Методы генетики человека

1.

2.

Методы генетики человека

3. Человек как объект генетических исследований

ОГРАНИЧИВАЮЩИЕ ФАКТОРЫ ДЛЯ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Невозможность использования гибридологического метода
Малочисленное (порой единичное) потомство затрудняет
применение статистических методов
Большая продолжительность жизни, сопоставимая с
продолжительностью жизни экспериментатора
Поздние сроки наступления половой зрелости

4. Основные методы генетики человека

Цитогенетический метод
Близнецовый метод
Метод приемных детей
Генеалогический метод (метод анализа родословных)
Популяционно-статистический метод
Современные инструментальные методы

5. Дополнительные методы генетики человека

Биохимический метод: позволяет изучать наследственные заболевания,
обусловленные генными мутациями
Дерматоглифический метод: изучение папиллярных линий и флексорных
складок для диагностики некоторых аномалий (результат множественного
действия генов)
Иммунологический метод: изучение генов, отвечающих за патологию
иммунной системы
Клинический метод: изучение нарушений различных параметров
жизнедеятельности человека

6. Цитогенетический метод

Начало развития цитогенетики человека - 50-60-е гг. XX в.
Суть всех цитогенетических методов: микроскопический анализ хромосом,
позволяющий выявить числовые и структурные изменения хромосомного набора
(кариотипа).
1. ИЗУЧЕНИЕ КАРИОТИПА. Материал – митотически делящиеся клетки на стадии
метафазы
Прямое исследование:
берут пробу ткани, клетки которой находятся в состоянии активного деления
(красный костный мозг, ростковая зона эпителия)
Непрямое исследование:
используют лейкоциты, которые помещают в питательный физиологический раствор
―>добавляют стимулятор митоза – фитогемагглютинин (вещество с гормональной
активностью из проростков фасоли) ―>
через 2-3 дня в культуре лейкоцитов – делящиеся клетки ―>
добавляют колхицин, разрушают веретено деления ―>
клетки помещают в гипотонический раствор, мембраны разрушаются ―>
метафазные пластинки (хромосомы) окрашивают,
фотографируют и сравнивают с эталонным кариотипом

7. Цитогенетический метод

ДЕНВЕРСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ
Основана на размерах и форме хромосом, на расположении первичной перетяжки,
наличии или отсутствии спутников хромосом. Позволяет выявить хромосомные и
геномные мутации.
В зависимости от расположения центромеры различают три типа хромосом:
акроцентрические хромосомы, у которых центромера находится практически на
конце, и второе плечо настолько мало, что его может быть не видно на
цитологических препаратах;
субметацентрические хромосомы с плечами неравной длины;
метацентрические хромосомы, у которых центромера расположена посередине или
почти посередине
Аутосомы человека разделены на 7 групп:
А (1-3 пары) большие метацентрические
В (4-5 пары) большие субметацентрические
С (6-12 пары) средние субметацентрические
D (13-15 пары) большие акроцентрические
E (16-18 пары) малые субметацентрические
F (19-20 пары) самые малые метацентрические
G (21-22 пары) малые акроцентрические

8. Цитогенетический метод

ПАРИЖСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ
Основана на методах дифференциальной окраски.
Выявляются темные и светлые полосы: гетерохроматин
(участки максимальной спирализации) и эухроматин
(деспирализованные участки).
Позволяет выявить генные мутации.
Дальнейшее окрашивание специальными цветными
красителями, имеющими сродство с определенными
основаниями ДНК, позволяет определить локализацию
мутации с точностью до гена.
Плечи хромосом: p – короткое, q – длинное.
Плечи разделены на районы, районы – на сегменты.
Нумеруют арабскими цифрами отдельно для каждого
плеча от центромеры к концу хромосомы.

9. Цитогенетический метод

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОВОГО ХРОМАТИНА
В ядрах соматических клеток самок млекопитающих внутри ядра около ядерной
оболочки присутствует окрашенное тельце – половой хроматин (тельце Барра).
Суперспирализованный участок одной из Х-хромосом (негомологичный Yхромосоме).
Метод позволяет определить число Х-хромосом в кариотипе
человека: число Х-хромосом = число телец Барра + 1.

10. Близнецовый метод

Позволяет изучить закономерности наследования признака и определить
соотносительную роль наследственности и факторов внешней среды в
формировании определенного признака.
Метод основан на оценивании внутрипарного сходства близнецов.
Однояйцевые (монозиготные)
100 % общих генов
Разнояйцевые (дизиготные)
50 % общих генов

11. Близнецовый метод

Используют понятие конкордантности (К) и дискордантности (Д).
Если признак проявился у обоих близнецов (например, оба заболели
шизофренией), говорят о конкордантности по этому признаку. Если один болен,
другой здоров, - дискордантность.
Для оценки наследуемости раситывают показатель наследуемости Хользингера:
К%МЗ – К%ДЗ
Н= ------------------------- ,
100% – К%ДЗ
где К%МЗ – конкордантность (в %) у монозиготных близнецов,
К%ДЗ – конкордантность (в %) у дизиготных близнецов.
Коэффициент Хользингера всегда меньше или равен 1.
Если 0 < Н < 0,5, то изучаемый признак формируется только под воздействием
факторов среды;
если 0,5 < Н < 0,7, то на развитие признака оказывает влияние и среда, и генотип;
если 0,7 < Н < 1,0, то изучаемый признак определяется в основном генотипом.

12. Близнецовый метод

РАЗНОВИДНОСТИ МЕТОДА
МЕТОД РАЗЛУЧЕННЫХ БЛИЗНЕЦОВ: Оценка сходства исследуемого признака
у близнецов, разлученных в детстве и воспитывающихся в разных средах
МЕТОД СЕМЕЙ МОНОЗИГОТНЫХ БЛИЗНЕЦОВ: Сопоставление детей в семьях,
где матери или отцы являются монозиготными близнецами. Задача –
выявление так называемого материнского эффекта.
МЕТОД КОНТРОЛЬНОГО БЛИЗНЕЦА: Разделение пар монозиготных близнецов
для формирования двух одинаковых выборок, которые в дальнейшем
помещают в разные условия
МЕТОД БЛИЗНЕЦОВОЙ ПАРЫ: В первую очередь важен для проведения
консультационной работы с родителями близнецов

13. Метод приемных детей

Позволяет выявить роль среды и генотипа в формировании признака.
Метод применим при исследование детей, максимально рано отданных на
усыновление в приемные семьи. Сравнивают сходство детей с биологическими
и приемными родителями.
50%
общих генов
Биологические
родители
_____
Нет
общей среды
Нет
общих генов
Дети
_____
Приемные
родители
Есть
общая среда
Разновидность: сравнение приемных и родных детей в семьях.

14. Метод приемных детей

ОГРАНИЧЕНИЯ МЕТОДА
1. Нет ли заведомо общих черт у тех семей, которые отдают на усыновление
своих детей? Насколько репрезентативна группа женщин, отдающих детей
на усыновление, всей популяции в целом?
2. Нет ли сходства между родными и приёмными родителями?
3. Проблема пренатального влияния материнского организма. – Хорошим
контролем внутриутробных негенетических влияний служит сопоставление
сходства в парах:
отданный ребёнок – биологическая мать
отданный ребёнок – биологический отец (внутриутробные влияния
исключены)

15. Генеалогический метод

Часто используют название «клинико-генеалогический метод», так как при
изучении патологических признаков (болезней) привлекают приемы
клинического обследования.
Метод позволяет:
Установить наследственный характер признака (заболевания)
Определить тип наследования признака
Оценить пенетрантность патологического гена
Определить сцепление генов и механизмы их взаимодействия
Это дает возможность уточнить природу заболевания, поставить диагноз,
оценить прогноз болезни, рассчитать риск для потомства, выбрать методы
дородовой диагностики.
Этапы метода:
1. Составление родословной с ее графическим изображением (родословное
древо)
2. Анализ полученных данных

16. Генеалогический метод

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ НАСЛЕДОВАНИЯ
1. Аутосомно-доминантный:
• при достаточном числе потомков признак обнаруживается в каждом
поколении
• признак наследуют примерно 50% детей
• сыновья и дочери наследуют признак с одинаковой частотой
• оба родителя с равной вероятностью могут передавать признак своим детям
2. Аутосомно-рецессивный:
• признак может отсутствовать в поколении детей, но появиться у внуков
• сыновья и дочери наследую признак с одинаковой частотой
• признак наследуют все дети, если оба родителя его имеют
3. Х-сцепленный доминантный
• при достаточном числе потомков признак обнаруживается в каждом
поколении
• сыновья наследуют признак только от матери
• признак встречается и у женщин, и у мужчин, но гораздо чаще у женщин
• гетерозиготная женщина передает признак 50% сыновей и дочерей
• больной мужчина передает мутантный ген всем дочерям, но не передает
сыновьям

17. Генеалогический метод

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ НАСЛЕДОВАНИЯ
4. Х-сцепленный рецессивный тип
• чаще проявляется у мужчин, у женщин только в гомозиготном состоянии
(редко)
• сыновья наследуют признак только от матери
• у гетерозиготных матерей примерно половина сыновей имеет признак, а
половина дочерей – носительницы
• признак (заболевание) передается от больного отца через его фенотипически
здоровых дочерей половине (50%) его внуков (мальчикам)
5. Y-сцепленный тип
• фенотипически проявляется только у мужчин
• признак передается только от отца к сыну
• при наличии признака у отца все сыновья (100%) будут его иметь тоже
6. Митохондриальный (цитоплазматический) тип (атрофия зрительного нерва
Лебера, митохондриальная миоэнцефалопатия, синдром Кернса-Сейра)
• передается только от матери всем детям независимо от пола
• отцы признак не передают

18. Популяционно-статистический метод

Позволяет оценить частоту встречаемости признака и генотипа в определенной
популяции, а также изучить генетическую структуру популяции.
Закон Харди-Вайнберга описывает взаимоотношения между частотами
встречаемости аллелей в исходной популяции и частотой генотипов,
включающих эти аллеи, в дочерней популяции.
p + q = 1, (p + q)² = р² + 2pq + q² = 1,
где p — частота встречаемости доминантного аллеля А; q — частота
встречаемости рецессивного аллеля а; р² — частота встречаемости гомозигот по
доминантному аллелю (АА); 2pq — частота встречаемости гетерозигот (Аа); q² —
частота встречаемости гомозигот (aa).
Популяция это совокупность особей одного вида, в течение достаточно
длительного времени (большого числа поколений) населяющих определенную
территорию внутри ареала вида, свободно скрещивающихся между собой и
частично или полностью изолированных от особей других подобных
совокупностей.
Изменение равновесия генотипов и аллелей в панмиктической популяции
происходит под влиянием постоянно действующих факторов, к которым
относятся: мутационный процесс, популяционные волны, естественный отбор,
дрейф генов, миграция, инбридинг. Именно благодаря этим факторам возникает
элементарное эволюционное явление — изменение генетического состава
популяции, являющееся начальным этапом процесса видообразования.

19. Популяционно-статистический метод

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ИЗМЕНЕНИЕ ЧАСТОТ АЛЛЕЛЕЙ В ПОПУЛЯЦИИ:
Мутации
Миграции
Случайный дрейф генов (эффект «бутылочного горлышка», эффект
родоначальника)
Естественный отбор
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ИЗМЕНЕНИЕ ЧАСТОТ ГЕНОЛТИПОВ В ПОПУЛЯЦИИ:
Инбридинг
Ассортативность (неслучайный подбор супружеских пар)

20. Современные инструментальные методы

Позволяют изучать хромосомы, цепи ДНК, гены и отдельные нуклеотиды не
опосредованно ( по результатам их действия), а непосредственно.
Рентгеноструктурный анализ (РСА): позволяет получать пространственные
фотографии биологических макромолекул.
Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР): идентификация фрагментов молекул
и даже отдельных атомов, по специфическим(для каждого конкретного атома)
резонансным изменениям магнитного поля в ответ на воздействие на молекулу
переменным магнитным полем.
Масс-спектрометрические (МС) и хромато-масс-спектрометрические (ХМС)
методы: разделение и идентификация по массе, заряду и химическим свойствам
фрагментов биологических молекул, разрушенных определенным образом (например,
рестриктазами).
Метод секвенирования: определение нуклеотидной последовательности ДНК.
Метод полимеразной цепной реакции(ПЦР): используется для увеличения числа
фрагментов ДНК.

21.

Благодарю за внимание!
Контакты для связи:
Центр естественнонаучного образования
+7 (495) 795 05 43
Директор центра: Морзунова Инна Борисовна
8-916-589-38-62
[email protected]
[email protected]