Интегрированная логистическая поддержка жизненного цикла наукоемкой продукции. ИЛП жц НП.
В результате мейоза исходная пара геномов расходится по гаметам, при этом происходит не только расщепление гомологических сегментов хромосом, но и не зависимое расщепление сегментов негомологических хромосом.
Общие и отличительные черты митоза и мейоза. Митоз и мейоз - непрямое деление клетки. Они имеют сходства и различия. Главные черты сходства между митозом и мейозом касаются процессов цитокинеза. В митозе обр. 2 сомат. кл. с диплоидным набором хромосом, в результате мейоза образуется 4 клетки с гаплоидным набором хромосом. Одно из отличий состоит в том, что на протяжении двух последовательных делений в мейозе имеет место один синтез ДНК и он движет во времени и вместо интерфазы осуществляет в профазе I деление мейоза. Общее между митозом и мейозом заключается в том, что работают одни и те же механизмы распределения ген материала. Исходные клетки как в митозе, так и в мейозе содержат пару гомологических хромосом(2п), каждая из которых представлена двуспиральной молекулой ДНК. Ауторепликация в фазе синтеза S ведет к дальнейшему осуществлению митоза, после синтеза ДНК возникает временное тетраплоидное состояние ядра – профаза, метофаза митоза, стадия G2. Каждая из хроматид состоит из линейной молекулы ДНК. Во время метафазы центромеры удваиваются и освобожденный хроматид расходится к разным полюсам клетки. В результате, дочерние клетки получают диплоидный набор хромосом. Еще отличие: при мейозе синтез ДНК наступает в профазе мейоза I. По видимому это является тем пусковым механизмом, благодаря которому мейоз преобразуется в 2 деления, между которыми не происходит синтез ДНК. В результате, 4 хроматиды, образовавшиеся после 1 синтеза ДНК распределяется в 4 гаметы. В орг. этот цикл может заканчиваться оплодотворением , в результате которого возникает зигота, которая путем многих последовательных митозов развивается в многокл. орг. Мейотические деления имеют место в половых железах в процессе обр. гамет в спермат. и овогенезе.
Лекция №8
Изменчивость. Её формы. Мутагенез.
Если бы организмы были сходны между собой, вопрос о наследственности мог бы никогда не возникнуть. По рождению подобного подобным им было бы естественным порядком вещей. Различия между организмами только одного вида необходимы для изучения наследственности, но также служат материалом для образования новых видов. Мутации, порождающие отличия, явл-ся движущей силой эволюции. Они поставляют сырье для взаим-ия насл-ти с факторами внешней среды и тем самым обеспечивают возможность изменчивости, столь характерной для живых форм. Эволюция очевидных продолжается и сейчас путем отбора благоприятных изменений в генетическом материале путем реорганизации всего генотипа вследствие изменения в окружающей среде.
В результате мутаций происходят разрушения в норме у человека, вызывающие патологии. Мутации - внезапные, скачкообразные, непредсказуемые и дискретные изменения наследственного материала.
Внезапные мутации возникают довольно редко. Полагают, что 1 из них произошла у английской королевы Виктории, вследствие чего все ее потомки, особенно мужского рода, приобрели гемофилию. Хотя у предков королевы его не было (гена) .
Мутации, будучи новыми молекулярными состояниями генов, столь же стойки как и гены, из которых они возникают. Путем ауторепродукции мутации передаются потомкам в бесчисленном ряду клеточных поколений.
Установлено, что появление мутаций детерминируются изменениями в молекулах ДНК, возникающими на основе нарушений метаболизма организма и под прямым влиянием факторов среды. Факторы, вызывающие мутации, называются мутагенами.Причины появления мутации могут появл-ся в естественных условиях среды, в особенности обмена веществ. Мутации, возникшие от этих причин, называются естественными или спонтанными.
Существуют по крайней мере 2 механизма спонтанных мутаций. Один из них связан с такими естественными метаболитами, как аденин и аденозин. С другой стороны, некоторые, не встречающиеся в природе, подобные аденозину, попадая в клетку, включаются в - ( 5-бромурацил-количественно замещает тимин и действует как мутаген, но включение его не представляет собой мутации, так как ген, включивший его не может производить опий, содержащий это необычное основание, если оно больше не поступает в клетку из среды) Но есть некоторая вероятность, что в процессе репликации против 5-бромурацила изредка будет вкл-ся другое основание, например гуанин. При следующей репликации мутационное изменение завершится когда против гуанина встанет его норм. партнер цитозин. Кажется очевидным, что ДНК, содержащий аналог, не может обуславливать мутаций фенотип, пока мутация не окажется генетически завершенной. После включения 5-бромурацила должно произойти 2 репликации, прежде чем можно будет выявить индуцированных им мутантов. Мы можем предполагать, что некоторые мутации складываются из двух этапов: 1) включение необычного основания в опр. участке одной из цепей двойной спирали ДНК. 2) репликация на основе этой матрицы. Основание может быть необычным по происхождению или по положении. В первом случае не синтезируются в клетке. Для его образования может требуется действие спец.агента (например - УФ-лучи). В этом случае оно может вкл-ся только в период своего кратковременного присутствия в клетке. Это первоначальное включение еще не составляет полную мутацию, за ним должна последовать репликация, связанная с включением нового, но необычного для клетки основания в новую цепь против измененного участка старой цепи. Во втором включается основание, необычное только тем, что его клетка хотя и синтезирует в норме условия, но оно занимает новое положение в род ДНК. Если происходит постоянная замена, оно может передаваться по насл-ву.
Искусственный мутагенез. В настоящее время есть множество факторов, с помощью которых мутации вызываются искусственно. Мутации под их воздействием называются индуцированными. Большое количество экзомутагенов поступает с пищей, лекарственными препаратами и прочее. Ежедневно 2-3 грамма мутагенов мы получаем. Особую опасность представляют искусственно синтезированные хим.соединения(ксенобиотики) В наст. момент существует свыше 3,5 миллионов хим.веществ и около 3 миллионов находится в стадии разработки. Ежегодно синтезируются до 25 тысяч новых хим. препаратов. Примерно тысяча из них внедряется в практику.
Микробиологическими методами показана мутагенная активность Бренди, некоторых ликеров, кофе и особенно опасны в этом отношении виды быстрого питания.
Пищевые добавки: консерванты, красители, ароматизаторы, подсластители, загустители; в процессе метаболизма пищевых добавок образуются промежуточные продукты, которые обладают тиратогенными и канцерогенными свойствами, которые могут привести к плохим последствиям, вплоть до повреждения молекул ДНК.
Негативное влияние на генетические структуры оказывает курение. Состав табачного дыма входит около 400 сотен химических веществ, из которых 50 – это полициклические водороды, табачные смолы, нитрозоамины. Обладают генотоксическим и канцерогенными эффектами. У курящих лиц существенно повышен уровень хромосомных операций. Это приводит к рождению детей с синдромом Дауна, к примеру. К биологическим мутагенам отн-ся вирусы, простейшие, бактерии, гельминты. Вирусы-живые мутагены, они приносят в клетку собственную ген.инф-ию, изменяя ген.аппарат. Онковирусы, ретровирусы оспы, гриппа, коревой краснухы. Ретровирусы вызывают лейкозы у людей, увеличивают число аутоиммунных болезней (эритематозная волчанка, аутоиммунный гломерулонефрит). Если происходит изменение стурктуры молекулы ДНК или нарушаются процессы репарации, возникают генные мутации. Благодаря редупликации ДНК, изменение в ней передаются из поколении в поколение в клетке. Эти изменения подхватываются естественным отбором и увековечили себя в качестве нового наследственного признака. Место мутаций в любой точке гена называется сайт. Разные сайты могут быть объединены в 1 гене и разъединены. Сущность локальных внутригенных соединений может быть воссоединена по 4 типам: замена пар оснований в молекуле ДНК, делеция 1 пары или групп оснований, вставка 1 пары или групп пар оснований, перестановка положения нуклеотидов внутри гена. Мутации, связанные с заменой пары комплементарных нуклеотидов в 2-цепочной молекуле ДНК на другую пару нуклеотидов, приводит к изменению структурных триплетов, кодирующие нити этих молекул. Эти мутации могут привести к изменениям, замене одной пары на другую. Например, триплет ЦГТ кодирует нити ДНК и определяет в полипептиде аминокислоту аланин. Если этот триплет зам-ся ЦАТ Ом, то вместо аланина будет другая аминоксилота-валин. В отдельных случаях при замене 1 нуклеотида возникают нонсенс-мутации, при которых обычный кодон той или иной аминокислоты превращается в стоп-кодон. Например, замена триплета ЦАА в молекуле м-РНК, кодирующ. глицин на стоп-триплет УАА. Такая мутация вызывает преждевременное прекращение (терминацию) процесса транскрипции соответствующего гена. Принципиально иной хар-р имеют генные мутации, приводящие к сдвигу рамки считывания ген.инф-ии. Они возникают при включении либо выпадении делеции, одной или нескольких пар нуклеотидов.
При этом изм-ся структура всех триплетов и сходные нукл.посл-ти, кодирующие нити ДНК, начиная с точки, в кот. произошло нарушение и заканчивая стоп-кодоном на 5’ конце такой посл-ти. Следовательно, нарушится и вся аминокислотная последовательность кодируемого полипептида, т.е. в клетке будет синтезироваться бессмысленный белок.
Т.о. изменение в молекуле структуре гена ведут к новым нормам считывания с него ген. информации, нужной для протекания биохимическим процессам клетки и в конечном итоге приводит к новым свойствам клетки и организма в целом.
Генные или точковые мутации. 3 категории: видимые мутации(приводят к видимым морфологическим или физиологическим свойствам орг-ма); биохимические мутации(изменяют течение биосинтеза в клетке); мутации( нарушают жизнеспособность особей, так называемые летальные, полулетальные и сублетальные мутации.)
У человека обнаружены летальные гены (доминантные и рецессивные, которые вызывают гибель плода и в ранние сроки после рождения, например, анэнцефалия в гомозиготном состоянии - отсутствие головного мозга, уродство, не совместимое в жизни. В гетерозиготном состоянии - неврощение задней стенки грудной и поясничных областях. По рейессивному типу насл-ся ихтиоз, амоуротическая идиотия. При ихтиозе верхние слои эпидермиса приобретают вид роговых чешуй с кровоточащими трещинами. При идиотии Сакса в клетках мозга откладываются жироподобные вещ-ва,больные обчно умирают в возрасте 2-3 лет. Генные мутации могут возникнуть в половых и соматических клетках. Последствием таких мутации явл-ся возникновение генных мутаций. Мутации, возникающие в соматических клетках, не передаются по насл-ву. В процессе эволюции соматические мутации не играют никакой роли. Но чем раньше в онтогенезе возникает соматическая мутация, тем большее число потомков носят данную мутацию (мозайки) например, разный цвет глаз, прядь волос другого цвета, наличие родинок и родимых пятен. Соматические мутации могут нарушать метаболизм, являются причинами быстрого старения, являются причинами образования злокачественных опухолей.
Изменение структуры хромосом получило название хромосомных аберраций. В мейозе при образовании половых гамет происходит конъюгации гомологичных хромосом. В результате неравного кроссинговера возникают внутрихромосомные мутации – делеции и дупликации.
Делеция – потеря того или иного участка хромосом от одного гена до блока гена разной величины.
Дупликация – добавление участка хромосом, прибавление лишнего гена.
Делеции и дупликации могут изменять численность в генотипе индивидуума, что приводит к соответствующим генотипическим проявлениям. Значительные по размеру делеции - летальны в гомозиготном состоянии.
Инверсия возникает в результате полного разрыва 2 краев хромосомного участка с последующим поворотом этого участка и воссоединение разорванных концов. Появление при этом перестановки(перестройки групп сцепления) могут сопр-ся нарушением экспрессии генов. И. не затрагивает ценромеру (парацентрическая), затрагивает - перицентрическая.
Межхромосомные мутации – транслокация - обмен участками между хромосомами, что приводит к образованию 2 новых хромосом. Наиболее часто встречаются реципрокные транслокации, при кот. набл-ся взаимный обмен предварительно разорванными участками между 2 негомологичными хромосами. В случае реципрокной транслокации происходит перемещение поврежденного участка в пределах той же хромосомы, либо хромосомы другой пары, но без взаимного обмена. Далее – изменение участка хромосом.
Лекция №9
Наследственные болезни.
С генетической точки зрения все болезни в зависимости от их развития можно подразделить на 3 группы: наследственные, болезни с наследственной предрасположенностью, ненаследственные болезни.
Насл.болезни подразделяются на: генные и хромосомные. Генные болезни – разнородные по клиническим проявлениям заболевания, обусловленные мутациями на генном уровне. Генные болезни ( моногенные ) насл-ся соответственно законам Менделя. (3 типа наследования: аутосомно-дом, аутосомно-рецес, сцепленное с полом дом. и рец.)
Хромосомные болезни - большая группа врождённых наследственных болезней, клинически хар-ся множественными врожденными пороками развития. Болезни с насл.предрасположенностью могут быть как моногенными, так и полигеннными. Для их реализации недостаточно только соответствующей генетической конституцией индивида. Нужен еще фактор или комплекс факторов среды, запускающих формирование мутантного фенотипа. В зависимости от характера изменений ген.аппарата клеток выделяют геномные мутации, приводящие к изменению числа хромосом. Хромосомные мутации, при которых нарушается структура хромосом и генные болезни, при которых происходит изменение молекул ДНК. У человека описаны следующие виды мутаций: обуславливающие наследственные болезни, замена нуклеотидов, при которой не происходит сдвига рамки считывания (Миссинс и нонсенс мутации); выпадение, вставка нуклеотидов, приводящая к сдвигу рамки считывания – любой из этих видов мутаций может привести к болезням.
1996 год – 3500 видов ген.болезней
Патогенез любой генной болезни связано с первичным эффектом мутантного аллеля, принципиально звенья патогенеза генных болезней можно представить следующим образом. Мутантный аллель – патологический первичные продукт, цепь последующих биохимических процессов в клетке, в органах и организме.
На основе первичного эффекта мутантного аллеля развертывается весь патогенез ГБ , проявл-ся в разнообразных фенотипических эффектах и клинической картине. Это и есть главная общая закономерность развития генных болезней.
Патогенез не заканчивается на молекулярном уровне. Главное звено патогенеза – клетка. Клеточный уровень патогенеза генных болезней означает, что в определенных типах клеток разыгрываются основные патологические процессы, характерные для конкретной патологической формы болезни. Клетка не выпускает из себя патологические явления, а принимает на себя удар от первичного патологического эффекта гена.
Болезни обмена веществ: наследственные дефекты обмена веществ углеводов, аминокислот, жиров, НК. Патологические процессы на клеточном уровне развертываются при болезнях накопления в связи с нарушением активности лизосомальных ферментов. Так накопление в клетках и в основном межклеточном веществе мукополисахаридов приводит к развитию тяжелых заболеваний мукополисахаридозов.
Большую группу с выясненным дефектом составляют индимопатии – болезни обмена вещ-в, связанные с уменьшением или полным подавлением активности ферментов. Для насл.индимопатий, несмотря на их многообразие, хар-но несколько общих признаков: насл.ферментопатии клинически проявляются только у гомозигот, у гетерозиготных носителей мутантного гена активность фермента может быть только снижена; у гетерозигот недостаточная активность фермента может быть обнаружена путем непосредственного определения активности фермента, либо по измененному кол-ву метаболита после нагрузки орг-ма соответствующим субстратом; болезни обмена вещ-в насл-ся по аутосомно-рецессивному или сцепленному с Х-хромосомой рецессивному типу; утрата активности ферментов приводит к блокаде на пути превращения 1 вещества в другое. Накопившиеся при этом вещ-ва сами могут обладать токсическим эффектом или оказывать токсическое действие образующимися побочными продуктами. Галактозимия – развитие этого заболевания связано с недостаточностью или полной потерей активности фермента галактозу-1-фосфатуридилтрасфераза. Этот фермент катализирует 1 из этапов превращения галактозы в глюкозу. Заболевание развивается после рождения, когда с молоком начинает поступать лактоза. Клинические проявления – понос, рвота, желтуха, нарастающая потеря веса, позднее развивается умственная отсталость. Лечение – с помощью диеты, из кот.исключается лактоза. В самую большую группу насл.болезней обмена вещ-в – нарушение обмена аминоксилот. В настоящее время описано порядка 60 различных аминоацидопатий. Общим признаком для этих заболеваний служит смещение рН среды в кислую сторону и выведение кислот или продуктов из метаболизма с мочой. К наиболее изученным и широко распространенным болезням отн-ся фенилкетонурия, тирозиномия, альбинизм, алкаптонурия. Перечисленные болезни связаны между собой общими путями обмена соответствующих кислот. Фенилкетонурия клинически была описана в 1934 году, и только спустя 19 лет удалось установить ее причина – недостаточность фермента фенилаланин-4-гидроксилаза. Частота ф. среди европеоидной популяции 1/10000. В рез-те дефекта фермента нарушается процесс превращения фенилаланина в тирозин. Вместо тирозина обр-ся токсическое фенилпировиноградная кислота, которая выделяется с мочой. Токсическое действие высокой концентрации фенилаланина, а также у продуктов его превращения, лежит в первую очередь в основе развития болезней. Это ведет к нарушению в цепи последующих биохимических реакций, в ходе которых обр-ся такие необходимые для жизн-ти соединения, как адреналин, норадреналин и меланин.
Ребенок с фенилкетонурией рождается здоровым но в первую же неделю жизни, если он нах-ся на грудном вскармливании развиваются симптомы болезни – повышенная возбудимость, возбуждение мышц, судорожные эпилептические припадки, позже развивается умств.отсталость, пониж.пигментация кожных покровов, волос, радужки глаз.
Хромосомные болезни. В их основе - хромосомные мутации, связанные со структурной перестройкой хромосом (оберрации), подразделяется на 2 группы: 1) мутации, привод. к избытку части материала хромосом, дупликации, несбалансированные транслокации. 2) мутации, приводящие к недостатку генетического материала по данной хромосоме- делеции, транслокации. У человека известны транслокационные синдромы Дауна, Эдвардса, Поттау. В последнее время в отдельную группу выделены синдромы, обусловленные незначительными делециями или дупликациями хромосом. Большинство таких синдромов встречаются редко 1 на 50000, 100000 новорожденных. Относительно часто встр-ся синдром кошачьего крика (делеция участка 5 хромосомы), 1 на 45000, хар-ся след: низкая масса тела, отставание в умственном и псих развитие, гипертелоризм, лунообразное лицо косоглазие, гипотония мышц, своеобразный плач, напоминающий мяуканье кошки. Продолжительность жизни маленькая. Из-за :Со стороны внутренних органов –почек, ЖКТ. В рез-те расхождения хромосом вовремя гаметогенеза или на первых этапах дробления зиготы могут развиваться не только заболевания, связанные с нарушением структуры хромосом, но и связанные с изменением числа хромосом в клетке. Клинические хромосомные геномные болезни выражаются множественными пороками развития( ВПР), причем степени отклонения зависят от того, какие хромосомы и их баланс нарушен. Трисомия по 1,2,3 группе хромосом по группе А по Денверской классификации приводит к спонтанному аборту на ранней стадии. Показано, что недостаток генетического материала при моносомии сопровождается более серьезными нарушениями, чем его избыток. Из полных моносомий, совместимых с жизнью, нехватка Х-хромосомы – синдром Шерешевского-Тернера; кариотип 45Х0. Полные трисомии описаны по значительно большому числу хромосом:8,9,13,14,18,21,22. Чиндром Поттау ( по 13)Достаточно велика частота встречаемости : 1 к 6000, от пола не зависит. Клиника: микроцефалия, низкий скошенные лоб, запавшее переносье, узкие глазные щели, отсутствие глаз (иногда), расщеленные верхняя губа и небо, пороки ЦНС, сердечно-сосудистой системы, органов ЖКТ и прочее. Дети с синдромом Поттау живут недолго.
Трисомия по 18 паре – синдром Эдвардса. Отмечается гипотрофия задержка умственного и псих. Развития, выступающий лоб, низкорасположенные ушные раковины, антимонголоидный разрез глаз, часто: пороки сердца и мочевыделительной системы.
Трисомия по 21 хр – синдром Дауна. Впервые цитологическую картину описал Лежен в 1959 году. Частота встречаемости: 1-2 случая на 1000. 3 цитогенетические формы: у 93 процентов наблюдается трисомия 21 хр, у 5 процентов – транслокация, у 2 процентов – мозаицизм. Дети рождаются в срок, масса тела при рождении нормальная, основные признаки остаются у взрослых людей, умств.отсатолость, микроцефалия, деформ.уши, толстые губы, утолщ язык, монголоидный разрез глаз, избыток кожи на шее, разболтанность суставов, поперечные линии ладони, обезьянья складка.
Среди аномалий внутр органов: пороки сердца, гипоплазия почек, стеноз пищевода и 12-перстной кишки. Трисомия по другим хромосомам встречаются в популяции довольно редко.
Патологический процесс, запущенный первичным эффектом мутантного аллеля, приобретает целостность с закономерными межиндивидуальными вариациями, тяжесть, скорость развития болезни, при прочих равных условиях зависят от генотипа организма (гены-модификаторы и условия среды). Патогенез любой насл болезни у разных индивидов, хотя и сходен по первичным мех-мам и этапам, форм-ся строго индивидуально. Влияние патологических мутаций начинает реал-ся от внутриутробного до пожилого возраста. Большая часть патологических мутаций проявл-ся внутриутробно до 25 % от всей насл.патологии и в допубертантном возрасте – 45%. Еще 20% проявляется в пубертантном и юношеском возрасте и лишь 10% моногенных болезней развиваются в возрасте старше 20 лет. Рез-т действия - летальный исход.
Лекция №10
Генетические аспекты пола.
Для того, чтобы понять природу пола необходимо ответить на 2 вопроса: какие факторы ответственны за начало мейоза, какова природа образования гамет разного типа. В ряде случаев пол опр-ся в первую очередь внешними условиями, а в ряде случаев генотипом. Когда пол опр-ся генотипом, часто удается связать различия между полами с различиями в хромосомном наборе. Гены, ответственные за определения пола располагаются не только в половых хромосомах, но и в аутосомах. Хотя пол может быть изменен под действием всего лишь одной пары генов каждый пол обычно является результатом взаим-ия нескольких возможно многих пар гена.
Пол – полигенный признак, который представляет собой совокупность свойств орг-ма, обеспечивающих воспроизведение потомства.
В основе половой диссоциации индивидуумов у большинства животных и человека лежат особ-ти генетической организации их половых хромосом.
Пол человека зависит от сочетания половых хромосом в зиготе и определяется в момент оплодотворения. Такое определение пола наз-ся сингамным. В природе встречается еще 2 типа определения пола: прогамное определение пола до оплодотворения. Такое определение характерно для животных, размножающихся партеногенезом. Например: насекомые тли –коловрадки; из мелких яйцеклеток независимо от сочетания половых хромосом развиваются самцы, из крупных- самки.); эпигамное –определение пола после оплодотворения, например: морской червь. Если личинка прикрепляется к телу самки – самец, а если к морскому дну – самка. Пол с генотипом ХХ называется гомогаметным и дает 1 тип гамет,несущих Х хромосому. Пол ХУ гетерогаметный и несет 2 типа гамет Х и У.
Если хромосомный комплекс для женского пола условно обозначить как 44А + ХХ, а для мужского 44А + ХУ, то принципиальная схема наследования пола может быть представлена 50 на 50 % (1 к 1) Соотношение мужчин и женщин в популяции должно быть одинаковым.
На самом деле в различные периоды онтогенеза соотношение полов меняется. Выделяют первичное и вторичное соотношение полов. Первичное – соотношение на уровне ранних эмбрионов. На 100 эмбрионов женского пола приходится до 140 мужского. На первый взгляд это соотношение удивительно, поскольку половина сперматозоидов несут Х хромосому, а половина – У. Было доказано, что часть сперматозоидов, несущих Х хромосому, утрачиваются и сперматозоидов, несущих У хромосому, больше. У- сперматозоид, имея меньшую массу и обладая большей скоростью движения, быстрее достигает яйцеклетки. Поэтому на момент зачатия больше форм-ся мужских эмбрионов. Вторичное – соотношение на момент рождения. На 100 девочек приходится 107 мальчиков. Мужские зиготы часто гибнут по разным причинам, например потеря Х хромосомы в зиготе ХУ оказывается летальной. Потеря Х хромосомы в зиготе ХХ может привести к тому, что родится девочка с синдромом Шерешевского-Тернера. Гибель мужских эмбрионов может произойти и потому, что у мужчин в 1 Х хромосоме может локализоваться рассеянный рецессивный летальный или полулетальный ген, который обязательно проявится у лиц мужского пола. В дальнейшем в процессе постлокального онтогенеза соотношение полов меняется, так к моменту вступления в брак на 100 женщин приходится 101 мужчина. К 50 годам на 100 женщин остается 85 мужчин и в последующем онтогенезе соотношение полов продолжается изменяться в пользу женщин. В последнее время накопился большой материал об индивидуальных возрастных и половых различиях мужчин и женщин. Установлено, что средняя продолжительность жизни женщин на 10 – 12 лет больше. Разрыв в последние годы продолжает увеличиваться.
Низкая жизнеспособность мужских эмбрионов и у последующих лиц мужского пола объясняется таким уровнем метаболических процессов, кот. формируют более быстрый тип старения. Мужчины физически сильнее женщин, но генетически слабее. Меньшая жизнеспособность и продолжительность жизни мужчин объясняется более активным образом жизни, который приносит к «быстрому изнашиванию».
Высокая устойчивость женского пола связывается и с генетическими особенностями. У женщин рецессивные гены, как правило, не проявляются. А по большинству патологических генов, они являются гетерозиготнымы носительницами. Кроме того, у женщин существует дополнительный биоритм, экстрагенитальный ритм жизнедеятельности, связанный с колебаниями уровня половых гормонов в период пол. зрелости. В целях повышения жизнеспособности у мужчин им рекомендуется создавать искусственные ритмы. Половый различия особей обусловлены прежде всего первичными и вторичными половыми признаками. Кроме того, пол хар-ся признаками, зависящими от пола ( контролируется половыми хромосомами ) ограниченные полом, сцепленные с полом.
Первичные половые признаки – признаки, которые обеспечивают непосредственно процесс образования половых клеток, оплодотворения и развития потомства. К ним относятся внутренние и наружные половые органы. Половая принадлежность эукариотического организма является генетически детерминированной. Как известно, у млекопитающих и у человека первичные признаки мужского или женского пола (эмбриональная закладка и развитие половых желез определенного типа) обусловлены присутствием в кариотипе 1 или 2 сочетаний половых хромосом.
Гонады формируется на поверхности почек из материала – мезодермы. Сюда мигрируют Первичные половые клетки, которые появляются на стадии гаструляции в энтодерме желточного мешка. После концентрации половых клеток в гонаде начинается ее анатомическое образование - ганадогенез. Гонады первоначально закладываются одинаково у обоих полов. Они нейтральны и состоят из кортикального и внутреннего медуллярного слоев. В ходе дифференциации пола идет подавление одного слоя гонады и развития другого. Направление дифференцировки гонад нах-ся под контролем половых хромосом. Семенники у эмбрионов мужского пола начинают формироваться из медуллярного слоя на 6 – 12 неделе внутриутробного развития. Х хромосома несет ген TFM ген тейстикулярной феминизации, нормальный аллель которого детерминирует синтез в клетках, развивающийся репродуктивной системы белкового рецептора для андрогенов. Поскольку зародыш как мужского, так и женского пола несет по крайней мере по 1 Х хромосоме, то это вещество имеется у обоих полов. Количество андрогенов и количество эстроген примерно одинаковы.
Роль У хромосомы в детерминировании обусловлена наличием в ее негомологичном участке SRY, который кодирует ДНК связывающий белок или НУ-антиген. Полагают, что этот белок, синтезирующийся в период раннего эмбрионального развития регулирует транскрипционную активность нескольких различных генов, локализованных как в Х хромосоме, так и в аутосоме, обеспечивая формирование пола по мужскому типу. Рост, развитие и поддержание функций семенников у человека контролируется ганадотропными гормонами гипофиза ( ФСГ – фолликулостимулирующий, ЛГ – лютеинизирующий). ФСГ стимулирует развитие сперматозоидов, ЛГ – синтез тестостерона лейдиговыми клетками семенников. Тестостерон – главный андрогенный гормон, влияющий как на первичные, так и на вторичные признаки мужчины. У эмбрионов мужского или женского пола присутсвуют как и мюллеровые протоки, так и вольфовые. У мужчин позже мюллеровы протоки редуцируются под действием гормона. А из вольфовых протоков од контролем тестостерона развиваются семенные пузырьки и семенные канальца.
Яичники развиваются на 14-16 неделях внутриутробного развития. При отсутствии У хромосомы ганадопласты мигрируют в кортикальный слой, из которого развивается яичник. У зародыша женского пола дифференцировка зачатков половых органов завершается на 3 месяце внутриматочной жизни. Из мюллеровых протоков под контролем эстрогенов женских половых гормонов развиваются маточные трубы и матка. От рождения до наступления половой зрелости гонады развиваются медленно, но непрерывно определяется Психоаффективная сексуализация, означающая отождествление индивида с определенным полом, мужским или женским. Этот процесс четко устанавливается на 18-20 месяце после рождения и укрепляется в течение всей жизни.
При рождении у мальчиков семенные канальцы не имеют просветов. В 5-7 возрасте формируется просвет канальцев. Появляются предшественники клеток Сертоли, первые крупные сперматогонии. Лейдиговы клетки развиваются на 10 году жизни. Гормональная активность яичка в период детства подвергается изменениям. В первые 2 недели после рождения выявлен рост тестостерона, максимальные значения достигаются на 2 месяце жизни, затем уровень гормонов снижается. Наблюдается также рост ганадотропных гормонов, регулирующих гормнальную активность мужских половых желез. В возрасте от 3 до 7 лет, выделение половых гормонов у мальчиков и девочек одинаково. Различие появляется лишь после 10летнего возраста. Половая зрелость зависит от контрольного гипофизарного и гипоталамического механизма, активность которого проявляется лишь в пубертантном возрасте. Пубертантный период – половая зрелость как с органической, так и спихологической точки зрения у девочек наступает раньше, чем у мальчиков примерно на 2 года. Этот период у девочек продолжается 10 лет и делится на 3 этапа: препубертатный – хар-ся ростом и началом развития женского морфологического типа, пубертатный – продолжается 2-4 года, от 8 до 14 лет. Клинически наиболее часто опеределяется появлением вторичным половых признаков менарха, развитием грудных желез. Постпубертатный – завершается психоаффективная сексуализация. На формирование половой зрелости влияет целый ряд факторов: генетический, соц-экономический, географический, общее состояние здоровья.
Териоидные гормоны контролируют рост организма В целом. Гормоны коры надпочечников – андрогены и эстрогены, контролирующие созревание трубчатых костей, замыканеи диафизарно-эпифизарных хрящей, оволосение лобковой области. С возрастом увеличивается секреция эстрогенов. Под действием этих гормонов происходит развитие матки, влагалища и наружных половых органов. На возраст наступления половой зрелости влияет шишковидная железа, ее горомоны угнетают выработку ФСН и ЛГ гормона. Отмечена одновременное наступление половой зрелости и шишковидной железы.
Половая зрелость у мальчиков –этап крупных преобразований, обуславливающих развитие половое и психическое, приобретение способностей к воспроизведению. Пубертатный период у мальчиков длится примерно 5 лет. С 10 до 16. Характеризуется взрывом роста, созреванием костей, замыканием эпифизарного хряща, форм-ие вторичных половых признаков. Параллельно происходит развитие скелетной мускулатуры мужского морфологического типа. Набл-ся прогрессивное развитие семенных канальцев, появл-ся многочисленные сперматиды и зрелые сперматозоиды. В семенниках появл-ся мужские половые клетки, вырабатывающие мужские половые гормоны. На последующем этапе происходит огрубление голоса. Постпубертатный период, в течение которого мальчик становится половозрелым и плодовитым. Только в этом возрасте отмечается появляется зрелые сперматозоиды ( от 16 до 20 лет). В период полового созревания наблюдается резкий всплеск гормональной активности, непосредственно перед развитием вторичных половых признаков уровень мужских половых гормонов повышается и к концу пубертатного периода достигает взрослых значений. Рост гормонального уровня коррелирует с созреванием системы. Основной пусковой сдвиг развития половой зрелости происходит в гипоталамусе, в этом процессе участвуют и другие факторы.
Лекция №11
Половые генетические аномалии.
Половая принадлежность эукариотических организмов является генетически детерминированной. Пол зависит от сочетания половых хромосом, но чел. хромосомы изучены в худшей степени. Дело в том, что в клетке человека хромосом довольно много, причем они обычно скучены в ядре, образуя плотные скопления, поэтому точно подсчитать их число фактически невозможно, также как и выяснить форму отдельных хромосом. За минувшее десятилетие исследователи разработали ряд новых важных методов, позволивших в значительной степени преодолеть эти трудности. Хромосомы человека принято изучать на соматических клетках, полученных из костного мозга, кожи или крови. 1949 год – Барр, Бертран определили, что в ядрах каждой сом. Клетке самки кошки сод-ся тельце, интенсивно окрашивающееся красителями. Эта ядерная структура получила название полового хроматина или тельца Барра.
Половой хроматин встречается в различных тканях, но проще всего его обнаружить в клетках из слизистой рта. Как известно, спирализация хроматина и процесс оформления хромосом в тонкие нити проходит в профазе деления. В этот период одна из нитей женских соматических клеток может быть более уплотнена относительно других клеток. Оно в 1959 году высказал предположение, что это именно та хромосома, кот.ответственна за обр-ие тельца Барра.
Гипотеза Лайона состоит из 3 положений: в соматических клетках нормального женского орг-ма одна из 2 Х хромосом инактивирована; в разных клетках орг-ма инактивируются или материнская, или отцовская Х хромосома; иннактивация происходит в раннем эмбриональном периоде и стойко сохраняется за данной Х хромосомой в клеточных поколениях.
В рез-те инактивации 2ой Х хромосомы, несмотря на неодинаковое число Х хромосом, мужской и женский орг-м по кол-ву функционирующих генов уравнены. Несколько позже Дефидсон и Смит при исследовании клеток крови обратили внимание на имеющиеся половые различия. Одно такое различие они обнаружили в так называемых полиморфноядерных лейкоцитов, само название которых говорит о том, что их ядра имеют разнообразную форму. В ядрах некоторых из клеток, взятых от женщин, Девидсон и Смит заметили особый придаток, круглое тельце, кот.на тоненьком стебельке было прикреплено к одной из лопастей ядра. Они назвали его барабанной палочкой и доказали, что хотя лишь некоторые полиморфноядерные лейкоциты женщин содержут это образование, тем не менее это обр-ие благодаря безусловному отсутствию его у здоровых мужчин, может служить доп.индикатором пола. Тельце Бара и барабанные палочки присутствуют в неделящихся клетках. Тем не менее совершенно очевидно, что половой хроматин и барабанные палочки должны быть связаны с Х хромосомой. Указания на такую связь были получены при изучении некоторых аномалий полового различия. В присутствии телец Барра есть всегда барабанные палочки, как у здоровых людей, так и у людей с аномалиями. В ряде случаев, возникают разнообразные нарушения в половой дифференцировки, при кот. внешние половые признаки не совпадают с истинным типом клеток, например: синдром Клайнфельтера. Этот синдром встречается с частотой 1:500, для периода полового созревания мальчики развиваются физически нормально, у некоторых отм-ся небольшое отклонение в психическом развитии, может набл-ся умственная отсталость. Клинические проявления этого синдрома начинают ярко провл-ся с началом пубертатного возраста. У больных отм-ся: увеличение грудных желез, оволосение по женскому типу, половые железы недоразвиты, строение по женскому типу. Они бесплодны. У таких больных в клетках имеется тельце Барра, а в полиморфоноядерных дейкоцитах и барабанная палочка. Ядерный пол – женский. Позднее Джекобс и Стронг обнаружили в клетках мужчин с синдромом Клайнфельтера обнаружили 47 хромосом, лишняя – Х хромосома. В 1938 году Тернер описал половые отклонения и у женщин, частота 1:5000. Клинические проявления : гипоганадизм, недоразвитие половых органов и вторичных половых признаков, ВПР низкий рост, со стороны половой системы отм-ся отсутствие половых гонад, гипоплазия матки, первичная аминорея, скудное оволосение лобка и подмышечных впадин, недоразвитие грудных желез, недостаточность эстрогена и избыток гипофизарных гонадотропинов. У детей с СШТ часто до 25 % случаев встр-ся разные врожденные пороки сердца и почек, внешний вид больных достаточно характерен: у новорожденных след.симптомы: короткая шея с избытком кожи и крыдовидными складками, Лимфатический отек стоп, голени, кистей рук и предплечий, в школьном и особенно в подростковом возрасте выявляется отставание в росте. Для взрослых хар-но нарушение скелета, укорочение костей, остеопороз, низкий рост волос на шее, антимонголоидный разрез глаз, низкое расп-ие ушных раковин, рост на 20-30 см ниже среднего. У 50 % женщин с таким синдромом набл-ся умственная отсталость. 1954 год – Поллани, Хантер, Ленек, Уилкинс и другие сообщили, что большинство таких женщин хроматин отрицателен, у них отсутствует тельце Барра и барабанные палочки. Спустя несколько лет было уст, что у них 45 хр, только 1 Х и не одной У.
Дальнейшие исследования Джекобса и его помощников обнаружили у некоторых женщин 3 Х хромосомы, общее число 47 хромосом. В клетках таких женщин было обнаружено не 1, а 2 тельца Барра. Т.о. обр-ие полового хроматина имеет напосредственное отношение к числу Х хромосом в клетке, количественная зависимость между Х хромосомой и тельцем Барра представляет не только теоретический интерес, но имеет большое значение при исл-ии различных случаев интерсексуальности. Изучение «половых признаков ядра» гораздо проще и занимает меньше времени, чем хромосомный анализ. С их помощью можно установить наличие или отсутствие телец Барра.
Обнаруженная зависимость между отклонениями в половом развитии между хр развитием и хр аномалиями дает ключ к пониманию механизмов к определению пола. Многие отклонения появляются в результате случайных нарушений норм кода образования яйцеклетки или сперматозоида, принимающих участие в создание нового организма.
В норме 2 половые хромосомы каждой пары разделяются еще до образования зародышевой клетки.
Возможно, что причиной синдрома Клайнфельтера и СШТ служит нерасхождение хромосом в зародышевых клетках одного из родителей. Если такое нерасхождение произошло в мат. организме, то может появиться женский организм с 3 Х хромосомами, теоретически возможно образование опл.яйцеклетки с одной У хромосомой, без Х. Для нормального функционирования клетки нужна хотя бы одна Х хромосома. Наконец, может возникнуть яйцеклетка или сперматозоид, не сод.половых хромосом. Если во время клет.деления, Х или У хромосомы двигались слишком медленно и не успели попасть ни в 1 из дочерних клеток. Подобная утрата хромосом также может быть причиной синдрома Тернера. Отклонение возникает не только вовремя образования клеток, но и при развитии зародыша. На ранних стадиях развития зародышей их клетки активно делятся, каждая дочерняя клетка получает одну половинку от каждой продольно удваивающейся хромосомы. Однако может случиться, что 1 из клеток получит сразу обе половинки или наоборот не получит не одной, такая клетка дает начало целой линии клеток, у которых это хромосома будет представлена в избыточном или недостаточном числе. В развивающемся из такого зародыша организме клетки будут иметь неоднородный хромосомный набор. У некоторых больных с синдромом Клайнфельтера имеются клетки ХХ и ХХУ, а у других ХУ и ХХУ. Аналогично женщины с синдромом Тернера могут содержать ХХХ, ХХХ и У.
Половые хромосомы, как известно, определяют дифференцировку половых желез, как только обр-ся семенники или яичники они начинают контролировать дальнейшую половую дифф-ию при помощи гормонов. Эти гормоны направляют развитие или дегенерацию различных половых протоков, обр-ия половых органов и других вторичных половых признаков. Поскольку половая дифф-ия нах-ся в значительной мере под контролем половых гормонов, то неудивительно, что среди генетически нормальных индивидуумов, набл-ся вариации в отношении морфологически отл признаков. Изменение внешних условий, влияющих на обр-ие гормонов, может вызвать изменение фенотипического проявления пола. Т.о фенотипы, которые обычно рассматриваются как мужской и женский пол проявляют вариабильность. Такие индивидуумы выглядят как интерсексы. Иногда бывает легко установить, что данный индивид интерсекс, если он явно обладает промежуточным фенотипом, относительно других лиц, фенотип кот. нах-ся на грани нормы часто бывает трудно решить интерсексуальны ли они, суперсексуальны иди нормальны? Поскольку у человека пол опр-ся наличием или отсутствием У хромосомы, то должен нах-ся 1 или несколько генов, определяющих мужской пол. Тогда как в Х хромосоме не должно быть соответствующего аллеля или аллелей, наличие в У хромосоме генов, определяющих мужской пол приводит к обр-ию мужского орг-ма. Имеются еще и другие гены, влияющие на пол и расп-ые в У хромосоме.
Наличие женских признаков у людей ХХУ аномалий говорит о том, что Х хр содержит гены, кот. влияют на нормальную половую дифференциацию. Если они имеются в избытке, то вызывают сдвиг в сторону женского пола. Например, при отсутствии в У хромосоме у индивидуума гена SRY либо при его мутационном изменении, становится возможным развитие пола по женскому типу. Мутационные изменения в аутосомном гене человека обозначены символом SOX-9.
Кариотип ХХУ не говорит о том, что это будет фенотипически мужчина.
Довольно большое кол-во людей, у кот. разные части тела отл-ся по хромосомному набору представляют собой организмы, мозаичные по половым хромосомам. Известные мозаики – половина клеток ХХХ, вторая половина Х0; половина клеток ХХ, Х0, часть клеток ХУ, Х0, Одна часть ХУ, вторая ХХ, половина ХХХУ и половина ХУ. Эти аномалии обычно бывают обусловлены происходящим после оплодотворения нарушениями в распр-ии хромосом между дочерними ядрами, хотя такие орг-мы и мозаичны, а некоторые из них даже имеют одну гонаду –яичник, а другую – семенник, но по своим внешним признакам они не явл-ся гинандроморфами, т.к. половые гормоны распр-ся по всему телу. Причины некоторых спец.половых аномалий могут закл-ся либо в аномальных внешних условиях, либо в аномальном наборе хромосом. Х
Кроме описанных выше ген.аномалий – гермафродизм. Имеет синонимы: двуполость, бисексуальность, гермафродитизм может быть истинным – гонадным, при присутствии гонадных типов и женских, и мужсикх. Псевдогермафродитизм имеет место быть. При истинном гермафродитизме гонады явл-ся неполноценными анатомически и нефукнциональными. Гонады таких людей сод. одновременно и семенные канальцы, и фолликулы.
У подавляющего числа гермафродитов зрелого возраста в большей степени функционирует овориальная часть половой железы, о чем свидетельствует появление менструаций. Возможен вариант, когда с одной стороны – яичко, а с другой – яичник. Вторичные половые признаки у бисекс. также имеют элементы обоих полов: смешанный тип телосложения, низкий тембр голоса, развитые молочные железы, оволосение по мужскому типу. Одним из важных лечебных мероприятий – хирургическое лечение. Такую операцию лучше делать до 3 лет. Т.к. Психоаффективной сексуализации еще нет. Перемена пола в этом возрасте не вызывает никаких психологических трудностей. После 5 лет это делать уже нельзя.
Начиная с пубертатного периода подростки осознают свою интерсексуальность и эта проблема еще более осложняется в связи с появлением тщательно скрываемых и подавляемых половых влечениях. Смена пола в более старшем возрасте затруднена по социальным причинам, т.к. человек уже имеет определенное социальное положение, специальность, большой круг знакомых, коллег и т.д. При выборе пола главным образом учитывают функциональные осбо-ти наружных половых органов и какая часть превалирует, женская или мужская часть двуполой гонады. Элементы гонады при возм-ти удаляют, кроме того производят хирургическую коррекцию наружных половых органов, хотя замечено, что адаптация к перемене женского органа на мужской происходит легче, чем при перемене на мужского на женский. Т.к. особенности мужского поведения приобретаются легче. Патологическим состоянием репродуктивной системе, вызванной гормональной недостаточностью – гипоганадизм. Фенотипически выражатеся в недоразвитии внутр.и наружных половых органов, с нечеткой выраженностью нечетких половых признаков. Причины-генетические, в процесс эмбриогенеза, после травмы, инфекционные, рез-т развития опухоли, после кастрации. Евнухов кастрируют и сейчас.
Крипторхизмом страдал В.И.Ленин.
Кроме указанных причин к гипоганадизму приводит недостаточность гонадотропных гормонов гипофиза и гипоталама. Сущ-т синдромы, при кот. гормонов достаточное кол-во, но соответствующие ткани к ним не восприимчивы. пример: синдром Мориса. Он возникает в рез-те дефекта белковых рецепторов, поэтому этот гормон не воспринимается, а так как в любом орг-ме выр-ся как мужские, так и женские гормоны, то под контроелм эстрогенов начинает форм-ся женский тип. Больные имеют укороченное влагалище и заканчивается слепым мешком, вместо матки имеются остатки мюллеровых протоков, а вместо фоллопиевых труб можно найти мышечный тяж. Семенники в больших половых губах, в брюшной полости или в паху и могут содержать нормальное или увеличенное кол-во клеток Лейдига. Сперматогенез обычно отсутствуют. С наступление половой зрелости отм-ся аминорея, отсутствие подмышечных и лобковых волос, и на теле. Рослые пропорции типично женские, хотя ноги часто несколько длиннее, Молочные железы хорошо развиты. Больные этим синдромом неоднократно встречались среди манекенщиц. Помимо этого синдрома известно по меньшей мере 19 различных дефектов генов аутосомно-рец или сцепленных с Х хр. Например, нарушения синтез-андрогенов, могут отсутствовать рецепторы для клеток Лейдига.
Т. О. формирование пола человека одно из важнейших частей его развития. В процессе развития человеческого орг-ма можно выделить следующие уровни диф-ки: хромосомные, определение пола на уровне гонад, фенотипическое опр-ие пола,психологическое опр-ие пола, социальное опр-ие пола. Исследования половых различий у человека на уровне клетки быстро развивается. Эти исследования помогают установить истинные причины ряда заболеваний, остававщихся прежде не изученными. Дальнейшие исследования в этой обл-ти приведут к излечению подобных нарушений, что уже и наступило.
Лекция №12
Основы медицинской генетики. Человек как объект генетических исследований. Задачи, принципы и методы медико-генетического консультирования.
Генетика человека изучает явления наследственности и изменчивости в популяциях людей. Особенности наследования нормальных и патологических признаков, влияние генетической конституции на возникновение и развитие заболеваний.
Объектов медицинской генетики является человек. Человек представляет собой довольно сложный объект генетических исследований. Это связано прежде всего с особенностями его генетической организации и сложным характером экспрессии многих признаков. У человека больше размеры генома (3*109 пар нуклеотидов), большое число групп сцепления – 23, значительные наследственные разнообразия (если допустить, что каждая пара хромосом содержит только по паре аллелей, то и тогда гетерозиготные особи могут давать 8388608 потенциально отличающихся гамет). Много полигенных и мультифактериальных признаков, сложный характер экспрессии нормальных и патологических признаков, что затрудняет процесс индентификации их генов, невозможность использования классического гибридологического метода, основанного на экспериментальных скрещиваниях. У человека, кроме наличия панмексии, большая продолжительность жизни и медленная смена поколений. Продолжительность жизни одного поколения примерно 25-30 лет, а минимальный период до наступления половой зрелости – 15-20 лет, что позволяет проследить одному исследователю лишь 2-3 поколения. Не смотря на это, человек является одним из наиболее изученных генетических объектов. Отсутствие экспериментальных скрещиваний компенсируется возможность анализировать большое число семей и выделять характер наследования интересующих признаков.
В настоящее время – гибридизациях соматических клеток человека, клонирование генов. Это позволяет проводить генетический анализ клеток человека. Провелась огромная работа по генетическому картированию всех хромосом человека. В данной программе «Геном человека» совместными усилиями разных стран составлены генетические карты хромосом, содержащие в сумме около 32тыс генных локусов.
В генетике человека различают понятия наследственности – свойство организма обеспечивать структурную и функциональную преемственность между поколениями; наследование – передача генетической информации от одного поколения организмов другому.
Клинико-генеологический метод. Человек, на которого составлется родословная – пробанд. При анализе родословной можно выяснить характер наследования заболевания и тип наследования. У человека следующие варианты моногенного наследования:
- аутосомно-доменантные
- аутосомно-рецессивные
- х-сцепленные доминантные
- х-сцепленные рецессивные
- у-сцепленные
В настоящее время успешно в генетике человека применяются методы биохимии, физиологии, морфологии. А так же интенсивно развиваются методы ДНК-диагностики, которые позволяют очень быстро и эффективно диагностировать различные формы наследственности патологий человека.
Биохимический метод.
Является основные в диагностике многих моногенных болезней, приводящих к нарушению обмена веществ. Объектами биохимической диагностики являются биологические жидкости (кровь, моча, пот, амниотическая жидкость).
С помощью данного метода можно определить в биологических жидкостях ферменты или их продукты метаболизма. Практически во всех случаях биохимическая диагностика включает два уровня – первичный и уточняющий.
Целью первичного уровня диагностики является исключение здоровых индивидов из дальнейшего обследования. Для этого используется два вида программ диагностики: массовые и селективные.
Массовые просеивающие программы применяют для диагностики у новорождённых фенилкетанурии, врождённого гипотериоза и муковисцидоза.
Фенилкетанурия – капли крови (3-5нед) на хромотографическую или фильтровальную бумагу и посылают в лабораторию на наличие фелилаланина.
На 3 день жизни – определяют уровень тироксина.
Просеивающая программа массовой диагностики наследственных болезней применяется не только среди новорождённых. Они могут быть организованы для выявления тех болезней, которые распространены в каких-либо группах населения.
В США организованы просеивающие биохимические программы по выявлению гетерозиготных носителей идеотия Тея Сакса.
На Кипре в Италии организованы биохимические исследования гетерозиготных носителей талосимии.
Селективные диагностические программы предусматривают проверку биохимических аномалий обмена у пациентов с подозрениями на генные наследственные болезни. В селективных программах,как правило, используются очень простые и дешёвые методы (тест на фенилкетонурию проводят с использованием хлорида железа, тест с динитрофенилгидрозином – на выявление кетокислотности мочи).
Но используют более точные методы – тонкослойная хромотография мочи и крови. По ней можно диагностировать наследсвенное нарушение аинокислот и мукопротеинов. С помощью электрофорезов диагностируется вся группа гемоглобинопатии.
На сегодняшний день в нашей стране внедрена програмаа обязательного селективного скренинга на опрделение наследственных болезней обмена веществ с проведением 14-ти тестов анализов мочи и крови: на белок, кетокислоты и т.д. На втором этапе, применяя методы тонкослойной хромотографии мочи и крови, можно выявить более 140 наследственных болезней обмена веществ, такие как болезни углеводного обмена, лизосомальные болезни, болезни накопления, болезни обмена.
Биохимический метод принатальной диагности ВПР. Биохимические методы включают определение уровня альфа-фетопротеина, хорионического ганадотропина в сыворотке крови беременной. Эти методы являются просеивающими для выявления ВПР. При дефектах невральной трубки нарушается альфа-фетопротеин.
Цитогенетические метод.
Основан на изучении количества и структуры хромосом в норме и при потологии. Основными показаниями для цитогенетического исследования является:
1. Пренетальная диагностика пола плода в семьях, отягощённых заболеваниями, сцепленными с х-хромосомой.
2. Недеффиринцированная олигофрения
3. Привычные выкидыши и мёртворождение
4. Множестенные ВПР у ребёнка
5. Бесплодие у мужчин
6. Нарушение менструального цикла
7. Пренатальная диагностика при возрасте матери старше 35 лет.
Этот метод стал хорошо применяться в мед практике с 1658г, когда Тийо и Ливан определили, что у чел-ка 46 хромосом.
Наиболее современной считается международная система цитогенетической номенклатуры хромосом человека (ISCN), принятая в Вашнгтоне в 1995г. Согласно этой номенклатуре в хромосоме длинное плечо обозначают q, а короткое – р. В каждом районе хромосомы полосы и сегменты пронумерованы последовательно от центромеры к теломере. Использование метода дифференциального окрашивания хромосом позволяет виделять индивидуальный рисунок каждой хромосомы.
Объектами служат метафазные хромосомы, которые можно изучать прямыми и непрямыми методами. Прямые – методы получения препаратов делящихся клеток без культивирования. Их используют для изучения клеток костного мозга и клеток опухолей. В дородовой диагностике стали применяться методы изготовления прямых препаратов хромосом из клеток ворсин хориона. Эти клетки получают при трансобдомиальной хорионбиопсии.
Непрямые методы – методы получения препаратов хромосом из культивированных в искусственных питательных средах. Например, культивирование лимфоцитов переферической крови человека. С помощью непрямых методов можно проводить кариотипирование, определение количества и качества хромосом, генетический пол организма, диагностику геномных мутаций и хромосомных оберраций. Например, синдром Дауна, синдром Патау, синдром Эдвардса, синдром кошачьего крика, синдром Вольфа-Хиршхорна (частичная моносомия 4-ой хромосомы).
Для изучения половый хромосом, в частности у-хромосомы, используют специальную окраску: окрихин и прин, она флюорисцирующая, исследования проводят в ультрофиолетовом свете. У-хроматин – это сильносветящаяся точка, обнаруживается в ядрах клеток мужского организма и число у-телец соответствует число у-хромосом в кариотипе. Окончательный диагноз хромосомной болезни выставляется только после исследования кариотипа.
Экспресс метод определение полового хроматина или телецбарра. Проводят амниоцентез, т.е. получают амниотическую жидкость с клетками кожи плода, которую используют для диагностики хромосомных операций и геномных мутаций, а так же пола плода.
Методы ДНК-диагностики позволяют осуществить точную и, что очень важно, доклиническую диагностику многих болезней.
Молекулярно-генетическая диагностика может быть проведена и на самых ранних этапах развития плода, независимо от проявлений болезни.
Молекулярно-генетическая диагностика и её результаты являются решающими для судьбы конкретной беременности. Проводится хордоцентез: берут кровь из пуповины плода и проводят исследования.
У каждого человека во всех самотических клетках структура ДНК совершенно одинакова, но чаще всего ДНК выделяют из лейкоцитов периферической крови и клеток ворсин хориона. В 70-х возникло направление по определению специфических нуклеотидных последовательностей ДНК и РНК, генное зондирование, гибридизационный анализ.
Гибридизационный анализ.
Регистрация последовательностей небольшой длины до 30 пар нуклеотидов осуществляется с помощью синтезированных участков ДНК, помеченных радионуклидами. Их называют зондами. Такие зонды гибридизируются с изучаемыми образцами ДНК, если известна первичная структура нормального и мутантного аллеля искомого гена, то для обнаружения повреждения вводят зонд, который специфически соединяется с генами. Если ген мутантный, то патология выявляется путём обнаружения радиоактивных импульсов на рентгеновской плёнке. Этот метод широко применяется в практике диагностики наследственных болезней.
Кроме ДНК-технологий находит своё применение расшифровка генома человека в судебной медицине для определения отцовства и степени родства, для анализа клеток красного мозга донора и рецепиента.
Весь спектр методов изучения генетики человека широко используется для профилактики наследственных патологий в МГЦ (медико-генетический центр).
Главная задача – предупреждение рождения больных детей с тяжёлыми и плохо-поддающимися лечению заболеваниями, которые приводят к физической или психической неполноценности.
Задачи МГЦ:
1. Ретро- и проспектированние семей и больных с наследственной или врождённой патологией
2. Пренатальная диагностика врождённых и наследственных заболеваний ультразвуковыми, цитогенетическими, биохимическими молекулярно-генетическими методами.
3. Помощь врачам различных специальностей в постановке диагноза наследственного или врождённого заболевания.
4. Объяснение пациенту и его семье в доступной форме о величине риска иметь больное потомство и оказание помощи в принятии решения.
5. Ведение территориального регистра семей и больных с врождённой и наследственной патологией и их диспансерное наблюдение.
6. Пропаганда медико-генетических знаний.
В МГЦ посылаются семьи, имеющие больных детей с наследственными или врождёнными пороками, семьи, в которых один из супругов болен и родителей интересует прогноз здоровья их будущих детей или семьи близких родственников, у которых имеются больные дети. Кроме перечисленных случаев, направляются семьи, у которых имеется первичное бесплодие супрга, первичное невынашивание беременности, отстование в умственном или психическом развитие, первичная аминорея, рождение ребёнка с ВПР, наличие кровного родства между супругами.
Проспективное консультирование – консультивароние супружеских пар до рождения ребёнка или до ступления в брак (при наличии кровного родства, наличие семейного анамнеза, наличие вредных факторов на одного из супругов)
Ретроспективное – семьи, у которых уже имеется больной ребёнок.
Лекция №13
Особенности популяционной генетики человека.
Популяция – основная единица исследования в популяционном ряду, потому что индивид живёт и размножается в каком-то сообществе.
Н.Лисовский выделил популяционный уровень жизни среди других для самостоятельного изучения.
В общебиологическом смысле понятие популяции определяется следующим образом: совокупность особей определённого вида, в течение достаточного длительного времени (большое число поколений) населяющих определённое пространство, внутри которого практически осуществляется в той или иной степени панмексия, и нет заметных изоляционных барьеров, популяция отделена от соседних таких же совокупностей данного вида той или иной степени изоляции.
Проще говоря, в генетике человека популяцией можно назвать группу людей, занимающих одну территорию и свободно вступающих в брак. Причины, разделяющие людей от вступления в брак, могут быть географические, социальные и религиозные.
Крупные популяции, как правило, состоят не из оной, а из нескольких антропологических групп, отличающихся по происхождению и расселённых на большой территории.
Малые популяции (1,5тыс-4тыс чел) – демы (demos греч. – народ). Демы характеризуются малым процентом лиц, происходящих из других групп (1-2%), высокой частотой внутригрупповых браков (80-90%), незначительным приростом населения (примерно 20% за 25 лет).
Изоляты – маленькие популяции (1,5тыс чел), в которых представители других групп составляю не более 1%. Частота внутригрупповых браков свыше 90%, естественный прирост населения за 25 лет ниже 20%.
Расчёты показывают, что если изолят существует не менее 4-х поколений (100лет), что все его члены являются не менее чем троюродными братьями и сёстрами.
Популяцию можно характеризовать как с географической, так и с генетической точки зрения.
К демографическим характеристикам относятся:
- размер популяции
- рождаемость
- смертность
- возрастная структура
- половая структура
- род занятий
- экономическое состояние
- географические и климатические условия жизни.
По последней переписи населения численность населения стала на 3млн меньше.
Генетическая структура популяции определяется системой браков и факторами, изменяющими частоты генов. Важными доказательствами генетической структуры популяции служит частота встречаемости генов и генотипов. Генетическую структуру популяции оценивают показателями полиморфности и гетерозиготности. Механизмы, определяющие генетическую структуру популяции, подразделяются на две группы:
1. Поддерживающая равновесие генов
2. Нарушающая равновесие генов
Диалектическое взаимодействие между этими механизмами определяет стабильность популяции.
К механизмам, нарушающим равновесие генов, относятся мутации, дрейф генов, изоляция и естественный отбор. Наличие того или иного фактора изменяет частоты генов в генофонде и в результате меняет равновесные частоты генотипов.
Разные виды обладают различными генофондами. Факторы, изменяющие генные частоты, можно считать основными причинами образования видов. Поэтому к основным причинам биологической эволюции относятся:
1. Мутации, которые дают исходный материал для эволюции;
2. Отбор, который формирует из этого исходного материала биологически приспособленные генотипы рас и видов;
3. Случайный генетический дрейф, который может дать быстрый дрейф генов в популяции.
4. Избирательные миграции – могут сдвинуть генные частоты в результате обмена между различными популяциями.
Мутации приводят на изменение наследственных структур, изменяют частоту генов в популяции (частоты мутирования генов 10-5-10-6). До 6% гамет человека несут мутантные гены. Мутационный процесс в человеческих популяция тяжело отследовать из-за недостаточной медицинской помощи в некоторых странах, небольшого количества потомков и отсутствия архивов.