94. Геномные мутации: полиплоидия, гаплоидия, гетероплоидия. Механизмы их возникновения.

Геномные мутации- это мутации, которые приводят к добавлению либо утрате одной, нескольких или полного гаплоидного набора хромосом. Разные виды геномных мутаций называют гетероплоидией и полиплоидией .

Геномные мутации связаны с изменением числа хромосом. Например, у растений довольно часто обнаруживается явление полиплоидии - кратного изменения числа хромосом. У полиплоидных организмов гаплоидный набор хромосом n в клетках повторяется не 2, как у диплоидов, а значительно большее число раз (3n, 4п, 5п и до 12n). Полиплоидия - следствие нарушения хода митоза или мейоза: при разрушении веретена деления удвоившиеся хромосомы не расходятся, а остаются внутри неразделившейся клетки. В результате возникают гаметы с числом хромосом 2n. При слиянии такой гаметы снормальной (n) потомок будет иметь тройной набор хромосом. Если геномная мутация происходит не в половых, а в соматических клетках, то в организме возникают клоны (линии) полиплоидных клеток. Нередко темпы деления этих клеток опережают темпы деления нормальных диплоидных клеток (2n). В этом случае быстро делящаяся линия полиплоидных клеток образует злокачественную опухоль. Если она не будет удалена или разрушена, то за счет быстрого деления полиплоидные клетки вытеснят нормальные. Так развиваются многие формы рака. Разрушение митотического веретена может быть вызвано радиацией, действием ряда химических веществ - мутагенов .

Геномные мутации в животном и растительном мире многообразны, но у человека обнаружены только 3 типа геномных мутаций: тетраплоидия ,триплоидия и анеуплоидия .

Наиболее вероятной причиной гетероплоидии (анеуплодии) является нерасхождение какой-либо пары гомологичных хромосом во время мейоза у кого-то из родителей. Г.- изменение числа хромосом, не кратное гаплоидному набору. В результате возникают особи с аномальным числом хромосом: моносомики (2n - 1), у которых не хватает одной хромосомы в какой-либо паре, и полисомики, у которых одна из хромосом может быть повторена несколько раз (например, трисомики — 2n + 1, тетрасомики — 2n + 2). Гаплоидия. — уменьшение числа хромосом вдвое. Такой организм (гаплоид) имеет в соматических клетках гаплоидный набор хромосом. Осуществляется при партеногенезе (образование организма из яйцеклетки без оплодотворения ее сперматозоидом). Люди с такой мутацией бесплодны.

95. Методы изучения наследственности человека. Генеалогический и близнецовый методы, их значение для медицины.

Генеалогический метод, или метод сбора и анализа родословной, является основным в практике медико-генетического консультирования. Применяется с конца Х1Х века, разработан и внедрен в практику знаменитым английским исследователем Френсисом Гальтоном. Основан на прослеживании нормального или патологического признака в ряду поколений, связанных между собой родственными связями. Осуществляют в два этапа:

1) составление родословной;

2) анализ родословной.

Составление родословной начинают с пробанда, т.е. человека, относительно которого проводится исследование. В генетическую карту записываются сведения о сибсах (братьях и сестрах) пробанда, его родителях, о сибсах родителей и их детях и т.д. Очень важно выяснить вопрос о наличии самопроизвольных абортов, мертворождений и ранней детской смертности.

На основании собранных сведений готовят графическое изображение родословной, используя условные символы, предложенные еще в начале 30-х годов ХХ века А. Ютом. Они были модифицированы и дополнены в последующем некоторыми другими авторами.

Метод применяется с целью:

1. Выявления наследственного характера изучаемого признака. Если в семье регистрируется один и тот же признак несколько раз, то возможно предположить наследственную природу или семейный характер заболевания.

2. Определения гетерозиготного носительства мутантного гена.

3. Установления сцепленного наследования признаков.

4. Определения пенетрантности гена.

5. Изучения интенсивности мутационного процесса.

6. Установления типа наследования моногенного заболевания.

Моногенным называется заболевание, обусловленное действием одного патологического гена. В зависимости от того, каким является патологический ген (доминантным или рецессивным) и где он расположен (в аутосоме или половой хромосоме), различают пять типов наследования:

- аутосомно-доминантный,

- аутосомно-рецессивный,

- Х-сцепленный доминантный,

- Х-сцепленный рецессивный,

- У-сцепленный, или голандрический.

Признаки, характерные для родословной при аутосомно-доминантном типе наследования

1. Каждый больной член семьи обычно имеет больного родителя.

2. Заболевание передается из поколения в поколение; больные есть в каждом поколении (вертикальное наследование).

3. У здоровых родителей дети будут здоровы (при 100% пенетрантности гена).

4. Вероятность рождения больного ребенка в семье, где один из супругов болен, составляет 50%.

5. Одинаковая частота поражения мужчин и женщин.

Признаки, характерные для родословной при аутосомно-рецессивном типе наследования

1. Наличие больных детей у здоровых родителей.

2. Накопление пораженных лиц в одном поколении (наследование по горизонтали).

3. Одинаковая частота поражения мужчин и женщин.

4. Повышенный процент инбридинга (кровно-родственный брак).

Признаки, характерные для родословной при Х-сцепленном доминантном типе наследования:

1. Рождение больных детей в семьях, где болен один из супругов.

2. Если болен отец, то все дочери будут больны, а все сыновья здоровы.

3. Если больна мать, то вероятность рождения больного ребенка составляет 50% независимо от пола.

4. Болеют лица обоих полов, но частота поражения женщин в два раза выше, чем мужчин.

5. Заболевание прослеживается в каждом поколении.

Признаки родословной при Х-сцепленном рецессивном типе наследования:

1. Преимущественное поражение мужчин.

2. Наличие здоровых сыновей у больных отцов.

3. Передача патологического гена от больного отца дочерям, у которых высок риск рождения больного сына (25%).

Признаки родословной при У-сцепленном (голандрическом) типе наследования

Признак, имеющийся у отца, передается всем его сыновьям.

Близнецовый метод

Метод предложен в конце Х1Х века Ф.Гальтоном.

Близнецы рождаются в одном случае из 84 родов. Из них 1/3 приходится на рождение монозиготных близнецов, 2/3 – на дизиготных.

Монозиготные (MZ) близнецы развиваются из одной яйцеклетки, оплодотворенной одним сперматозоидом. Их генотип идентичен, и различия между близнецами определяются преимущественно средовыми факторами.

Дизиготные (DZ) близнецы развиваются при оплодотворении двух яйцеклеток двумя сперматозоидами. Общих генов у них 50%, как у братьев и сестер, рожденных в пределах одной супружеской пары в разное время. Различия в фенотипе у DZ определяются как генотипом, так и факторами среды.

Близнецовые исследования проводятся в три этапа.

1. Подбор близнецовых пар.

2. Установление зиготности.

3. Сопоставление пар близнецов по изучаемым признакам.

Совпадение у близнецов анализируемых признаков обозначается как конкордантность, несовпадение – дискордантность.

Методпозволяет установить роль наследственности и среды в развитии какого-либо признака.

На заключительном этапе исследования сравнивают показатели конкордантности признака между моно- и дизиготными близнецами. Если показатели конкордантности в обеих группах близки, это значит, что в развитии признака ведущая роль принадлежит факторам внешней среды. Чем больше разница между показателями конкордантности в группах моно- и дизиготных близнецов, тем больший вклад в развитие признаков вносит генотип.

Методы генетики соматических клеток

• Целью данной группы методов является изучение процессов наследственности и изменчивости соматических клеток, что позволяет судить о генетических закономерностях организма в целом. Соматические клетки человека получают из различных органов и тканей (клетки крови, кожных покровов и слизистых, костного мозга, эмбриональные клетки). Чаще всего для исследования берут фибробласты и лимфоциты. (для: культивирования, клонирования, селекции сом. клеток, гибридизация сом. клеток).

Метод позволяет установить:

• локализацию гена в хромосоме;

• группы сцепления;

• механизм взаимодействия генов;

• мутантное действие тех или иных веществ;

• заболевание в дородовый период.

Методы моделирования

Различают два вида моделирования: биологическое и математическое.

Теоретической основой для биологического моделирования является закон гомологических рядов наследственной изменчивости, открытый Н.И.Вавиловым. Исходя из этого закона, можно предположить, что мутации, имеющиеся у человека, должны вызывать такие же фенотипические изменения признаков у других представителей класса млекопитающих. Следовательно, для изучения определенных наследственных болезней человека можно использовать экспериментальных животных. Описаны и изучены многие генные мутации у животных, имеющие сходство с соответствующими аномалиями у человека. Так, гемофилия А и В встречается у собак и обусловлена генами, расположенными в Х-хромосоме. У кроликов и крыс можно вызвать эпилептоидные припадки (сходные с эпилепсией у человека) путем воздействия на них сильным звуковым раздражителем. Наследственная глухота обнаружена у морских свинок. У хомяков и крыс встречаются такие заболевания, как сахарный диабет, ахондроплазия, мышечная дистрофия и др.

Математическое моделирование. Наибольшее применение эти методы нашли в популяционной генетике, где моделируются различные процессы, влияющие на генофонд популяции (например, дрейф генов, миграционные процессы). Кроме того, с помощью математических методов изучается взаимодействие наследственных факторов и среды в развитии отдельных признаков, анализируется сцепление большого числа генов и т.д.