За генетичните изследвания човек е неудобен обект, тъй като в човек: експерименталното кръстосване е невъзможно; голям брой хромозоми; пубертетът идва късно; малък брой потомци във всяко семейство; изравняване на условията на живот за потомството е невъзможно.

В човешката генетика се използват редица изследователски методи.

генеалогичен метод

Използването на този метод е възможно в случай, когато са известни преки роднини - предците на собственика на наследствената черта ( пробанд) по майчина и бащина линия в редица поколения или потомците на пробанда също в няколко поколения. При съставянето на родословия в генетиката се използва определена система за нотация. След съставяне на родословието се извършва неговият анализ, за ​​да се установи естеството на унаследяването на изследваната черта.

Конвенции, приети при изготвянето на родословия:
1 - мъж; 2 - жена; 3 - не е ясен полът; 4 - собственикът на изследваната черта; 5 - хетерозиготен носител на изследвания рецесивен ген; 6 - брак; 7 - брак на мъж с две жени; 8 - свързан брак; 9 - родители, деца и ред на тяхното раждане; 10 - дизиготни близнаци; 11 - монозиготни близнаци.

Благодарение на генеалогичния метод са определени видовете унаследяване на много черти при хората. По този начин, полидактилия (увеличен брой пръсти), способност за навиване на езика в тръба, брахидактилия (къси пръсти поради липса на две фаланги на пръстите), лунички, ранно оплешивяване, слети пръсти, цепнатина на устната, цепнатина на небцето , катаракта на очите, се наследяват според автозомно доминантния тип.чупливост на костите и много други. Албинизъм, червена коса, предразположеност към полиомиелит, захарен диабет, вродена глухота и други черти се унаследяват като автозомно рецесивни.

Доминиращата черта е способността да се навива езика в тръба (1), а неговият рецесивен алел е липсата на тази способност (2).
3 - родословие за полидактилия (автозомно доминантно наследяване).

Редица белези се унаследяват, свързани с пола: Х-свързано унаследяване - хемофилия, далтонизъм; Y-свързани - хипертрихоза на ръба на ушната мида, ципести пръсти. Има редица гени, разположени в хомоложни области на X и Y хромозомите, като обща цветна слепота.

Използването на генеалогичния метод показа, че в свързан брак, в сравнение с несвързан, вероятността от деформации, мъртвородени и ранна смъртност на потомството се увеличава значително. В свързаните бракове рецесивните гени често преминават в хомозиготно състояние, в резултат на което се развиват определени аномалии. Пример за това е наследяването на хемофилия в кралските домове на Европа.

- хемофилна; - жена превозвач

метод на близнаци

1 - монозиготни близнаци; 2 - дизиготни близнаци.

Децата, родени по едно и също време, се наричат ​​близнаци. Те са монозиготни(идентично) и дизиготни(пъстра).

Монозиготните близнаци се развиват от една зигота (1), която е разделена на две (или повече) части по време на етапа на смачкване. Следователно такива близнаци са генетично идентични и винаги от един и същи пол. Монозиготните близнаци се характеризират с висока степен на сходство ( съгласуваност) по много начини.

Дизиготните близнаци се развиват от две или повече яйцеклетки, които едновременно са овулирани и оплодени от различни сперматозоиди (2). Следователно те имат различни генотипове и могат да бъдат както от същия, така и от различен пол. За разлика от монозиготните близнаци, дизиготните близнаци се характеризират с несъответствие - несходство в много отношения. Данните за конкордантността на близнаците за някои признаци са дадени в таблицата.

знаци	Конкордантност, %
	Монозиготни близнаци	дизиготни близнаци
Нормално
Кръвна група (AB0)	100	46
Цвят на очите	99,5	28
Цвят на косата	97	23
Патологичен
Клубно стъпало	32	3
"заешка устна"	33	5
Бронхиална астма	19	4,8
Дребна шарка	98	94
туберкулоза	37	15
епилепсия	67	3
шизофрения	70	13

Както се вижда от таблицата, степента на съгласуване на монозиготните близнаци за всички горепосочени характеристики е значително по-висока от тази на дизиготните близнаци, но не е абсолютна. По правило разминаването на монозиготните близнаци възниква в резултат на нарушения на вътрематочното развитие на един от тях или под влияние на външната среда, ако е била различна.

Благодарение на метода на близнаците беше изяснена наследствената предразположеност на човек към редица заболявания: шизофрения, епилепсия, захарен диабет и др.

Наблюденията върху монозиготни близнаци предоставят материал за изясняване на ролята на наследствеността и околната среда в развитието на черти. Освен това външната среда се разбира не само като физически фактори на средата, но и като социални условия.

Цитогенетичен метод

Въз основа на изследването на човешки хромозоми в нормални и патологични състояния. Обикновено човешкият кариотип включва 46 хромозоми - 22 двойки автозоми и две полови хромозоми. Използването на този метод направи възможно идентифицирането на група заболявания, свързани или с промяна в броя на хромозомите, или с промени в тяхната структура. Такива заболявания се наричат хромозомни.

Кръвните лимфоцити са най-често срещаният материал за кариотипен анализ. При възрастни се взема кръв от вена, при новородени - от пръст, ушна мида или пета. Лимфоцитите се култивират в специална хранителна среда, която по-специално съдържа вещества, които „принуждават“ лимфоцитите да се делят интензивно чрез митоза. След известно време към клетъчната култура се добавя колхицин. Колхицинът спира митозата на ниво метафаза. Именно по време на метафазата хромозомите са най-кондензирани. След това клетките се прехвърлят върху предметни стъкла, изсушават се и се оцветяват с различни багрила. Оцветяването може да бъде а) рутинно (хромозомите оцветяват равномерно), б) диференциално (хромозомите придобиват напречно набраздяване, като всяка хромозома има индивидуален модел). Рутинното оцветяване ви позволява да идентифицирате геномни мутации, да определите принадлежността към групата на хромозомата и да разберете в коя група се е променил броят на хромозомите. Диференциалното оцветяване ви позволява да идентифицирате хромозомни мутации, да определите номера на хромозомата, да разберете вида на хромозомната мутация.

В случаите, когато е необходимо да се проведе кариотипен анализ на плода, за култивиране се вземат клетки от амниотичната (амниотичната) течност - смес от фибробластоподобни и епителни клетки.

Хромозомните заболявания включват: синдром на Клайнфелтер, синдром на Търнър-Шерешевски, синдром на Даун, синдром на Патау, синдром на Едуардс и други.

Пациентите със синдром на Клайнфелтер (47, XXY) винаги са мъже. Характеризират се с недоразвитие на половите жлези, дегенерация на семенните каналчета, често умствена изостаналост, висок растеж (поради непропорционално дълги крака).

Синдромът на Търнър-Шерешевски (45, X0) се наблюдава при жени. Проявява се в забавяне на пубертета, недоразвитие на половите жлези, аменорея (липса на менструация), безплодие. Жените със синдром на Търнър-Шерешевски са малки на ръст, тялото е непропорционално - горната част на тялото е по-развита, раменете са широки, тазът е тесен - долните крайници са скъсени, шията е къса с гънки, "монголоид" разрез на очите и редица други признаци.

Синдромът на Даун е едно от най-честите хромозомни заболявания. Развива се в резултат на тризомия на хромозома 21 (47; 21, 21, 21). Болестта се диагностицира лесно, тъй като има редица характерни особености: скъсени крайници, малък череп, плосък широк нос, тесни палпебрални пукнатини с наклонен разрез, наличие на гънка на горния клепач и умствена изостаналост. Често се наблюдават нарушения на структурата на вътрешните органи.

Хромозомните заболявания също възникват в резултат на промени в самите хромозоми. Да, изтриване Р-рамка на автозома номер 5 води до развитие на синдрома на "котешкия вик". При деца с този синдром структурата на ларинкса е нарушена и в ранна детска възраст те имат вид „мяукащ“ гласов тембър. Освен това има забавяне на психомоторното развитие и деменция.

Най-често хромозомните заболявания са резултат от мутации, възникнали в зародишните клетки на един от родителите.

Биохимичен метод

Позволява ви да откриете метаболитни нарушения, причинени от промени в гените и в резултат на това промени в активността на различни ензими. Наследствените метаболитни заболявания се разделят на заболявания на въглехидратния метаболизъм (захарен диабет), обмяната на аминокиселини, липиди, минерали и др.

Фенилкетонурия се отнася до заболявания на метаболизма на аминокиселините. Превръщането на есенциалната аминокиселина фенилаланин в тирозин е блокирано, докато фенилаланинът се превръща във фенилпирувинова киселина, която се екскретира с урината. Заболяването води до бързо развитие на деменция при децата. Ранната диагноза и диетата могат да спрат развитието на заболяването.

Популационно-статистически метод

Това е метод за изследване на разпространението на наследствени белези (наследствени заболявания) в популациите. Съществен момент при използването на този метод е статистическата обработка на получените данни. Под населениеразбират съвкупността от индивиди от един и същи вид, които живеят на определена територия дълго време, свободно се кръстосват помежду си, имат общ произход, определена генетична структура и в една или друга степен са изолирани от други такива популации от индивиди от даден вид. Популацията е не само форма на съществуване на даден вид, но и еволюционна единица, тъй като микроеволюционните процеси, които кулминират при формирането на вид, се основават на генетични трансформации в популациите.

Изучаването на генетичната структура на популациите се занимава със специален раздел на генетиката - популационна генетика. При хората се разграничават три типа популации: 1) панмиктични, 2) деми, 3) изолати, които се различават един от друг по брой, честота на вътрешногрупови бракове, дял на имигрантите и прираст на населението. Населението на голям град съответства на панмиктичното население. Генетичните характеристики на всяка популация включват следните показатели: 1) генофонд(съвкупността от генотипове на всички индивиди от една популация), 2) честоти на гените, 3) честоти на генотипите, 4) честоти на фенотипа, брачна система, 5) фактори, които променят генните честоти.

За определяне на честотата на поява на определени гени и генотипове, Закон на Харди-Уайнберг.

Закон Харди-Вайнберг

В идеалната популация от поколение на поколение се запазва строго определено съотношение на честотите на доминантни и рецесивни гени (1), както и съотношението на честотите на генотипните класове индивиди (2).

стр + q = 1, (1)
Р 2 + 2pq + q 2 = 1, (2)

където стр— честота на поява на доминантния ген А; q- честотата на поява на рецесивния ген а; Р 2 - честотата на поява на хомозиготи за доминантната АА; 2 pq- честота на поява на Аа хетерозиготи; q 2 - честотата на поява на хомозиготи за рецесивната аа.

Идеалната популация е достатъчно голяма, панмиктична (панмиксия - свободно кръстосване) популация, в която няма мутационен процес, естествен подбор и други фактори, които нарушават баланса на гените. Ясно е, че идеални популации не съществуват в природата; в реалните популации законът на Харди-Вайнберг се използва с изменения.

Законът на Харди-Вайнберг, по-специално, се използва за грубо преброяване на носителите на рецесивни гени за наследствени заболявания. Например, известно е, че фенилкетонурия се проявява в съотношение 1:10 000 в дадена популация. Фенилкетонурията се наследява по автозомно рецесивен начин, следователно пациентите с фенилкетонурия имат генотип аа, т.е. q 2 = 0,0001. Оттук: q = 0,01; стр= 1 - 0,01 = 0,99. Носителите на рецесивния ген имат генотип Аа, тоест те са хетерозиготи. Честотата на поява на хетерозиготи (2 pq) е 2 0,99 0,01 ≈ 0,02. Заключение: в тази популация около 2% от населението са носители на гена на фенилкетонурия. В същото време можете да изчислите честотата на поява на хомозиготи за доминанта (AA): стр 2 = 0,992, малко под 98%.

Промяната в баланса на генотипите и алелите в панмиктична популация настъпва под влияние на постоянно действащи фактори, които включват: мутационен процес, популационни вълни, изолация, естествен подбор, генен дрейф, емиграция, имиграция, инбридинг. Благодарение на тези явления възниква елементарен еволюционен феномен - промяна в генетичния състав на популацията, което е начален етап от процеса на видообразуване.

Човешката генетика е един от най-интензивно развиващите се клонове на науката. Тя е теоретичната основа на медицината, разкрива биологичната основа на наследствените заболявания. Познаването на генетичната природа на заболяванията ви позволява да поставите точна диагноза навреме и да проведете необходимото лечение.

Отидете на лекции №21"Променливост"

1. Генеалогичен

Генеалогичният метод се състои в анализа на родословията и ви позволява да определите вида на наследството (доминантно
рецесивен, автозомен или свързан с пола) признак, както и неговата моногенност или полигенност. Въз основа на получената информация се прогнозира вероятността за проява на изследваната черта в потомството, което е от голямо значение за превенцията на наследствени заболявания.

Като метод за изучаване на човешката генетика, генеалогичният метод започва да се използва едва от началото на 20-ти век, когато става ясно, че анализът на родословията, при който предаването на някаква черта (болест) от поколение на поколение може да бъде заменено чрез хибридологичния метод, който всъщност е неприложим за хората.

При съставяне на родословия източник е лице - пробанд, чието родословие се изучава. Обикновено това е или пациент, или носител на определена черта, чието наследство трябва да се проучи.

Пробанд - лицето, от което започва съставянето на родословие по време на генеалогичен анализ.

Sibs - едно от децата, родени от същите родители, по отношение на други деца (например брат или сестра).

2. Близнаци

Този метод се състои в изследване на моделите на унаследяване на черти при двойки еднояйчни и дизиготни близнаци. Той е предложен през 1875 г. от Галтън първоначално, за да се оцени ролята на наследствеността и околната среда в развитието на психичните свойства на човека. Понастоящем този метод се използва широко при изследване на наследствеността и вариабилността при хората, за да се определи относителната роля на наследствеността и околната среда при формирането на различни признаци, както нормални, така и патологични. Позволява ви да идентифицирате наследствения характер на чертата, да определите проникването на алела, да оцените ефективността на действието върху тялото на някои външни фактори (лекарства, обучение, образование).

Същността на метода е да сравни проявлението на дадена черта в различни групи близнаци, като се вземе предвид приликата или разликата в техните генотипове. Монозиготни близнаци , развиващи се от една оплодена яйцеклетка, са генетично идентични, тъй като имат 100% от общите гени. Следователно сред монозиготните близнаци има висок процент на конкордантни пара,при които чертата се развива и при двамата близнаци. Сравнението на монозиготни близнаци, отглеждани в различни условия на постембрионалния период, дава възможност да се идентифицират признаци, при формирането на които факторите на околната среда играят значителна роля. Според тези признаци се наблюдава разминаване между близнаците, т.е. разлики. Напротив, запазването на приликата между близнаците, въпреки различията в условията на тяхното съществуване, показва наследствената обусловеност на чертата.

3. Популационно-статистически

С помощта на популационно-статистическия метод се изследват наследствените белези в големи популационни групи, в едно или няколко поколения. Съществен момент при използването на този метод е статистическата обработка на получените данни. С помощта на този метод е възможно да се изчисли честотата на поява в популация на различни алели на даден ген и различни генотипове за тези алели, да се установи разпределението на различни наследствени черти в него, включително заболявания. Позволява изследване на мутационния процес, ролята на наследствеността и околната среда при формирането на човешкия фенотипен полиморфизъм според нормалните признаци, както и при възникването на заболявания, особено с наследствена предразположеност. Този метод се използва и за изясняване на значението на генетичните фактори в антропогенезата, по-специално в расовото формиране.

4. Дерматоглифични

През 1892г F. Galton, като един от методите за изучаване на човек, предложи метод за изследване на моделите на кожния гребен на пръстите и дланите, както и флексионните палмарни канали. Той установи, че тези закономерности са индивидуална характеристика на човек и не се променят през целия живот. В момента е установена наследствената обусловеност на кожните модели, въпреки че природата на унаследяването не е напълно изяснена. Вероятно чертата се наследява според полигенният тип.. Дерматоглифичните изследвания са важни при идентифицирането на близнаци. Изследването на хора с хромозомни заболявания разкрива при тях специфични промени не само в моделите на пръстите и дланите, но и в естеството на основните флексорни канали по кожата на дланите. По-малко проучени са дерматоглифните промени в генните заболявания.По принцип тези методи на човешката генетика се използват за установяване на бащинство.

Изследване на отпечатъци от модела на кожата на дланите и стъпалата. При съществуващите индивидуални различия в пръстовите отпечатъци, поради особеностите на развитието на индивида, съществуват няколко основни класа от тях. При редица наследствено-дегенеративни заболявания на нервната система са отбелязани особени промени в пръстовите отпечатъци и шарките на дланите. Характерно за болестта на Даун е маймунската (четирипръста) гънка, която е линия, която преминава през цялата длан в напречна посока. В момента методът се използва основно в съдебната медицина.

5. Биохимичен

Наследствените заболявания, причинени от генни мутации, които променят структурата или скоростта на протеиновия синтез, обикновено са придружени от нарушение на въглехидратния, протеиновия, липидния и други видове метаболизъм. Наследствените метаболитни дефекти могат да бъдат диагностицирани чрез определяне на структурата на променения протеин или неговото количество, идентифициране на дефектни ензими или откриване на метаболитни междинни продукти в извънклетъчните телесни течности (кръв, урина, пот и др.). Например, анализът на аминокиселинните последователности на мутирали хемоглобинови протеинови вериги направи възможно идентифицирането на няколко наследствени дефекта, лежащи в основата на редица заболявания, ? хемоглобиноза. И така, при сърповидно-клетъчна анемия при хора, анормален хемоглобин поради мутация се различава от нормалния, като се заменя само една аминокиселина (глутаминова киселина с валин).
В здравната практика, освен идентифициране на хомозиготни носители на мутантни гени, съществуват методи за откриване на хетерозиготни носители на определени рецесивни гени, което е особено важно при медико-генетичното консултиране. И така, при фенотипно нормални хетерозиготи за фенилкетонурия (рецесивен мутантен ген; при хомозиготите метаболизмът на аминокиселината фенилаланин е нарушен, което води до умствена изостаналост), след прием на фенилаланин се открива повишеното му съдържание в кръвта. При хемофилия хетерозиготното носителство на мутантния ген може да се установи чрез определяне на активността на ензима, променен в резултат на мутацията.

6. Цитогенетичен

Цитогенетичният метод се използва за изследване на нормалния човешки кариотип, както и за диагностика на наследствени заболявания, свързани с геномни и хромозомни мутации. Освен това този метод се използва при изследване на мутагенното действие на различни химикали, пестициди, инсектициди, лекарства и др.
По време на клетъчното делене на етап метафаза, хромозомите имат по-ясна структура и са достъпни за изследване. Човешкият диплоиден набор се състои от 46 хромозоми: 22 двойки автозоми и една двойка полови хромозоми (XX за жени, XY за мъже). Обикновено се изследват левкоцити от периферната кръв на човека, които се поставят в специална хранителна среда, където се разделят. След това се приготвят препарати и се анализира броят и структурата на хромозомите. Разработването на специални методи за оцветяване значително опрости разпознаването на всички човешки хромозоми и в комбинация с генеалогичния метод и методите на клетъчното и генното инженерство направи възможно корелирането на гените със специфични области на хромозомите. Комплексното приложение на тези методи е в основата на картографирането на човешки хромозоми. Цитологичен контрол е необходим за диагностициране на хромозомни заболявания, свързани с ансуплоидия и хромозомни мутации. Най-честите са болестта на Даун (тризомия на 21-ва хромозома), синдром на Клайнфелтер (47 XXY), синдром на Шершевски? Търнър (45 XO) и др. Дали загубата на сегмент от една от хомоложните хромозоми на 21-ва двойка води до заболяване на кръвта? хронична миелоидна левкемия.
Цитологичните изследвания на интерфазните ядра на соматичните клетки могат да разкрият така нареченото тяло на Бари или полов хроматин. Оказа се, че половият хроматин обикновено присъства при жените и липсва при мъжете. Това е резултат от хетерохроматизация на една от двете Х хромозоми при жените. Познавайки тази характеристика, е възможно да се идентифицира пол и да се идентифицира анормален брой Х хромозоми.
Откриването на много наследствени заболявания е възможно още преди раждането на дете. Методът за пренатална диагностика се състои в получаване на околоплодна течност, където се намират клетките на плода, и в последващо биохимично и цитологично определяне на възможни наследствени аномалии. Това ви позволява да поставите диагноза в ранните етапи на бременността и да решите дали да продължите или да я прекратите.

7.Хибридизация на соматични клетки

С помощта на тези методи се изследва наследствеността и вариабилността на соматичните клетки, което компенсира невъзможността за прилагане на хибридологичен анализ върху човек. Тези методи, базирани на възпроизвеждането на тези клетки в изкуствени условия, анализират генетичните процеси в отделните клетки на тялото и поради полезността на генетичния материал ги използват за изследване на генетичните модели на целия организъм.

Хибридните клетки, съдържащи 2 пълни генома, по време на деленето обикновено „губят“ хромозоми, за предпочитане от един от видовете. По този начин е възможно да се получат клетки с желания набор от хромозоми, което прави възможно изследването на връзката на гените и тяхната локализация в определени хромозоми.
Благодарение на методите на генетиката на соматичните клетки е възможно да се изследват механизмите на първичното действие и взаимодействието на гените, регулирането на генната активност. Развитието на тези методи определи възможността за точна диагностика на наследствени заболявания в пренаталния период.

8. Метод на симулация

Той изучава човешки заболявания върху животни, които могат да страдат от тези заболявания. Той се основава на закона на Вавилов за хомоложната серия от наследствена вариабилност, например, свързаната с пола хемофилия може да бъде изследвана при кучета, епилепсия при зайци, захарен диабет, мускулна дистрофия при плъхове, цепнатина на устната и небцето при мишки
Моделите в биологията се използват за моделиране на биологични структури, функции и процеси на различни нива на организация на живите: молекулярно, субклетъчно, клетъчно, органно-системно, органично и популационно-биоценотично. Възможно е също така да се моделират различни биологични явления, както и условията на живот на индивиди, популации и екосистеми.
В биологията се използват основно три вида модели: биологични, физико-химични и математически (логико-математически). Биологичните модели възпроизвеждат определени състояния или заболявания, които се срещат при хора или животни при лабораторни животни. Това дава възможност да се изследват в експеримента механизмите на възникване на дадено състояние или заболяване, неговият ход и изход и да се повлияе на протичането му. Примери за такива модели са изкуствено предизвикани генетични нарушения, инфекциозни процеси, интоксикация, възпроизвеждане на хипертонични и хипоксични състояния, злокачествени новообразувания, хиперфункция или хипофункция на определени органи, както и неврози и емоционални състояния. За създаване на биологичен модел, различни методи за въздействие върху генетичния апарат, инфекция с микроби, въвеждане на токсини, отстраняване на отделни органи или въвеждане на техните метаболитни продукти (например хормони), различни ефекти върху централната и периферната нервна система система, изключването на определени вещества от храната, поставянето в изкуствено създадено местообитание и много други начини. Биологичните модели се използват широко в генетиката, физиологията и фармакологията.

9.Имуногенетичен

Имунологичният (серологичен) метод включва изследване на кръвен серум, както и други биологични субстрати за откриване на антитела и антигени.
Има серологични реакции и имунологични методи, използващи физични и химични етикети. Серологичните реакции се основават на взаимодействието на антитела с антигени и регистриране на съпътстващи явления (аглутинация, преципитация, лизис). При имунологичните методи се използват физични и химични етикети, които се включват в образувания комплекс антиген-антитяло, позволявайки да се регистрира образуването на този комплекс.
Класическата серодиагностика се основава на определяне на антитела срещу идентифициран или предполагаем патоген. Положителният резултат от реакцията показва наличието в кръвния серум на теста на антитела към антигените на патогена, отрицателният резултат показва липсата на такива.
Серологичните реакции са полуколичествени и позволяват да се определи титърът на антителата, т.е. максималното разреждане на тестовия серум, при което все още се наблюдава положителен резултат.
Откриването на антитела към причинителя на редица инфекциозни заболявания в изследвания кръвен серум не е достатъчно, за да се постави диагноза, тъй като може да отразява наличието на постваксинационен или пост-ваксинален имунитет. Ето защо се изследват сдвоени серуми - взети в първите дни на заболяването и след 7-10 дни. В този случай се оценява повишаването на титъра на антителата. Диагностично значимото увеличение на титъра на антителата в изследвания кръвен серум спрямо първоначалното ниво е 4 пъти или повече. Това явление се нарича сероконверсия.
При екзотични инфекциозни заболявания, както и при хепатит, HIV инфекция и някои други заболявания, самият факт на откриване на антитела показва, че пациентът е заразен и има диагностична стойност.

раздели: Биология

Цели на урока:

• Да разшири и задълбочи знанията на учениците по темата - особености на изучаването на човешката генетика,
• Да формират знания за основните методи за изследване на човешката наследственост; да научи да определя основните видове унаследяване при хората.
• Покажете значението на генетичните знания за съвременния човек; ролята на мутагените и появата на мутации при хората.

Оборудване: таблици по обща биология, презентация „Генетика на човека. Методи за изследване на човешката наследственост ", на таблиците на учебните таблици" Примери за родословия, "Наследяване на различни черти при хората"

ПО ВРЕМЕ НА УРОКИТЕ

1. Организационен момент

2. Встъпително слово на учителя. Актуализация на знанията

Човешката генетика изучава явленията на наследствеността и изменчивостта в човешките популации, особеностите на унаследяването на черти в нормата и техните промени под влияние на условията на околната среда. Целта на медицинската генетика е да разработи методи за диагностициране, лечение и превенция на човешката наследствена патология.

3. Усвояване на нов материал

Целите на човешката генетика са:

• определяне на пълната нуклеотидна последователност на ДНК на човешкия геном, локализация на гените и създаване на тяхната банка;
• ранна диагностика на наследствена патология чрез усъвършенстване на методите за пренатална и експресна диагностика;
• широко въвеждане на медицинско генетично консултиране;
• разработване на методи за генна терапия на наследствени заболявания на базата на генно инженерство;
• идентифициране на генетично опасни фактори на околната среда и разработване на методи за тяхното неутрализиране.

Човекът като специфичен обект на генетиката

Изучаването на човешката генетика е свързано с големи трудности:

• сложен кариотип - много хромозоми и групи за свързване;
• късен пубертет и рядка смяна на поколенията;
• малък брой потомци;
• невъзможност за експериментиране
• невъзможността за създаване на същите условия на живот.

Въпреки тези трудности, човешката генетика в момента е по-добре проучена от генетиката на много други организми (например бозайници) поради нуждите на медицината и разнообразието от съвременни методи на изследване.
По време на урока учениците трябва да попълнят таблицата:

Маса 1.Методи за изследване на човешката наследственост

метод	неговата същност и смисъл

Методи за изследване на човешката генетика

Автор на много методи за изследване на човешката генетика е Ф. Галтън
сър Франсис Галтън(инж. Франсис Галтън; 16 февруари 1822 – 17 януари 1911) – английски изследовател, географ, антрополог и психолог; основател на диференциалната психология и психометриката. Роден в Бирмингам, Англия.
Галтъне братовчед на дядото на Чарлз Дарвин, Еразъм Дарвин.

А. Генеалогичен метод

Най-старият метод на човешката генетика е генеалогичният анализ или методът за анализ на родословията. Същността на метода е съставянето на родословие и последващият му анализ. Той е въведен през 1865 г. Ф. Галтън.
Анализът на родословието се използва за идентифициране на доминантни, полу-доминантни и рецесивни черти, за картографиране на хромозоми (т.е. за установяване дали генът, кодиращ даден признак, принадлежи към специфична група на свързване, връзка с X или Y хромозоми), за изследване на процеса на мутация (особено в случаите, когато е необходимо да се разграничат нововъзникналите мутации от тези, които са фамилни, т.е. произхождащи от предишни поколения).
Полидактилия (увеличен брой пръсти), лунички, ранно оплешивяване, слети пръсти, очна катаракта, чупливи кости и много други се наследяват по автозомно доминантен начин.
Албинизъм, червена коса, предразположеност към полиомиелит, захарен диабет, вродена глухота се унаследяват по автозомно рецесивен начин.
Редица белези са наследствени, свързани с пола: Х-свързано унаследяване – хемофилия, цветна слепота; Y-свързани - хипертрихоза (повишена окосмяване на ушната мида), мембрани между пръстите.
Генеалогичният метод се използва широко за решаване както на научни, така и на приложни проблеми. Позволява ви да идентифицирате наследствената природа на чертата и да определите вида на наследството.Генеалогичният метод е в основата на медицинско генетично консултиране.

Студентите са поканени да решат задачата: да определят вида на наследството според родословието

Задача 1.В родословието на семейството има признак - "сив кичур коса", който се унаследява като доминиращ (фиг. 1).Определете генотипите на първоначалните родители. Какви потомци се очакват от брака на братовчеди и братя а) 1 и 5; б) 2 и 6?.

Б. Метод на близнаци

Този метод за изучаване на човешката генетика също е въведен в медицинската практика от Ф. Галтън през 1876г. Тя дава възможност да се определи приноса на генетични (наследствени) и фактори на околната среда (климат, хранене, образование, възпитание и др.) в развитието на специфични признаци или заболявания при хората.
Известно е, че при хората има две категории близнаци. В някои случаи се оплодява не едно яйце, а две. В този случай се раждат деца от същия или различен пол, подобни помежду си като братя и сестри, които не са близнаци. Но понякога едно яйце поражда два (три, четири) ембриона. Тогава се получават еднояйчни близнаци, които винаги принадлежат към един и същи пол и показват поразителна прилика един с друг. Това е разбираемо, тъй като те имат един и същ генотип, а разликите между тях се дължат единствено на влиянието на околната среда върху развитието на физическите и психическите свойства на човек.

Б. Биохимичен метод

За първи път биохимичните методи започват да се използват за диагностика на генни заболявания още в началото на 20 век. През последните 30 години те са били широко използвани в търсенето на нови форми на мутантни алели. С тяхна помощ са описани повече от 1000 вродени метаболитни заболявания. За много от тях
е идентифициран дефект в първичния генен продукт. Най-честите сред такива заболявания са заболяванията, свързани с дефектни ензими, структурни, транспортни или други протеини.
Едно от най-честите заболявания на въглехидратния метаболизъм е захарният диабет. Това заболяване е свързано с дефицит на хормона инсулин, което води до нарушаване на образуването на гликоген и повишаване на нивата на кръвната захар.
Фенилкетонурия се отнася до заболявания на метаболизма на аминокиселините. В същото време се блокира превръщането на есенциалната аминокиселина фенилаланин в тирозин и фенилаланинът се превръща във фенилпирувинова киселина, която се екскретира с урината. Заболяването води до бързо развитие на деменция при децата. Ранната диагноза и диетата могат да спрат развитието на заболяването.

D. Цитогенетичен метод

Основата на метода е микроскопското изследване на човешки хромозоми. Цитогенетичните изследвания са широко използвани от началото на 20-те години на ХХ век за изследване на морфологията и броя на човешките хромозоми, култивирането на левкоцити за получаване на метафазни плочи
Развитието на съвременната човешка цитогенетика се свързва с имената на цитолозите Д. Тио и А. Леван. През 1956г Те бяха първите, които установиха, че човек има 46, а не 48, както се смяташе преди, хромозоми. Това събитие бележи началото на широко изследване на човешки митотични и мейотични хромозоми.

През 1960г Първата международна класификация на човешки хромозоми е разработена в Денвър (САЩ). Тя се основава на размера на хромозомите и позицията на първичната свивка - центромерата.

Всяка двойка хромозоми е обозначена със сериен номер от 1 до 23, половите хромозоми се идентифицират отделно - X и Y. Жените имат две X хромозоми, мъжете имат X и Y хромозоми

Използването на този метод направи възможно идентифицирането на група заболявания, свързани с промяна в броя на хромозомите или с промяна в тяхната структура. Такива заболявания се наричат ​​хромозомни, те включват: нарушения в соматичните хромозоми.

"Човешки хромозомни болести"

Студентски съобщения:

Към днешна дата са регистрирани повече от 2 хиляди човешки наследствени заболявания.
Според Световната здравна организация, благодарение на използването на нови диагностични методи, годишно се регистрират средно по три нови наследствени заболявания, които се срещат в практиката на лекар от всякаква специалност: терапевт, хирург, невропатолог, акушер-гинеколог, педиатър, ендокринолог и т.н. Болести, които нямат абсолютно нищо общо с наследствеността, на практика не съществува. Протичането на различни заболявания (вирусни, бактериални, гъбични инфекции и дори наранявания) и възстановяването след тях до известна степен зависят от наследствените имунологични, физиологични, поведенчески и психически особености на индивида.

Хромозомни заболявания. Този тип наследствено заболяване е свързано с промяна в броя или структурата на хромозомите. Честотата на хромозомните аномалии при новородени е от 0,6 до 1%, а на етап 8-12 седмици ги имат около 3% от ембрионите. Сред спонтанните спонтанни аборти честотата на хромозомните аномалии е приблизително 30%, а в ранните етапи (до два месеца) - 50% и повече.
При хората са описани всички видове хромозомни и геномни мутации, включително анеуплоидия, която може да бъде два вида – монозомия и полизомия. Монозомията е особено тежка.
За Х хромозомата е описана монозомия на цялото тяло. Това е синдром на Шерешевски-Търнър(44 + X), проявяваща се при жени, които се характеризират с патологични промени във физиката (нисък ръст, къса шия, с гънки, "монголоиден" очен разрез, тесен таз, долни крайници), нарушения в развитието на репродуктивната система (отсъствие от повечето вторични сексуални признаци при жените), умствено увреждане. Честотата на поява на тази аномалия е 1:4000-5000.
Жените - тризомични (44 + XXX), като правило, се отличават с нарушения на сексуалното, физическото и психическото развитие, въпреки че при някои пациенти тези признаци може да не се появят. Известни са случаи на плодовитост на такива жени. Честотата на синдрома е 1:1000.

Мъже със синдром на Клайнфелтер (44+ XXY) се характеризират с нарушение на развитието и дейността на половите жлези, евнухоиден тип тяло (по-тесен от таза, раменете, космите по тялото и отлагането на мазнини по тялото според женския тип, ръцете и краката са удължени в сравнение с тялото ). Оттук и по-високият растеж. Тези признаци, съчетани с известна умствена изостаналост, се появяват при сравнително нормално момче от времето на пубертета.
Синдромът на Клайнфелтер се наблюдава при полизомия не само на X хромозомата (XXX XXXY, XXXXY), но и на Y хромозомата (XYY. XXYY. XXYYY). Честотата на синдрома е 1:1000.
От автозомните заболявания тризомия на 21-ва хромозома, или Синдром на Даун. Според различни автори раждаемостта при деца със синдром на Даун е 1:500-700 новородени, а през последните десетилетия честотата на тризомия-21 се е увеличила.
Типични признаци на пациенти със синдром на Даун: малък нос с широк плосък мост на носа, наклонени очи с епикантус - надвиснала гънка над горния клепач, деформирани малки ушни миди, полуотворена уста, нисък ръст, умствена изостаналост. Около половината от пациентите имат сърдечни заболявания и големи съдове.
Съществува пряка връзка между риска от раждане на деца със синдром на Даун и възрастта на майката. Установено е, че 22-40% от децата с това заболяване се раждат от майки над 40 години (2-3% от жените в детеродна възраст).

Синдром на Патау- синдромът се основава на неразпадане на 13-та двойка хромозоми. В кариотипа на пациента се наблюдават 47 хромозоми с допълнителна хромозома - 13.

Синдром "котешки плач"

Цитологично при всички пациенти се открива скъсяване (делеция) на приблизително една трета от късото рамо на един от хомолозите на хромозома 5.
Тук се разглеждат само някои примери за човешки генни и хромозомни заболявания, които обаче дават известна представа за сложността и крехкостта на неговата генетична организация.

Нарушаване на броя на половите хромозоми.

Заболяванията, причинени от промяна в броя на половите хромозоми, са много по-леки от автозомните аномалии. Те обикновено са придружени от умствен упадък и стерилитет. Има различни синдроми, свързани с нарушение на броя на хетерозомите.

Генетика и медицина Медицинско генетично консултиране

В момента се обръща най-голямо внимание на мерките за предотвратяване на раждането на деца с наследствена патология.
Основният начин за предотвратяване на наследствени заболявания е тяхната превенция. На първо място, услугите му трябва да се ползват от лица, сключващи брак, които имат роднини в генетично неравностойно положение. Генетичното консултиране е задължително при сключване на брак на роднини, лица над 30-40 години, както и работещи в производство с вредни условия на труд. Лекарите и генетиците ще могат да определят степента на риск от раждането на генетично дефектно потомство и да осигурят контрол върху детето по време на вътреутробното му развитие. Трябва да се отбележи, че тютюнопушенето, употребата на алкохол и наркотици от майката или бащата на нероденото дете драстично увеличават вероятността бебето да се роди с тежки наследствени заболявания.

Значението на човешката генетика, подробното запознаване с родословията на хората, търсещи съвет, позволява на генетика да оцени степента на риска във всеки отделен случай.
По този начин съвременните тенденции в човешката генетика са активно противодействие на неблагоприятните фактори, които причиняват наследствени аномалии на базата на познаването на генетичните модели.

4. Затвърждаване на придобитите знания

1. Проверка на попълнената таблица No1
2. Проверка на задача №1
3. Като затвърждаване на придобитите знания на учениците се предлага тест

1) Как се нарича методът, чиято същност е кръстосването на родителски форми, които се различават по редица характеристики, анализът на тяхното проявление в редица поколения?

А) хибрид
Б) цитогенетичен
Б) близнаци
Г) биохимичен

2) По какъв метод се разкрива влиянието на генотипа и средата върху развитието на детето?

А) генеалогия
Б) близнак
Б) цитогенетичен
Г) хибридологични

3) По метода се изследват хромозомни набори на здрави и болни хора

А) генеалогия
Б) цитогенетичен
Б) близнак
Г) хибридологични

4) По метода се изследват хромозомни набори на здрави и болни хора

А) генеалогия
Б) цитогенетичен
Б) близнак
Г) хибридологични

5) Каква изменчивост причинява разликата във фенотипите на еднояйчните близнаци

А) генетично
Б) геномна
Б) модификация
Г) мутационна

А) могат да бъдат от различен пол
Б) винаги от един и същи пол
Б) имат еднакво тегло
Г) те са с еднакъв размер

7) Използвайки генеалогичния метод, можете да разберете

А) естеството на промяната в гените
Б) влиянието на образованието върху развитието на психичните характеристики на човека
В) модели на унаследяване на черти при хората
Г) естеството на промяната в хромозомите

8) Методът за изследване на човешката наследственост, който се основава на изследването на броя на хромозомите, характеристиките на тяхната структура, се нарича

А) генеалогия
Б) близнак
Б) хибридологични
Г) цитогенетичен

5. Обобщаване на урока. Домашна работа

генеалогичен метод се състои в изучаване на родословията въз основа на Менделските закони за наследяване и помага да се установи естеството на унаследяването на даден признак (доминиращ или рецесивен).
Така се установява унаследяването на индивидуалните особености на човек: черти на лицето, ръст, кръвна група, психически и психически състав, както и някои заболявания. Например, при изучаване на родословието на кралската династия на Хабсбургите, изпъкнала долна устна и закачен нос могат да бъдат проследени в няколко поколения.
Този метод разкрива вредните ефекти от тясно свързани бракове, които са особено очевидни, когато са хомозиготни за същия неблагоприятен рецесивен алел. При сродни бракове вероятността за раждане на деца с наследствени заболявания и ранна детска смъртност е десетки и дори стотици пъти по-висока от средната.

метод на близнаци е да се изследват разликите между еднояйчните близнаци. Този метод е предоставен от самата природа. Той помага да се идентифицира влиянието на условията на околната среда върху фенотипа със същите генотипове.
Израствайки в еднакви условия, еднояйчните близнаци имат поразително сходство не само по морфологични характеристики, но и по умствени и интелектуални характеристики.
С помощта на метода на близнаците беше разкрита ролята на наследствеността при редица заболявания.

популационен метод. Популационната генетика изучава генетичните различия между отделните групи хора (популации), изследва моделите на географско разпределение на гените.

Цитогенетичен метод се основава на изследването на вариабилността и наследствеността на ниво клетки и субклетъчни структури. Установена е връзка за редица сериозни заболявания с хромозомни аномалии.
Хромозомните нарушения се срещат при 7 от всеки хиляда новородени и също така водят до смъртта на ембриона (спонтанен аборт) през първата трета на бременността в половината от всички случаи. Ако дете с хромозомни нарушения се роди живо, то обикновено страда от тежки заболявания, изостава в умственото и физическото развитие.

Биохимичен метод ви позволява да идентифицирате много наследствени човешки заболявания, свързани с метаболитни нарушения. Известни са аномалии на въглехидратния, аминокиселинния, липидния и други видове метаболизъм.
Така, например, захарният диабет се причинява от нарушение на нормалната дейност на панкреаса - той не отделя необходимото количество хормон инсулин в кръвта, което води до повишаване на кръвната захар. Това разстройство не се причинява от една груба грешка в генетичната информация, а от набор от малки грешки, които заедно водят или предразполагат към заболяване.

Популационният метод предоставя информация за степента на хетерозиготност и полиморфизъм на човешките популации, разкрива разликите в честотите на алелите между различните популации.

онтогенетичен метод. Развитието на нормални и патологични признаци се разглежда в хода на индивидуалното развитие.

картографиранете използват хромозомни пренареждания, което дава възможност да се установи локализацията на гените в определен регион на хромозомата, да се определи последователността на тяхното местоположение, т.е. да се изградят карти на човешки хромозоми.

Методите на генетиката на соматичните клетки се оказаха по-обещаващи за картографиране на човешки гени. Същността на един от тях е следната. Техниките на клетъчното инженерство позволяват комбиниране на различни видове клетки. Сливането на клетки, принадлежащи към различни биологични видове, се нарича соматична хибридизация. Същността на соматичната хибридизация е да се получат синтетични култури чрез сливане на протопласти от различни видове организми. За клетъчното сливане се използват различни физикохимични и биологични методи. След сливането на протопластите се образуват многоядрени хетерокариотни клетки. Впоследствие, по време на сливането на ядрата, се образуват синкаротични клетки, съдържащи хромозомни набори от различни организми в ядрата. Когато такива клетки се делят in vitro, се образуват хибридни клетъчни култури. Понастоящем са получени и култивирани клетъчни хибриди "човек × мишка", "човек × плъх" и много други.

В хибридни клетки, получени от различни щамове от различни видове, един от родителските набори от хромозоми има тенденция да се репликира по-бързо от другия. Следователно последният постепенно губи хромозоми. Тези процеси протичат интензивно, например при клетъчни хибриди между мишки и хора, видове, които се различават по много биохимични маркери. Ако в същото време се наблюдава някакъв биохимичен маркер, например ензима тимидин киназа, и в същото време се извършва цитогенетичен контрол, идентифициращ хромозомите в клонинги, образувани след частичната им загуба, тогава в крайна сметка изчезването на хромозома може да се асоциира едновременно с биохимичен признак. Това означава, че генът, кодиращ тази черта, е локализиран в тази хромозома. По този начин човешкият ген на тимидин киназа се намира на хромозома 17.

Медицинска генетика -изследване и възможна профилактика на последствията от генетични дефекти при хората. По данни на Световната здравна организация годишно се регистрират средно по три нови наследствени заболявания поради използването на нови диагностични методи.
За да си представим колко често се появяват, е необходимо да се обърнем към световната статистика, която казва, че 4-5% от новородените, като правило, са обременени с наследствени заболявания. Ето защо изследването на наследствените заболявания, тяхната профилактика и лечение в човешката генетика е една от основните задачи.
Не по-малко важни са въпроси като въпроса какво служи като източник на наследствени промени (мутации) и как да се повлияе на по-нататъшната еволюция на човека, за да се спаси човешката раса от много заболявания.

Медико-генетичното консултиране е вид медицинска помощ за населението, насочена към превенция на наследствени заболявания. Оказва се в медико-генетични консултации и специализирани изследователски медицински институти. Основните задачи на М.-г.к. определят ли се прогнозата за бъдещо потомство в семейства, където има пациент с наследствена патология или се очаква раждане на дете с такава патология; изясняване на диагнозата на наследствено заболяване с помощта на специални генетични методи за изследване; разясняване в достъпна форма на значението на медико-генетичното заключение на кандидатите за съвет и съдействие за вземане на правилното решение относно по-нататъшното семейно планиране; насърчаване на медицински генетични познания. Определение за медицинско генетично консултиране хетерозиготен носител,т.е. идентифициране в популация на индивиди, които сами по себе си не страдат от наследствено заболяване, но са хетерозиготни за рецесивна мутация, която може да го причини. изчислете вероятността те да имат потомък - хомозиготен за рецесивния алел.

Условно наследствени заболяваниямогат да бъдат разделени на 3 големи групи: метаболитни заболявания, молекулярни заболявания (генни мутации), хромозомни заболявания. Албинизъм, фенилкетонурия, цветна слепота, хемофилия, синдром на Даун, синдром на Шершевски-Търнър и др. Условия " наследствени заболявания" и " вродени заболявания» са неравни. Терминът "вродени заболявания" отразява само един аспект на наследствената патология - нейната вродена природа, т.е. проява на патология още при раждането. Въпреки това, дори вродените малформации не винаги се появяват при раждането - при деца на възраст 1 година те се откриват 5 пъти по-често, отколкото в неонаталния период. Вродените заболявания могат да бъдат причинени не само от наследственост, но и от ненаследствени фактори (инфекции, химични агенти, радиация, тератогенни вещества, включително лекарства и др.). Много наследствени заболявания (повече от 50%) не се появяват при раждането, но могат да се проявят много години след раждането - в детска възраст (фосфатен диабет, някои аминоацидопатии, наследствени синдроми и др.) и дори в зряла възраст (хорея на Хънтингтън, миотонична дистрофия, подагра и др.).

Хромозомни и генни заболявания

Генните заболявания са хетерогенна група от човешки наследствени заболявания, причинени от генни мутации. В зависимост от промяната в протеиновите продукти на мутиралите гени се разграничават две групи мутации.

1. Качествени изменения в протеиновите молекули – наличието на анормални протеини (патологични хемоглобини) при пациенти, което се дължи на мутации в структурните гени.

2. Количествени промени в съдържанието на нормален протеин в клетката, което се дължи на нарушения в регулацията на гените (trask-

рипционни, транслационни и пост-транслационни нива).

Фенотипно генните мутации се проявяват като наследствени метаболитни заболявания - ферментопатия. описано в момента

около 4000 наследствени метаболитни заболявания. Общата честота на генните заболявания в популациите е 2-4%.

Генните заболявания се класифицират според фенотипната им проява: заболявания, свързани с нарушение на метаболизма на аминокиселини, въглехидрати, липиди, минерален метаболизъм и метаболизъм на нуклеиновите киселини,

нарушения на коагулацията, хемоглобинопатии.

Фенилкетонурия (PKU) се среща с честота 1:10 000. Наследява се по автозомно рецесивен начин.

Албинизмът се среща с честота 1:5 000 - 25 000. Наследява се по автозомно рецесивен начин. Тирозиназната активност е нарушена.

Хемофилията е група от наследствени заболявания, причинени от мутация на гени, фактори на кръвосъсирването. Вид на наследяване - Х-свързано рецесивно.

Сърповидно-клетъчната анемия е заболяване, причинено от мутация, която води до заместване в позиция 6 на β-веригата на глутаминова киселина (Hb A) с валин (HbS). При хомозиготи за мутантния ген, еритроцити

придобиват форма на полумесец, развиват се хронична хипоксия и анемия, хемолиза и разпадане на червените кръвни клетки (възможна смърт).

В основата хромозомни заболяванията са мутации, свързани с нарушение на плоидността, промени в броя на хромозомите или нарушение

техните структури. Нарушаването на плоидността е представено само от триплоидния синдром (децата умират в първите часове или дни след раждането). Тризомията е най-честата форма на хромозомна патология при хората.

Пълна монозомия, съвместима с живота, се наблюдава само на Х хромозомата. В допълнение към пълни тризомии и монозомии, частични монозомии (делеции) и частични тризомии (дупликации) могат да бъдат причини за човешки хромозомни заболявания.

Синдромът на Даун (синдром на тризомия 21) е най-честата форма на хромозомна патология при хората: 1:900. Децата със синдром на Даун се раждат по-често от възрастни родители (при майки на възраст 41-46 години вероятността да имат болно дете се увеличава до 4,1%).

Различни комбинации от x и y хромозоми в полизомията върху половите хромозоми, с изключение на xy (норми), се комбинират под общото име синдром на Klinefelter.

X0 монозомия. Синдром на Шершевски-Търнър.

Имуногенетикаклон на имунологията и генетиката, който изучава моделите на наследяване на антигенната специфичност на различни телесни тъкани и ролята на генетичните механизми в осъществяването на имунологични процеси.

Имуноглобулиновите гени са автозомни и кодоминантни. Структурното разнообразие на имуноглобулините се определя от последователността на аминокиселините.

В биологията съществуваше принципът "един ген - една полипептидна верига", като се утвърждаваше и неизменността на генома в онтогенезата на организма. Въпреки това, в случая на Ig, може да се види, че няколко гена кодират една полипептидна верига.

Имуноглобулините се контролират от три семейства гени, разположени на различни хромозоми. Едното семейство кодира синтеза на всички класове тежки вериги (Н), другото - синтеза на леки k-вериги, третото - синтеза на леки А. вериги.

Генетични аспекти на онкологията. Генетичният апарат на клетките има сложна система за контролиране на клетъчното делене, растеж и диференциация. Изследвани са две регулаторни системи, които имат кардинален ефект върху процеса на клетъчна пролиферация.

Протоонкогени

Протоонкогените са група от нормални клетъчни гени, които имат стимулиращ ефект върху процесите на клетъчно делене чрез специфични продукти на тяхната експресия. Трансформацията на протоонкоген в онкоген (ген, който определя туморните свойства на клетките) е един от механизмите за възникване на туморни клетки. Това може да се случи в резултат на мутация на протоонкоген с промяна в структурата на специфичен генен експресионен продукт или повишаване на нивото на експресия на протоонкоген, когато неговата регулаторна последователност е мутирала (точкова мутация) или когато ген се прехвърля в активно транскрибирана област на хромозомата (хромозомни аберации).

Въпреки че броят на продуктите, кодирани от онкогени, онкопротеини, е голям и механизмите, чрез които те осъществяват своето действие са различни, всички тези механизми могат да бъдат групирани в три основни категории:

Фосфорилиране на протеини в остатъци от серин, треонин или тирозин чрез протеин кинази. В резултат на това функционалните свойства на протеина-мишена за фосфорилиране се променят.

Сигнализиране чрез GTP-свързващи протеини, какъвто е случаят с RAS онкопротеин.

Транскрипционен контрол, какъвто е случаят с онкопротеините FOS, MYC и други.

Но трябва да имаме предвид, че нашето разбиране за механизмите на туморна трансформация непрекъснато се променя в хода на натрупването на все повече и повече нова информация. В резултат на това протеини като кадхерини, които осъществяват клетъчна адхезия и транслационни фактори, и цитоскелетни протеини и бета-катенин, който е вътреклетъчен полипептид, който взаимодейства с кадхерин по един от пътищата на сигнална трансдукция от клетъчната повърхност към ядрото , се идентифицират като онкопротеини. Списъкът със сигурност ще нараства. Онкогенезата е свързана по-специално с неспособността на стволовите клетки да се диференцират, т.е. да се превърне в определена специфична клетка, образувана за изпълнение на определени задачи. Става все по-ясно, че това може да бъде причинено от лек дисбаланс в нивата на общите регулатори, необходими на различни етапи от клетъчното съществуване.

Човешката генетика изучава явленията на наследствеността и изменчивостта в човешките популации, особеностите на унаследяването на черти в нормата и техните промени под влияние на условията на околната среда.

Човекът като обект на генетичен анализ. Изучаването на човешката генетика е свързано с големи трудности:

1. Невъзможност за експериментиране.

Едно от първите условия на хибридологичния анализ при хора е неосъществимо, тъй като експерименталните бракове при хора са невъзможни. Хората се женят без никакви "експериментални" цели.

1. Сложен кариотип - много хромозоми и групи за свързване.

23 двойки хромозоми усложняват генетичното и цитологичното картографиране, което от своя страна намалява възможностите за генетичен анализ.

1. продължителност на смяната на поколенията.

Смяната на едно поколение отнема средно 30 години. Следователно генетикът не може да наблюдава повече от едно или две поколения.

1. Малък брой потомци.

Размерът на семейството в момента е толкова малък, че не позволява да се анализира разделянето на чертите в потомството в рамките на едно и също семейство.

1. Невъзможността за създаване на същите условия на живот.

За хората понятието "околна среда" има по-широк характер, отколкото за животните и растенията. Освен фактори като упражнения, хранене, жилище, климат, средата на човека е условията на неговия социален живот и не подлежи на промяна по искане на генетика.

Основни методи за изследване на човешката генетика

1. азКлинико-генеалогичен метод

Генеалогия в широкия смисъл на думата родословие – генеалогичен метод – метод на родословията. Той е въведен в края на 19 век от Ф. Галтън и се основава на изграждане на родословия и проследяване на заболяване (или черта) в семейство или род, указващи вида на семейните връзки между членовете на родословието. В момента той е най-универсалният и широко използван при решаване на теоретични и приложни проблеми.

Методът ви позволява да зададете

1) дали тази черта е наследствена

2) вид наследство и генна пенетрантност

3) предполагат генотипа на индивидите от родословието

4) определете вероятността да имате дете с изследваното заболяване

5) интензивност на мутационния процес

6) използвани за съставяне на генетични карти на хромозоми

Така целта на генеалогичния метод се свежда до изясняване на роднински връзки и до проследяване на черта или заболяване сред близки и далечни, преки и косвени роднини. Технически, той се състои от следните стъпки.

Етапи на генеалогичен анализ:

1) събиране на данни за всички роднини на субекта (история)

2) изграждане на родословие

3) анализ на родословието и заключения

Сложността на вземането на анамнеза се състои във факта, че пробандът трябва да познава добре по-голямата част от своите роднини и тяхното здравословно състояние. Proband - лице, подадено за медицинска генетична консултация, по отношение на което се изгражда родословие и от когото е получена информация за същото заболяване от роднини. Братята са братя и сестри на пробанда.

Видове наследяване:

1. Автозомно доминантно

1. болни във всяко поколение

2. болно дете при болни родители

3. мъжете и жените са еднакво засегнати

4. наследяването върви вертикално и хоризонтално

5. вероятност за наследяване 100%, 75% и 50%.

Тези признаци ще се появят само при пълно доминиране, тъй като при хората се унаследяват полидактилия, лунички, къдрава коса, кафяви очи и пр. При непълно доминиране ще се появи междинна форма на унаследяване. При непълна пенетрантност на гена пациентите може да не са във всяко поколение.

2. Автозомно рецесивен

1. болен не във всяко поколение
2. мъжете и жените са засегнати еднакво
3. наследяването е предимно хоризонтално
4. вероятност за наследяване 25, 50 и 100%

Най-често вероятността за наследяване на този вид заболяване е 25%, тъй като поради тежестта на заболяването пациентите или не доживяват до детеродна възраст, или не се женят. Така се унаследяват фенилкетонурия, сърповидноклетъчна анемия, сини очи и др.

3. Х-свързан рецесивен тип наследяване

1. болен не във всяко поколение
2. здрави родители имат болно дете
3. засегнати са предимно мъже
4. наследяването е предимно хоризонтално
5. вероятност за унаследяване 25% при всички деца и 50% при момчета

Примери: хемофилия, цветна слепота, наследствена анемия, мускулна дистрофия и др.

4. Х-свързана доминантнамоделът на унаследяване е подобен на автозомно доминантния, с изключение на това, че мъжът предава тази черта на всички дъщери

Пример: рахит, устойчив на лечение с витамин D, хипоплазия на зъбния емайл, фоликуларна хиперкератоза.

5. Холандски

1. пациенти от всички поколения
2. само мъжете се разболяват
3. един болен баща е разболял всичките си синове
4. вероятността за унаследяване е 100% при момчета.

Примери: хипертрихоза на ушната мида, мембрани между втория и третия пръст на крака; ген, който определя развитието на тестисите. Холандските признаци не са значими при човешката наследствена патология.

II. Цитогенетичен метод

В момента цитогенетичният метод в генетиката заема значително място. Използването на този метод дава възможност да се изследва морфологичната структура на отделните хромозоми и кариотипа като цяло, да се определи генетичният пол на организма, както и да се диагностицират различни хромозомни заболявания, свързани с нарушение на броя на хромозомите или нарушение на тяхната структура. Методът се използва за изследване на мутационния процес и създаване на генетични карти на хромозомите. Методът най-често се използва при пренатална диагностика на хромозомни заболявания.

Цитогенетичният метод се основава на микроскопско изследване на кариотипа и включва следните стъпки:

Култивиране на човешки клетки (обикновено лимфоцити) върху изкуствена хранителна среда

Стимулиране на митози чрез фитохемаглутинин (PHA)

Добавяне на колхицин (разрушава влакната на вретеното) за спиране на митозата в етапа на метафаза

Третиране на клетки с хипотоничен разтвор, в резултат на което хромозомите се разпадат и лежат свободно

Оцветяване на хромозоми

Микроскопско изследване (компютърни програми).

Цитологични карти на хромозоми -

Генетични карти на хромозомите, т.е. схеми, описващи подреждането на гени и други генетични елементи в хромозомата, посочващи разстоянието между тях. Генетичното разстояние се определя от честотата на рекомбинация между хомоложни хромозоми (разстоянието между гените е право пропорционално на честотата на кръстосване) и се изразява в сентиморганиди (cM). Един сентиморганид съответства на честота на рекомбинация, равна на 1%.............. Такива генетични карти, в допълнение към инвентаризацията на гените, отговарят на въпроса за участието на гените във формирането на индивидуални черти на един организъм.

Методът позволява да се открият геномни (например болестта на Даун) и хромозомни (синдром на котешки плач) мутации. Хромозомните аберации се обозначават с броя на хромозомата, късото или дълго рамо и излишъка (+) или липсата (-) на генетичен материал.

1. III.метод на близнаци

Методът се състои в изследване на моделите на унаследяване на черти при двойки монозиготни и дизиготни близнаци. Тя ви позволява да определите корелативната роля на наследствеността (генотипа) и околната среда в проявата на различни признаци, както нормални, така и патологични. Позволява ви да идентифицирате наследствения характер на чертата, да определите проникването на алела, да оцените ефективността на действието върху тялото на някои външни фактори (лекарства, обучение, образование).

Същността на метода е да сравни проявлението на дадена черта в различни групи близнаци, като се вземе предвид приликата или разликата в техните генотипове.

Има моно и дизиготни близнаци.

От едно оплодено яйце се развиват монозиготни близнаци. Те имат абсолютно същия генотип, т.к. имат 100% общи гени. И ако те се различават по фенотипа, тогава това се дължи на влиянието на факторите на околната среда.

Дизиготните близнаци се развиват след оплождането от сперматозоиди на няколко едновременно узрели яйцеклетки. Близнаците ще имат различен генотип и техните фенотипни различия ще се дължат както на генотип, така и на фактори на околната среда.

Процентът на сходство на група близнаци според изследваната черта се нарича съгласуваност, а процентът на разликата се нарича несъответствие. Тъй като монозиготните близнаци имат един и същ генотип, чертата се развива и при двамата близнаци, тяхното съгласуване е по-високо, отколкото при дизиготните близнаци. Сравнението на монозиготни близнаци, отглеждани в различни условия, дава възможност да се идентифицират признаци, при формирането на които факторите на околната среда играят съществена роля; според тези признаци се наблюдава несъответствие между близнаците, т.е. разлики.

За да се оцени дали наследствеността и средата в развитието на определена черта се използва формулата на Holzinger:

С МЗ - С ДЗ

H \u003d --------------------- x 100 E = 100 - H

H - ролята на наследствеността, E - ролята на средата

С развитието на теоретичните основи на метода на близнаците постепенно се оформя специален раздел от тези изследвания - методът за партньорски контрол. Позволява ви да оцените терапевтичния ефект на новите фармакологични средства с различни методи на приложение, да изследвате фазите на тяхното действие, да покажете разликите във фармакокинетиката на новите и стари лекарства). Методът се използва при предразположение към различни заболявания: исхемична болест на сърцето, пептична язва, ревматизъм, инфекциозни заболявания, тумори.

IV. Популационно-статистически метод

С негова помощ наследствените белези се изследват в големи популационни групи, в едно или няколко поколения.Той ви позволява да определите честотата на поява в популация на различни алели на ген и различни генотипове за тези алели, за да разберете разпределението на различни наследствени белези в него, включително заболявания. Позволява ви да изучавате процеса на мутация, ролята на наследствеността и околната среда при възникването на заболявания, особено тези с наследствена предразположеност. Основният момент при използването на този метод е статистическата обработка на данните, получени въз основа на закона за генетично равновесие на Харди-Вайнберг.

Математическият израз на закона е формулата (pA + qa) 2, където p и q са честотите на поява на алели A и a на съответния ген. Разкриването на тази формула дава възможност да се изчисли честотата на поява на хора с различни генотипове и на първо място хетерозиготи - носители на скрития рецесивен алел: p 2 AA + 2pq + q 2 aa.

Въпреки това, преди да се говори за практическото приложение на тези формули, трябва да се отбележат условията за възникване на генотипно равновесие в популациите:

1) Наличието на панмиксия, т.е. произволен избор на семейни двойки

2) Няма приток на алели, причинен от мутационен натиск

3) Липса на изтичане на алели, причинено от селекция.

4) Еднаква плодовитост на хетерозиготи и хомозиготи

5) Поколенията не трябва да се припокриват във времето

6) Размерът на популацията трябва да е достатъчно голям.

Известни генетици отбелязват, че въпреки че този набор от условия не може да бъде изпълнен в нито една конкретна популация, в повечето случаи изчисленията според закона на Харди-Вайнберг са толкова близки до реалността, че този закон е доста подходящ за анализиране на генетичната структура на популациите.

Пример……..

Например, в Беларус практически няма хомозиготи за HbS гена, а в Западна Африка честотата им варира от 25% в Камерун до 40% в Танзания. Изследването на разпределението на гените сред населението на различни географски райони (геногеография) дава възможност да се установят центровете на произход на различните етнически групи и тяхната миграция, да се определи рискът от наследствени заболявания при определени индивиди.

V. Метод на дерматоглифика и палмоскопия (дактилоскопия)

През 1892 г. Галтън е предложен като един от методите за изучаване на човешката генетика - Това е метод за изследване на моделите на кожния гребен на пръстите и дланите, както и флексионните дланни канали. Тези модели са индивидуална характеристика на човек и не се променят през живота му, те се възстановяват след увреждане (изгаряния).

Пример (Галтън, Джоконда)

Установено е, че признакът се унаследява според полигенния тип и майката оказва голямо влияние върху характера на пръстовите и палмарните шарки чрез механизма на цитоплазмената наследственост.

Методът е намерил широко приложение в криминалистиката, идентифициране на зиготност на близнаци, установяване на бащинство. Характерни промени в тези модели се наблюдават при някои хромозомни заболявания (Sm Down, Klinefelter, Sher.-Turner).

VI. Биохимични методи

Позволява ви да изучавате наследствени заболявания, причинени от генни мутации - причините за метаболитни заболявания (фенилкетонурия, сърповидно-клетъчна анемия). С помощта на този метод са описани повече от 1000 вродени метаболитни заболявания, за много от които е идентифициран дефект в първичния генен продукт. Най-честите сред тези заболявания са заболяванията, свързани с дефектни ензими, структурни, транспортни или други протеини.

Методът се основава на изследване на активността на ензимните системи: или от активността на самия ензим, или от количеството крайни продукти на реакцията, катализирана от този ензим.

Ензимните дефекти се определят чрез определяне на съдържанието в кръвта и урината на метаболитни продукти, произтичащи от функционирането на този протеин. Дефицитът на крайния продукт, придружен от натрупване на междинни и странични продукти от нарушена обмяна на веществата, показва дефект в ензима или неговия дефицит в организма.

С помощта на биохимични стрес тестове могат да се открият хетерозиготни носители на патологични гени, като фенилкетонурия. На изследваното лице се инжектира венозно определено количество от аминокиселината фенилаланин и се определя концентрацията му в кръвта на равни интервали. Ако човек е хомозиготен за доминиращия ген (AA), тогава концентрацията на фенилаланин в кръвта бързо се връща към контролното ниво, а ако е хетерозиготен (Aa), тогава намаляването на концентрацията на фенилаланин е два пъти по-бавно.

По същия начин се провеждат изследвания, които разкриват предразположение към захарен диабет, хипертония и други заболявания.

VII. Рекомбинантни ДНК методи

Те позволяват анализиране на ДНК фрагменти, намиране и изолиране на отделни гени и генни сегменти и установяване на нуклеотидната последователност в тях. Този метод включва метода за клониране на ДНК. Терминът „клониране” означава, че генът е клониран, изолиран чрез специални техники, проучена е неговата структура, клонирането на ген също означава, че е известен протеин, чийто синтез се контролира от съответния ген. На базата на клонирани гени се създават "геномни библиотеки" и международни банки данни.Всеки специалист в света може на практика свободно да влиза в тези банки данни и да използва събраната там информация за изследователски цели. Данните от геномни библиотеки се използват широко при реализацията на програмата "геном на човека". (Колекция от ДНК фрагменти от целия геном)

Успехът на тази програма направи възможно реалистичната оценка на функциите на гените в човешкото тяло. Въпреки че информацията все още не е налична за повече от една четвърт от гените, за две трети от гените тя е или напълно установена, или може да бъде приблизителна. Също така беше получена изключително интересна информация за участието на гените във формирането и функционирането на отделни органи и тъкани на човешкото тяло. Оказа се, че най-голям брой гени са необходими за формирането на мозъка и поддържането на неговата активност, а най-малък за създаването на червени кръвни клетки – само 8 гена. Тази информация ще помогне да се разберат генетичните програми за развитието и функционирането на човешкото тяло, причините за рак и стареене. Разкриването на молекулярната основа на заболяванията ще помогне да се изведат методите за ранна диагностика на ново ниво и следователно да се проведе по-сложна и успешна борба с болестите. Методи като например целенасочено доставяне на лекарства до засегнатите клетки, замяна на болни гени със здрави и много други стават част от арсенала на съвременната медицина.

VIII. Методи на генетиката на соматичните клетки

С помощта на тези методи се изследва наследствеността и вариабилността на соматичните клетки, което до голяма степен компенсира невъзможността за прилагане на хибридологичния метод върху човек.

Човешки соматични клетъчни култури се получават от биопсичен материал (периферна кръв, кожа, туморна тъкан, ембрионална тъкан, клетки от околоплодна течност).

В човешката генетика се използват следните четири метода.

1. Просто култивиране – клетките са подходящи за цитогенетични, биохимични, имунологични и други изследвания.

2. Клониране - получаване на потомци на една клетка. Това дава възможност за извършване на биохимичен анализ на генетично детерминирани процеси в генетично идентични клетки.

3. Селекцията на соматични клетки с помощта на изкуствена среда се използва за селекция на мутантни клетки с определени свойства, селекция на хибридни клетки. Методът се използва широко за изследване на генни мутации (механизми, спонтанна и индуцирана честота).

4. Хибридизацията на соматичните клетки се основава на сливането на съвместно култивирани клетки от различен тип. Когато се въведе в клетъчна култура РНК-сода. Вирусът Sendai инактивиран от ултравиолетово облъчване - честотата на хибридизация е значително увеличена. Хетерокариони - 2 ядра от различни клетки в една и съща цитоплазма. След митоза се образуват две едноядрени клетки - синкариони - истинска хибридна клетка, съдържаща хромозомите на двете оригинални клетки. В бъдеще се наблюдава постепенно отстраняване на хромозомите на организма, чиито клетки имат по-бавна скорост на възпроизвеждане.

Загубата на хромозоми е случайна и следователно сред голям брой хибриди винаги може да се намери клетка, която е запазила всяка една човешка хромозома.

С помощта на подходяща система за селекция могат да бъдат избрани клетки с определена ензимна активност и генът за този ензим може да бъде локализиран в специфична хромозома.

Методът се използва за изследване на проблема за свързването и локализацията на гените.

Възможно е да се изследват механизмите на първичното действие и взаимодействието на гените, регулирането на генната активност. Методът дава възможност за широко изследване на патогенезата на наследствените заболявания на биохимично и клетъчно ниво.

IX. Създаване на модели на човешки наследствени заболявания с помощта на трансгенни

животни.

Биологичното моделиране на наследствени заболявания е голям клон на експерименталната биология и генетика. Принципът на биологично моделиране на генни мутации се основава на закона за хомоложните серии в наследствената вариабилност, открит от Н. И. Вавилов. При животните има мутации, които причиняват същия патологичен ефект като при хората (мишки, зайци, кучета, хамстери, мишки). Сред наследствените аномалии при животните има заболявания като хемофилия, ахондроплазия, мускулна дистрофия, захарен диабет и много други, които са в основата на наследствената патология на човека.

Методите се основават на въвеждането на чужди гени в ембрионалните клетки.

Както всеки модел, мутантните линии на трансгенни животни не могат напълно да възпроизведат наследствено заболяване, следователно се моделират някои специфични фрагменти, за да се изследва първичният механизъм на действие на гена, патогенезата на заболяването и да се разработят принципи за неговото лечение.