Метод родословных. Генеалогический метод изучения закономерностей наследования признаков человека. История развития генетики человека

ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАСЛЕДОВАНИЯ ПРИЗНАКОВ ЧЕЛОВЕКА И МЕТОДЫ ИХ ИЗУЧЕНИЯ

ГЕНЕАЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД

При изучении наследования нормальных и патологических признаков человека используют различные методы. Наиболее универсальным является генеалогический, т. е. метод родословных. Его сущность заключается в прослеживании передачи признака (болезни) среди родственников больного в нескольких поколениях. В медицинской генетике метод чаще называют клинико-генеалогическим, поскольку речь идет об изучении патологических признаков в семье с помощью приемов клинического обследования. В отличие от морфологических, иммунологических, биохимических и прочих специальных методов, требующих подчас сложного оборудования и длительного кропотливого лабораторного анализа, клинико-генеалогический метод относительно прост, доступен каждому практическому врачу. В то же время с его помощью можно получить немало полезной информации, что будет способствовать постановке правильного диагноза, а следовательно, назначению адекватного лечения и проведению необходимых профилактических мероприятий. Например, невральная амиотрофия Шарко - Мари и миотоническая дистрофия (наследственные болезни нервно-мышечной системы) имеют сходную клиническую картину (атрофии дистальной группы мышц с последующим парезом). Однако невральная амиотрофия Шарко - Мари наследуется по аутосомно-рецессивному типу, а миотоническая дистрофия - по аутосомно-доминантному. Установление типа наследования является решающим в постановке диагноза, от которого зависит прогноз для больного (болезнь Шарко - Мари приводит к инвалидности в течение 5-6 лет; миотоническая дистрофия течет более доброкачественно и работоспособность сохраняется длительное время), прогноз здоровья потомства этих больных и их лечение.

Одной из основных задач клинико-генеалогического метода является установление наследственного характера болезни. Если в семье встречается один и тот же признак или болезнь несколько раз, то в этом случае можно думать о наследственной природе или семейном характере болезни. Для установления наследственного характера патологии требуется большая тщательность сбора сведений о родственниках больного, полное клиническое и специальное лабораторное и инструментальное обследование определенного круга лиц в родословной (см. ниже). Чтобы не сделать ошибочного заключения о наследственном характере болезни там, где его нет, следует помнить о существовании уже упоминавшихся фенокопий наследственных болезней. Например, микроцефалия в сочетании с умственной отсталостью может явиться следствием редкой моногенной рецессивной мутации. В то же время некоторые препараты, принимаемые матерью во время беременности, или рентгеновское облучение плода могут вызвать аналогичные дефекты и представлять собой фенокопию генетически обусловленного заболевания. Подчас обнаруживаются случаи семейных заболеваний, обусловленных однотипным воздействием различных вредных факторов окружающей среды. "Накопление" болезни в родословной может наблюдаться, например, при семейном характере некоторых профессий. Одни и те же профессиональные вредности могут вызывать сходные заболевания у членов одной семьи. Если исключается действие сходных внешних факторов, можно предположить наследственный характер болезни. После того как обнаружен наследственный характер болезни, клинико-генеалогический метод позволяет установить тип наследования болезни: аутосомно-доминантный, аутосомно-рецессивный, Х-сцепленный доминантный или рецессивный. В случаях таких распространенных заболеваний с наследственной предрасположенностью, как артериальная гипертония, сахарный диабет, язвенная болезнь желудка и другие, с помощью клинико-генеалогического метода можно выявить роль наследственности в происхождении патологии.

Клинико-генеалогический метод имеет большое значение в клинической медицине в плане своевременной диагностики наследственных болезней. Некоторые болезни имеют типичную, легко выявляемую клиническую картину, относительно часто встречаются и поэтому легко диагностируются (например, гемофилия, полидактилия, дальтонизм). Другие наследственные болезни встречаются редко, а для некоторых имеются лишь единичные описания в мировой литературе. Распознать такие болезни практическому врачу трудно. Генеалогический метод дает возможность определить тип наследования болезни и тем самым нередко уточнить ее форму, поскольку для каждой наследственной патологии характерна передача по определенному типу. Особенности передачи наследственных болезней, устанавливаемые с помощью этого метода, позволяют правильно подойти к анализу ранних клинических симптомов, выявляемых у некоторых членов изучаемой семьи, и имеют дифференциально-диагностическое значение. Так, затруднена диагностика основных форм миопатии в начальных стадиях: псевдогипертрофической, ювенильной и плече-лопаточно-лицевой. Изучение генеалогических данных может помочь правильно оценить клинические симптомы болезни, определить ее форму, поскольку для псевдогипертрофической формы характерен сцепленный с полом тип наследования, для ювенильной - аутосомно-доминантный. С этих позиций данные генеалогического метода имеют большое значение для современной диагностики наследственных болезней - до развития выраженных стадий заболевания.

Генеалогический метод дает возможность определить круг лиц в родословной, нуждающихся в детальных исследованиях для выявления гетерозиготного носительства мутантного гена, что особенно важно для медико-генетического консультирования лиц с аутосомно-рецессивными и Х-сцепленными болезнями. Анализ родословной позволяет выявить родственников, нуждающихся в дополнительном обследовании.

В клинической медицине клинико-генеалогический метод служит и основой для изучения гетерогенности (многообразия) наследственных болезней. Принцип генетической гетерогенности состоит в том, что сходные по клиническим данным болезни могут быть вызваны мутациями в разных генах. Примером генетической гетерогенности является врожденная катаракта, которая может быть обусловлена аутосомно-рецессивным, аутосомно-доминантным генами и рецессивным геном, локализованным в хромосоме X. При этом клинические проявления будут совершенно идентичными. Используя клинико-генеалогический метод, можно определить характер наследования в конкретной семье. Генетическая гетерогенность выявлена для многих моногенных болезней.

Генеалогический метод широко используется при медико-генетическом консультировании, в частности для определения прогноза потомства в семьях, где есть или предполагается появление больного с наследственной патологией (см. ниже).

Применение клинико-генеалогического метода в клинической медицине для решения указанных выше вопросов можно рекомендовать в некоторых конкретных ситуациях, когда у больного и его родственников выявляются:

• известное моногенное заболевание;
• болезни с наследственной предрасположенностью (сахарный диабет, гипертоническая болезнь, шизофрения и др.);
• аналогичные заболевания или симптомы у нескольких членов семьи;
• хронические прогрессирующие заболевания неясного происхождения, не поддающиеся обычной терапии. Это может указывать, например, на иммунодефицитные состояния, муковисцидоз и т. д. Так, если у ребенка в раннем детском возрасте развивается острая пневмония, которая затем повторяется, становится затяжной, хронической и не поддается лечению, можно предположить муковисцидоз - наследственную патологию эндокринных желез;
• непереносимость некоторых пищевых продуктов (например, молока при галактоземии, белка злаков при целиакии и т. д.);
• извращенная реакция на действие лекарственных веществ. Например, появление гемолиза эритроцитов при лечении сульфаниламидами может быть вызвано генетически обусловленной недостаточностью глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г-6-ФДГ);
• различные аллергические заболевания в семье (например, аллергозы встречаются при некоторых патологиях обмена веществ);
• кровное родство родителей больного ребенка;
• отягощенный акушерский анамнез (бесплодие, выкидыши, мертворождения, ранняя детская смертность, воздействие вредных факторов в период беременности);
• врожденные пороки развития, особенно множественные.

В генеалогическом методе условно можно выделить два этапа: составление родословной и генеалогический анализ.

МЕТОДИКА СОСТАВЛЕНИЯ РОДОСЛОВНОЙ

Сбор генеалогической информации о наличии среди родственников больного тех или иных заболеваний может проводиться разными методами: опрос, очное и заочное анкетирование, личное обследование членов семьи. Основные трудности при применении клинико-генеалогического метода обычно бывают связаны с недостаточным объемом получаемой информации или ее искажением. Это обусловлено тем, что многие люди не знают состояние здоровья и причин смерти даже ближайших родственников и тем более родственников по линии мужа или жены. Естественно, чем больше членов семьи будет непосредственно опрошено, тем выше шансы на получение более достоверных и полных сведений. Необходимо объяснить больному цель тщательного опроса.

Иногда искажение сведений о родственниках жены (мужа) возникает при желании переложить на них "вину" за наследственную болезнь у ребенка. В таких случаях целесообразно опросить каждого из супругов отдельно, соблюдая тайну результатов опроса. Подчас больные сознательно скрывают сведения о наследственных болезнях, особенно таких, как нарушения психики, интеллекта, врожденные пороки развития, а также случаи тяжелых наследственных болезней у детей.

Ограниченность информации, получаемой при сборе сведений со слов, связана с особенностями самого метода, но в значительной степени зависит от умения провести опрос пациентов и установить с ними соответствующий психологический контакт, что особенно важно в работе семейного врача.

Метод анкетирования - второй прием, применяемый для сбора генеалогических данных. Он может дополнять первый или использоваться самостоятельно. Иногда его результаты оказываются более достоверными, чем метода непосредственного опроса пациента. Анкеты заполняют больные, его родственники или лечащий врач. Анкеты содержат различный перечень вопросов в зависимости от целей проводимого обследования. Метод заочного анкетирования применяется в том случае, если родственники больного проживают, например, в другом городе и недоступны для обследования, а получение медицинской информации от них крайне необходимо.

При составлении родословной с целью постановки или же подтверждения диагноза можно использовать выписки из историй болезни, карты новорожденного, протоколы патолого-анатомических исследований.

Генеалогический метод

генеалогический наследственный заболевание

Генеалогический метод состоит в изучении родословных на основе менделеевских законов наследования и помогает установить характер наследования признака (доминантный или рецессивный).

Так устанавливают наследование индивидуальных особенностей человека: черт лица, роста, группы крови, умственного и психического склада, а также некоторых заболеваний. Например, при изучении родословной королевской династии Габсбургов в нескольких поколениях прослеживаются выпяченная нижняя губа и нос с горбинкой.

Этим методом выявлены вредные последствия близкородственных браков, которые особенно проявляются при гомозиготности по одному и тому же неблагоприятному рецессивному аллелю. В родственных браках вероятность рождения детей с наследственными болезнями и ранняя детская смертность в десятки и даже сотни раз выше средней.

Генеалогический метод чаще других используется в генетике психических болезней. Его сущность состоит в прослеживании в родословных проявлений патологических признаков с помощью приемов клинического обследования с указанием типа родственных связей между членами семей.

Этот метод используется для установления типа наследования болезни или отдельного признака, определения местоположения генов на хромосомах, оценки риска проявления психической патологии при медико-генетическом консультировании. В генеалогическом методе можно выделить 2 этапа - этап составления родословных и этап использования генеалогических данных для генетического анализа.

Составление родословной начинают с человека, который был обследован первым, его называют пробандом. Обычно это бывает больной или индивид, у которого есть проявления изучаемого признака (но это не обязательно). Родословная должна содержать краткие сведения о каждом члене семьи с указанием его родства по отношению к пробанду. Родословную представляют графически, используя стандартные обозначения, как это показано на рис. 16. Поколения указывают римскими цифрами сверху вниз и ставят их слева от родословной. Арабскими цифрами обозначают индивидов одного поколения последовательно слева направо, при этом братья и сестры или сибсы, как их называют в генетике, располагаются в порядке даты их рождения. Все члены родословной одного поколения располагаются строго в один ряд и имеют свой шифр (например, III-2).

По данным о проявлении заболевания или какого-то изучаемого свойства у членов родословной с помощью специальных методов генетико-математического анализа решается задача установления наследственного характера заболевания. Если установлено, что изучаемая патология имеет генетическую природу, то на следующем этапе решается задача установления типа наследования. Следует обратить внимание на то, что тип наследования устанавливается не по одной, а по группе родословных. Подробное описание родословной имеет значение для оценки риска проявления патологии у конкретного члена той или иной семьи, т.е. при проведении медико-генетического консультирования.

При изучении различий между индивидами по любому признаку возникает вопрос о причинных факторах таких различий. Поэтому в генетике психических заболеваний широко используется метод оценки соотносительного вклада генетических и средовых факторов в межиндивидуальные различия по подверженности тому или иному заболеванию. Этот метод основан на предположении, что фенотипическое (наблюдаемое) значение признака у каждого индивида является результатом влияния генотипа индивида и тех условий среды, в которых происходит его развитие. Однако у конкретного человека определить это практически невозможно. Поэтому вводятся соответствующие обобщенные показатели для всех людей, позволяющие затем в среднем определить соотношение генетического и средового влияния на отдельного индивида.

Изучение генеалогическим методом семей лиц, страдающих психическими болезнями, убедительно показало накопление в них случаев психозов и аномалий личности. Увеличение частоты случаев болезни среди близких родственников было установлено для больных шизофренией, маниакально-депрессивным психозом, эпилепсией, некоторыми формами олигофрении.

При генетическом анализе важно учитывать клиническую форму заболевания. В частности, частота шизофрении среди родственников во многом зависит от клинической формы болезни, которой страдает пробанд.

Величины риска, приведенные в таблицах, позволяют врачу ориентироваться в вопросах наследования заболевания. Например, наличие в семье (кроме самого пробанда) еще одного больного родственника повышает риск для остальных членов семьи, причем не только тогда, когда больны оба или один родитель, но и тогда, когда больны другие родственники (сибсы, тети, дяди и др.).

Таким образом, близкие родственники больных психическим заболеванием имеют повышенный риск по аналогичной болезни. Практически можно выделять: а) группы повышенного риска - дети, один из родителей которых болен психическим заболеванием, а также сибсы (братья, сестры), дизиготные близнецы и родители больных; б) группы наивысшего риска - дети двух больных родителей и монозиготные близнецы, один из которых заболел. Ранняя диагностика, своевременная квалифицированная психиатрическая помощь составляют суть профилактических мероприятий в отношении этого контингента.

Результаты клинико-генетических исследований составляют основу медико-генетического консультирования в психиатрии. Медико-генетическое консультирование схематически можно свести к следующим этапам:

установление правильного диагноза пробанду;

составление генеалогии и изучение психического состояния родственников (для правильной диагностической оценки в этом случае особенно важна полнота сведений о психическом состоянии членов семьи);

определение риска по заболеванию на основании данных;

оценка степени риска в понятиях «высокий - низкий». Данные о риске сообщают в форме, соответствующей потребностям, намерениям и психическому состоянию консультирующегося лица. Врач должен не только сообщить степень риска, но и помочь правильно оценить полученные сведения, взвесив все «за» и «против». Следует также устранить у консультирующегося чувство вины за передачу предрасположения к болезни;

формирование плана действия. Врач помогает в выборе того или иного решения (иметь детей или отказаться от деторождения могут только сами супруги);

катамнез.

Наблюдение за семьей, обратившейся за консультацией, может дать врачу новые сведения, способствующие уточнению степени риска.

Заключение

Хотя человек является сложным объектом для генетических исследований, поскольку у человека большое число генов, высока степень их гетерозиготности, невозможны направленные скрещивания и др., все же наследственность человека подчиняется универсальным для всего органического мира законам, а особенности наследственности каждого человека можно выявить, используя генеалогический метод генетического анализа.

У человека имеют место различные типы наследования.

Наследование признаков человека подчиняется общим генетическим закономерностям.

Чтобы выявить тип наследования у человека необходим специальный метод - генеалогический метод.

Список литературы

• 1. Айала Дж., Кайгер Ф. Современная генетика. - М.: Мир, 1987.
• 2. Бочков Ф.П. Генетика человека. - М.: Просвещение, 1990.
• 3. Спицын И.П. Практикум по генетике человека. - Тамбов, 1999.
• 4. Фогель А., Мотульски К. Генетика человека - М.: Мир, 1990. - Т. 1-3.

Содержание

Наука о наследственности долгое время считалась чем-то сродни шарлатанству. Неслучайно даже в середине 20 века генетика считалась лженаукой, а в СССР ее представители подвергались преследованию. Позже все встало на свои места, генетика заняла почетное место среди фундаментальных наук, которые занимаются изучением живого и растительного мира. Генеалогический метод является одной из разновидностей генетического исследования: изучается родословная человека, что помогает выявить тенденцию к наследованию наследственных признаков.

Что такое генеалогический метод исследования

Метод анализа родословной был изложен в конце 19 века Ф. Гальтоном, позже Г. Юстом были даны единые уловные обозначения при составлении генеалогического древа. Суть исследования – составление подробной родословной человека и последующий его анализ с целью выявить определенные признаки, которым привержены члены одной семьи, а также наличие наследственных заболеваний. Сейчас появляются новые лабораторные методы проведения исследований, но консультирование специалистом по составлению родословной до сих пор находит применение в медицине и прикладной науке.

Для чего используют

В прикладной науке генеалогический метод используется для изучения принципов распространения среди членов одной семьи различных наследственных признаков: веснушки, способность сворачивать язык в трубочку, короткопалость, сросшиеся пальцы, рыжие волосы, склонность к диабету, заячья губа и прочее. Причем выделяется несколько типов наследования – аутосомно-доминантный, аутосомно-рецессивный, сцепленный с полом.

В медицине клинико-генеалогический метод помогает выявить наличие патологических признаков и вероятность их наследования. Зачастую картина становится ясна и без дополнительных исследований (анализ плацентарной жидкости на наличие генетических заболеваний). Главное – установить наследственный признак и просчитать вероятность его проявления в будущих поколениях.

В чем заключается сущность генеалогического метода

Главный инструмент генеалогического анализа – сбор информации об индивидууме и его семье. При помощи составления подробных родословных появляется возможность выделить тот или иной наследственный признак. В медицине такая методика называется клинико-генеалогической. Специалист изучает родословные связи и пытается выявить наследственные признаки, проследить их наличие у близких и дальних родственников. Генеалогический метод состоит из двух этапов – составления родословной и ее подробного анализа.

Задачи

Основной плюс генеалогического метода – его универсальность. Он применяется при решении теоретических и практических задач, например, при определении вероятности наследования некоторых заболеваний:

• выявление генетического признака;
• установление его как наследственного;
• определения типа исследования и пенетарности гена;
• вычисление вероятности его наследования;
• определение интенсивности мутационного процесса;
• составление генетических карт хромосом.

Цели

Основная цель генеалогического анализа в медицине – диагностика наследственных патологий. При этом составление родословной является одним из этапов исследования, которое выявляет возможность наследования определенного генетического признака. Речь идет не только о таких наследственных особенностях, как рыжие волосы или короткопалость, аномалии характера, но и о серьезных заболеваниях, которые могут передаваться по наследству, например, шизофрения, муковисцидоз или гемофилия.

Генетический анализ на наследственные заболевания у беременных

Любая пара, ожидающая ребенка, может обратиться к генетику с целью выяснить, не ли у их будущего ребенка каких-либо генетических отклонений. В некоторых случаях консультация генетика является обязательной:

• возраст родителей (более 35 лет у матери и 40 лет у отца);
• в семье уже есть дети с генетическими заболеваниями;
• неблагоприятные условия жизни одного из родителей (плохая экология, злоупотребление алкоголем и наркотиками);
• мать во время болезни перенесла какое-либо серьезное инфекционное заболевание;
• один из родителей болен психическим заболеванием;

Профессиональное генеалогическое исследование является одним из видов генетических исследований, которые проводят для будущих родителей. Другие методы исследования наследственности человека включают в себя:

• ультразвуковая диагностика;
• исследование околоплодных вод (амниоцентез);
• исследование на предмет возможных последствий после перенесенных во время беременности инфекций (плацентоцентез);
• генетическое исследование пуповинной крови (кордоцентез).

Этапы генеалогического метода

При составлении родословной и последующем ее анализе врач-генетик действует поэтапно. Выделяются три основных:

1. Определяется пробанд для которого составляется подробная родословная. При ожидании ребенка пробандом почти всегда является мать, в остальных случаях – носитель наследственного признака.
2. Составление родословной, при этом собирается анамнез пробанда и его родственные связи.
3. Анализ родословной и вывод о вероятности и типе наследования признака.

Составление родословной

При медико-генетическом консультировании за основу берется пробанд – человек, который предположительно является носителем наследственного признака или страдающий генетическим заболеванием. Родословная составляется со слов исследуемого, при этом для точности картины необходимо собрать сведения о трех, а то и четырех поколениях его семьи. Кроме того, специалисты опрашивают самого пробанда и проводят визуальный осмотр на предмет наличия и степени выраженности наследственного признака.

Все сведения записываются в медико-генетическую карту в следующем порядке:

• информация о пробанде – наличие наследственного признака или генетических заболеваний, состояние, акушерский анамнез, психический анамнез, национальность и место жительства;
• сведения о родителях, братьях и сестрах (сибсах);
• данные о родственниках со стороны матери и отца.

Символика генеалогического метода

В генеалогических таблицах используются определенные символы, которые были разработаны в 1931 году Г. Юстом. Женский пол в них обозначен кружком, мужской – квадратом. Некоторые ученые применяют для женского рода «Зеркало Венеры» (кружок с крестиком), а для мужского «Щит и копье Марса» (кружок со стрелкой). Сибсов располагают на одной линии с пробандом, номера поколений показаны в виде римских цифр, родственники одного поколения – арабских.

Генеалогический анализ

Использование анализа родословной помогает выявить наследственный признак, как правило, патологический. Это устанавливается, если он встречается более двух раз в нескольких поколениях. После этого осуществляется оценка типа наследования (аутосомно-рецессивный, аутсомно-доминантный, или сцепленный с полом). Далее идут выводы о вероятности появления наследственного признака у детей членов родословной и при необходимости указание для направления на дополнительные генетические исследования.

Наследственный характер признака

Аутсомно-доминантный тип наследования определяется при полном доминировании признака, к ним относятся цвет глаз, веснушки, структура волос и т.д. В случае болезни:

• наследование идет в равной степени у женщин и мужчин;
• имеются больные по вертикали (в поколениях) и горизонтали (братья и сестры);
• у больных родителей высока вероятность наследования патологического гена;
• при наличии большого родителя риск наследования составляет 50%.

Аутсомно-рецессивный тип:

• носителями являются братья-сестры – по горизонтальной линии;
• в родословной немого носителей среди родных пробанда;
• мать и отец носителя здоровы, но могут быть носителями рецессивного гена, при этом вероятность, что ребенок унаследует патологический признай – 25%.

Существует тип наследственности, сцепленной с полом:

• доминантное Х-сцепление – проявляется у обоих полов, но передается по женской линии;
• рецессивное Х-сцепление – передается только мужчинам от матерей, причем дочери будут здоровы, а сыновья – больны с разной вероятностью;
• У-сцепленное (голандрическое) – передается по мужской линии;

Тип наследования и пенетрантности гена

Определение групп сцепления и картирования хромосом

Изучение мутационного процесса

Клинический анализ родословной изучает изменчивость мутационных процессов, при этом метод является полезным при анализе возникновения «нетипичных» или «спонтанных» мутаций, к примеру, синдром Дауна. Изучается различие мутаций эпизодического характера от закономерных генных процессов в рамках одной семьи. При этом рассматриваются следующие факторы мутаций:

• возникновение мутации;
• интенсивность процесса;
• факторы, способствовавшие появлению.

Анализ взаимодействия генов

При медико-генеалогическом анализе выявляются процессы взаимодействия генов, которые помогают расшифровать обусловленность появления патологических наследственных признаков в рамках одной семьи. Тщательно разработанная родословная становится фундаментом для дальнейших исследований интенсивности развития мутации генов, выявления типа наследования и вероятность получения гена у наследников пробанда.

Гомо и гетерозиготность родителей

Совокупность наследственных признаков переходит к нам от родителей. Ген, полученный от обоих родителей, будет называться гомозиготным. Если у матери и отца кудрявые волосы, то ген, отвечающий за структуру волос, определяется как гомозиготный. Если же у матери волосы прямые, а у отца кудрявые, то ген структуры волос определяется как гетерозиготный. У ребенка может быть гомозиготный ген цвета глаз и гетерозиготный ген цвета волос. В случае полного доминирования гена, признак наследуется почти со 100% вероятностью по вертикальной линии.

Основные закономерности наслед­ственности, установленные для живых организмов, универсальны и в полной мере справедливы и для человека. Вместе с тем как объект генетических исследований человек имеет свои пре­имущества и недостатки.

Для людей невозможно планиро­вать искусственные браки. Еще в 1923 г. Н.К. Кольцов отмечал, что "...мы не мо­жем ставить опыты, мы не можем за­ставить Нежданову выйти замуж за Шаляпина только для того, чтобы по­смотреть, какие у них будут дети". Од­нако эта трудность преодолима благо­даря прицельной выборке из большого числа брачных пар тех, которые соот­ветствуют целям данного генетическо­го исследования.

В значительной мере затрудняет возможности генетического анализа человека большое число хромосом - 2п=4б. Однако разработка новейших методов работы с ДНК, метода гибри­дизации соматических клеток и неко­торых других методов устраняют эту трудность.

Из-за небольшого числа потомков (во второй половине XX в. в большин­стве семей рождалось по 2-3 ребенка) невозможен анализ расщепления в по­томстве одной семьи. Однако в боль­ших популяциях можно выбрать се­мьи с интересующими исследователя признаками. Кроме того, в некоторых семьях определенные признаки про­слежены на протяжении многих поко­лений. В таких случаях возможен ге­нетический анализ. Еще одна труд­ность связана с длительностью смены поколений у человека. Одно поколе­ние у человека занимает в среднем 30 лет. И, следовательно, генетик не мо­жет наблюдать более одного-двух по­колений.

Для человека характерен большой генотипический и фенотипический полиморфизм. Проявление многих признаков и болезней в сильной степе­ни зависят от условий внешней среды. Следует отметить, что понятие "среда" для человека более широкое по сравне­нию с растениями и животными. На­ряду с питанием, климатом и другими абиотическими и биотическими фак­торами, средой для человека являются и социальные факторы, трудно изме­няемые по желанию исследователя. Вместе с тем, человека как генетичес­кий объект широко изучают врачи всех специальностей, что нередко по­могает установить различные наслед­ственные отклонения.

В настоящее время интерес и вни­мание к изучению генетики человека активно возрастают. Так, глобальная международная программа " Геном че­ловека" имеет своей задачей изучение генома человека на молекулярном уровне. Для ее решения используются все новейшие современные методы ге­нетики и медицины.

Какими же методами располагает генетика человека в настоящие дни? Их немало: генеалогический, близне­цовый, цитогенетический, популяционно-статистический, биохимический, метод генетики соматических клеток и молекулярно-генетический. Рассмот­рим подробнее каждый из них.

Относящийся к числу основных в генетике человека, этот метод опирает­ся на генеалогию - учение о родослов­ных. Его сутью является составление родословной и последующий ее ана­лиз. Впервые такой подход был пред­ложен английским ученым Ф. Гальтоном в 1865 г.

Генеалогический метод широко ис­пользуется для решения как научных, так и прикладных проблем. Он позво­ляет выявить наследственный харак­тер признака и определить тип насле­дования. Наряду с этим метод дает возможность установить сцепленное наследование, определить тип взаимо­действия генов и пенетрантность алле­лей. Генеалогический метод лежит в основе медико-генетического консуль­тирования. Он включает два этапа: со­ставление родословных и их генеало­гический анализ.

Составление родословной. Сбор сведений о семье начинается с человека, называемого пробандом. Обычно это больной с изучаемым забо­леванием. Дети одной родительской пары называются сибсами (братья-сес­тры). В большинстве случаев родо­словная собирается по одному или не­скольким признакам. Родословная мо­жет быть полной или ограниченной. Чем больше поколений прослежено в родословной, тем она полнее и тем вы­ше шансы на получение полностью до­стоверных сведений. Сбор генетической информации проводится путем опроса, анкетирова­ния, личного обследования семьи. Оп­рос начинается обычно с родственни­ков по материнской линии: бабушки и дедушки по материнской линии, с ука­занием внуков, детей каждого ребенка бабушки и дедушки. В родословную вносят сведения о выкидышах, абор­тах, мертворожденных, бесплодных браках и др.

При составлении родословной ве­дется краткая запись данных о каждом члене рода с указанием его родства по отношению к пробанду. Обычно ука­зываются: фамилия, имя и отчество, дата рождения и смерти, возраст, наци­ональность, место жительства семьи, профессия, наличие хронических забо­леваний в семье, причину смерти умерших и др.

После сбора сведений составляют графическое изображение родослов­ной, используя систему условных обо­значений (рис. 2.1).

Выполняя эту работу, важно соблю­дать следующие правила:

1. Составление родословной начи­нают с пробанда. Братья и сестры рас­полагаются в порядке рождения слева направо, начиная со старшего.

2. Все члены родословной распола­гаются строго по поколениям в один ряд.

3. Поколения обозначаются римски­ми цифрами слева от родословной сверху вниз.

4. Арабскими цифрами нумеруется потомство одного поколения (один ряд) слева направо.

5. В связи с тем, что некоторые бо­лезни проявляются в разные периоды жизни, указывается возраст членов се­мьи.

6. Отмечаются лично обследован­ные члены родословной.

Графическое изображение родо­словной может быть вертикально-го­ризонтальным или расположенным по кругу (в случае обширных дан­ных). Схема родословной сопровож­дается описанием обозначений под рисунком, которое называется леген­дой (рис. 2.2).

Генетический анализ родословной

Задача генетического анализа - ус­тановление наследственного характера заболевания и типа наследования, вы­явление гетерозиготных носителей мутантного гена, а так же прогнозирование рождения больных детей в семьях с наследственной патологией.

Анализ родословной включает сле­дующие этапы: 1. Установление, явля­ется ли данный признак или заболева­ние единичным в семье или имеется несколько случаев (семейный харак­тер). Если признак встречается не­сколько раз в разных поколениях, то можно предполагать, что этот при­знак имеет наследственную природу. 2. Определение типа наследования признака. Для этого анализируют ро­дословную, учитывая следующие мо­менты:

1) встречается ли изучаемый при­знак во всех поколениях и многие ли члены родословной обладают им;

2) одинакова ли его частота у лиц обоих полов и у лиц какого пола он встречается чаще;

3) лицам какого пола передается признак от больного отца и больной матери;

4) есть ли в родословной семьи, в ко­торых у обоих здоровых родителей рождались больные дети, или у обоих больных родителей рождались здоро­вые дети;

5) какая часть потомства имеет на­следуемый признак в семьях, где болен один из родителей.

Аутосомно-доминантное наследо­вание характеризуется тем, что мутантный ген связан с аутосомой и про­является как в гомозиготном (АЛ), так и в гетерозиготном (Аа) состояниях. В силу этого прослеживаются следую­щие особенности наследования:

1) передача патологии от больных родителей к детям;

2) оба пола поражаются в равных пропорциях;

3) здоровые члены семьи обычно имеют здоровое потомство;

4) отец и мать одинаково передают мутантный ген дочерям и сыновьям. Возможна передача болезни от отца к сыну.

Клинические проявления болезни могут значительно варьировать в зави­симости от экспрессивности и пенетрантности гена. Экспрессивностью на­зывается степень выраженности гена (в нашем случае - тяжесть заболева­ния). При высокой экспрессивности гена развивается тяжелая, часто с ле­тальным исходом форма заболевания, при низкой - внешне человек здоров. Под пенетрантностю понимается час­тота проявления мутантного гена сре­ди его носителей. Она определяется отношением числа особей, имеющих данную болезнь (или признак), к чис­лу особей, имеющих данный ген, выра­женным в процентах. Например, пенетрантность атеросклероза 40%, синд­рома Марфана 30%, ретинобластомы 80% и т.д.

В зависимости от типа наследова­ния общая картина родословной вы­глядит по-разному

При аутосомно-рецессивиом типе наследования мутанный ген прояв­ляет свое действие только в гомозигот­ном состоянии По это л причине в гете­розиготном состоянии он может суще­ствовать во многих поколениях, не проявляясь фенотипически.

При данном типе наследования за­болевание встречаете в родословной редко и не во всех поколениях. Вероят­ность заболевания у девочек и мальчи­ков одинакова. Признак может про­явиться у детей, родит ели которых бы­ли здоровы, но являлось гетерозигот­ными носителями мутантного гена. Возможны несколько вариантов таких браков:

1) мать аа х отец аа - у таких роди­телей все дети будут больными (аа);

2) мать Аа х отец аа - 50 % детей бу­дут больными (генотип аа) и 50 % фе­нотипически здоровыми (генотип Аа), но будут являться гетерозиготными носителями дефектного гена;

3) мать Аа х отец Аа - 25 % детей будут больными (генотип аа), 75 % фе­нотипически здоровыми (генотипы АА и Аа), но 50 % из них будут носителя­ми мутантного гена (генотип Аа).

Экспрессивность и пенетрантность колеблются в широких пределах (от О до 100%) и сильно зависят от условий внешней среды. По аутосомно-доминантному типу наследуется полидак­тилия (шестипалость), брахидактилия (короткопалость), ахондроплазия (карликовость), синдром Марфана ("паучьи пальцы") и другие заболева­ния (рис. 2.3).

При доминантном типе наследова­ния, если один из родителей болен (Аа), вероятность рождения больного ребенка равна 50% при условии пол­ной пенетрантности гена. В случае гетерозиготности обоих родителей (Аа х Аа) больные дети могут родиться с ве­роятностью 75%. Многие аутосомно-доминантные заболевания в гомози­готном состоянии протекают в более тяжелой форме, чем у гетерозигот. Од­нако в практике нередки случаи, когда носители доминантного гена остаются фенотипически здоровыми. В резуль­тате вид родословной изменяется и по­являются пропуски поколений.

Носительство доминантного гена без фенотипического проявления можно заподозрить у одного из роди­телей, если среди его потомков появи­лись больные с такой же доминантной патологией. Когда у здоровых родите­лей появился больной ребенок и в ро­дословной есть другие случаи этой бо­лезни, то правомочно предполагать, что у одного из родителей больного был дефектный ген, который не пенетрировал, но был передан потомку.

Доминантный ген может обладать разной степенью экспрессивности, что затрудняет установление аутосомно-доминантного типа наследования. Рас­смотрим это на примере наследствен­ной патологии соединительной ткани - синдрома Марфана.

Известно, что частота возникнове­ния наследственных рецессивно-аутосомных болезней находится в прямой зависимости от степени распростра­ненности мутантного гена среди насе­ления. Частота таких болезней особен­но повышается в изолятах и среди на­селения с высоким процентом кровно­родственных браков. Такие браки отри­цательно влияют на потомство, на это указывает тот факт, что умственная от­сталость среди детей от родственных браков в 4 раза выше, чем в семьях с не­родственными браками.

При аутосомно-рецессивном типе наследования (как и при аутосомно-доминантном) возможны различная степень экспрессивности и пенетрантности признака. К заболеваниям с аутосомно-рецессивным типом наследо­вания относятся многие болезни об­мена веществ, среди которых фенилкетонурия, галактоземия, альбинизм (рис.2.4), муковисцидоз и др. Установ­лено, что рецессивные заболевания чаще диагностируются в раннем воз­расте.

Наследование заболеваний, сцеп­ленных с полом, определяется тем, что мутантный ген расположен в X или Y-хромосоме. Известно, что у женщин имеются две Х-половые хромосомы, а у мужчин - одна Х- и одна Y-хромосома. У человека в Х-хромосоме локализова­но более 200 генов. Гены, расположен­ные в хромосоме X, могут быть рецес­сивными или доминантными.

У женщин мутантный ген может на­ходиться в обеих Х-хромосомах или только в одной из них; в первом случае она гомозиготна, во втором - гетеро­зиготна. Мужчины, являясь гемизиготными (имеют только одну хромосо­му X), передают ее только дочерям и никогда - сыновьям. Любой ген, как доминантный, так и рецессивный, локализованый в его Х-хромосоме, обя­зательно будет проявляться. В этом главная особенность Х-сцепленного наследования.

Для Х-сцепленного рецессивного наследования характерны следующие особенности:

1) заболевание встречается чаще у лиц мужского пола;

2) от здоровых родителей могут ро­диться больные дети (если мать гете­розиготна по мутантному гену);

3) больные мужчины не передают заболевание своим сыновьям, но их дочери становятся гетерозиготными носителями болезни;

4) больные женщины могут ро­диться только в семьях, где отец бо­лен, а мать гетерозиготна по мутант­ному гену.

Рассмотрим несколько примеров, когда в Х-хромосоме локализован ре­цессивный ген. Если в брак вступает здоровая женщина и больной мужчи­на, то в такой семье все дети будут здо­ровыми, а дочери получат от отца одну Х-хромосому с мутантным геном и будут гетерозиготными носителями (т.к. вторую нормальную Х-хромосому они получат от матери). В том случае, если в брак вступают здоровый мужчина и женщина - носительница патологиче­ского гена, то вероятность рождения больного мальчика составит 50% от всех мальчиков и 25% - от всех детей.

Вероятность рождения больных де­вочек очень низка и возможна лишь, если отец болен, а мать гетерозиготна по мутантному гену. В такой семье по­ловина мальчиков будут больными. Среди девочек болезнь проявится у половины, а другая половина будет не­сти дефектный ген.

Классическим примером рецессив­ного, сцепленного с полом наследова­ния, может служить гемофилия. Боль­ные страдают повышенной кровоточи­востью. Причина - недостаточное со­держание в крови факторов свертыва­ния крови. На рис. 2.5 изображена ро­дословная семьи с гемофилией

Ана­лиз родословной показывает, что боле­ют только мальчики. (II - 1,4; III - 7,15). Отсюда можно предположить, что ген гемофилии сцеплен с полом. Больные дети чаще рождаются от здо­ровых родителей и, следовательно, ген болезни рецессивный.

Известно, что гемофилия широко распространена в королевских семьях Европы. Это связано с заключением близкородственных браков. В резуль­тате возникшие мутации сохранялись внутри семьи. Королева Виктория в Англии была носительницей гена ге­мофилии. Ее сын Леопольд родился гемофиликом. Через своих дочерей и внуков королева Виктория передала ген гемофилии Вольдемару и Генриху Прусским, Фридриху Гессенскому, ца­ревичу Алексею Романову, Рупрехту Тех-Атлонскому, двум баттенбергским и двум испанским принцам (рис 2.6). Кроме гемофилии, в Х-хромосоме ло­кализованы рецессивные гены, обус­ловливающие миопатию Дюшенна, не­которые формы дальтонизма и др. за­болевания.

При локализации в хромосоме X до­минантного гена тип наследования называется Х-сцепленным доминант­ным. Для него характерны следующие признаки:

1) болеют как мужчины, так и жен­щины, однако больных женщин в два раза больше, чем больных мужчин;

2) заболевание прослеживается в каждом поколении;

3) если болен отец, то все его дочери будут больными, а все сыновья здоро­выми;

4) если мать больна, то вероятность рождения больного ребенка равна 50 % независимо от пола;

5) больными дети будут только тог­да, если болен один из родителей;

6) у здоровых родителей все дети будут здоровы.

По Х-сцеплснному доминантному типу наследуются фосфатемия (недо­статок фосфата в крови), коричневая окраска эмали зубов и др.

Имеет свои особенности и Y-сцепленное наследование.

В Y-хромосоме у мужчин локализо­вано немного генов. Они передаются только сыновьям и никогда дочерям (голандрическое наследование). С Y-хромосомой у мужчин наследуются та­кие признаки, как гипертрихоз (нали­чие волос по краю ушных раковин), кожные перепонки между пальцами ног, развитие семенников, интенсивность роста тела, конечностей и зубов. Харак­терные особенности наследования с Y-хромосомой можно видеть на рис. 2.7.

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

Каждый больной член семьи обычно имеет больного родителя.

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

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

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

Признаки, характерные для родословной при аутосомно-рецессивном типе наследования

Наличие больных детей у здоровых родителей.

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

Одинаковая частота поражения мужчин и женщин.

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.

Подбор близнецовых пар.

Установление зиготности.

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.

Существует формула, по которой можно определить роль наследственности и среды в развитии признака:

% сх-ва MZ - % сх-ва DZ

100% - % сх-ва DZ

Н – коэффициент наследуемости.

Если Н = 1, признак строго наследственный (группы крови).

Если Н = 0, признак определяется факторами внешней среды (инфекционные болезни).

Если Н = 0,5, признак определяется в равной степени и генотипом, и средой.

Цитогенетический метод

Включает два основных вида исследования:

1) изучение хромосомного набора в соматических клетках организма человека, т.е. кариотипа;

2) определение полового хроматина.