методическое пособие генеалог
.pdfТема: Методы генетического анализа.
Цель занятия: изучить сущность и возможности генеалогического, близнецового и популяционно-статистического методов антропогенетики, сформировать представления об основных типах наследования признаков.
Задачи занятия:
1)Понять принципы построения родословных и научиться определять по родословной тип наследования признака, а также определять генотип пробанда и давать прогноз проявления признака у потомства;
2)Научиться использовать близнецовый метод антропогенетики для оценки вклада наследственности и среды в развитие признака.
3)Научиться определять генетическую структуру популяции, используя формулу Харди-
Вайнберга.
Формируемые компетенции: ОК-1, ОК-7, ОК-8, ОК-12, ПК-22, ПК-23.
Студент должен знать:
-Cодержание понятий: родословная, пробанд, сибс, легенда, монозиготные и дизиготные близнецы, конкордантность, дискордантность;
-Символы, применяемые при составлении родословной;
-Особенности родословных с разными типами наследования;
-Математические формулы, используемые для определения вклада наследственности и среды в развитие признака.
-Формулу Харди-Вайнберга
Студент должен уметь:
-составлять родословные, анализировать их и определять тип наследования признака;
-определять генотипы лиц, указанных в родословных, и производить расчет вероятности рождения потомства с указанным признаком;
-рассчитывать вклад наследственности и вклад среды в развитие признака;
-рассчитывать частоты аллелей и генотипов в популяции.
Студент должен владеть:
-основной терминологией, используемой в генеалогическом, близнецовом и популяционно-статистическом методах;
-навыками построения родословных и их анализа;
-приемами, используемыми в близнецовом методе антропогенетики.
Оснащение занятия
-таблицы,
-микропрепараты,
-раздаточный материал: изображения родословных и кариотипы
Хронологическая карта занятия:
-объяснение преподавателем материала;
-решение задач на доске и самостоятельно под контролем преподавателя;
-ответы на вопросы по изучаемой теме;
-минут – повторение основных положений занятия.
Теоретический обзор:
Генеалогический метод антропогенетики
Генеалогический метод является важнейшим методом клинической генетики. Именно с него начинается клинико-генетическое исследование, которое включает изучение патологических признаков у пробанда, его больных и здоровых родственников. Сущность его заключается в составлении и анализе родословных, что позволяет определить наследственный и ненаследственный характер заболевания (признака), его моногенность или полигенность. Сбор материала для анализа проводят одним из способов
– по пробанду или сплошным методом. Какой метод предпочесть - определяется характером изучаемого признака и его распространенностью в популяции. Если необходимо изучить редко встречающийся признак, то регистрация семей осуществляется по пробанду. Потенциальные пробанды, являющиеся носителем признака, могут состоять на учете в специализированных лечебных учреждениях.
Если нужно изучить наследственную природу признака, который имеется у каждого человека, сбор материала проводится сплошным методом. Для этого набирают группу людей, которая может быть изучена (генеральная совокупность), и из нее формируют выборку.
Человек, с которого начинается исследование, называется пробандом (лицо, обратившееся за медико-генетической консультацией), его родные братья и сестры – сибсы. Каждый член родословной имеет свой символ и шифр, состоящий из двух цифр (римская обозначает номер поколения (поколения нумеруют сверху вниз, цифру обычно ставят слева от родословной), арабская – номер индивида при нумерации членов одного поколения последовательно слева направо). Братья и сестры располагаются в родословной в порядке рождения. В тех случаях, когда супруг не обследован на наличие рассматриваемого признака и его родословная не приводится, можно его не изображать
вообще. Все индивиды должны располагаться строго по поколениям в один ряд. Под родословной помещается легенда –пояснение к условно принятым обозначениям. Построение родословной начинается со сбора анамнеза: ФИО, возраст пробанда и его родителей, наличие близкородственных браков в родословной между любыми родственниками, выявление больных с одинаковыми патологическими признаками, наличие выкидышей, мертворождений, ранней гибели детей, случаи рождения детей с врожденными пороками развития, геномными и хромосомными мутациями.
Затем строится родословная, начиная с пробанда. Для построения родословной используются основные символы, представленные на рис. 1.
После этого проводится генеалогический анализ, заключающийся в определении варианта и типа наследования заболевания (признака). При анализе принципиальное значение имеет величина выборки, на основе которой составлена родословная, полнота регистрации носителей признака и их родственников.
Наследование можно подразделить на наследование по аутосомно-доминантному, аутосомно-рецессивному, Х-сцепленному доминантному, Х-сцепленному рецессивному, Y- сцепленному типу, выделяют также митохондриальную наследственность. Ниже приведены критерии разных типов наследования.
Рис.
Рис.1. Основные символы, используемые при составлении родословной:
1-лица мужского пола, 2-лица женского пола, 3 — пол неизвестен (а-здоровые, б- больные), 4 — несколько человек (а-число известно, б-число неизвестно), 5-пробанд, 6- умершие, 7-брак, 8-родственный брак, 9-сибсы (дети одной родительской пары), 10монозиготные близнецы, 11-дизиготные близнецы, 12-женщина-носительница рецессивного гена, локализованного в Х-хромосоме, 13-гетерозиготные носители рецессивного гена, локализованного в аутосоме, 14-бездетный брак, 15-выкидыш, 16мертворожденный, 17внебрачный ребенок
Рис. 2. Пример родословной с аутосомно-доминантным типом наследования.
Аутосомно-доминантный тип наследования (рис.2):
1)Заболевание регулярно передается из поколения в поколение без пропусков, т. е. прослеживается в родословной по вертикали (за исключением мутаций de novo (вновь возникших)).
2)Риск рождения больного ребенка, если болен один из родителей, составляет 50 %.
3)Здоровые индивиды имеют здоровых потомков.
4)У больного индивида болен один из родителей (за исключением мутаций de novo).
5)Оба пола поражаются примерно с одинаковой частотой.
Аутосомно-рецессивный тип наследования (рис. 3):
1)Признак встречается в родословной редко, не во всех поколениях.
2)В случае кровно-родственных браков между родителями пробанда наблюдается увеличение числа больных в родословной.
3)Признак встречается у обоих полов примерно с одинаковой вероятностью.
4)Больные дети могут быть и больных, и у здоровых родителей.
Рис. 3. Пример родословной с аутосомно-рецессивным типом наследования. Х-сцепленный доминантный тип наследования (рис.4):
1)У больного пробанда обязательно болен один из родителей.
2)У больного отца все дочери больны, а сыновья здоровы.
3)У больной матери равновероятно рождение больной дочери и больного сына.
4)У здоровых родителей все дети будут здоровы.
5)Больных женщин больше, чем больных мужчин.
Рис. 4. Пример родословной с Х-сцепленным доминантным типом наследования.
Х-сцепленный рецессивный тип наследования (рис.5):
1)Заболевание наблюдается у мужчин-родственников пробанда по материнской
линии.
2)Сыновья никогда не наследуют заболевания отца.
Рис. 5. Пример родословной с Х-сцепленным рецессивным типом наследования.
3) У больного отца все его дочери здоровы и являются гетерозиготными носителями мутантного гена.
4) Если женщина является гетерозиготным носителем мутантного гена, то половина ее сыновей больны, а все дочери здоровы, причем половина ее дочерей является гетерозиготными носителями мутантного гена.
Y-cцепленный тип наследования (рис.6):
1)Признак передается только по отцовской линии потомкам мужского пола.
2)Признак встречается во всех поколениях.
Рис.6. Пример родословной с Y-сцепленным типом наследования. Митохондриальный тип наследования (рис.7):
1)Заболевание передается от больной матери всем ее детям;
2)Мужчины и женщины поражаются в равной степени;
3) Передача по мужской линии невозможна.
Рис. 7. Митохондриальный тип наследования
Близнецовый метод
Близнецовый метод является одним из важных методов генетики человека. Он позволяет количественно оценить вклад наследственности, то есть генотипа человека, и вклад окружающей среды в развитие изучаемого признака (болезни). В этом методе используют пары монозиготных и дизиготных близнецов.
Монозиготные (однояйцевые) близнецы развиваются из одной зиготы — оплодотворенной яйцеклетки, причем в оплодотворении яйцеклетки принимает участие только один сперматозоид. Обычно из зиготы развивается один зародыш. Но иногда после первого митотического деления два бластомера отделяются друг от друга и начинают самостоятельное развитие: из каждого бластомера формируется обособленный от другого зародыш, в результате чего у матери рождаются два ребенка, одинаковые по полу, генотипу и фенотипу. Имеющиеся у них очень незначительные различия обусловлены небольшими наследственными и ненаследственными изменениями, которые возникают в их соматических клетках в ходе индивидуального развития.
Дизиготные (двуяйцевые) близнецы развиваются из разных зигот, когда две разные яйцеклетки одновременно выходят из яичника женщины и оплодотворяются каждая “своим” сперматозоидом. Дизиготные близнецы вследствие комбинативной изменчивости, возникающей при гаметогенезе у родителей, отличаются друг от друга наборами конкретных хромосом и аллелей генов и, следовательно, своими генотипами и фенотипами. Родившиеся одновременно дизиготные близнецы похожи друг на друга и отличаются друг от друга в той же степени, в какой дети одних и тех же родителей, родившиеся в разные годы, во многом похожи друг на друга, и одновременно отличаются друг от друга. Разница между ними заключается лишь в том, что дизиготные близнецы рождаются одновременно, а не с интервалом в несколько лет, как обычные сибсы – братья и сестры.
Предварительным этапом близнецового метода является идентификация монозиготных близнецов, то есть подтверждение того, что они образовались из одной зиготы и имеют одинаковый генотип.
Для идентификации монозиготных близнецов используют критерии диагностики зиготности близнецов – фенотипические признаки, обусловливаемые только генотипом. К таким признакам относятся следующие:
∙пол,
∙группы крови по разным системам (АВО, Rh, MN и др.),
∙цвет глаз и кожи,
∙цвета и формы волос,
∙формы носа, губ, рта,
∙форма и величина головы, ушных раковин, пальцев и кистей,
∙особенности строения зубов, цвета их эмали,
∙расположение веснушек, кожных сосудов,
∙кожные узоры на пальцах и ладонях.
Если эти признаки одинаковы у двух близнецов, то можно с уверенностью утверждать, что они являются монозиготными близнецами. Идентификацию близнецов лучше проводить через несколько лет после рождения, так как в детском возрасте некоторые признаки недостаточно отчетливо выражены. В акушерской практике тип близнецов определяется по количеству (одна, две) околоплодной оболочек и плацент. Кроме того, достоверным критерием монозиготности близнецов является приживляемость кусочков кожи, пересаженных от одного близнеца другому.
Основные этапы классического близнецового метода
Классический близнецовый метод включает в себя следующие этапы:
∙подбор групп монозиготных и дизиготных близнецов
∙вычисление степени сходства близнецов внутри каждой из групп близнецов
∙вычисление доли наследственности и доли среды в развитии изучаемого признака. Этап 1. Подбор групп монозиготных и дизиготных близнецов.
Сначала подбирают две группы близнецов: группу монозиготных близнецов и
группу дизиготных близнецов. Причем подбирают такие пары близнецов, в которых хотя бы у одного из двух близнецов имеется изучаемый признак.
Этап 2. Вычисление степени сходства близнецов внутри каждой из групп близнецов
Затем подсчитывают количество таких пар близнецов, в которых изучаемый признак встречается у обоих близнецов. Такой подсчет делают отдельно для монозиготных и дизиготных близнецов. Для каждой группы близнецов рассчитывают величину коэффициента конкордантности (К) (сходства), которую оценивают по встречаемости (в %) изучаемого признака одновременно у обоих близнецов. Так, например, если среди 80-и пар монозиготных близнецов, в которых хотя бы один близнец имеет изучаемый признак, в 36-и парах этот признак встречается у обоих близнецов, то коэффициент конкордантности монозиготных близнецов по изучаемому признаку равен Кмб = 36/80 = 35%
Поскольку монозиготные близнецы имеют одинаковый генотип, то конкордантность их выше, чем у дизиготных близнецов.
Познакомьтесь с величинами коэффициента конкордантности по нормальным и патологическим признакам для монозиготных (МБ) и дизиготных (ДБ) близнецов.
|
|
|
|
Признаки |
|
Конкордантность |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
МБ |
|
ДБ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нормальные |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Группа крови (АВО) |
100 |
|
46 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Цвет глаз |
99,5 |
|
28 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Цвет волос |
97 |
|
23 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Папиллярные узоры |
92 |
|
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Склонность к занятию |
66,3 |
|
25,8 |
спортом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Срок начала ходьбы |
67 |
|
29,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Патологические |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Косолапость |
32 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
«Заячья губа» |
33 |
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Бронхиальная астма |
19 |
|
4,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Корь |
98 |
|
94 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Туберкулез |
37 |
15 |
|
|
|
|
|
|
Эпилепсия |
67 |
3 |
|
|
|
|
|
|
Шизофрения |
70 |
13 |
|
|
|
|
|
|
Гипертония |
26,2 |
10 |
|
|
|
|
|
|
Ревматизм |
20,3 |
6,1 |
|
|
|
|
|
|
Сахарный диабет |
84 |
37 |
|
|
|
|
|
|
Маниакально- |
73,1 |
15,2 |
депрессивный психоз |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Этап 3. Вычисление доли наследственности и доли среды в развитии изучаемого признака.
Затем по специальным формулам рассчитывают два показателя: долю участия наследственности и долю участия внешней среды в развитии изучаемого признака.
Одной из таких формул является формула Хольцингера: Н=(КМБ-КДБ)/(100-КДБ), С=1-Н
где Н – коэффициент наследуемости, доля вклада наследственности в формирование изучаемого признака
КМБ - коэффициент конкордантности монозиготных близнецов по изучаемому признаку
КДБ - коэффициент конкордантности дизиготных близнецов по изучаемому признаку С – доля среды в формирование изучаемого признака.
Коэффициент наследуемости выражают обычно в долях единицы, выраженных десятичным числом, например, 0,76.
По величине показателя Н судят о степени участия генетических и средовых факторов в развитии изучаемого признака. Если значение Н близко к 0, то считают, что развитие признака обусловлено только факторами внешней среды. Значение Н от 0,3 до 0,7 является показателем того, что признак развивается под влиянием факторов внешней среды при наличии