Конспект уроку "Спадкові захворювання людини. Генетичне консультування. Сучасні методи молекулярної генетики"

КОНСПЕКТ УРОКУ ДЛЯ 9 КЛАСУ

Тема: Спадкові захворювання людини. Генетичне консультування. Сучасні методи молекулярної генетики.

Мета та завдання:

• довести до учнів відомості про спадкові захворювання людини та сучасні методи молекулярної генетики;
• розвивати розуміння необхідності медико-генетичного консультування;
• виховувати бережливе ставлення до власного здоров′я

Тип уроку: комбінований

Методи та методичні прийоми: Словесні: бесіда, розповідь, пояснення; Наочні: використання презентації; Практичні: розв’язування завдань, укладання опорного конспекту.

Базові поняття і терміни: спадкові хвороби, медико-генетичне консультування,  генетика людини, спадковість, мінливість, мутації.

Засоби навчання: роздатковий матеріал, підручник, мультимедійна дошка, фотографії людей, які мають спадкові захворювання, портрети Ф. Гальтона, С. М. Давиденкова, Дж. Тійо, А. Левана, Ж. Лежена, Дж. Л. Дауна, П. Якобса, Й. Стренга, Т. І. Юдіна, Б. М. Маньківського.

Хід уроку

1. Організаційний момент
2. Перевірка домашнього завдання
3. Мотивація навчально-пізнавальної діяльності
4. Актуалізація теоретичних знань
5. Виклад учителем нового матеріалу
6. Узагальнення та закріплення нового матеріалу
7. Підсумок уроку
8. Виставлення оцінок та їх мотивація
9. Інструктаж з домашнього завдання.

Хід уроку

І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ МОМЕНТ

Привітання вчителя і учнів. Перевірка готовності до уроку. Перевірка присутніх.

ІІ. ПЕРЕВІРКА ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ

Чи всі справились з роботою? Які проблеми виникли при виконанні?

ІІІ. МОТИВАЦІЯ  НАВЧАЛЬНО-ПІЗНАВАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

 Вам  уже відомі такі захворювання людини як грип, ангіна та багато інших. Також ви знаєте методи їх профілактики. А що ж таке спадкові хвороби людини та чи можна їх попередити ви дізнаєтеся на сьогоднішньому уроці тема якого «Спадкові захворювання людини. Генетичне консультування. Сучасні методи молекулярної генетики».

ІV. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ

Тестові завдання

1. Спадкова мінливість проявляється у нащадків: а) так; б) ні.
2. Причиною комбінативної мінливості є: а) різні способи з′єднання батьківських генів; б) структурні зміни в генотипі; в) вплив зовнішніх умов.
3. Мутації виникають: а) поступово; б) раптово.
4. Мутація проявляється у фенотипі в організмі: а) будь-якому; б)гомозиготному; в) гетерозиготному.
5. Передаються наступним поколінням мутації, що відбулися у клітинах: а) соматичних; б) статевих.
6. Які мутації знижують життєздатність організму: а) летальні; б)сублетальні; в) нейтральні ?

V. ВИКЛАД УЧИТЕЛЕМ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

СПАДКОВІ ХВОРОБИ ЛЮДИНИ: МЕТОДИ ЇХ ВИЗНАЧЕННЯ

Відеодемонстрація: https://www.youtube.com/watch?v=1gpBNTB-dSY

Спадкові хвороби людини - захворювання, викликані хромосомними і генними дефектами. Основою спадкових захворювань є генні, хромосомні і мітохондріальні порушення спадкової інформації. Не варто плутати спадкові та вроджені захворювання. Вроджені захворювання обумовлені не тільки спадковими, але і зовнішніми чинниками, наприклад негативним впливом на ембріон хімічних речовин, ліків або опромінення. Спадкові захворювання людини можуть бути виявлені відразу після народження, а можуть проявитися через тривалий час. Близько 10% всіх захворювань людини обумовлено патологічними генами або генами, які відповідають за схильність до хвороби.

Класифікація спадкових хвороб людини

Генетичні захворювання. Виникають як результат пошкодження ДНК на рівні гена. До таких захворювань належать хвороба Німана-Піка і фенілкетонурія.

Хромосомні захворювання. Хвороби, пов'язані з аномалією кількості хромосом. Прикладами хромосомних захворювань є синдром Дауна, синдром Клайнфельтера і синдром Патау.

Захворювання зі спадковою схильністю (гіпертонія, цукровий діабет, ревматизм, шизофренія, ішемічна хвороба серця).

Методи визначення спадкових хвороб

Генеалогічний (генетичний) метод грунтується на вивченні родоводу людини. Даний метод допомагає виявити особливості успадкування нормальних і патологічних ознак організму людини.

Близнюковий метод - вивчення близнюків для виявлення впливу спадковості і зовнішнього середовища на розвиток хвороб. Основа даного методу - відмінності між однояйцевими і різнояйцевими близнюками, обумовлені різними факторами.

Цитогенетичний метод. Основою даного методу є дослідження структури хромосом у здорових і хворих людей.

Біохімічний метод. За допомогою цього методу вчені досліджують особливості обміну речовин людини (безліч спадкових захворювань безпосередньо пов'язані з порушенням обміну речовин).

Імуногенетичний метод. Даний метод дозволяє ставити діагноз при вроджених імунодефіцитних патологіях.

Метод дерматогліфіки - вивчення папілярних візерунків долонь і стоп. Дерматогліфічні візерунки залишаються незмінними протягом усього життя людини. Дерматогліфічний аналіз використовується для діагностики деяких геномних і хромосомних мутацій.

МЕДИКО-ГЕНЕТИЧНЕ КОНСУЛЬТУВАННЯ, ПРИНЦИПИ, ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

Найбільш ефективним і поширеним методом профілактики спадкових хвороб є медико-генетичне консультування, яке дозволяє попередити появу в сім'ї хворої дитини. Перш за все це стосується важких пороків розвитку і спадкових хвороб. Спадкові захворювання - трагедія не тільки для хворого, але і для всієї його родини. Рання постановка діагнозу при спадкової патології допоможе не тільки підготуватися до хвороби морально, а й визначити можливі методи лікування. 

 Медико-генетичне консультування (МГК) - один із видів спеціалізованої допомоги населенню, спрямований, головним чином, на попередження появи в сім'ї хворих із спадковою та вродженою патологією. МГК, за визначенням робочого комітету Американського товариства генетиків людини «...комунікативний процес, пов'язаний з вирішенням проблем, що відносяться до появи або ризику появи спадкових хвороб в сім'ї. Цей процес полягає у спробі одного або кількох кваліфікованих спеціалістів пояснити пацієнту або сім'ї діагноз, тип успадкування, основні прояви, перебіг і доступне лікування спадкової хвороби; допомогти сім'ї прийняти певне рішення відносно репродуктивної поведінки з врахуванням величини повторного ризику і вибрати ряд дій відповідно до цього рішення, враховуючи ступінь ризику й сімейні цілі; допомогти тим, хто звернувся на консультацію, краще адаптуватись до наявності хворого в сім'ї і ризику повторення цієї хвороби».

Головна мета МГК в державному масштабі - зменшення генетичного вантажу в популяції, а в кожному окремому випадку - визначення прогнозу народження дитини із спадковою патологією, пояснення ймовірності такої події, допомога сім'ї прийняти рішення про подальше дітонародження. Суть МГК полягає в профілактиці подальшої передачі спадкових хвороб за рахунок попередження дітонародження в носіїв спадкових хвороб, усуненні провокуючих факторів появи генетичних аномалій та наслідків їх шляхом лікування.

Основні завдання МГК:

1) встановлення точного діагнозу спадкової хвороби;

2) встановлення типу успадкування захворювання в даній сім'ї;

3) розрахунок ризику повторення спадкової хвороби в сім'ї;

4) визначення найбільш ефективного способу профілактики;

5) пояснення тим, хто звернувся за допомогою, змісту зібраної інформації.

 Принципово важливе завдання МГК - знайти прості та доступні методи виявлення гетерозиготних носіїв мутантного гена, провести диференційну діагностику з фенокопіями, новими мутаціями. Фенокопії - не спадкові зміни фенотипу, зумовлені впливом середовища, але не схожі з мутаціями. Вони виникають на ранніх стадіях ембріогенезу, різко змінюють фенотип (сукупність зовнішніх і внутрішніх ознак організму). Практично кожна сімейна пара повинна пройти МГК до планування народження дітей.

Обов'язкове МГК повинно проводитись у сім'ях, що належать до групи ризику за такими показаннями:

1) народження дитини з природженою вадою розвитку;

2) встановлена спадкова хвороба або підозра про неї у сім'ї;

3)  затримка фізичного розвитку або розумова відсталість у дитини;

4) повторні мимовільні викидні, мертвонароджені;

5) кровноспоріднені шлюби;

6)  неспрятливий перебіг вагітності.

МГК проводиться в чотири етапи:

1) встановлення діагнозу;

2) складання прогнозу;

3) висновки або заключення;

4) порада сім'ї щодо профілактики народження хворої дитини.

У наш час більшість лікарів пропонують своїм вагітним пацієнткам у рутинному порядку (без спеціальних медичних показів) зробити аналіз крові, який вказує, при наявності, на вищий від середнього ризик деяких серйозних вроджених вад, таких як spina bifida (не зарощений хребет) та синдром Дауна (хромосомне порушення). За допомогою цього виду аналізу крові, який називається потрійним, можна отримати дуже корисну інформацію про розвиток плода. При цьому важливо, щоб кожна вагітна жінка пам'ятала, що у більшості випадків позитивний результат аналізу ще не означає, що є проблеми із плодом, і в цьому можна переконатись завдяки подальшим обстеженням.

 За допомогою цього аналізу неможливо діагностувати вроджені недоліки, він тільки вказує на підвищений ризик їх виникнення. Позитивний результат означає тільки, що треба пройти додаткові обстеження. Серед 1000 жінок, які здають потрійний аналіз крові, 100, як правило, отримують результат з відхиленням від норми. І тільки у 2-3 з них народжуються діти із вродженими вадами.

  Дефект невральної трубки (ДНІ). Підвищений рівень одного з вимірюваних компонентів - МСАФП - викликає припущення про підвищений ризик дефектів невральної трубки.  Невральна трубка — це частина ембріона, з якої розвивається головний та спинний мозок. В результаті неправильного зрощення невральної трубки через 4 тижні після запліднення можуть виникнути такі аномалії, як spina bifida (спинномозкова кила) та аненцефалія. З цими вадами в нашій країні щорічно народжується 2500 дітей.

  Spina bifida, яку ще часто називають «відкритий хребет», є вродженою аномалією хребта. У більшості випадків цього дефекту спинний мозок деформований і випинається назовні, що призводить до різних ступенів паралічу ніг та порушень функцій сечового міхура і кишківника. При аненцефалії верхній кінець невральної трубки не закривається, що призводить до тяжких деформацій мозку та черепа. Немовлята з аненцефалією не виживають.

  Синдром Дауна. Сьогодні один з вісімсот немовлят народжується із синдромом Дауна. Хворі діти мають характерні риси обличчя, розумове відставання, серцеві аномалії та інші відхилення.

  Ризик синдрому Дауна та інших хромосомних захворювань підвищується пропорційно вікові жінки. Зазвичай вагітним жінкам віком 35 і більше років пропонують пренатальне обстеження - амніоцентез або біопсію хоріоїдних волокон, щоб діагностувати, а частіше виключити ці хвороби.

  При позитивних результатах потрійного аналізу наступним кроком, як правило, є ультразвукова діагностика (УЗД). При УЗ обстеженні використовують звукові хвилі для отримання зображення плода.

  При встановленні діагнозу або припущенні ДНТ чи інших захворювань подружжя має можливість обговорити із кваліфікованими спеціалістами свої подальші дії. Вони можуть спланувати пологи у спеціально обладнаному медичному центрі для того, щоб дитина могла, в разі потреби, отримати необхідне лікування або хірургічне втручання зразу після народження.

СУЧАСНІ МЕТОДИ МОЛЕКУЛЯРНОЇ ГЕНЕТИКИ

Для діагностування генетичних захворювань потрібен аналіз каріотипу.

Класичні методи генетичних досліджень не розглядають молекулярні механізми функціонування спадкового матеріалу. Тому ці методи можуть передбачити лише ймовірність появи деяких генетичних порушень. А чи виникла нова мутація та де -  з їхньою допомогою визначити неможливо. Для цього потрібні зовсім інші методи -молекулярно-біологічні та цитогенетичні. Саме вони безпосередньо досліджують структуру й роботу генів на молекулярному та клітинному рівнях.

Багато генетичних захворювань людини пов’язані з хромосомними аномаліями. У разі таких захворювань для з’ясування діагнозу потрібен аналіз каріотипу -  каріотипування. Для цього здійснюють виділення хромосом з окремих клітин людини, їх фарбування й ідентифікацію. Під дією хімічних барвників хромосоми набувають смугастого забарвлення, при цьому кожна хромосома має свою унікальну послідовність смуг. Таке фарбування хромосом дає змогу розподілити їх за парами, а також виявити ті чи ті аномалії в їхній будові або кількості.

Дуже часто каріотипування використовують під час пренатальної діагностики. Її проводять до пологів з метою виявлення тих чи тих генетичних відхилень у зародка ще на стадії внутрішньоутробного розвитку. Для цього лікарі здійснюють забір клітин ембріона, а потім каріотипують їх. Самого ембріона під час процедури торкатися не можна, щоб не нашкодити його розвитку. Тому для аналізу беруть або клітини ембріональної частини плаценти, або навколоплідну рідину. Клітини плаценти мають каріотип ембріона, а до навколоплідної рідини потрапляє невеличка кількість клітин, що «відпали» від зародка. Перший метод складніший, але він доступний на більш ранніх стадіях вагітності порівняно з другим. А другий метод простіший у реалізації, однак вимагає додаткового часу для нарощування клітинної маси, потрібної для каріотипування.

Каріотипування використовують не лише в генетиці людини. Так, його часто застосовують для ідентифікації так званих видів-двійників. Наприклад, багато видів малярійних комарів практично не відрізняються один від одного зовнішньо, але значно різняться будовою хромосом. Визначення таких видів має практичний інтерес, оскільки не всі види є переносниками малярійного плазмодія.

Полімеразна ланцюгова реакція — спосіб «розмножити» ДНК. 1983 року американський біохімік Кері Мулліс запропонував метод здійснення реплікації специфічної ділянки ДНК у пробірці — полімеразну ланцюгову реакцію (ПЛР). Перед реплікацією дволанцюгові молекули ДНК «розплітаються» під час нагрівання на одноланцюгові, а далі на них за допомогою термостабільної ДНК-полімерази синтезуються нові комплементарні ланцюги ДНК. У результаті 20–30 таких циклів розплітання-синтезу можна за короткий період (близько години) синтезувати мільйони копій з одного-єдиного фрагмента ДНК просто в пробірці (рис. 39.2). ПЛР відкриває безліч можливостей. З одного боку, дослідник може отримати велику кількість копій ділянки ДНК, яка його цікавить, що полегшить йому роботу із цим фрагментом, наприклад, його секвенування (дивися далі). З другого боку, можна визначити, чи є шукана ділянка ДНК у пробі, що нас цікавить. Так, наприклад, можна здійснити ПЛР у такий спосіб, що відбуватиметься синтез лише ділянки ДНК, специфічної для збудника холери. Тоді синтез нових копій ДНК відбуватиметься, лише якщо в досліджуваній пробі є ДНК хвороботворної бактерії. Отож можна просто та швидко визначати наявність інфекцій у воді, крові чи клітинах.

Для виявлення точкових мутацій потрібне секвенування нуклеїнових кислот.  Визначення генних мутацій, що викликають спадкові захворювання, складніше. Найочевидніший метод пошуку точкової мутації — це «прочитати» послідовність нуклеотидів у певному фрагменті, що, можливо, містить мутацію. Таке визначення послідовності нуклеотидів має назву секвенування нуклеїнових кислот. Перший метод секвенування запропонував англійський біохімік Фредерік Сенгер у 1977 році. Початково завданням секвенування було визначення послідовності генів, але досить швидко цей процес було автоматизовано та використано для визначення послідовностей повних геномів. У 2003 році було опубліковано повністю секвенований людський геном. Нині розшифровано геноми кількох десятків тисяч організмів (докладніше у доповненні VIII). Знання повних послідовностей генів і геномів дає змогу пролити світло на особливості їхньої будови та функціонування. Крім того, порівнюючи геноми різних організмів між собою, можна краще зрозуміти історичні зв’язки між ними та механізми еволюційних перетворень у живій природі.

Для пошуку порушень хромосом використовують флуоресцентну гібридизацію. Сучаснішим і точнішим методом пошуку хромосомних порушень є флуоресцентна гібридизація. У цьому методі використовують одноланцюгові фрагменти ДНК, мічені флуоресцентним барвником. Мічена ДНК має послідовність, що відповідає порушенню в структурі хромосоми (делеції, інверсії чи транслокації). Якщо послідовність міченої ДНК відповідає певному фрагменту ДНК клітини, то вони зв’язуються — гібридизуються. Далі під флуоресцентним мікроскопом за наявністю світіння фрагмента під певним освітленням можна визначити, чи відбулася гібридизація та чи є шуканий фрагмент у геномі клітини.

Генна терапія — спроба позмагатися з природою. Однією з гілок генетичних технологій є генетична модифікація людини з метою лікування генетичних захворювань -  генна терапія. Значна частина генних захворювань пов’язана з тим, що в людини відсутній функціо нальний алель певного гена. Таку проблему можна розв’язати, штучно вводячи в людські клітини робочий ген. Зазвичай генну терапію проводять шляхом інфікування людини видозміненим вірусом: замість своєї нуклеїнової кислоти він несе ген людини. Цей ген потрапляє в ядро клітини, вбудовується в геном і починає там працювати замість дефектного гена. Таким чином, вдалося використати зброю, спрямовану проти нас — механізми вірусної атаки — для лікування нас самих. На сьогодні генну терапію вже використовують для лікування деяких генетичних і ракових захворювань.

Рідкісні  захворювання людини.

  1. Синдром «кам’яної людини» відома також як «хвороба другого скелета». Її суть в тому, що процеси, які протікають в сполучній тканинні призводять до окостеніння тканини, що може сприяти появі «другого скелета».

2. Прогресивна ліподістрофія

У людей з цією недугою зовнішній вигляд набагато старший їх віку. Причина цьому — спадкова генетична мутація і прийняття ліків, через які в організмі порушуються аутоімунні механізми в результаті чого людина втрачає підшкірний жир, а шкіра стає зморшкуватою.

3. Географічний язик

Це захворювання з’являється у 2,58% людей і найчастіше воно хронічне або внаслідок прийняття їжі. Також причиною виникнення цього захворювання можуть бути стреси або гормональні збої. Найцікавіший факт, що проявляється воно у вигляді білих плям на язиці, які мають форму, схожу на «острова».

4. Мальформація Арнольда - Кіарі

Через надто швидке зростання мозку в повільно зростаючому черепі мигдалини мозочка занурюються в потиличний отвір при чому довгастий мозок здавлюється.

5.Сіндром нігтів - наколінника (нейл-пателло)

При цьому рідкісному захворюванні людини мутує ген LMX1B, що проявляється у відсутності або неправильному зростанні нігтів, а іноді колінної чашечки.

VІ. УЗАГАЛЬНЕННЯ ТА ЗАКРІПЛЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Знайдіть одну правильну відповідь:

1. Для визначення синдрому Дауна найзручніше використовувати

1. каріотипування
2. флуоресцентну гібридизацію
3. секвенування
4. ПЛР
5. схрещування

2. Для пренатального каріотипування беруть клітини:

1. власне ембріона
2. плаценти
3. матки
4. оболонки навколоплідного міхура
5. пуповини

3. Вірус, що містить людський ген замість своєї нуклеїнової кислоти:

1. переносить ген людини до клітини
2. проникає до клітини у вигляді білка
3. використовується для каріотипування
4. повністю руйнується в цитоплазмі одразу після проникнення в клітину
5. постійно утворюється в ракових клітинах

4. У результаті генної терапії в геномі перебувають щонайменше два різні

алелі одного гена. З них правильно функціонує:

1. вихідний
2. уведений
3. кожен
4. жоден
5. мутантний

        5. Як здійснити ПЛР із РНК?

        6. Чи обов’язково для генної терапії використовувати вірус як носій гена? Чи можна ввести потрібний ген іншими способами?

VІІ.  ПІДСУМОК УРОКУ

1. Що ми вчили на сьогоднішньому уроці?
2. Чи досягли ми очікуваних результатів?
3. Що сподобалось на уроці?
4. Що не сподобалося?

VІІІ.  ВИСТАВЛЕННЯ ОЦІНОК ТА ЇХ МОТИВАЦІЯ

IX. ІНСТРУКТАЖ З ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ

1. Вивчити параграф 39;
2. Знайти самостійно відповіді на питання:

• Як метод ПЛР застосовують у медицині, криміналістиці та судовій практиці?
• Як, порівнюючи нуклеотидні послідовності одного гена, можна дізнатися про еволюційну спорідненість організмів?