Популяційно-статистичний метод
Методи генетики людини
Для генетичних досліджень людина є незручним об'єктом, тому що у людини: неможливе експериментальне схрещування; велика кількість хромосом; пізно настає статева зрілість; мале число нащадків у кожній сім'ї; неможливе зрівняння умов життя для потомства.
У генетиці людини використовується низка методів дослідження.
Генеалогічний метод
Використання цього методу можливе в тому випадку, коли відомі прямі родичі - предки володаря спадкової ознаки (пробанда) по материнській та батьківській лініях у ряді поколінь або нащадки пробанда також у кількох поколіннях. При складанні родоводів у генетиці використовується певна система позначень. Після складання родоводу проводиться її аналіз з метою встановлення характеру спадкування досліджуваної ознаки.
Умовні позначення, прийняті під час упорядкування родоводів:1 — чоловік; 2 - жінка; 3 - підлога не з'ясована; 4 - володар ознаки, що вивчається; 5 - гетерозиготний носій рецесивного гена, що вивчається; 6 - шлюб; 7 - шлюб чоловіка з двома жінками; 8 - родинний шлюб; 9 - батьки, діти та порядок їх народження; 10 - дизиготні близнюки; 11 - монозиготні близнюки.
Завдяки генеалогічному методу було визначено типи успадкування багатьох ознак у людини. Так, за аутосомно-домінантним типом успадковуються полідактилія (збільшена кількість пальців), можливість згортати мову в трубочку, брахідактилія (короткопалість, обумовлена відсутністю двох фаланг на пальцях), ластовиння, раннє облисіння, пальці, що зрослися, заяча губа, крихкість кісток та багато інших. Альбінізм, руде волосся, схильність до поліомієліту, цукровий діабет, вродженаглухота та інші ознаки успадковуються як аутосомно-рецесивні.
Домінантна ознака – здатність згортати мову в трубочку (1) та її рецесивний алель – відсутність цієї здатності (2). 3 - родовід за полідактилією (аутосомно-домінантне успадкування).
Цілий ряд ознак успадковується зчеплено зі статтю:Х-зчеплене успадкування - гемофілія, дальтонізм;Y-зчеплене - гіпертрихоз краю вушної раковини, перетинчастість пальців ніг. Є ряд генів, локалізованих у гомологічних ділянкахХ- таY-хромосом, наприклад загальна колірна сліпота.
Використання генеалогічного методу показало, що при родинному шлюбі, порівняно з неспорідненим, значно зростає ймовірність появи каліцтв, мертвонароджень, ранньої смертності в потомстві. У родинних шлюбах рецесивні гени частіше переходять у гомозиготний стан, у результаті розвиваються ті чи інші аномалії. Прикладом цього є успадкування гемофілії у царських будинках Європи.
Спадкування гемофілії в царських будинках Європи:- гемофілік; - Жінка-носій.
Близнюковий метод
1 - монозиготні близнюки; 2 - дизиготні близнюки.
Близнюками називають дітей, що одночасно народилися. Вони буваютьмонозиготними(однояйцевими) тадизиготними(різнояйцевими).
Монозиготні близнюки розвиваються з однієї зиготи (1), яка на стадії дроблення розділилася на дві (або більше) частини. Тому такі близнюки генетично ідентичні і завжди однієї статі. Монозиготні близнюки характеризуються великим ступенем подібності (конкордантністю) за багатьма ознаками.
Дизиготні близнюки розвиваються з двох або більше яйцеклітин, що одночасно овулювали і запліднені різними сперматозоїдами.(2). Тому вони мають різні генотипи і можуть бути як однієї, так і різної статі. На відміну від монозиготних, дизиготні близнюки характеризуються дискордантністю - подібністю за багатьма ознаками. Дані про конкордантність близнюків за деякими ознаками наведено у таблиці.
| Ознаки | Конкордантність, % |
| Монозиготні близнюки | Дизиготні близнюки |
| Нормальні | |
| Група крові (АВ0) | |
| Колір очей | 99,5 |
| Колір волосся | |
| Патологічні | |
| Косолапість | |
| «Заяча губа» | |
| Бронхіальна астма | 4,8 |
| Кір | |
| Туберкульоз | |
| Епілепсія | |
| Шизофренія |
Як видно з таблиці, ступінь конкордантності монозиготних близнюків за всіма наведеними ознаками значно вищий, ніж у дизиготних, проте вона не є абсолютною. Як правило, дискордантність монозиготних близнюків виникає в результаті порушень внутрішньоутробного розвитку одного з них або під впливом зовнішнього середовища, якщо воно було різним.
Завдяки близнюковому методу, було з'ясовано спадкову схильність людини до низки захворювань: шизофренії, епілепсії, цукрового діабету та інших.
Цитогенетичний метод
Заснований на вивченні хромосом людини в нормі та при патології. У нормі каріотип людини включає 46 хромосом - 22 пари аутосом та дві статеві хромосоми. Використання цього методу дозволило виявити групу хвороб, пов'язаних або зі зміною числа хромосом, або зі змінами їхньої структури. Такі хвороби отримали назвухромосомних.
Матеріалом для каріотипного аналізуНайчастіше є лімфоцити крові. Кров береться у дорослих із вени, у новонароджених — із пальця, мочки вуха чи п'яти. Лімфоцити культивуються в особливому живильному середовищі, до складу якого, зокрема, додані речовини, що «заставляють» лімфоцити інтенсивно ділитися мітозом. Через деякий час у культуру клітин додають колхіцин. Колхіцин зупиняє мітоз на рівні метафази. Саме під час метафази хромосоми є конденсованими. Далі клітини переносяться на предметне скло, сушаться і фарбуються різними барвниками. Забарвлення може бути а) рутинної (хромосоми забарвлюються рівномірно), б) диференціальної (хромосоми набувають поперечної смугастість, причому кожна хромосома має індивідуальний малюнок). Рутинне фарбування дозволяє виявити геномні мутації, визначити групову приналежність хромосоми, дізнатися, у якій групі змінилося число хромосом. Диференційне фарбування дозволяє виявити хромосомні мутації, визначити хромосому до номера, з'ясувати вид хромосомної мутації.
У тих випадках, коли необхідно провести каріотипний аналіз плода, для культивування беруться клітини амніотичної (навкоплодної) рідини — суміш фібробластоподібних та епітеліальних клітин.
До хромосомних захворювань належать: синдром Клайнфельтера, синдром Тернера-Шерешевського, синдром Дауна, синдром Патау, синдром Едвардса та інші.
Хворі на синдром Клайнфельтера (47,ХХY) завжди чоловіки. Вони характеризуються недорозвиненням статевих залоз, дегенерацією насіннєвих канальців, часто розумовою відсталістю, високим зростанням (за рахунок непропорційно довгих ніг).
Синдром Тернера-Шерешевського (45,Х0) спостерігається у жінок. Він проявляється у уповільненні статевого дозрівання, недорозвиненні статевих залоз, аменореї.(відсутності менструацій), безплідності. Жінки із синдромом Тернера-Шерешевського мають мале зростання, тіло диспропорційно — більш розвинена верхня частина тіла, плечі широкі, таз вузький — нижні кінцівки вкорочені, коротка шия зі складками, «монголоїдний» розріз очей і ряд інших ознак.
Синдром Дауна - одна з найпоширеніших хромосомних хвороб. Вона розвивається внаслідок трисомії по 21 хромосомі (47; 21, 21, 21). Хвороба легко діагностується, оскільки має ряд характерних ознак: укорочені кінцівки, маленький череп, плоске, широке перенесення, вузькі щілини з косим розрізом, наявність складки верхньої повіки, психічна відсталість. Часто спостерігаються порушення будови внутрішніх органів.
Хромосомні хвороби виникають і внаслідок зміни самих хромосом. Так, делеціяр-плеча аутосоми №5 призводить до розвитку синдрому "крик кішки". У дітей із цим синдромом порушується будова гортані, і вони в ранньому дитинстві мають своєрідний «м'якаючий» тембр голосу. Крім того, спостерігається відсталість психомоторного розвитку та недоумство.
Найчастіше хромосомні хвороби є результатом мутацій, що сталися у статевих клітинах одного з батьків.
Біохімічний метод
Дозволяє виявити порушення в обміні речовин, спричинені зміною генів та, як наслідок, зміною активності різних ферментів. Спадкові хвороби обміну речовин поділяються на хвороби вуглеводного обміну (цукровий діабет), обміну амінокислот, ліпідів, мінералів та ін.
Фенілкетонурія відноситься до хвороб амінокислотного обміну. Блокується перетворення незамінної амінокислоти фенілаланін на тирозин, при цьому фенілаланін перетворюється на фенілпіровиноградну кислоту, яка виводиться із сечею. Захворювання призводить дошвидкому розвитку недоумства у дітей. Рання діагностика та дієта дозволяють призупинити розвиток захворювання.
Популяційно-статистичний метод
Це спосіб вивчення поширення спадкових ознак (спадкових захворювань) у популяціях. Істотним моментом під час використання цього є статистична обробка одержуваних даних. Підпопуляцієюрозуміють сукупність особин одного виду, що тривалий час мешкають на певній території, вільно схрещуються один з одним, мають загальне походження, певну генетичну структуру і тією чи іншою мірою ізольованих від інших таких сукупностей особин даного виду. Популяція не лише формою існування виду, а й одиницею еволюції, оскільки основу мікроеволюційних процесів, завершуються утворенням виду, лежать генетичні перетворення на популяціях.
Вивченням генетичної структури популяцій займається особливий розділ генетики -популяційна генетика. У людини виділяють три типи популяцій: 1) панміктичні, 2) деми, 3) ізоляти, які відрізняються один від одного чисельністю, частотою внутрішньогрупових шлюбів, часткою іммігрантів, приростом населення. Населення великого міста відповідає панміктичній популяції. У генетичну характеристику будь-якої популяції входять такі показники: 1)генофонд(сукупність генотипів усіх особин популяції), 2) частоти генів, 3) частоти генотипів, 4) частоти фенотипів, система шлюбів, 5) фактори, що змінюють частоти генів.
Для з'ясування частот народження тих чи інших генів і генотипів використовуєтьсязакон Харді-Вайнберга.
Закон Харді-Вайнберга
В ідеальній популяції з покоління в покоління зберігається певне співвідношення частотдомінантних та рецесивних генів (1), а також співвідношення частот генотипних класів особин (2).
деp- частота народження домінантного генаА;q- частота народження рецесивного генаа;р2 - частота народження гомозигот за домінантоюАА; 2pq- частота народження гетерозиготАа;q2 - частота народження гомозигот по рецесивуаа.
Ідеальною популяцією є досить велика, панміктична (панміксія - вільне схрещування) популяція, в якій відсутні мутаційний процес, природний відбір та інші фактори, що порушують рівновагу генів. Зрозуміло, що ідеальних популяцій у природі немає, у реальних популяціях закон Харді-Вайнберга використовується з поправками.
Закон Харді-Вайнберга зокрема використовується для приблизного підрахунку носіїв рецесивних генів спадкових захворювань. Наприклад, відомо, що в цій популяції фенілкетонурія зустрічається з частотою 1:10000. Фенілкетонурія успадковується за аутосомно-рецесивним типом, отже, хворі на фенілкетонурію мають генотипаа, тобтоq2 = 0,0001. Звідси:q= 0,01;p= 1 - 0,01 = 0,99. Носії рецесивного гена мають генотипАа, тобто є гетерозиготами. Частота народження гетерозигот (2pq) становить 2 · 0,99 · 0,01 ≈ 0,02. Висновок: у цій популяції близько 2% населення - носії гена фенілкетонурії. Заодно можна підрахувати частоту народження гомозигот за домінантою (АА):p2 = 0,992, трохи менше 98%.
Зміна рівноваги генотипів і алелів у панміктичній популяції відбувається під впливом факторів, що постійно діють, до яких відносяться: мутаційний процес, популяційні хвилі, ізоляція,природний відбір, дрейф генів, еміграція, імміграція, інбридинг. Саме завдяки цим явищам виникає елементарне еволюційне явище - зміна генетичного складу популяції, що є початковим етапом видоутворення.
Генетика людини — одна з галузей науки, що найбільш інтенсивно розвиваються. Вона є теоретичною основою медицини, що розкриває біологічні основи спадкових захворювань. Знання генетичної природи захворювань дозволяє вчасно встановити точний діагноз і здійснити потрібне лікування.