Биохимический метод

В последние годы показано, что очень многие патологические состояния у человека связаны с нарушением обмена веществ, вызванными изменением структуры соответствующих генов и таким образом передающихся по наследству. Так, известны аномалии углеводного, аминокислотного и других типов обмена. В этих случаях больному вводят недостающие ферменты или гормоны либо исключают из рациона продукты, которые не могут усваиваться вследствие отсутствия в организме необходимых ферментов. Все это позволяет установить различные нарушения нормального хода обмена веществ. Сахарный диабет характеризуется повышением концентрации глюкозы в крови вследствие отсутствия инсулина – гормона поджелудочной железы. Это заболевание вызывается рецессивным геном. Его лечат введением в организм инсулина, который в настоящее время производится в промышленных масштабах генно-инженерными методами. Однако введение инсулина лечением в полном смысле, конечно, не является. Оно позволяет нейтрализовать фенотипическое проявление «вредного» гена, но не «исправляет» сам ген. Стоит прекратить введение инсулина, и симптомы болезни возвратятся, а кроме того, больной человек может передать этот ген своим потомкам.

Заболевание – фенилкетонурия

Фенилкетонурией заболевает примерно один из 10 000 новорожденных европеоидной расы, а каждый из 80 таких младенцев является носителем. У представителей других рас это заболевание встречается реже.

У здоровых людей в клетках печени присутствует фермент, который осуществляет превращение аминокислоты фенилаланин в другую кислоту – тирозин.

Причины. Ген, кодирующий эту реакцию, находится в 12-й хромосоме. У больных фенилкетонурией этого фермента нет.

В результате в организме больного накапливается фенилаланин. Избыток фенилаланина оказывает  губительное действие на мозг человека и его умственное развитие. Новорожденные с фенилкетонурией выглядят вполне нормальными, так как в период внутриутробного развития избыток фенилаланина проходит через плаценту и разрушается в печени матери. Если лечения не проводить с младенческого возраста, уже в первые годы жизни патология становится заметной.

Симптомы. Наиболее серьезным симптом – сильное отставание в умственном развитии. До того, как были разработаны методы лечения, более 1% пациентов психиатрических клиник составляли именно больные фенилкетонурией. Они редко доживали до 30 лет. Помимо умственной отсталости отмечаются:

1.повышенная активность (гиперактивность) у детей;

2.неустойчивая походка;

3.более светлые волосы, кожа и глаза, чем у здоровых родственников;

4.кожные изменения, напоминающие младенческую экзему;

5.эпилептические припадки.

Лечение. Это очень тяжелое заболевание, однако ранняя диагностика и лечение могут остановить развитие болезни.

Цитогенетический метод

Цитогенетическим методом в генетике человека обычно называют анализ кариотипа (т.е. набора хромосом в клетках) в норме и патологии. В норме кариотип человека представлен 22 парами аутосом и парой половых хромосом.

В настоящее время в медицине применяют метод амниоцентеза – исследования клеток околоплодной жидкости, который позволяет обнаружить аномалии в числе и строении хромосом у плода уже на 16-й недели беременности. Для этого берут пробу околоплодной жидкости путем пункции плодного пузыря.

Наиболее распространенными из таких аномалий являются различные проявления анеуплоидии (т.е. уменьшения или увеличения числа хромосом), а также появление хромосом с необычной структурой вследствие нарушений в процессе мейоза. Анеуплоидия и хромосомные перестройки являются цитогенетическими признаками многих болезней человека.

Исследования хромосом показывают, что многие врожденные уродства и ненормальности определяются отклонениями от нормального числа хромосом в его клетках или изменением морфологии отдельных хромосом.

К таким болезням относятся, в частности, синдром Клайнфельтера, который встречается у одного из 400-600 новорожденных мальчиков. При этом заболевании половые хромосомы представлены набором XXY. Синдром Клайнфельтера проявляется в недоразвитии первичных и вторичных половых признаков и искажений пропорций тела (высокий рост и непропорционально длинные конечности).

Другая аномалия – синдром Тернера, встречающийся у новорожденных девочек с частотой примерно 1:5000. у таких больных в клетках присутствует 45 хромосом, поскольку в их кариотипе половые хромосомы представлены не двумя, а только одной X-хромосомой. Для таких больных также характерны многочисленные аномалии строения организма. Обе эти болезни – синдром Клайнфельтера и синдром Тернера – являются следствием нерасхождения половых хромосом при образовании гамет у родителей.

Хромосомные болезни могут быть вызваны и нерасхождением аутосом. Впервые связь между изменением хромосомного набора и резкими отклонениями от нормального развития была обнаружена при изучении синдрома Дауна (врожденной идиотии). Люди, страдающие этим заболеванием, имеют характерный разрез глаз, низкий рост, короткие и короткопалые руки и ноги, аномалии многих внутренних органов, специфическое выражение лица, для них характерна умственная отсталость. Изучение кариотипа таких больных показало наличие дополнительной, т.е. третьей, хромосомы в 21-й паре (так называемая трисомия). Причина трисомии связана с нерасхождением хромосом в ходе мейоза у женщин.

Дети с синдромом Дауна рождаются довольно часто – один на 500-600 новорожденных. Важно отметить, что существует четкая зависимость между частотой рождения детей с синдромом Дауна и возрастом матери – после 35-40 лет частота рождения больных детей повышается.

Близнецовый метод

Близнецы составляют около 2% всех новорожденных. Близнецы бывают двух видов. Дизиготные, или разнояйцевые, развиваются из двух разных яйцеклеток, оплодотворенных разными сперматозоидами. Такие близнецы могут быть как одного, так и разного пола. Разнояйцевые близнецы генетически сходны не больше, чем обычные братья и сестры. Частота рождения разнояйцевых близнецов зависит от возраста матери, ее генотипа и факторов внешней среды.

Но иногда единственная оплодотворенная клетка (зигота) после первого деления распадается на две отдельные клетки. Каждая из них начинает дробиться самостоятельно, и в итоге развиваются два идентичных организма, имеющих одинаковый генотип, - монозиготные, или однояйцевые, близнецы. Сходство таких близнецов очень велико, так как они имеют один и тот же генотип. Разумеется. Однояйцевые близнецы всегда одного пола.

Близнецовый метод заключается в исследовании проявления признаков у однояйцевых близнецов, а также определения влияния среды на формирование их фенотипов.

Близнецовый метод подтверждает, что такие признаки, как группа крови, цвета глаз и волос, почти полностью определяются генетически, а среда практически не влияет на степень их проявления. В то же время оказывается, что роль наследственных факторов велика и в таких аспектах, как развитие у детей туберкулеза и рахита. А вот в возникновении косолапости доля наследственности, напротив, очень невелика.

Ученые выяснили, что «одинаковость» однояйцевых близнецов сохраняется на протяжении всей жизни и проявляется и в уровне умственного развития, и в личностных качествах, и в интересах. Основываясь на анализе родословных выдающихся людей, Гальтон пришел к выводу о наследственной природе таланта.

С помощью близнецового метода было установлено. Что у однояйцевых близнецов чаще, чем у двуяйцевых, совпадают некоторые психические особенности, а значит на формировании этих качеств сказывается наследственный фактор. В числе подобных признаков – тревожность и склонность к депрессии. Когда эти признаки исследовали по отдельности, оказалось, что они определяются наследственностью почти на 40%.

По разным оценкам, от 5 до 30% детей учатся с трудом или не способны к усвоению школьной программы. Чаще всего встречается дислексия – неспособность к чтению. Ею страдают порой ребята с нормальным уровнем интеллекта.

Генеалогический метод

Изучение родословных – важный метод исследования закономерностей наследования признаков у человека. Он основан на анализе родословных людей, в семьях которых имеются наследственные заболевания. Этот метод дает возможность определить тип наследования, а именно аутосомный (доминантный или рецессивный) или сцепленный с полом.

Аутосомно-доминантный тип наследования

Классические примеры доминантного наследования – способность свертывать язык в трубочку и «свисающая» (свободная) мочка уха. Альтернативой последнему признаку является срощенная мочка – признак рецессивный. Еще одна наследственная аномалия у человека, обусловленная аутосомно-доминантным геном, - многопалость, или полидактилия. Она известна с глубокой древности. На картине Рафаэля «Сикстинская Мадонна» слева от Марии – папа римский Сикст II, на левой руке у него 5 пальцев, на правой – 6. Отсюда и его имя: сикс – это шесть.

Еще один подобный признак, обусловленный доминантными генами, - «габсбургская губа». Люди с этим признаком имеют выпяченную губу и узкую выступающую нижнюю челюсть, их рот все время остается полуоткрытым. Название признака связано с тем, что он часто встречался у представителей династии Габсбургов.

Аутосомно-рецессивный тип наследования.

У человека описано очень много не сцепленных с полом признаков, которые наследуются как рецессивные. Например, голубой цвет глаз проявляется у людей, гомозиготных по соответствующему аллелю. Рождение голубоглазого ребенка у родителей с карими глазами повторяет ситуацию анализирующего скрещивания – в этом случае ясно, что они гетерозиготны, т.е. несут оба аллеля, из которых внешнее проявляется только доминантным. Признак рыжих волос, определяющий еще и характер пигментации кожи, также является рецессивным по отношению к нерыжим волосам и проявляется только в гомозиготном состоянии.

Признаки, сцепленные с полом.

Признаки, гены которых расположены в Х-хромосоме, так же могут быть доминантными и рецессивными. Однако гетерозиготность по таким признакам возможна только у женщин. Если какой-либо рецессивный признак присутствует только в одной из двух Х-хромосом, то его появление будет подавлено действием доминантного аллеля второй хромосомы. У мужчин же, в клетках которых присутствует только одна Х-хромосома, все связанные с ней признаки проявляется неизбежно.

Известным заболеванием, сцепленным с Х-хромосомой, является гемофилия (несвертываемость крови). Ген гемофилии рецессивен по отношению к нормальному гену, поэтому его заболевание (гомозиготность по одному признаку) встречается у них крайне редко. У мужчин же, получивших ген гемофилии от здоровой матери-носительницы, развивается заболевание.

Первоначальной носительницей мутантного гена считается агглийская королева Виктория. Она сама и ее муж были здоровы. Никто из предков королевы Виктории не страдал гемофилией. Вероятно, мутация возникла в гамете одного из ее родителей.

В последствии ген гемофилии передавался из поколения в поколение по женской линии, распространяясь в первую очередь в узком «монаршьем» кругу, члены которого неизбежно должны были заключать браки между собой. В XIX в. Гемофилию называли даже царской болезнью или болезнью королей, так часто она встречалась в царских семьях Европы. От нее умерли три испанских короля. Ею  страдали ганноверские князья и царевич Алексей, сын последнего русского царя Николая II.

Знание закономерностей наследования различных наследственных болезней и аномалий позволяет прогнозировать вероятность появления больных детей, если один или оба супруга больны наследственной болезнью, или если оба супруга здоровы, но в их семьях имеются случаи заболеваний. По мере повышения генетической образованности широких масс населения все чаще и чаще супружеские пары, еще не имеющие детей обращаются к врачам с вопросом о величине риска иметь больных детей. Наиболее часто родители обращаются за советом когда у них уже имеется один ребенок, пораженный наследственным заболеванием, и возникает вопрос о вероятности того, что и следующий ребенок будет больным. Очевидно медико-генетическое консультирование населения прочно войдет в быт людей.