Заяц Р.Г., Рачковская И.В. Основы общей и медицинской генетики

Подождите немного. Документ загружается.

берга, который гласит: в идеальной популяции частоты

генов и генотипов находятся в равновесии и не изменяются в

ряду поколений. Математическое выражение закона Хар-

ди—Вайнберга применяют для расчетов частот генов и

генотипов в больших популяциях человека.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

В МАЛЫХ ПОПУЛЯЦИЯХ

Работами С. С. Четверикова и Т. Добржанского соз-

дана современная (синтетическая) теория эволюции, кото-

рая объединила основные положения теории Ч. Дарвина

и современные данные биологии, общей и популяцион-

ной генетики и теории информации. Элементарные эво-

люционные факторы, согласно данной теории, — это му-

тации, дрейф генов, популяционные волны, изоляция н

естественный отбор, изменяющие частоты генов в попу-

ляциях. Эти процессы интенсивно протекают в малых

популяциях. Они наблюдаются и в больших популяциях,

однако при большой выборке очень мало влияют на из-

менение частот генов, поэтому в больших популяциях

сохраняется действие закона Харди—Вайнберга.

Мутации изменяют частоту генов в популяциях. Час-

тота мутирования гена — Ю

-5

—Ю

-7

на поколение. Учи-

тывая большое количество генов у человека (порядка

100 ООО), до 10% его гамет несут мутантные гены. Доми-

нантные мутации проявляются уже в первом поколении и

сразу же подвергаются действию естественного отбора.

Рецессивные мутации (возникают несколько чаще) снача-

ла должны накопиться в популяции и только с появлени-

ем рецессивных гомозигот начинают проявляться фено-

типически и подвергаться действию естественного отбора.

Насыщенность природных популяций рецессивными му-

тациями имеет большое значение для выживания вида

(С. С. Четвериков, 1926). Например, с началом примене-

ния первых антибиотиков часть болезнетворных бактерий

уже имела мутантные формы, нечувствительные к ним,

благодаря чему они выжили в изменившихся условиях

среды. Накопление мутантных аллелей способствует ком-

бинативной изменчивости, приводящей к генетической

гетерогенности (генетическому полим!

ных популяций. Средняя степень гегертн!

тений составляет 17%, у беспозвоночных IS,

звоночных — 6,6%, у человека — около 6,7%, М

ный процесс обеспечивает разнообразие жолнщипИМ

материала.

Тип мутации определяет характер эволюции. Напри

мер, произошла мутация локуса рецессивного гена и ни

ряду с генотипом аа появился генотип Аа: аа —» Аа. Во i

можные варианты скрещивания:

Р аа х Аа Р Аа х Аа

Fj Аа Аа F

(

АА 2Аа аа

В результате в популяции появляются доминантные гомо-

зиготы.

Второй пример: произошла мутация локуса доми-

нантного гена и это привело к появлению гетерозиготной

особи Аа: АА

—>

Аа. Возможные варианты скрещивания:

Р АА х Аа Р Аа х Аа

F, АА Аа F] АА 2Аа аа

Такая мутация приводит к появлению рецессивных гомо-

зигот.

Насыщенность популяций рецессивными генами,

снижающими приспособленность отдельных особей к

условиям существования, которые элиминируются естест-

венным отбором, называется генетическим грузом. Нали-

чием генетического груза в человеческих популяциях объ-

ясняется появление до 5% потомков с генетическими де-

фектами.

Популяционные волны, или волны жизни (С. С. Четве-

риков, 1905), — это периодические колебания численно-

сти природных популяций в связи с колебаниями факто-

ров внешней среды (смена времен года, урожайные и

неурожайные годы и т. п., рис. 65). Они являются резуль-

татом борьбы за существование и изменяют генетическую

структуру популяций, элиминируя из нее менее приспо-

собленные особи.

Численность

Рис. 65. Схема популяционных волн (объяснение в Тексте)

Дрейф генов (Н. П. Дубинин, Д. Д. Ромашов, С. Райт,

Р. Фишер, 1931—1932) — это случайные колебания частот

генов в малых популяциях. Предположим, что на необи-

таемый остров попало зерно гетерозиготного самоопы-

ляемого растения. Исходная популяция будет состоять на

100% из гетерозиготных особей (Аа). В первом поколении

уже будет содержаться только 50% гетерозиготных особей:

Р Аа х Аа

Fj АА + 2Аа + аа

Гомозиготы (АА и аа) дадут только гомозиготных потом-

ков, а гетерозиготы дадут расщепление 1:1 (поровну гомо-

и гетерозигот), поэтому в F2 уже будет 25% гетерозигот.

Таким образом, при самоопылении с каждым поколением

количество гетерозигот уменьшается вдвое, что в конеч-

ном итоге приводит к гомозиготизации популяции. Если

рецессивные (или доминантные) гомозиготы будут иметь

преимущество в выживании, то со временем образуется

чистая линия.

«Иллюстрацией» дрейфа генов может служить потеря

фамилии в семьях, где рождается несколько девочек, ко-

торые, выходя замуж, берут фамилию мужа. Теоретически

рождение мальчика или девочки равновероятно, но в ма-

лой выборке (семье) в силу случайных причин это равно-

весие может нарушаться.

Изоляция — это ограничение свободы скрещивания.

Она способствует дивергенции — разделению популяций

на отдельные группы и изменению частот генотипов. Раз-

личают географическую (горные хребты, реки, проливы и

т. п.), генетическую (неполноценность гибридов, различ-

ные наборы хромосом), экологическую (различные эко-

логические ниши, размножение при разных температурах)

и морфофизиологическую (различия в строении половых

органов) изоляцию.

В человеческих популяциях более существенной явля-

ется эколого-этологическая изоляция, включающая ре-

лигиозные и морально-этические ограничения браков. В

малых человеческих популяциях (демах, изолятах) наблю-

даются инбридинг (браки между генетическими родствен-

никами) и дрейф генов. Родственные браки подразделяют

на: 1) инцестные (запретные) — браки между родственни-

ками первой степени родства (родные брат и сестра, отец

и дочь, мать и сын), они запрещены законодательствами

многих стран и религией; 2) кровнородственные — браки

между родственниками второй-третьей степени родства

(двоюродные и троюродные братья и сестры). Эти браки

нежелательны, они приводят к инбредной депрессии, так

как у родственников высока степень вероятности гетеро-

зиготности по одному и тому же рецессивному патологи-

ческому гену. Например, частота проявления фенилкето-

нурии при неродственных браках составляет 1:15 ООО, а

при родственных — 1:7 ООО, альбинизма — 1:40

ООО

1:3

ООО

соответственно.

Мерой генетических последствий инбридинга служит

коэффициент инбридинга — это вероятность

•

того, что у

какой-либо особи в данном локусе окажутся две аллели,

идентичные по происхождению. У детей одной супруже-

ской пары вероятность одинаковых аллелей в одном локу-

се равна 1/2. У их детей эта вероятность становится 1/4

(1/2 х 1/2). При вступлении в брак двоюродных сибсов

коэффициент инбридинга равен 1/16 (1/4 х 1/4).

В человеческих изолятах большая роль принадлежит

так называемому «эффекту родоначальника», т. е. особен-

ностям генотипов людей, основавших изолят. Если у ос-

нователей изолята имелись рецессивные летальные гены,

то в условиях инбридинга эти гены могут получить широ-

кое распространение и привести изолят к вымиранию.

Изоляты известны даже в современных больших горо-

дах. В секте мормонов-менонитов в США, насчитываю-

щей несколько тысяч человек — выходцев из Голландии,

высока частота генов карликовой хондродистрофии. В

одной деревне в Швейцарии среди 2200 жителей имеется

50 глухонемых и 200 человек с генетически обусловлен-

ными дефектами слуха. В Южно-Африканской Республи-

ке среди белого населения часто встречается наследствен-

ное заболевание порфирия. Предполагают, что этим забо-

леванием страдала семья переселенцев из Голландии,

прибывшая сюда в XVII веке. Вследствие изоляции и

дрейфа генов у североамериканских индейцев отсутствует

ген III группы крови (J

) и преобладает 1(0) группа крови

(ген J

). В одном из индейских племен концентрация гена

группы крови 11(A) составляет 80%. Частота резус-

отрицательных людей в Европе — 14%, а в Японии — 1%,

что, вероятно, также является следствием изоляции и

дрейфа генов.

Аутбридинг — неродственные браки; при этом под-

держивается высокий уровень гетерозиготности. Повыше-

нию гетерозиготности человеческих популяций способст-

вует миграция, масштабы которой огромны, особенно в

последние десятилетия. Имиграция поставляет новые ал-

лели или новые комбинации генотипов, а эмиграция из-

меняет соотношение различных генотипов в популяции.

Повышение уровня гетерозиготности является одной из

причин акселерации.

Естественный отбор элиминирует из популяции менее

удачные комбинации генов и избирательно сохраняет

более удачные генотипы, тем самым изменяя частоту ге-

нов в популяциях.

Для сохранения постоянства закона Харди—Вайнберга

необходимо, чтобы каждая особь вносила свой вклад в

генофонд будущих поколений. Интенсивность естествен-

ного отбора даже в современных человеческих популяци-

ях довольно высока: спонтанные аборты составляют при-

мерно 45% всех зачатий (30% — гибель зигот и 15% —

гибель эмбрионов и плодов), мертворождения — 3%, ран-

няя детская смертность — 2%, не вступает в брак около

10% людей, примерно 10% браков бесплодны. Таким об-

разом, около 70% потенциальных инвесторов не вносят

своего вклада в генофонд будущих поколений.

Различают три основные формы естественного отбора:

движущий, стабилизирующий и дизруптивный.

Рис. 66. Схема действия

движущего отбора

(объяснение в тексте)

Давление

отбора

Норма реакции

Движущий отбор происходит при постепенном изме-

нении факторов внешней среды или их колебаниях. Он

устраняет неприспособленные формы и сохраняет откло-

нения, обеспечивающие приспособление организмов к

изменяющимся условиям; происходит смена нормы реак-

ции или ее расширение (рис. 66). В качестве типичного

примера можно привести постепенное вытеснение темно-

окрашенной формой бабочки березовой пяденицы исход-

ной светлой формы, происходящее вследствие потемнения

стволов берез от сажи и копоти.

Стабилизирующий отбор наблюдается при относитель-

ном постоянстве условий окружающей среды и направлен

на сохранение в популяции среднего значения признака.

Происходит сужение нормы реакции (рис. 67). Например,

во время бури погибают

преимущественно птицы

с длинными и короткими

крыльями, а выживают

особи со средними раз-

мерами крыльев.

Дизруптивный (разры-

вающий) отбор протекает

на фоне резкого измене-

ния условий существова-

ния. Он направлен про-

тив среднего значения

признака и благоприят-

ствует двум или несколь-

ким направлениям из-

Рис. 67. Схема действия

стабилизирующего отбора

(объяснение в тексте)

менчивости; при этом

значительно изменя-

ется норма реакции

(рис. 68). Типичный

пример — сохранение

на открытых океани-

ческих островах либо

бескрылых насекомых,

либо насекомых с

мощными крыльями,

позволяющими про-

тивостоять порывам

ветра.

Помимо естественного отбора, в популяциях (в том

числе и человеческих) может действовать и контротбор —

отбор признаков, неблагоприятных в обычных условиях

среды. Например, в странах Западной Африки частота

патологического гена серповидно-клеточной анемии до-

вольно высока, в то время как в странах умеренного кли-

мата он не встречается. Такая распространенность дан-

ного гена объясняется устойчивостью гетерозигот к тро-

пической малярии. Гомозиготы по гемоглобину А (АА)

имеют нормальный гемоглобин А, хорошо переносящий

кислород, но они болеют и погибают от тропической ма-

лярии. Рецессивные гомозиготы (аа) болеют серповидно-

клеточной анемией, их гемоглобин S плохо переносит

кислород и они погибают в раннем детском возрасте от

его недостатка. Гетерозиготы (Аа) содержат и гемоглобин

А (хорошо переносит кислород), и гемоглобин S (обеспе-

чивает устойчивость к тропической малярии), поэтому

выживают в эндемичных по тропической малярии зонах.

Синтетическую теорию эволюции кратко можно сфор-

мулировать следующим образом: единицей эволюции яв-

ляется популяция; мутации дают элементарный материал

для естественного отбора; далее вступают в действие

другие эволюционные факторы — дрейф генов, популя-

ционные волны, изоляция, естественный отбор.

Рис. 68. Схема действия дизруптивного

отбора (объяснение в тексте)

Раздел II

ОСНОВЫ МЕДИЦИНСКОЙ ГЕНЕТИКИ

Глава 9

ГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА

148

Глава 10

МОНОГЕННО НАСЛЕДУЕМЫЕ БОЛЕЗНИ ЧЕЛОВЕКА

169

Глава 11

ХРОМОСОМНЫЕ БОЛЕЗНИ ЧЕЛОВЕКА

182

Глава 12

ВРОЖДЕННЫЕ ПОРОКИ РАЗВИТИЯ И БОЛЕЗНИ

С НАСЛЕДСТВЕННЫМ ПРЕДРАСПОЛОЖЕНИЕМ

188

Глава 13

МЕДИКО-ГЕНЕТИЧЕСКОЕ КОНСУЛЬТИРОВАНИЕ.

ПРИНЦИПЫ ТЕРАПИИ НАСЛЕДСТВЕННОЙ

ПАТОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА

195

Г лава 9

ГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА

ЧЕЛОВЕК КАК СПЕЦИФИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТ

ГЕНЕТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Генетика человека изучает закономерности наследова-

ния нормальных и патологических признаков и зависи-

мость их проявления от генотипа и факторов внешней

среды.

Задачами медицинской генетики являются:

— изучение патогенеза, клиники, диагностики, лече-

ния и профилактики наследственных болезней человека;

— исследование механизмов наследственной предрас-

положенности и врожденной резистентности к мульти-

факториальным заболеваниям;

— разработка генетических аспектов иммунитета, ал-

лергии, трансплантологии, канцерогенеза, генной инже-

нерии и др.

Изучение генетики человека связано с рядом особен-

ностей и объективных трудностей:

1) сложный кариотип — много хромосом и групп сце-

пления; эта проблема в какой-то мере разрешается за счет

возможности идентифицировать хромосомы человека

после их дифференциальной окраски;

2) позднее половое созревание и редкая смена поко-

лений;

3) малое количество потомков; это препятствие может

быть преодолено подбором в больших человеческих попу-

ляциях многих сходных брачных пар и анализом наследо-

вания признаков на большом материале;

4) невозможность экспериментирования; врач не име-

ет права вмешиваться в формирование брачных пар, но,

если интересующие врача молодые люди уже вступили в

брак, он может наблюдать за наследованием определен-

ных признаков;

5) невозможность создания одинаковых условий жизни.

Несмотря на перечисленные сложности, генетика че-

ловека изучена на сегодня лучше, чем генетика многих

других организмов (например, млекопитающих). Этому

способствовали растущие потребности медицины и раз-

нообразие современных методов исследования.

Для обследования больных и решения вопросов па-

тогенеза наследственных заболеваний в медицинской ге-

нетике широко применяются общеклинические методы:

электрокардиография, электроэнцефалография, электро-

миография, биохимические анализы биологических жид-

костей, биопсия тканей и др. Однако имеется целый ряд

специфических методов, с помощью которых можно изу-

чить вопросы возникновения, развития, распространения,

механизмы передачи из поколения в поколение наследст-

венных болезней и роль генотипа и факторов среды в их

проявлении.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

ГЕНЕТИКИ ЧЕЛОВЕКА

Клинико-генеалогический метод

Клинико-генеалогический метод был предложен в кон-

це XIX в. Ф. Гальтоном. Он основан на построении родо-

словных и прослеживании в ряду поколений передачи

определенного признака.

Метод позволяет установить:

1) является ли данный признак наследственным (по

проявлению его у родственников);

2) тип и характер наследования (доминантный или

рецессивный, аутосомный или гоносомный);

3) зиготность лиц родословной (гомо- или гетерозиго-

ты);

4) пенетрантность гена (частота его проявления);

5) вероятность рождения ребенка с наследственной

патологией (генетический риск).

Этапы генеалогического анализа:

1) сбор данных обо всех родственниках обследуемого

(анамнез);

2) построение родословной;

| | - мужчина

- женщина

- имеющии данный

признак

•

пол неизвестен

- выкидыш

(•) - гетерозиготные

носители

рецессивного

гена

Q-O-

[ - родственный

I ГТ\ ) " Родители

Рис. 69. Условные обозначения при построении родословных

3) анализ родословной и выводы.

Сложность сбора анамнеза заключается в том, что

пробанд должен хорошо знать родственников по линии

матери и отца не менее трех поколений и состояние их

здоровья.

Для построения родословных применяют условные

обозначения (рис. 69).

Основой родословной является пробанд ~ лицо, с ко-

торого начинается исследование семьи. В родословных

пробанд помечается знаком Л

Типы наследования

Аутосомно-доминантный тип наследования характери-

зуется следующими признаками:

1) больные в каждом поколении;

2) больной ребенок у больных родителей;

3) болеют в равной степени мужчины и женщины;

4) проявление признака (болезни) наблюдается в вер-

тикальной и горизонтальной части родословной;

5) вероятность наследования 100% (если хотя бы один

родитель гомозиготен), 75% (если оба родителя гетерози-

готны) и 50% (если один родитель гетерозиготен) (рис. 70).

Следует подчеркнуть, что вышеперечисленные при-

знаки аутосомно-доминантного типа наследования будут

проявляться только при полном доминировании. Так на-

следуются у человека полидактилия (шестипалость), вес-

нушки, курчавые волосы, карий цвет глаз и др. При не-

полном доминировании у потомков будет проявляться

промежуточная форма наследования. При неполной пе-

нетрантности гена больные могут быть не в каждом поко-

лении.

Аутосомно-рецессивный тип наследования характеризу-

ется следующими признаками:

1) в восходящей части родословной обычно нет боль-

ных с аналогичной патологией;

2) больной ребенок (гомозигота) рождается у здоро-

вых родителей (гетерозигот);

3) болеют в равной степени мужчины и женщины;

4) проявление признака (болезни) наблюдается в го-

ризонтальной части родословной (рис. 71);

5) вероятность наследования 25% (если оба родителя

гетерозиготны), 50% (если один родитель гетерозиготен, а

irO ЬтО й От*

1 2 3

6 7 8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

12 13 14

/ 1 2 3 4 5 6

Рис. 70. Родословная с аутосомно-доминантным типом наследования

(объяснение в тексте)

Рис. 71. Родословная с аутосомно-рецессивным типом наследования

(объяснение в тексте)

второй гомозиготен по рецессивному признаку) и 100%

(если оба родителя рецессивные гомозиготы). Чаще всего

вероятность наследования болезни аутосомно-рецессив-

ного типа составляет 25%, так как вследствие тяжести

заболевания такие больные либо не доживают до дето-

родного возраста, либо не вступают в брак. Так наследу-

ются у человека фенилкетонурия, серповидно-клеточная

анемия, голубой цвет глаз и др.

Х-сцепленный рецессивный тип наследования характе-

ризуется следующими признаками:

1) больные появляются не в каждом поколении;

2) больной ребенок рождается у здоровых родителей;

3) болеют преимущественно мужчины;

4) проявление признака (болезни) наблюдается пре-

имущественно в горизонтальной части родословной

(рис. 72);

5) вероятность наследования — у 25% всех детей, в

том числе у 50% мальчиков.

Так наследуются у человека гемофилия, дальтонизм,

наследственная анемия, мышечная дистрофия и др.

Х-сцепленный доминантный тип наследования сходен с

аутосомно-доминантным, за исключением того, что муж-

чина передает этот признак только дочерям (сыновья по-

152

III

1 2 3

4 5 6 7 8

Й)

бйббййй

1 2 3 4 5 6 7

ЮТ5

8 9 10 11

Рис. 72. Родословная сцепленного с Х-хромосомой рецессивного

типа наследования (объяснение в тексте)

2 3 4 5

12 3

at Qri

5 6 7 I 8

(551 Ж»*

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Рис. 73. Родословная сцепленного с Х-хромосомой доминантного

типа наследования (объяснение в тексте)

лучают от отца Y-хромосому) (рис. 73). Примером такого

заболевания является особая форма рахита, устойчивая к

лечению витамином D.

Голандрический тип наследования характеризуется сле-

дующими признаками:

1) больные во всех поколениях;

2) болеют только мужчины;

153

6 6 OrD

5 6 7

2 3

Дб^об

12 3 4

5 6 7 8

9 10 11 12

1 2 3

"5 <5~i

Рис. 74. Родословная голандрического типа наследования

(объяснение в тексте)

3) у больного отца больны все его сыновья (рис. 74);

4) вероятность наследования у мальчиков 100%.

Так наследуются у человека некоторые формы ихтио-

за, обволошенность наружных слуховых проходов и сред-

них фаланг пальцев, некоторые формы синдактилии (пе-

репонки между пальцами ног) и др.

Близнецовый метод

Близнецовый метод изучения генетики человека вве-

ден в медицинскую практику Ф. Гальтоном в 1876 г. Он

позволяет определить роль генотипа и среды в проявле-

нии признаков.

Различают моно- и дизиготных близнецов. Монози-

готные (однояйцевые) близнецы развиваются из одной оп-

лодотворенной яйцеклетки. Монозиготные близнецы

имеют совершенно одинаковый генотип, но могут отли-

чаться по фенотипу, что обусловлено воздействием фак-

торов внешней среды.

Дизиготные (двуяйцевые) близнецы развиваются после

оплодотворения сперматозоидами нескольких одновре-

менно созревших яйцеклеток. Такие близнецы имеют

разный генотип, и их фенотипические отличия обуслов-

лены как генотипом, так и факторами внешней среды.

Таблица 3. Конкордантность некоторых признаков у монозиготных (МБ)

и дизиготных (ДБ) близнецов

Признак

Конкордантность, %

Признак

МБ ДБ

Группа крови (АВО)

100 46

Цвет глаз

99,5

Цвет волос

97 23

Папиллярные узоры

Косолапость

Врожденный вывих бедра

Бронхиальная астма

4,8

Гипертоническая болезнь

20,2

Шизофрения

70 13

Монозиготные близнецы имеют большую степень

сходства по признакам, которые определяются в основ-

ном генотипом. Например, они всегда однополы, у них

одинаковые группы крови по разным системам (ABO, Rh,

MN и др.), одинаковый цвет глаз, однотипны дермато-

глифические узоры на пальцах и ладонях и др. Эти фено-

типические признаки и используются в качестве критери-

ев диагностики зиготности близнецов.

Процент сходства близнецов по изучаемому признаку

называется конкордантностъю, а процент различия — дис-

кордантностъю. Так как монозиготные близнецы имеют

одинаковый генотип, то конкордантность у них выше,

чем у дизиготных (табл. 3).

Для оценки роли наследственности и среды в разви-

тии того или иного признака используют формулу Холь-

цингера:

КМБ% - КДБ%

Н = ,

100% - КДБ%

где Н — доля наследственности, КМБ — конкордантность

монозиготных близнецов, КДБ — конкордантность дизи-

готных близнецов. Если результат расчетов по формуле

Холыдингера приближается к единице, то основная роль в

развитии признака принадлежит наследственности, и на-

оборот, чем ближе результат к нулю, тем больше роль

средовых факторов.

Следует подчеркнуть, что морфологические признаки

человека в большей степени подвержены генетическому

контролю, чем особенности психики. Об этом свидетель-

ствует анализ коэффициента интеллектуальности у моно-

зиготных близнецов. При совместном воспитании его

конкордантность составляет 91%, а у близнецов, вырос-

ших в разных условиях, — 67% (у дизиготных — 64%).

Популяционно-статистический метод

Популяционно-статистический метод изучения генети-

ки человека основан на использовании закона Харди—

Вайнберга (см. гл. 8) и позволяет определять частоту ге-

нов и генотипов в популяциях людей. Например, гомо-

зиготы по гену HbS в Республике Беларусь практически

не встречаются, а в странах Западной Африки частота их

варьирует от 25% в Камеруне до 40% в Танзании (Ф. Фо-

гель, А. Мотульски, 1990). Изучение распространения

генов среди населения различных географических зон

(геногеография) дает возможность установить центры

происхождения различных этнических групп и их мигра-

цию, определить степень риска появления наследствен-

ных болезней у отдельных индивидуумов.

Цитогенетический метод

Цитогенетический метод основан на микроскопиче-

ском исследовании кариотипа.

Этапы исследования: 1) культивирование клегок

человека (чаще лимфоцитов) на искусственных питатель-

ных средах; 2) стимуляция митозов фитогемагглютинином

(ФГА); 3) добавление колхицина (разрушает нити верете-

на деления) для остановки митоза на стадии метафазы; 4)

обработка клеток гипотоническим раствором, вследствие

чего хромосомы «рассыпаются» и лежат свободно; 5) ок-

рашивание хромосом; 6) изучение под микроскопом и

фотографирование; 7) вырезание отдельных хромосом и

построение идиограммы.

В 70-е годы были разработаны методы дифференци-

ального окрашивания хромосом человека, которые пока-

зали, что каждая пара хромосом имеет свой специфиче-

ский характер чередования неокрашенных, светло- и тем-

ноокрашенных дисков (Парижская классификация).

Метод позволяет выявлять геномные (например, бо-

лезнь Дауна) и хромосомные (например, синдром «ко-

шачьего крика») мутации. В таких случаях кариотип

больного обозначают следующим образом:

•

количество

хромосом, набор гетерохромосом, номер хромосомы, ко-

роткого или длинного плеча и избыток (+) или нехватка

(-) генетического материала. Например, болезнь Дауна у

мальчика: 47,XY,21+; синдром «кошачьего крика» у де-

вочки: 46,ХХ,5р-.

Биохимические методы

Биохимические методы основаны на изучении актив-

ности ферментных систем либо по активности самого

фермента, либо по количеству конечных продуктов-реак-

ции, катализируемой данным ферментом. Применяют

хроматографические, флюорометрические, радиоиммуно-

логические и некоторые другие методы. Они позволяют

выявлять генные мутации — причины болезней обмена

веществ (например, фенилкетонурия, серповидноклеточ-

ная анемия). Они могут применяться и как экспресс-

методы (см. ниже).

С помощью биохимических нагрузочных тестов мож-

но выявлять гетерозиготных носителей патологических

генов, например фенилкетонурии. Исследуемому человеку

вводят внутривенно определенное количество аминокис-

лоты фенилаланина и через равные промежутки времени

определяют его концентрацию в крови. Если человек го-

мозиготен по доминантному гену (АА), то концентрация

фенилаланина в крови довольно быстро возвращается к

контрольному уровню (определяется до введения фенила-

ланина), а если он гетерозиготен (Аа), то снижение кон-

центрации фенилаланина идет в два раза медленнее

(рис. 75).

Рис. 75. Схема выявления гетерозиготного носителя гена

фенилкетонурии (объяснение в тексте)

Аналогично проводятся тесты, выявляющие предрас-

положенность к сахарному диабету, гипертонии и другим

болезням.

Методы рекомбинантной ДНК

Эти методы позволяют анализировать фрагменты

ДНК, находить и изолировать отдельные гены и их сег-

менты и устанавливать в них последовательность нуклео-

тидов.

Метод клонирования ДНК позволяет изолировать от-

дельные гены или их части, создавать неограниченное

количество их копий, транскрибировать и транслировать

изолированные гены, что стало возможным благодаря

открытию ферментов-рестриктаз. Эти ферменты «узнают»

специфическую олигонуклеотидную последовательность в

двухнитевой ДНК и разрезают ее в данном месте — сайте

(см. гл. 2). Разные рестриктазы распознают различные по-

следовательности нуклеотидов и разрезают ДНК в разных

сайтах.

Метод гибридизации нуклеиновых кислот позволяет

обнаружить единственный ген среди десятков тысяч. Ли-

нейные отрезки двухцепочечной ДНК подвергают тепло-

вой обработке и получают одноцепочечные фрагменты

(денатурирование). Далее денатурированную ДНК инку-

бируют при таких условиях (t = 37°С), когда происходит

гибридизация, т. е. взаимное распознавание двух компле-

ментарных нитей посредством спаривания азотистых ос-

нований. Часто для идентификации порядка нуклеотидов

используют в качестве зонда одну радиоактивную нить

ДНК с известной последовательностью нуклеотидов. Го-

мологичные последовательности можно идентифициро-

вать как полностью, так и частично. Различные модифи-

кации этого метода позволяют в клинике анализировать

очень малые количества ДНК, взятые у больного.

Для успешного применения в практическом здраво-

охранении методов рекомбинантной ДНК необходимо

создание библиотек радиоактивных зондов всех последо-

вательностей ДНК генома человека, и в этом направлении

уже немало сделано.

Методы генетики соматических клеток

Методы генетики соматических клеток дают возмож-

ность изучать многие вопросы генетики человека в экспе-

рименте. Для культивирования чаще используют клетки

соединительной ткани (фибробласты) и лимфоциты крови.

На искусственных питательных средах можно осуще-

ствлять'клонирование, т. е. получать потомство одной

клетки. Все потомки будут иметь одинаковый генотип

(как монозиготные близнецы), что позволяет на клеточ-

ном уровне изучать роль генотипа и среды в проявлении

признаков.

Можно проводить также

селекцию (отбор) клеток с

заранее заданными свойствами. Для этого используют

селективные питательные среды. Например, если в пита-

тельную среду добавить не лактозу, а другие сахара, то из

большого числа клеток найдется несколько, которые

смогут существовать без лактозы, и в дальнейшем можно

получить клон таких клеток.

Наибольший интерес для генетики человека представ-

ляет метод гибридизации клеток. В 1960 г. француз-

ский ученый Ж. Барский, выращивая в культуре клетки