лан­кою між теоретичною генетикою люди­ни і застосуванням її досягнень у ме­дичній практиці.

Хоч генеалогічний метод є одним із найдавніших, його можливості вико­ристовуються не у повну міру через те, що широко використовуються нові, більш досконалі методи аналізу фено­типу, виявлення гетерозиготних носіїв, обліку впливу факторів середовища тощо.

Для складання родоводу проводять короткі записи про кожного члена ро­доводу з точною вказівкою його спо­рідненості у відношенні до пробан­да. Потім роблять графічні зображен­ня родоводу; для складання схеми прийняті стандартні символи.

При складанні родоводу покоління можна позначати римськими цифрами зверху вниз (зліва від родоводу). Потомство одного покоління (сибси) роз­ташовується в одному горизонтально­му ряду у порядку народження (зліва направо). У межах одного покоління кожний член позначається арабськими цифрами, у тому числі чоловіки і жін­ки сибсів. Кожний член родоводу мо­же бути позначений відповідним шиф­ром, наприклад II—5, III—7.

Генеалогічний метод тим інформативніший, чим більше є достовірних відомостей про здоров'я родичів хво­рого. При збиранні генетичних відомос­тей і їх аналізі необхідно мати на ува­зі, що ознака може проявитися у різній мірі, іноді незначній (так звані мікро­ознаки). Мікропроявом природженого вивиху стегна може вважатися спло­щення вертлужної западини і збіль­шення рухливості («розхитаність») та­зостегнових суглобів. У родичів людей із спадково зумовленими дефектами губи і піднебіння частіше,, ніж у конт­ролі, зустрічаються високе вкорочене піднебіння, борозна на язичку, анома­лії прикусу, сплощення носа або роз­двоєння його кінчика.

Після складання родоводу почина­ється другий етап — генеалогічний ана­ліз, метою якого є встановлення гене­тичних закономірностей. Спочатку не­обхідно встановити, чи носить ознака спадковий характер. Якщо яка-небудь ознака зустрічалася у родоводі кілька разів, то можна думати про її спадко­ву природу. Проте це може бути і не так. Наприклад, якісь зовнішні факто­ри або умови професії можуть викли­кати подібні захворювання у членів сім'ї. Вплив шкідливих факторів на жінку під час вагітності може призвес­ти до народження дітей з подібними вадами.

У випадку виявлення спадкового ха­рактеру ознаки необхідно встановити тип успадкування: домінантний, реце­сивний, зчеплений зі статтю (мал. 5.3).

Основні ознаки аутосомно-домінантного успадкування
такі: прояв ознаки у рівній мірі у представників обох ста­тей; наявність хворих у всіх поколін­нях (по вертикалі) і при відносно ве­ликій кількості сибсів і по горизонталі (у сестер і братів пробанда). У гетеро­зиготного батька імовірність народ­ження хворої дитини (якщо другий з батьків здоровий) складає 50 %. Не­обхідно врахувати, що і при домінант­ному типі успадкування може бути пропуск у поколіннях за рахунок сла­бого прояву, «стертих» форм захворю­вання (мала експресивність мутантно­го гена) або за рахунок його низької пенетрантності (коли у носія даного гена ознака відсутня). Можливо у деяких випадках мутантний ген пригні­чується якимось епістатичним геном. Необхідно врахувати, що при деяких домінантне успадковуваних захворю­ваннях людина може захворіти після 40—50 років. У випадку смерті у більш ранньому віці ніяких даних про мож­ливу хворобу цього члена сім'ї, при­родно, немає, але є імовірність захво­рювання у нащадків.

Основні ознаки аутосомно-рецеси-ного успадкування:
відносно невелика кількість хворих у родоводі, наявність хвороб «по горизонталі» (хворіють сибси - рідні, двоюрідні). Батьки хво­рої дитини частіше фенотипово здоро­ві, але є гетерозиготними носіями ре­цесивного гена. Імовірність народжен­ня хворої дитини складає 25%. При прояві рецесивних захворювань часто зустрічається кровна спорідненість батьків хворого.

Необхідно мати на увазі, що наявність віддаленої спорід­неності буває невідомою членам сім'ї. Приходиться враховувати побічні мір­кування, наприклад, походження із одного і того ж малонаселеного пунк­ту або належність до якої-небудь ізольованої етнічної або соціальної групи.

Яскравий приклад прояву патологіч­ної рецесивної ознаки при споріднено­му шлюбі показаний на мал. Із цього родоводу видно, що у шлюб всту­пили сибси четвертого ступеня спорід­неності. Від двох споріднених шлюбів народилося у одній сім'ї четверо, а у іншій — двоє дітей з тяжкою спадко­вою хворобою — ідіотією Тея—Сакса. (Причина цієї хвороби — нагромад­ження ліпідів у нервових клітинах мозку і їх руйнування). Мабуть, всі чоти­риюрідні сибси були гетерозиготними носіями цього рецесивного гена, який вони отримали від спільного предка.

Рецесивна ознака проявляється то­ді, коли у генотипі є обидва рецесивні алеля. Крім описаного варіанта, коли батьки мають генотипи Аа і Аа,
мож­ливі і інші варіанти вихідних геноти­пів. Обидва батьки — рецесивні гомо­зиготи; у цьому випадку (безумовно, рідкісному) всі діти будуть хворими. Один із батьків хворий, а інший — здо­ровий, але має у генотипі мутантниП ген у гетерозиготному стані (аа і Аа).
У цьому випадку спостерігається симу­ляція домінантного успадкування (тео­ретично можливе розщеплення 1:1). Проте найчастіше спостерігаються ва­ріанти народження хворої дитини у фе-нотипово нормальних батьків і наяв­ність хворих у бічних лініях родоводу.

Захворювання, які зумовлюються зчепленим зі статтю геном
(локалізо­ваним у X-хромосомі), можуть бути як домінантними, так і рецесивними. При домінантному X-зчепленому успадку­ванні захворювання однаково прояв­ляється як у чоловіків, так і у жінок і згодом може передаватися нащадкам. У цьому випадку жінка може переда­вати цей ген половині дочок і полови­ні синів (її генотип —ХA
Хa
,
імовір­ність передавання X-хромосоми з до­мінантним мутантним геном—50%). Чоловіки ж передають цей ген з X-хро­мосомою всім дочкам. Зрозуміло, що сини, які мають у своєму генотипі тіль­ки одну материнську Х-хромосому, цей ген від батька успадкувати не мо­жуть. Прикладом такого захворюван­ня є особлива форма рахіту, стійкого до лікування кальциферолами (віт.D).

При рецесивному успадкуванні хво­роб, які зчеплені зX-хромосомою, як правило, страждають чоловіки. Гете­розиготна мати (носій) передає му­тантний ген половині синів (які будуть хворими) і половині дочок, які, зали­шаючись фенотипово здоровими, як і мати, також є носіями і передають ре­цесивний ген разом з X-хромосомою наступному поколінню.

Прикладом такої хвороби є кольорова сліпота (даль­тонізм), гемофілія. У рідких випадках ці ознаки можуть проявитися і у жі­нок, якщо їхній батько був хворим, а мати була гетерозиготна.

Близнюковий метод

—
один з найбільш ранніх методів вивчення генети­ки людини, але він не втратив свого значення і сьогодні. Близнюковий ме­тод дослідження був запропонований у 1876 р. англійським антропологом і психологм Ф. Гальтоном. Він виділив серед близнят дві групи: однояйцеві (монозиготні) і двояйцеві (дизиготні). На сьогодні в середньому на кожні 100 пологів приходиться одне народження близнят. Демографи розрахували, що на Землі проживає близько 50 млн пар близнят. Приблизно одну третину всіх близнят складають однояйцеві, а дві третини — двояйцеві. Кількість моно-зиготних близнят у різних регіонах земної кулі величина відносно постій­на, з невеликими коливаннями. На­приклад. в Італії 0,37%, в Данії— 0,38, в Японії — 0,40, в США — 0,39, в Австралії — 0,38 %. Із наведених даних видно, що фактори, які впливають на появу однояйцевих близнят, майже не залежать від умов зовнішнього середо­вища.

Частота народження дизиготних близнят різна у різних країнах і має значні коливання. Наприклад, в Да­нії—1,02%, в Італії — 0,86 %, в США—0,61%, в Австралії—0,77%, в Японії — 0,23, в Південній Африці — 2,23 %. Таким чином, якщо в Японії на 10000 народжень приходиться 23 пари двояйцевих близнят, то в Півден­ній Африці — 223. Причини такої різ­ниці невідомі, проте цей факт свідчить про вплив факторів середовища. У старших вікових групах народження дизиготних близнят зустрічається час­тіше. Дослідження показали, що певну роль у народженні близнят має спад­кова схильність до багатоплідної ва­гітності. Відомі випадки повторного на­родження близнят у одній сім'ї. На протязі останніх десятиріч кількість близнят знижується, причому це зни­ження стосується переважно двояйце­вих близнят.

Монозиготні близнята розвиваються із роз'єднаних бластомерів, які утвори­лися після дробіння однієї заплідненої яйцеклітини і, отже, мають однакоііий генотип. Монозиготні близнята при нормальному ембріональному розвит­ку завжди однієї статі. У більшості випадків у них є одна плацента, проте не завжди можна зробити висновок про зиготність близнят на підставі на­явності однієї чи двох плацент. Якщо розділення відбувається на протязі перших п'яти днів після запліднення, то кожний зародок буде мати власну плідну оболонку і плаценту. Цей ва­ріант зустрічається приблизно у 25 % однояйцевих близнят.

Якщо розщеплення відбувається на стадії розвиненої морули (5—12-й день), тоді однояйцеві близнята мають одну плаценту. Якщо ж процес розщеп­лення запізнюється і відбувається піс­ля ІЗ—15-го дня, то часто повного ро­з'єднання монозиготних близнят не відбувається і виникають різні дефор­мації, зрощення і каліцтва. Прикладом може бути народження в Сіамі (тепе­рішній Таїланд) у 1811 р. двох близ­нят хлопчиків, які зрослися грудьми. Згодом всі близнята, які зрослися якоіо-небудь частиною тіла, стали на­зиватися сіамськими. Енг і Чанг про­жили 63 роки, стан медицини в ті роки не давав можливості зробити операцію їх роз'єднання. Спроби роз'єднання зрослих близнят пов'язані з великим ризиком, проте на сьогодні відомі ви­падки вдалих операцій. Причини на­родження двояйцевих близнят — одно­часне дозрівання двох і більше яйце­клітин. Це може статися у одному яєчнику або у обох. У деяких жінок бу­вають множинні овуляції. Певну роль в цьому відіграє спадкова схильність, але не можна відкидати і вплив навко­лишнього середовища.

Народження трьох, чотирьох і біль­ше дітей у людини трапляється рідко. У 1934 р. в Канаді народились 5 дів­чаток, у 1974 р. в Гданську — 3 хлоп­чика і дві дівчинки, які нормально рос­ли і розвивались. Відомий випадок на­родження 5 дітей в Японії у 1981 р. У 1980 р. в Італії у 28-річної жінки на­родилось 6 дітей (дві дівчинки і чоти­ри хлопчика). З генетичної точки зору двояйцеві близнята подібні як звичай­ні сибси, але на відміну від останніх у них більша спільність факторів при внутрішньоутробному (пренатальному) і частково постнатальному періодах розвитку.

У перший період застосування цього методу проводили порівняння близнят за зовнішніми морфологічними ознака­ми: колір волосся, очей, пігментація шкіри, форма носа, очей, губ, вушних раковин, візерунок пальців тощо. Ці ознаки, як відомо, спадково зумовлені. Якщо досліджувана ознака проявляєть­ся у обох близнят пари, їх називають конкордантними
(лат. — бути згідним, подібним). Конкордант-ність — це відсоток подібності за дос­ліджуваною ознакою. Відсутність озна­ки у одного із близнят — дискордантність.

На сьогодні для точнішого визначен­ня зиготності крім морфологічних ознак використовують дослідження груп крові (за системою АВО,
Rh
, М
N
)
і білків плазми крові.

Хоч жодна з цих ознак сама по собі не достатня, але у комплексі вони да­ють можливість визначити зиготність близнят. Між монозиготними близня­тами можлива трансплантація органів, відторгнення не відбувається.

Близнюковий метод використовуєть­ся у генетиці людини для того, щоб оцінити ступінь впливу спадковості і середовища на розвиток якої-небудь нормальної або патологічної ознаки. Оскільки у монозиготних близнят од­накові генотипи, то наявні відмінності викликаються умовами середовища у період або внутрішньоутробного роз­витку, або формування організму піс­ля народження. Великий інтерес для вирішення ряду питань мають випад­ки, коли партнери за якихось причин росли і виховувалися у різних умовах. Прояв конкордантності ряду фізіоло­гічних ознак у такому випадку пояс­нюється впливом генотипу. З іншого боку, різнояйцеві близнята дозволяють проаналізувати інший варіант: умови середовища (коли близнята живуть по­ряд) однакові, а генотипи у них різні.

Вже з простого співставлення наве­дених даних видно, що такі ознаки, як групи крові, колір волосся і очей, повністю визначаються геноти­пом. У відношенні багатьох інших оз­нак висновки не такі явні, але поміт­но, що навіть деякі інфекційні хвороби (поліомієліт, туберкульоз) хоч і викли­каються факторами вірусної або бак­теріальної природи, у деякій мірі зале­жать від спадкової схильності. Для оцінки ролі спадковості у розвитку тієї чи іншої ознаки роблять розрахун­ки за формулою %
подібності ОБ
— %
подібності ДБ
,

100 — %
подібності ДБ

де Н — коефіцієнт спадковості (англ. heredity—
спадковість), ОБ—одно- і ДБ — двояйцеві близнята.

При Н, що дорівнює одиниці, ознака цілком визначається спадковим компо­нентом; при Н, що дорівнює нулю, виз­начальну роль відіграє вплив середо­вища. Коефіцієнт, який близький до 0,5, свідчить про приблизно однаковий вплив спадковості і середовища на формування ознаки.

Наведемо конкретний приклад. Кон-кордантність монозиготних близнят за шизофренією дорівнює 70 %, дизи-готних— ІЗ °/о. Тоді

H = 70-13
= 0.65, або 65%

100-13

Вплив середовища визначається фор­мулою С-ІОО % —Н. Тоді С-100% - 65 % = 35%. Отже, у наведеному ви­падку переважає вплив спадковості, але суттєву роль відіграють і умови середовища.

Інший приклад: група крові у моно­зиготних близнят співпадає у 100 % випадків, а у дизиготних — у 45%, тобто ця ознака повністю визначається генотипом.

На підставі даних табл. 7 видно, що для багатьох захворювань поряд із спадковим компонентом значну роль відіграють умови середовища, при яких відбувається реалізація генотипу у фе­нотипі.

Метод дерматогліфіки.

Дерматоглі­фіка (гр. derma—шкіра, qliphe—ма­лювати) —це вивчення рельєфу шкіри на пальцях, долонях і підошвах. На відміну від інших частин тіла тут є епідермальні виступи — гребені, які утворюють складні візерунки. Ще у давнину у Китаї і Індії звернули ува­гу на те, що візерунки на пальцях і долонях строго індивідуальні, і корис­тувалися відбитками пальців замість підписів. На землі немає людей з од­наковими малюнками на пальцях (крім монозиготних близнят). У 1892 р. Ф. Гальтон запропонував класифікацію цих візерунків, яка дозволила викорис­товувати метод для ідентифікац

ії осо­би у криміналістиці. Таким чином, ви­ділився один із розділів дерматогліфі­ки —дактилоскопія
(вивчення візерун­ків на подушечках пальців). Інші роз­діли дерматогліфіки — пальмоскопія
(малюнки на долонях) — плантоскопія
(вивчення дерматогліфіки підошв).

Дактилоскопія. Гребені на шкірі пальців рук відповідають сосоч­кам дерми (від лат. — сосо­чок), тому їх називають також папі­лярними лініями, рельєф цих виступів повторює шар епідермісу. Міжсосочкові заглибини утворюють борозенки. На поверхні гребенів відкриваються вивід­ні протоки потових залоз, а у товщині сполучнотканинного сосочка знахо­дяться чутливі нервові закінчення. По­верхня, яка вкрита гребінчастою шкі­рою, відрізняється високою дотиковою чутливістю.

Закладка візерунків відбу­вається між 10 і 19 тижнями внутрішньоутробного розвитку; у 20-тижневих плодів уже добре помітні форми візе­рунків розгалуження нервових воло­кон.

Повне формування деталей будови дотикових візерунків завершується до шести місяців, після чого вони зали­шаються незмінними до кінця життя. При пошкодженні шкіри (опік, відмо­рожування, травми) їх малюнок через деякий час повністю відновляється до деталей. Звичайно, відновлення мож­ливе до тих пір, доки пошкодження не пов'язане з глибокою травмою, яка тя­гне утворення рубців із щільної спо­лучної тканини.

Дерматогліфічні дослідження мають важливе значення у визначенні зиготності близнят, у діагностиці деяких спадкових хвороб, у судовій медицині, у криміналістиці для ідентифікації особи. Папілярні лінії на подушечках пальців звичайно вивчають на відбит­ках, які наносять на папір після зма­щування пальців друкарською фарбою. Детальне дослідження візерунків про­вадять за допомогою лупи. Папілярні лінії різних напрямків ніколи не пере­тинаються, але можуть у певних пунк­тах зближуватися, утворюючи трирадіуси, або дельти (за подібністю фігу­ри до грецької літери). На подушеч­ках пальців розрізняють лінії цент­рального візерунку і лінії рамки, які облямовують центральний візерунок. Не дивлячись на індивідуальну непов­торність візерунків, виділяють три основних типи їх: дуги А
(англ. аrch—дуга); петліL(англ. Lor —пет­ля) і завиткові візерунки W (англ. whorl — завиток). Дугові візерунки зу­стрічаються рідше решти (6%), у цьо­му візерунку є лише один напрям па­пілярних ліній. Починаючись з одного краю візерунку, лінії, піднімаючись до іншого, протилежного краю, утворю­ють дуговий, шатровий візерунок, ви­гин якого буває або крутим, або поло­гим. Петлеві візерунки найбільш поши­рені (близько 60%). Це замкнений з одного боку візерунок: гребені почи­наються також від краю візерунка, але, не доходячи до протилежного краю, згинаються у вигляді петлі і по­вертаються до того ж краю, від якого починались. Якщо петля відхиляється у бік променевої кістки, вона назива­ється радіальною, якщо у бік ліктьо­вої кістки—ульнарною (
Lr
, Lu
).

Завиткові візерунки займають серед­нє місце за поширеністю (34 %). Вони мають вигляд концентричних кіл, ова­лів, спіралей, знизу і зверху централь­на частина візерунка облямована дво­ма напрямками ліній. Завитки мають дві дельти. Типи пальцевих візерунків і їх запис приведені на мал. 5.5. На пальцях ніг є також три типи візерун­ків, але у іншому процентному співвід­ношенні (більший процент дуг). Так­тильні візерунки на підошві у людини редуковані у порівнянні з мавпами і займають меншу площу. Кількісним показником демотогліфіки є підрахунок гребенів (кількість папілярних ліній між дельтою і центром візерунка). У середньому на одному пальці буває 15-20 гребенів, на всіх десяти пальцях у чоловіків ця цифра дорівнює 144,98+- 51,08, а для жінок – 127,23+-52,21.

Біохімічні методи

використовуються для діагностики хвороб обміну речо­вин, причиною яких є зміни активності окремих ферментів. За допомогою біо­хімічних методів відкрито близько 5000 молекулярних хвороб, які є нас­лідком прояву мутантних генів. При різних типах захворювання вдається або визначити сам аномальний білок — фермент, або проміжні продукти обмі­ну. Ці методи дуже трудомісткі, вима­гають спеціального обладнання і тому не можуть бути використані для масо­вих популяційних досліджень з метою раннього виявлення хворих із спадко­вою патологією обміну.

Останніми роками у різних країнах розробляються і використовуються для масових досліджень спеціальні програ­ми. Перший етап такої програми поля­гає у тому, щоб серед великої кількос­ті обстежуваних виділити ймовірно хворих, які мають якесь спадкове від­хилення від норми. Така програма на­зивається просіюючою, або скринінг-програмою
(англ. sreening — просію­вання). Для цього етапу звичайно ви­користовується невелика кількість про­стих, доступних методик (експрес-ме­тодів). Експрес-методи грунтуються на простих якісних реакціях виявлення продуктів обміну у сечі, крові. На дру­гому етапі проводиться уточнення (під­твердження діагнозу або відхилення при хибно-позитивній реакції на пер­шому етапі). Для цього використову­ються точні хроматографічні методи визначення ферментів, амінокислот тощо.

Використовують також мікробіоло­гічні тести, які грунтуються на тому, що деякі штами бактерій ростуть тіль­ки на середовищах, які містять певні амінокислоти, вуглеводи. Вдалося от­римати штами за речовинами, які є субстратами або проміжними метабо­літами у хворих при порушенні обмі­ну. Якщо у крові або сечі є необхідна для росту речовина, то у чашці Петрі навколо фільтрувального паперу, про­соченого однією з цих рідин, спостері­гається активне розмноження мікро­бів, чого не буває у випадку аналізу у здорової людини. Розробляються різні варіанти мікробіологічних методів.

Популяційно-статистичний метод

до­зволяє вивчати поширення окремих генів у популяціях людей. Звичайно проводиться безпосереднє вибіркове дослідження частини популяції або вивчають архіви лікарень, пологових будинків, а також проводять опитуван­ня шляхом анкетування. Вибір спосо­бу залежить від мети дослідження. Останній етап полягає у статистично­му аналізі.

Одним з найбільш простих і універ­сальних методів є метод, запропонова­ний Г. Харді і В. Вайнбергом (див. гл. II). Є і ряд інших спеціальних мате­матичних методів. У результаті цього можна визначити частоту генів у різ­них групах населення, частоту гетеро­зиготних носіїв ряду спадкових анома­лій і хвороб.

Досліджувані популяції можуть роз­різнятися за біологічними ознаками, географічними умовами життя, еконо­мічним станом. Вивчення розповсюдженості генів на певних територіях по­казує, що їх можна розділити на такі категорії: 1) мають універсальну по­ширеність (до них відноситься біль­шість відомих генів); це рецесивні гени фенілкетонурії і деяких інших форм розумової відсталості, які зуст­річаються у гетерозиготному стані у І % населення Європи; ген дальтоніз­му, який проявляється у 7 % чоловіків і 0,5 % жінок, але у гетерозиготному стані цей ген мають ІЗ % жінок; 2) зу­стрічаються локально, переважно у певних районах; наприклад, ген серпо­подібно-клітинної анемії, який пошире­ний у країнах Африки і Середземномо­р'я; ген, що зумовлює природжений вивих стегна, має високу концентрацію у корінного населення північно-східної частини Євразії.

Популяційно-статистичний метод до­зволяє визначити генетичну структуру популяцій (співвідношення між часто­тою гомо- і гетерозигот). Нові можливості для проведення генетичного ана­лізу відкриває використання електрон­но-обчислювальної техніки. Знання ге­нетичного складу популяцій населення має велике значення для соціальної гі­гієни і профілактичної медицини.

Патогенетичний метод.

Принципи цитогенетичних досліджень сформува­лися на протязі 20—30-х років на кла­сичному об'єкті генетики — дрозофілі і деяких рослинах. Метод грунтується на мікроскопічному дослідженні хро­мосом.

Нормальний каріотип людини вклю­чає 46 хромосом, із них 22 пари ауто-сом і 2 статеві хромосоми. До 1956 р. кількість хромосом у людини не була точно встановлена, це вдалося шведсь­ким вченим Д. Тийо і А. Левану. На цей час у лабораторії успішно культи­вувалися клітини людини (клітини кі­сткового мозку, культури фібробластів або лейкоцитів периферичної крові, по­діл яких стимулювали фітогемаглюти-ніном). Використанням колхіцину зу­пиняли процес мітозу на стадії мета­фази, оскільки інактивувалися нитки мітотичного веретена; потім клітини оброблялися гіпотонічним розчином. У результаті набрякання і розривання клітинних мембран хромосоми виявля­лися вільними і віддаленими одна від одної (метафазні пластинки). Це дає можливість підраховувати їх і аналі­зувати. Найважливіше завдання поля­гає в умінні розрізняти індивідуальні хромосоми у даній метафазній плас­тинці. Безпосередньо, шляхом візуаль­ного спостереження під мікроскопом це зробити важко, тому звичайно роб­лять мікрофотографії, а потім вирі­зають окремі хромосоми і розташову­ють їх у порядку зменшення розмірів, тобто каріограми.

Для ідентифікації хромосом застосо­вують кількісний морфометричний ана­ліз. З цією метою проводять вимірю­вання довжини хромосоми у мікромет­рах. Визначають також співвідношен­ня довжини короткого плеча до довжи­ни всієї хромосоми (центромерний індекс).

У 1960 р. була розроблена перша Міжнародна класифікація хромосом людини (Денверська). У основу її бу­ли покладені особливості розмірів хро­мосоми і розташування первинної пе­ретяжки. Схематичне зображення ти­пів метафазних хромосом людини по­дано на мал. 5.7. За формою і загаль­ними розмірами всі хромосоми люди­ни поділяються на 7 груп, які позна­чають латинськими літерами А, В, С, О, Е, Р, О.
Всі хросоми мають поряд­кові номери. Найбільша пара гомоло­гічних хромосом має № 1, наступна — № 2 тощо (табл. 7). Найменші із хро­мосом людини—№ 21 і 22. Статеві хромосоми позначаються літерами — велика Х (група С) і маленька У (гру­па 0). В останній час розробляються напівавтоматичні системи для вимі­рювання і кількісного аналізу хро­мосом.

Проте ідентифікація хромосом тіль­ки за вказаними ознаками зустрічає великі труднощі. Фактично вдається хромосома, а у межах групи визна­чити її місце і номер часто не вдаєть­ся. Згодом положення Денверської кла­сифікації були розвинуті, доповнені новими критеріями і конкретизовані на наступних міжнародних конференціях, останньою із яких була Паризька IV конференція по стандартизації хро­мосом людини (1971). Були використа­ні принципово нові методичні прийоми. У 1968—1970 рр. були опубліковані ро­боти шведського генетика Касперссона, який застосовував для вивчення хромосом флуоресцентні барвники, зок­рема акрихін — іприт і його похідні. Наступне вивчення у люмінісцентному мікроскопі показало, що хромосоми не дають рівномірного світіння по дов­жині.

Однорідність хромосом, яку спосте­рігали при використанні звичайних ядерних барвників, не підтвердилась, у них виділяється кілька яскравих смуг, які співпадають з локалізацією структурного гетерохроматину. Крім великих, дуже флуоресціюючих діля­нок, кожна хромосома має диски, які чергуються. Цей малюнок світіння строго специфічний для кожної хромо­соми. Після видалення із хромосом ДНК вони втрачають майже повністю здатність до флуоресценції. При ви­вченні каріотипу багатьох видів ссавців з'ясувалось, що здатністю до акрихі-нової флуоресценції характеризуються хромосоми людини, горили і шимпанзе. У інтерфазних ядрах цим методом ви­являється У-хромосома, яка має вигляд зеленуватого тільця, яке яскраво сві­титься.

На сьогодні розроблено кілька ме­тодів виявлення структурної неоднорід­ності по довжині хромосом людини. Основу всіх методів складають дена­турації і ренатурації ДНК хромосом, які відбулися на препаратах. Якщо після денатурації ДНК (викликаної одним із факторів) згодом провести її ренатурацію — відновлення вихідної двониткової структури, а потім зафар­бувати хромосоми фарбою Гімзи, то у них виявиться чітке диференціювання на темно і світло зафарбовані смуги — диски. Послідовність розташування цих дисків, їхній малюнок строго спе­цифічний для кожної хромосоми. У ре­зультаті різних варіантів методу вда­ється виявити центромерний і біля-центромерний гетерохроматин (С-диски), диски, які розташовані вздовж хромосоми (власне Гімзи-диски, С-диски).

Значний вклад у вивчення хромосом зроблений російськими цитогенетика­ми О. О. Прокоф'євою-Бельговською, О. Ф. Захаровим. В Інституті медичної генетики АМН СРСР О. Ф. Захаровим був розроблений перспективний метод вивчення хромосом. В його основу по­кладено процес неодночасної репліка­ції хромосом: одні ділянки реплікують-ся раніше, у інших цей процес затри­мається і реплікація відбувається знач­но пізніше. Неодночасно іде процес спіралізації хромосом, які вступають у мітоз. Проте до того моменту, коли хромосоми вступають у метафазу, всти­гає завершитись процес вирівнювання цих відмінностей, і ступінь конденсації метафазних хромосом стає однаковим. Було показано, що можна затримати цей процес шляхом введення 5-бромде-зоксиуридину (5-БДУ), який є анало­гом тимідину— попередника ДНК. Як­що 5-БДУ вводити в кінці 5-періоду, то він включається у синтез ДНК; ті ділянки хромосом, де знаходиться ця речовина, залишаються мало зафарбо­ваними, бо була затримана спіраліза­ція. Інтенсивно зафарбовуються ділян­ки (Р-диски), у яких процес репліка­ції відбувся рано і вони встигли спіралізуватися. Розташування світлих і темних дисків при цьому методі проти­лежне тому, що спостерігається при С-фарбуванні.

Порівняльний аналіз різних методів фарбування показав, що один і той же диск може виділятися як світлий, не­зафарбований або темнозафарбований, але порядок розташування дисків іден­тичний при всіх методиках (О-, С-, О-,
Р-диски). Отже, не викликає сумніву, що їх розташування і послідовність мають закономірний характер, специ­фічний для кожної хромосоми (див. мал. 2,8). Природа цієї специфічної диференціації хромосом на диски ще повністю не з ясована, як і причини акрихінової флуоресценції ділянок хромосом. Припускають, що це пов'я­зано з наявністю у молекулі ДНК пов­торюваних блоків певної послідовності нуклеотидів або з особливостями зв'яз­ку ДНК з білками, що входять до складу хромосоми. З'ясування внут­рішньої структурної неоднорідності хромосом відіграло важливу роль у подальшому розвитку цитогенетики людини і покладено у основу міжна­родної номенклатури.

Якщо порушення виникають у стате­вих хромосом, то діагностика спрощу­ється. У цьому випадку проводиться не повне каріотипування, а застосо­вується метод дослідження статевого хроматину у соматичних клітинах.

Статевий хроматин—це не­велике дископодібне тільце, яке інтен­сивно фарбується гематоксиліном та іншими лужними барвниками. Воно виявляється у інтерфазних клітинних ядрах ссавців і людини, безпосередньо під ядерною мембраною. Статевий хроматин виявили вперше у 1949 р. М. Барр і Ч. Бертрам у нейронах кіш­ки; дослідники звернули увагу, що він є тільки у ядрах клітин самок і відсут­ній у самців.

Згодом було уточнено, що статевий хроматин є у більшості клітинних ядер самок (60—70 %), у самців його звичайно немає або зустрічається ду­же рідко (3—5 %). У клітинах чолові­ків іноді можна бачити дуже невелику кількість несправжніх тілець статевого хроматину—це конденсовані ділянки аутосом і спіралізовані У-хромосоми. Вони значно менші від X-хроматину і відрізняються за формою, розташуван­ням і кількістю. Статевий хроматин являє собою спіралізовану X-хромосо­му, яка у жінок інактивується ще у ранньому ембріогенезі до розвитку статевих залоз. Інактивацією однієї з X-хромосом вирівнюється баланс генів статевих хромосом у клітинах організ­мів чоловічої і жіночої статі.

Статевий хроматин можна визначи­ти у будь-яких тканинах. Частіше всьо­го досліджуються епітеліальні клітини слизової оболонки щоки (буккальний зскрібок). Це особливо зручно при ма­сових дослідженнях.

У каріотипі нормальної жінки є дві X-хромосоми, і одна із них утворює тільце статевого хроматину. Кількість тілець статевого хроматину у людини та інших ссавців на одиницю менша, ніж число Х-хромосом у даної особини. У жінок, які мають каріотип ХО
(мо-носомія-^, синдром Шерешевського — Тернера), ядра клітин не мають стате­вого хроматину. При синдромі трисомії -X
у жінки утворюються два тільця, у чоловіка з каріотипом 47(ХХУ)
—
є одне тільце (як у нормальних жінок).

Статевий хроматин можна визначи­ти і на мазках крові, у ядрах нейтрофі-лоцитів; вони мають характерний виг­ляд барабанних паличок, які відходять від складно-дольчастого ядра цих лей­коцитів. У нормі у жінок ці структури виявляються у 3—7 % нейтрофілоцитів, у чоловіків вони взагалі відсутні. Де­які автори вважають, що цей метод більш достовірний, ніж буккальний зскрібок, але внаслідок великої трудо­місткості він використовується тільки при спеціальних дослідженнях.

Визначення статевого хроматину ви­користовують і у судовій медицині, ко­ли необхідно за плямами крові встано­вити статеву належність, при аналізі, коли необхідно встановити, чоловікові чи жінці належить знайдена частина трупа, навіть через тривалий термін після смерті.

При трансплантації тканин тільце статевого хроматину є своєрідною міт­кою (якщо донор і реципієнт різної статі). Аналіз дає можливість прослід­кувати приживання чи розсмоктування трансплантату.

Виявлення Y-хроматину впроваджу­ється у практику медико-генетичних консультацій.

Мутації та їхні прояви у фенотипі людини. Поняття про спадкові хвороби.

У людини, як і у інших хромосомні хвороби,
а захворювання, які зв'язані з мутаціями на молекуляр­ному рівні, називають генними хворо­бами.

Успадкування резус-фактора.
У макак-резус із еритроцитів у 1940 р. виділено антиген, який назвали резус-фактором (Rh-фактор). Згодом він був знайдений і у людей. Близько 85 % європейців його мають, тобто є резус-позитивними (Rh+),
а у 15% резус-негативних (Rh-)
він відсутній.

У нормі в осіб з резус-негативною кров'ю не виробляються антитіла до резус-фактора, але вони почнуть вироблятися у результаті переливан­ня резус-позитивної крові як захис­на реакція проти чужорідного анти­гена.

Успадкування резус-фактора зумов­лене трьома парами генів —С, D, К,
які тісно зчеплені між собою, тому практично успадкування його частіше всього імітує моногенне успадкування.

Резус-позитивний фактор зумовле­ний домінантними генами. При шлюбі жінки з резус-негативною кров'ю і чо­ловіка з наявністю резус-фактора за умови гомозиготності батька всі діти будуть резус-позитивними, а при гетерозиготності буде спостерігатися роз­щеплення у відношенні 1 : 1.

Якщо у жінки з резус-негативною кров'ю дитина, що народиться, успад­кує резус-фактор, перша вагітність може завершитись цілком нормаль­но. Але при цьому у кров'яному руслі матері утворюються антитіла до Rh+-фактора. При наступній вагітнос­ті ці антитіла проникають у кров пло­да і викликають руйнування еритро­цитів, які мають антиген Rh+. З
кож­ною наступною вагітністю, несуміс­ною за антигенами, кількість антитіл до Rh+-фактора у тілі матері зростає (мал. 5.11 і 5.12). Іноді гинуть недо­ношені ембріони, спостерігається мертвонародження. У зв'язку з проникан­ням у кров'яне русло дитини антитіл у неї розвивається гемолітична хворо­ба, що призводить до руйнування ери­троцитів. Врятувати новонароджено­го може тільки термінове переливан­ня крові з повною її заміною.

Із сказаного також має бути зрозу­мілим, що для переливання крові не­обхідно досліджувати її на Rh-фактор. Переливання несумісної за цим фактором крові дівчатам і жінкам зо­всім недопустиме, бо може викликати безпліддя.