МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

УПРАВЛІННЯ МОЛОДІ ТА СПОРТУ ДУБРОВИЦЬКОЇ РДА

ВЕЛИКООЗЕРЯНСЬКИЙ НВК «ЗОШ І – ІІІ СТУПЕНІВ. ДНЗ»

МЕТОДИЧНА СКАРБНИЧКА

 ДИВОВИЖНОЇ ГЕНЕТИКИ

Збірник матеріалів на допомогу вчителю та учню

     Біологія і екологія

10 клас

 СПАДКОВІСТЬ І МІНЛИВІСТЬ

 

 

 

                                                        ДУБРОВИЦЯ  -  2019

Методична розробка являє собою збірку матеріалів присвячених спадковості, мінливості, генетиці людини, зокрема, методам дослідження, спадковим хворобам, медико-генетичному консультуванню та організації геному . у розробці містяться цікаві факти генетичних досліджень, методика розв’язування генетичних задач

Методична розробка розрахована насамперед на вчителів природничих дисциплін та учнів 10 класу при вивчені предмету «Біологія і екологія» розді «Спадковість та мінливість».

                                                          

                                                          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зміст

Вступ …………………………………………………………………………2

Основні поняття генетики…………………………………………………..3

Закономірності спадковості…………………………………………………4

Методи  генетичних досліджень…………………………………………7

Гібридологічний аналіз: основні типи схрещувань та їх наслідки…...…11

Дослідження Грегора Менделя……………………………………………11

Молекулярно-генетичні методи досліджень спадковості людини…..…15

Особливості організації спадкового матеріалу еукаріотичних клітин.....17

Структурні й регуляторні гени…………………………………………….19

Каріотип людини та його особливості……………………………………31

Сучасний стан досліджень геному людини………………………………23

Моногенне та полігенне успадкування ознак у людини………………...29

Закономірності мінливості людини……………………………………….33

Мутації та їх властивості……………………………………………….….39

Біологічні атимутагенні механізми…………………………………….….47

Генетичний моніторинг у людських спільнотах…………………………48

Закономірності розподілу алелів у популяціях……………………….….50

Сучасні завдання медичної генетики……………………………………..50

Спадкові хвороби людини…………………………………………………51

Методи діагностики спадкових хвороб людини…………………………63

Медико-генетичне консультування…………………………………….…66

Методика розв’язування генетичних задач……………………………....74

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

  Тема «Спадковість і мінливість»  надзвичайно актуальна, адже генетика — галузь, в якій точаться найжорсткіші наукові дискусії, саме тут впроваджуються найсучасніші наукові методи і технології. Крім того, в останній час відзначено різке збільшення частоти спадкових захворювань, природжених вад розвитку, злоякісних новоутворень. Внаслідок радіаційного забруднення, зменшення озонового шару, забруднення довкілля промисловими і побутовими хімікатами, безконтрольного використання медикаментів, імунодефіцитних станів, є підстави передбачати в майбутньому збільшення частоти спадкової та онкологічної патології в популяції. Необхідно знати, як попередити виникнення спадкових хвороб і вад розвитку, а ці знання будуть формувати мотиваційно-ціннісне ставлення до свого здоров’я. Вивчення генетики людини має значну професійну актуальність адже ідеї інклюзії знаходять відображення в концепції сучасної освіти. 

Зміст методичної розробки  відповідає навчальній програмі та розрахований на учнів 10 класів з предмету «Біологія і екологія» , розділ «Спадковість і мінливість» , містить основні матеріали для вчителя та учня при підготовці до уроків.

Головною методичною метою даної розробки є розширення  знань про ген та його властивості, формування  уявлень про закономірності функціонування генів у прокаріотів та еукаріотів. З’ясувати роль цитоплазматичної спадковості. Дати поняття про генетику людини, її особливості, поглибити знання про різноманіття спадкових хвороб та вад розвитку. Сформувати уявлення про значення генетики для медицини і охорони здоров’я. Розв’язування генетичних задач.

 

 

 

Основні поняття генетики.

Ген — дискретна функціональна одиниця спадковості, з допо­могою якої відбувається запис, зберігання та передача генетичної інформації в ряді поколінь, певна ділянка молекули ДНК (або РНК у деяких вірусів), розташована на певній ділянці (у певному локусі) хромосоми еукаріотів, у бактеріальній хромосомі чи плазміді у прокаріотів або в молекулі нуклеїнової кислоти вірусів.

Алель — один з можливих станів (варіантів) гена.

Домінантний алель — алель, який пригнічує прояв іншого алеля певного гена. Залежно від ступеня пригнічення виділяють повне чи неповне домінування.

Рецесивний алель — алель, прояв якого пригнічується іншим алелем певного гена.

Алель дикого типу — алель, який поширений у природних по­пуляціях певного виду й обумовлює розвиток ознак, що є характер­ними для цього виду.

Локус — місце розташування алелей певного гена на хромосомі.

Гомозигота — диплоїдна або поліплоїдна клітина (особина), го­мологічні хромосоми якої мають однакові алелі певного гена. У го­мозиготному стані проявляються і домінантні, і рецесивні алелі.

Гетерозигота — диплоїдна або поліплоїдна клітина (особи­на), гомологічні хромосоми якої мають різні алелі певного гена.

У гетерозиготному стані в разі повного домінування проявляєть­ся дія домінантного алеля, а за неповного домінування ознака має проміжне вираження між домінантним і рецесивним алелями.

Гемізигота — диплоїдна клітина (особина), яка має лише один алель певного гена. Цей стан виникає внаслідок того, що в деяких видів особини однієї зі статей мають дві різні статеві хромосоми або лише одну статеву хромосому.

Генотип — сукупність усіх генів клітини, локалізованих у ядрі (у хромосомах) або в різних реплікуючих структурах цитоплазми (пластидах, мітохондріях, плазмідах). Генотип — це спадкова осно­ва організму єдина система взаємодіючих генів, тому прояв кожно­го гена залежить від його генотипного середовища. Генотип — но­сій генетичної інформації, який контролює формування всіх ознак організму, тобто його фенотипу.

Фенотип — сукупність властивостей і ознак організму, що склалися на основі взаємодії генотипу з умовами зовнішнього се­редовища. Фенотип ніколи не відображає генотип цілком, а лише ту його частину, яка реалізується в певних умовах онтогенезу. У процесі розвитку організму фенотип змінюється. Межі, в яких змінюються фенотипові прояви генотипу, називаються нормою реакції.

Спадковість — здатність живих організмів передавати особи­нам наступного покоління морфоанатомічні, фізіологічні, біохі­мічні особливості своєї організації, а також характерні риси ста­новлення цих особливостей у процесі онтогенезу.

Мінливість — властивість організму змінювати свою морфофізіологічну організацію (що зумовлює різноманітність індивідів, популяцій, рас), а також набувати нових ознак у процесі індивіду­ального розвитку.

Закономірності спадковості.

І закон Менделя (закон одноманітності гібридів першого покоління) — під час схрещування особин, які є гомозиготними за домінантним та рецесивним апелем (чисті лінії), усі потомки будуть одноманітні й за генотипом, й за фенотипом.

 II закон Менделя (закон розщеплення ознак) — у гібридів другого покоління (при схрещуванні двох гетерозигот) у потомстві спостерігається розщеплення за фенотипом 3:1, а за генотипом 1:2:1.

III закон Менделя (закон незалежного комбінування станів ознак) — при схрещуванні особин, які відрізняються за 2 або більшою кількістю ознак, розщеплення за кожною з них відбувається незалежно від решти.

Закон чистоти гамет — у гібридного (гетерозиготного) організму гамети «чисті», тобто в гамети потрапляє лише один із алельних генів.

Неповне домінування — проміжний характер прояву ознаки у гетерозиготи.

Летальні алелі — алелі, які, проявляючись у фенотипі, призводять до смерті особини.

Зчеплення генів — гени, які розташовані в одній хромосомі, утворюють єдину групу зчеплення; при цьому контрольовані ними ознаки успадковуються сумісно.

Успадкування, зчеплене зі статтю. Одна пара хромосом (статеві хромосоми, гетерохромосоми) у самців та самок розрізняється. Гомогаметна стать містить однакові гетерохромосоми (XX), а гетерогаметна — різні (XY). Генний склад X та Y хромосом відрізняється, тому успадкування деяких генів залежить від статі.

Цікаві факти з генетики

1. Інтелект не передається від батька до сина. Тобто, якщо ви-геній, то ваш син 100% не успадкує ваших генів.

2. Інтелект від батька може передаватися тільки дочці. І тільки наполовину.

3. Успадкувати інтелект чоловік може тільки від своєї матері, який вона, в свою чергу, успадкувала від свого батька.

4. Дочки геніїв будуть рівно наполовину розумні, як їх батько, але їхні сини будуть геніями.

5. Людський погляд на світ закладається ще в утробі матері. Буде він песимістом або оптимістом залежить не тільки від виховання за життя батьків і суспільства. У першу чергу тут грають роль нейроптіти Y, які знаходяться в «сірій речовині»; чим їх більше, тим позитивніше людина буде сприймати все навколишнє.

6. 21 рік тому в Америці на світ з’явилося немовля, досі є «унікальністю». Дівчинка - «крихітка», яку звуть Брук Грінберг не має у своєму «арсеналі» генетичного запасу нейронів, що відповідають за старіння. Просто ці гени відсутні як такі. На сьогоднішній день Брук майже така ж, як при народженні; її вага становить 7 кг, а зріст 76 см. Ні про який фізичний і розумовий розвиток тут навіть не йде речі. Дослідження її генів показали повну відсутність мутацій в генах організму Брук.

 7. Так мало можна зустріти сьогодні людей з небесно-блакитними очима. Однак, ті, які все ж існують, в науці вважаються «родичами». А все завдяки мутації особливого гена людей, що жили на близькому сході; їх оболонка ока не виробляє в достатній кількості мелатоніна.

8. Для того, щоб бачити і розуміти, як приживляються стовбурові клітки при пересадці тканин, тайванські вчені провели експеримент. У 2006 році на світ з’явилися «диво» - свиня, яка світилася зеленим кольором у темноті. Зеленим тому, що саме такий ген — зелений флуоресцентний білок, був введений в їх ДНК. Експеримент вдався на славу, поросята світилися повністю, а найголовніше, все їхні внутрішні органи були як на долоні.

9. Помилки природи проявляються у всьому. Так, в 2008 році на світ з’явилося кошеня, яке мало дві голови. І не просто два один від одного незалежні; на одній красивій пухнастій шиї був обрис двох пар очей, носа, рота, вух. Виглядало це, чесно кажучи, зовсім не презентабельно. І, навіть, красиве пухнасте хутро не змогло приховати каліцтва генетики. І це те, за відмінним здоров’ям і всіх котячих повадок.

Методи  генетичних досліджень

Метод досліджень	Особливості методу
Гібридологічний	Полягає в схрещуванні (гібридизації) організмів, які відрізняються за певними станами однієї чи кількох спадкових ознак. Нащадків, одержаних від такого схрещування, називають гібридами. Гібридизація лежить в основі гібридологічного аналізу — досліджен­ня характеру успадкування станів ознак з допомогою системи схрещувань. Схрещування буває моногібридним, дигібридним і полігібридним. Моногібридне схрещування — це поєд­нання батьківських форм, які відрізняються різними станами лише однієї спадкової ознаки; дигібридне — двох ознак, полігібридне — трьох і більше.
Генеалогічний	Полягає у вивченні родоводів організмів. Це дає змогу простежити характер успадкування різних станів певних ознак у ряді поколінь. Він широко застосовується в ме­дичній генетиці, селекції тощо. 3 його допомогою вста­новлюють генотип особин і обчислюють імовірність про­яву того чи іншого стану ознаки в майбутніх нащадків. Родоводи складають у вигляді схем за певними прави­лами: організм жіночої статі позначають колом, чолові­чої — квадратом. Позначення особин одного покоління розташовують у рядок і з’єднують між собою горизон­тальними лініями, а батьків і нащадків — вертикальною
Популяційно-статистичний	Дає можливість вивчати частоти зустрічальності алелей у популяціях організмів, а також генетичну структуру популяцій. Крім генетики популяцій, його застосовують і в медичній генетиці для вивчення поши­рення певних алелей серед людей (головним чином тих, які визначають ті чи інші спадкові захворювання). Для цього вибірково досліджують частину населення певної території та статистично обробляють одержані дані
Цитогенетичний	Ґрунтується на дослідженні особливостей хромосомно­го набору (каріотипу) організмів. Вивчення каріотипу дає змогу виявляти мутації, пов’язані зі зміною як кількості хромосом, так і структури окремих із них. Каріотип досліджують у клітинах на стадії метафази, бо в цей період клітинного циклу структура хромосом виражена найчіткіше. Цей метод застосовують і в систематиці організмів (каріосистематика). Так, багато видів-двійників (ви­дів, які важко, а іноді навіть неможливо розпізнати за іншими особливостями) розрізняють за хромосомним набором
Біохімічний	Полягає у вивченні особливостей біохімічних процесів у організмів з різними генотипами. Використовується для діагностики спадкових захворювань, пов’язаних із порушенням обміну речовин. 3 їх допомогою вияв­ляють білки та проміжні продукти обміну, не властиві певному організмові, що свідчить про наявність зміне­них (мутантних) генів
Близнюковий	Полягає у вивченні однояйцевих близнят (організмів, які походять з однієї зиготи) та порівнянні їх з різнояйцевими близнятами. Однояйцеві близнята завжди однієї статі, бо мають однакові генотипи. Досліджуючи такі організми, можна з’ясувати роль чинників до­вкілля у формуванні фенотипу особин: різний характер їхнього впливу зумовлює розбіжності у прояві тих чи інших станів певних ознак
Методи гене­тичної інже­нерії	Технології, з допомогою яких учені виділяють з орга­нізмів окремі гени або синтезують їх штучно, перебудо­вують певні гени, вводять їх у геном іншої клітини або організму
Дивні генетичні експерименти Кози-павуки        Павутина, яку роблять павуки, є дуже цікавою речовиною. Наприклад, павутина набагато міцніша за металеву нитку тієї ж товщини. Деякі павуки роблять павутину, з якої можна навіть ткати, що деякі племена з успіхом і роблять. Павутина - цінний матеріал, але здобувати її у великих кількостях - складне завдання.        Вчені вирішили вирішити проблему несподіваним способом - впровадивши в геном кіз деякі гени з генома павуків. В результаті молоко генетично модифікованих кіз містить білок, з якого і складається павутина. Молоко таких кіз можна пити, і навряд чи хтось відрізнить його від звичайного козиного молока. Але з цього молока, після відповідної його обробки, виділяється білок, який називають павуковим шовком. Клонування замороженої миші         Вченим вдалося клонувати мишу, яка пробула в замороженому стані більше 16 років. Ні, мишу не змогли оживити, та і не намагалися. Після декількох невдалих спроб вченим все ж таки вдалося створити клон цієї миші, що вважається величезним досягненням генної інженерії. Генетично модифіковані москіти     У наший країні, як і у всьому СНД, люди майже забули про таке захворювання, як малярія. Адже малярія колись була справжнім "мечем Божим" для регіонів з великою кількістю боліт. У таких країнах, як Бразилія, малярія до цих пір забирає безліч життів.             Переносниками є москіти - комахи, в тілах яких збудники малярії чудово себе почувають. Так ось, вчені створили різновид москітів, організм яких чинить опір збудникам малярії, так що укус такого москіта "чистий". Вчені, які створили новий вид москітів, випустили декілька таких комах, з тим, щоб дозволити їм розмножитися в природних умовах. Автори дослідження сподіваються, що ген протидії малярії виявиться домінуючим, і років через десять кількість захворювань малярією почне знижуватися.  Жінки і рожевий колір           Багато людей вважають, що штучне розділення чоловіків і жінок на шанувальників блакитного і рожевого кольорів не мають ніякого підтвердження. Як виявилось, мають, та ще які. Річ у тому, що ніякі дослідження генома людини не проводилися, вчені просто провели ряд комп'ютерних тестів, де групі добровольців пропонували вибрати різні геометричні фігури рожевого і блакитного кольорів. За наслідками тестів виявилось, що жінки частіше вибирають фігури, забарвлені в рожевий колір, в той час, як чоловіки вибирають фігури, забарвлені в блакитний колір. Вирощуємо очі      Генетики досить давно намагаються зрозуміти, яким чином організм істоти, яка зароджується, "розуміє", де повинне бути око, де - хвіст, а де - лапа, ну, або рука. Відмінним об'єктом для проведення експериментів є амфібії, над якими генетики і експериментують.        Так, вченим недавно (у 2007 році) вдалося зрозуміти, які речовини провокують появу очей в заданому місці. Виявилось, що індикатором, міткою, є специфічні азото-місткі молекули. Вченим навіть вдалося добитися появи третього ока, при введенні додаткової такої молекули-тригера.        Ймовірно, подібний механізм діє і при формуванні очей у інших тварин і людини. Тепер генетики просунулися настільки далеко, що їм вдалося отримати амфібій з очима на лапах і навіть на хвості (мова йде про саламандр).  Корови і молоко       Голландським вченим вдалося виростити корів, в геномі яких міститься ген, що відповідає за вміст в молоці лактоферину. Цей протеїн характерний для молока жінки, і виконує він захисну функцію - наприклад, дуже добре протидіє різним збудникам легеневих інфекцій.      Тепер, якщо тести покажуть придатність такого молока, то його можна використовувати як лікувальний препарат, причому дуже смачний. Звичайно, є і противники подібних дослідів з коровами, але прихильників наразі все ж таки більше. Дерева, які швидко ростуть     Вченим вдалося вивести вид дерев, які можуть виростати до 27 метрів всього за шість років. Ці дерева створюються не для краси, вчені намагаються знайти альтернативний вид палива, що відноситься до поновлюваних ресурсів. Власне, зробити це вдалося, дерева дійсно ростуть з величезною швидкістю, так що є шанс на успішний результат експерименту. Самі дерева, звичайно ж, не використовуватимуться у вигляді дров - ні, мова йде про спирт, який учені і збираються отримувати з цих дерев. Точніше, не з них самих, а з целюлози, яка є основною складовою частиною деревини. Цілком може трапитися, що етанол, який отримується з дерев, і буде паливом майбутнього.

Гібридологічний аналіз: основні типи схрещувань та їх наслідки

Дослідження Грегора Менделя

Основні закономірності спадковості встановив 1865 року видатний чеський дослідник Грегор Мендель, що вивчав гібридизацію рослин у Августинському монастирі у Брюнні (Брно).

Свої досліди Г. Мендель провів на рослині з родини Бобові — горосі посівному (Pisum sativum). Він мав переваги перед іншими об’єктами для проведення генетичних досліджень:

1) є багато сортів, що чітко відрізняються станами певних спадкових ознак (забарвленням насіння, квіток, довжиною стебла, структурою поверхні насіння тощо);

2) рослини легко вирощувати;

3) життєвий цикл досить короткий, що дає можливість простежити передачу спадкової інформації нащадкам протягом багатьох поколінь;

4) репродуктивні органи повністю прикриті пелюстками, рослина самозапильна, тому нащадки кожної особини, яка розмножувалася самозапиленням, є чистими лініями (ознаки в ряду поколінь не змінюються);

5) можливе штучне схрещування сортів, що дає плодючі гібриди. З 34 сортів Мендель обрав 22, що мали чітко виражені відмінності, і використав у своїх дослідах зі схрещування. Мендель вивчав успадкування сімох головних ознак:

■ висоту стебла;

■ форму насіння;

■ забарвлення насіння;

■ форму та забарвлення плодів;

■ розташування та забарвлення квіток.

Схрещуючи чисті лінії гороху між собою, Г. Мендель одержав гетерозиготні (гібридні) форми. Ним було застосовано гібридологічний метод досліджень. Результати досліджень він обробляв статистично, і це дало можливість установити закономірності передачі різних станів спадкових ознак у ряді поколінь гібридів.

 Перший закон Менделя: закон одноманітності гібридів першого покоління

Суть експерименту полягала в такому: обравши рослини, що відрізнялися за однією парою альтернативних ознак, Мендель видаляв у рослин одного сорту пильники до того, як могло відбутися самозапилення, і за допомогою пензлика наносив на маточки пилок з квіток рослин іншого сорту. Потім він одягав на штучно запилені рослини маленькі ковпачки, щоб на маточки не міг потрапити пилок інших рослин.

В усіх випадках з пари однак (верхівкові квітки — пазушні квітки, червоні пелюстки — білі пелюстки, зелене насіння — жовте насіння) у гібридів першого покоління F₁ виявлялася лише одна — домінантна (пазушні квітки, червоні пелюстки, жовте насіння). Так був установлений закон одноманітності гібридів першого покоління.

Дано:

A — ген, що детермінує жовте забарвлення насіння гороху;

а — ген, що детермінує зелене забарвлення насіння гороху;

АА — жовті горошини;

Аа — жовті горошини;

аа — зелені горошини.

Знайти:

Генотип та фенотип гібридів першого покоління F₁ — ?

Розв’язання:

Явище переважання у гібридів першого покоління ознак лише одного з батьків Г. Мендель назвав домінуванням. Ознака, яка виявляється у гібрида і гальмує розвиток іншої альтернативної ознаки, була названа домінантною, а ознака, яка не виявила себе, — рецесивною.

Закон одноманітності гібридів першого покоління (перший закон Менделя): у фенотипі гібридів першого покоління проявляється лише один із двох станів ознаки — домінантний.

 Другий закон Менделя: закон розщеплення

Насіння, що було зібрано з рослин у першому досліді (F₁), були пораховані й висаджені наступної весни для отримання гібридів другого покоління (F₂). У другому поколінні деякі рослини мали одні жовті насінини, а інші — зелені. Іншими словами, ознака, що була відсутня у F₁, знову з’явилася у F₂.

Процес появи у другому поколінні ознак обох батьківських організмів (домінантних і рецесивних) носить назву розщеплення. Розщеплення виявляється не випадковим, воно підкоряється певним кількісним закономірностям, а саме: 3/4 від загальної кількості рослин — червоні квіти і лише 1/4 — білі. Відношення кількості рослин з домінантною ознакою до кількості рослин з рецесивною ознакою становить 3:1. Це означає, що рецесивна ознака гібрида першого покоління не зникла, а лише була пригнічена і виявилася в другому поколінні. Мендель назвав її рецесивною.

 

 

3:1 — формула розщеплення за фенотипом у F₂ моногібридного схрещування за повного домінування ознак.

Розщеплення у F₂ в певному кількісному співвідношенні домінантних і рецесивних ознак під час схрещування гібридів першого покоління (двох гетерозиготних особин) за фенотипом 3:1, а за генотипом 1:2:1 було назване законом розщеплення, або другим законом Менделя.

Другий закон Менделя: під час схрещування двох гетерозиготних організмів, тобто гібридів, які аналізуються за однією парою альтернативних ознак, у потомстві спостерігається розщеплення за фенотипом у співвідношенні 3:1 і за генотипом у співвідношенні 1:2:1.

 

Сучасні молекулярно-генетичні методи

досліджень спадковості людини

      Молекулярна генетика — це розділ генетики й молекулярної біології, що вивчає молекулярні основи спадковості й мінливості живих організмів і вірусів. Як самостійний напрям молекулярна генетика виокремилась в 40-х рр. XX ст. у зв'язку із упровадженням у біологію нових методів, що дали змогу глибше й точніше дослідити будову й функції генетичного апарата вірусів і клітин.

Групи методів молекулярно-генетичних досліджень

Група методів	Особливості	Що дають у результаті
Методи виділення й очищення	Ґрунтуються на виділенні хоча б невеликої кількості матеріалу, в якому міститься ДНК	Дозволяють виділяти ДНК з дуже давніх кісток або невеликих фрагментів організмів
Методи ампліфікації (копіювання) ДНК	Роблять копії цілих молекул ДНК або їхніх фрагментів, використовуючи звичайні механізми реплікації. Основою таких методів зазвичай є полімеразна ланцюгова реакція	Дозволяють із дуже незначної кількості ДНК отримати достатньо матеріалу для аналізу
Методи гібридизації	За допомогою спеціальних молекул-зондів упізнають певні молекули ДНК. Використовують властивість ланцюжків ДНК утворювати подвійні ланцюжки з молекулами, які мають відповідні до них послідовності нуклеотидів	Дозволяють розпізнавати наявність у зразках певних молекул нуклеїнових кислот
Методи обробки даних і моделювання	Створюють бази даних про послідовності молекул ДНК різних видів і аналізують інформацію за допомогою спеціальних комп'ютерних програм	Створюють моделі, за якими можна перевіряти гіпотези щодо еволюційних зв'язків організмів

 

Особливості організації спадкового

матеріалу еукаріотичних клітин

Геном — сукупність спадкової інформації у клітинах організму певного виду. Геном поєднує основні компоненти, якими є гени та нефункціональні послідовності ДНК. Найхарактерніші особливості організації спадкового матеріалу еукаріотів такі.

Геном  еукаріотичних клітин
Функціональний компонент	Не функціональний компонент
Структурна частина
1. Структурні гени з інтронами й екзонами 2. Родини генів (кластери)	Псевдогени, тандемні повтори, генетичні мобільні елементи, спейсери та ін.
Регуляторна частина
1. Регуляторні гени 2. Регуляторні елементи

• Наявність в еукаріотичних клітинах таких видів геному, як ядерний, мітохондріальний і пластидний. Характерною особливістю ядерного геному є зв'язок ДНК з білками-гістонами й утворення дезоксирибонуклеопротеїнових комплексів — хромосом.

• Розмір геному еукаріотичних клітин має тенденцію до збільшення в міру ускладнення організмів. Так, геном кишкової палички налічує 4,6 млн, геном дрозофіли — 130 млн, а геном людини — 3,2 млрд пар нуклеотидів.

• Основними компонентами еукаріотичних геномів є функціональні послідовності нуклеотидів ДНК.

• У складі функціональної й нефункціональної частин геному еукаріотичних клітин є унікальні послідовності (представлені в геномі однією копією) й повторювані послідовності (представлені декількома або багатьма копіями).

• Для структурної частини геному еукаріотів характерний мозаїчний принцип будови. Структурні гени мають ділянки, що кодують спадкову інформацію, — екзони, і ділянки, що її не кодують, — інтрони.

• У геномі еукаріотів відбуваються ускладнення й урізноманітнення ділянок регуляторної частини (наприклад, енхансери і сайленсери, що посилюють або послаблюють транскрипцію). Ключову роль в еволюції еукаріотів відіграє не поява нових кодувальних послідовностей, а нові комбінації старих і поява нових регуляторних ділянок. При цьому у формуванні нових регуляторних послідовностей значну роль відіграють мобільні генетичні елементи.

• Більшу частину еукаріотичного геному становить надлишкова (нефункціональна) ДНК, що не містить інформації про синтез функціональних продуктів. Так, у кишкової палички частка такої ДНК становить 15—20 %, у дрозофіли — 90—95 %, а в людини — аж 95—98 %.

• В еукаріотичному геномі спостерігається збільшення розмірів спейсерів — ділянок ДНК, що відокремлюють гени один від одного. У прокаріотів спейсер складається з декількох пар нуклеотидів, а в еукаріотів ці ділянки значно більші

       Особливості організації генотипу еукаріотичної клітини

• Геном переважної більшості еукаріотів завдяки статевому розмноженню отримує два набори алельних генів від двох батьків різної статі.

Отже, геном еукаріотів відрізняється особливостями організації функціональної й не функціональної частин, серед яких виокремимо збільшення розмірів, наявність мозаїчної структури, надлишковість та ускладнення регуляторних послідовностей.

 

Особливості реалізації спадкового матеріалу еукаріотичної клітини

Експресія генів  — процеси використання спадкової інформації генів для синтезу функціональних продуктів — молекул РНК і білків. Якщо кінцевим продуктом експресії генів є білок, то процес експресії називається біосинтезом білків, а ген — білковим. Інформація з таких генів переписується на іРНК, що переносить її до рибосом — органел синтезу білків. Якщо на генах ДНК відбувається синтез транспортних РНК, то це гени тРНК; якщо синтез рибосомальних РНК, то це гени рРНК. Біосинтез РНК називається транскрипцією. Таким чином, завдяки експресії генів у клітинах з'являються білки, іРНК, тРНК і рРНК.

Експресія генів  в еукаріотичних клітинах
РНК-гени	Білкові гени
Транскрипція	Біосинтез білків
Основні стадії 1. Ініціація 2. Елонгація 3. Термінація Результат: утворення тРНК і рРНК	Основні етапи 1. Транскрипція з утворенням про-іРНК 2. Процесинг із сплайсингом та експорт іРНК 3. Трансляція 4. Післятрансляційна модифікація Результат: утворення білків
Особливості: 1) відокремленість транскрипції й біосинтезу білків; 2) наявність процесингу із сплайсингом; 3) активна й складна регуляція активності генів

 

Особливості експресії генів в еукаріотичних клітинах.

1. На відміну від прокаріотів еукаріотична іРНК синтезується у клітинному ядрі (транскрипція іРНК), звідки транспортується до цитоплазми (експорт іРНК) для синтезу білків. Таким чином, транскрипція й біосинтез білків є окремими, відділеними у просторі й часі, етапами експресії генів.

2. Інша відмінність полягає в мозаїчній будові генів, що мають інтрони та екзони. Спочатку інформація з білкових генів переписується на попередника іРНК (про-іРНК), а потім неінформативні інтронні ділянки вирізаються (сплайсинг) й первинний транскрипт перетворюється на зрілу іРНК (процесинг). Тому процесинг еукаріотичної іРНК є невід’ємною частиною транскрипції.

3. Для еукаріотів характерна диференціальна експресія генів у різних клітинах організму, тому багатоклітинні організми мають різноманітні диференційовані клітини. Хоча в усіх клітинах містяться однакові гени, їхня експресія відбувається неоднаково. Регуляція клітинної диференціації здійснюється за допомогою специфічних білків — транскрипційних чинників. На реалізацію спадкової інформації впливають як внутрішні (гормони, білкові транскрипційні чинники, білки-індуктори, білки хроматину, маленькі ядерні РНК), так і зовнішні (температура, випромінювання, антибіотики, токсини). Таким чином, експресія еукаріотичних генів активно регулюється і є основою росту, розвитку й диференціації клітин та їхньої адаптації до умов навколишнього середовища

.

 

 

 

 

 Основні етапи експресії білкових генів: 1 — транскрипція;

2 — процесинг із сплайсингом; 3 — експорт іРНК; 4 — трансляція; 5 — посттрансляційна модифікація

Отже, експресія генів є реалізацією спадкової інформації клітин з утворенням РНК і білків, яка в еукаріотичних клітинах відбувається з певними особливостями.

 

Структурні й регуляторні гени

За функціями гени живих організмів можна поділити на дві великі групи: структурні й регуляторні. Структурні гени містять інформацію про будову молекул білків та РНК, які входять до складу органел або цитоплазми клітин. Багато які із цих білків і РНК беруть участь в утворенні структур клітини, що й дало назву цьому типу генів. До цієї групи входять також гени ферментів та речовин, які клітина виділяє у навколишнє середовище (наприклад, слиз або речовини нектару).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

чинників. На реалізацію спадкової інформації впливають як внутрішні (гормони, білкові транскрипційні чинники, білки-індуктори, білки хроматину, маленькі ядерні РНК), так і зовнішні (температура, випромінювання, антибіотики, токсини). Таким чином, експресія еукаріотичних генів активно регулюється і є основою росту, розвитку й диференціації клітин та їхньої адаптації до умов навколишнього середовища

.

 

 

 

 

 Основні етапи експресії білкових генів: 1 — транскрипція;

2 — процесинг із сплайсингом; 3 — експорт іРНК; 4 — трансляція; 5 — посттрансляційна модифікація

Отже, експресія генів є реалізацією спадкової інформації клітин з утворенням РНК і білків, яка в еукаріотичних клітинах відбувається з певними особливостями.

 

Структурні й регуляторні гени

За функціями гени живих організмів можна поділити на дві великі групи: структурні й регуляторні. Структурні гени містять інформацію про будову молекул білків та РНК, які входять до складу органел або цитоплазми клітин. Багато які із цих білків і РНК беруть участь в утворенні структур клітини, що й дало назву цьому типу генів. До цієї групи входять також гени ферментів та речовин, які клітина виділяє у навколишнє середовище (наприклад, слиз або речовини нектару).

 

 

 

Регуляторні гени теж містять інформацію про структуру молекул білків або РНК. Але їхнє завдання — регулювати роботу структурних генів. Вони можуть її прискорити чи вповільнити. Або й зовсім припинити синтез продукту гена, який клітині на певний час не потрібен. Ці гени можуть діяти на різних етапах синтезу продуктів генів. Вони здатні впливати як на синтез або дозрівання РНК, так і на синтез білка.

Навіщо потрібна регуляція роботи генів?

У геномі еукаріотів міститься кілька тисяч генів, але для життєдіяльності й виконання своїх функцій кожній окремій клітині потрібно набагато менше генів. Так, у ссавців нервовій клітині зорового нерва не треба виробляти ферменти слини або статеві гормони. А клітині м’язів не потрібний синтез гемоглобіну. Тому більша частина генів у клітинах є неактивною, «вимкненою».

Але й ті гени, які працюють не завжди, повинні працювати однаково інтенсивно. Якщо є потреба у виробленні травних ферментів, то гени, які їх виробляють, працюють активно. А коли потреба минає, інтенсивність їхньої роботи слід зменшувати. Таким чином клітини економлять ресурси організму.

Характерною особливістю еукаріотів є те, що кількість генів у них менша (часто набагато менша), ніж кількість білків, які синтезуються в їхніх клітинах. Це стало можливим завдяки тому, що з одного гена організм може отримувати кілька функціональних продуктів (молекул білків).

Саме для вирішення перелічених проблем і потрібні механізми регуляції реалізації спадкової інформації. І еукаріоти здійснюють таку регуляцію надзвичайно ефективно.

Каріотип людини та його особливості

Каріотип — сукупність ознак (кількість, розміри, форма та ін.) повного набору хромосом, що притаманна клітинам організму або біологічного виду.

Каріотип людини містить 46 хромосом (23 пари). 22 пари називаються аутомосмами, 23-тя — статевими хромосомами. Хромосома під час метафази складається з двох хроматид, сполучених центромерою. Центромера поділяє хромосому на два плеча. За положенням центромери розрізняють чотири типи хромосом:

• метацентричні — центромера поділяє хромосому на дві рівні частини;

• субметацентричні — центромера поділяє хромосому на два нерівних плеча;

• аероцентричні — центромера розташовується майже на кінці хромосоми, і хромосома має одне велике й одне майже непомітне плече;

• телоцентричні — паличкоподібні хромосоми із центромерою на самому кінці хромосоми.

За морфологічними ознакам та розмірами хромосоми в каріотипі людини поділяють на 7 груп: група А (1-3 пари) — великі метацентричні хромосоми; група В (4, 5 пари) — великі субметацентричні хромосоми; група С (6-12 пари) — середні субметацентричні хромосоми; група D (13-15 пари) — великі акроцентричні; група Е (16-18 пари) — середні метацентричні (16) та субметацентричні (17, 18); група F (19, 20 пари) — маленькі метацентричні хромосоми; група G (21, 22 пари) — маленькі акроцентричні; статеві хромосоми (23-тя пара); у жінок це дві Х-хромосоми, у чоловіків — Х- та Y-хромосоми.

У дозрілих статевих клітинах — яйцеклітинах та сперматозоїдах — міститься половинний (гаплоїдний) набір хромосом.

Хромосомний аналіз —

метод виявлення порушень у структурі каріотипу

Дослідження всіх елементів каріотипу людини відбувається за допомогою методу спеціального забарвлення та вивчення хромосом у світловому мікроскопі. Хромосомний аналіз допомагає визначити розміри та форми хромосом, їхню структуру, а також розташування первинних і вторинних перетяжок і неоднорідних ділянок у них.

Для аналізу порушень каріотипу використовують зразок культури соматичних клітин, що діляться, статеві клітини, клітини крові (передусім лімфоцити), кісткового мозку та фібробластів. Найчастіше це відбувається так: зразок крові на 72 години поміщають у поживне середовище з додаванням речовини, що стимулює поділ клітин (для вивчення потрібні хромосоми у стадії метафази). За 1,5 години до завершення культивування додають колхіцин, що руйнує клітинні веретена поділу. Після завершення клітини переносять у гіпотонічний розчин калій хлориду та натрій цитрату, ядерна оболонка руйнується, і хромосоми вивільняються у цитоплазму після цього клітини фіксують сумішшю метанолу та оцтової кислоти, клітинну суспензію наносять на вологі предметні скельця і висушують на повітрі далі здійснюють забарвлення препарату.

Зображення хромосом, що можна побачити у мікроскоп, фотографують і вивчають. У сучасних лабораторіях для цього використовують комп’ютерні програми Ikaros, Lucia Karyo, Каріо 3.1 та інші . Зазвичай аналізують не менш 30 зображень. Отримана інформація дозволяє розподілити хромосоми за групами і виявити відхилення.

Варіантів відхилень від норми багато вони можуть виявлятися у зміні складу хромосом, їхньої структури, розмірів, форми порушення нормального каріотипу відбувається ще на ранній стадії зародження та розвитку ембріону або у статевих клітинах чоловіка та жінки.

Найвідомішими сьогодні є такі аномалії:

• синдром Дауна (47 хромосом, зайва хромосома у 21-й парі);

• синдром котячого лементу (делеція короткого плеча 5-ї хромосоми);

• синдром Патау (47 хромосом, зайва хромосома у 13-й парі);

• синдром Клайнфельтера (47 хромосом, зайва статева хромосома XXY);

• синдром Шерешевського-Тернера (45 хромосом, відсутня одна Х-хромосома);

• полісомія за Х-хромосомою (47 хромосом, три статеві хромосоми ХХХ).

Сучасний стан досліджень геному людини

            Міжнародна програма «Геном людини» була сформульована на початку 90-х років XX ст, спочатку очолений нобелівським лауреатом Джеймсом Ватсоном.

 Внаслідок кропіткої роботи до початку 2003 р. геном людини повністю секвенований, тобто повністю прочитана послідовність трьох мільярдів пар основ, 20 — 25 тисяч генів,  з яких побудована ДНК всіх 23 пар хромосом людини. Генетична довжина геному людини складає 3000 сМ (сантиморганіда, генетична відстань, яка дорівнює 1 % кросинговеру). Більшість робіт з секвенсування ДНК та аналізу отриманих даних проводиться в університетах і дослідницьких центрах США і, в меншій мірі, Великої Британії. Розв'язання програми "Геном людини" сприяло створенню генетичної карти, відтворенню цитогенетичної карти геному і власне секвенсу.

На сьогодні весь геном людини клонований у вигляді великих фрагментів, які перекривають один одного. Розташування кожного з цих фрагментів на хромосомі визначено з високою точністю. Термін клонування означає, що ген картований, виділений, вивчена його структура, знайдена мутація, яка викликає те чи інше захворювання. Ґрунтуючись на знанні теорії лінійного розташування генів у хромосомі та на підставі кросинговеру, визначивши відстань між ними, вдалося встановити послідовність генів у хромосомі. А. Стертевант склав першу карту розподілу генів в одній з хромосом дрозофіли. Потім були складені такі карти і для інших хромосом.

 На сьогоднішній день в світі існують повні геноми лише 2-х жителів планети. Це Джим Уотсон і Крейг Вентер. Вони займалися геномних проектом і вирішили розшифрувати саме свої тести ДНК.

У США і Великобританії близький до завершення проект зі створення комп'ютерної бази даних, що містить в собі маркери ДНК всіх осіб, які вчинили тяжкі злочини. Іншими словами, раніше була картотека з відбитками пальців, а тепер глобальна база з маркерами. Щоб такий маркер отримати, достатньо взяти на аналіз слину.

Однак не треба забувати, що поки подібні аналізи дуже дорого коштують. Тому, щоб визначити геном людини з повною нуклеотидной послідовністю, потрібно викласти кругленьку суму.

Але криміналістика є лише частиною тих можливостей, які відкриваються перед людством. Маючи на руках весь генетичний ланцюжок конкретної людини, можна отримати уявлення про її спадкові захворювання. Розкриття геному людини сприятиме розвитку нових напрямків медицини, вивченню природи спадкових і злоякісних хвороб, розробці генної і клітинної терапії. А якщо скорегувати гени, то в цьому випадку людина отримає можливість позбутися від багатьох проблем зі здоров'ям. Але все це справа майбутнього і, швидше за все, не такого вже далекого.

Генетична карта - це відрізок прямої, на якій позначено порядок розташування генів і вказано відстань між ними у відсотках кросинговеру. Вона будується на основі результатів аналізуючого схрещування.

Картування проводиться, щоб дізнатися, в якій парі хромосом і на якій генетичній відстані (коефіцієнт рекомбінації), або в якій частині хромосоми розташовані гени.

Побудовано генетичні карти для багатьох об'єктів. Серед покритонасінних рослин краще за все вивчено генетичні карти кукурудзи, ячменю, рису, томатів та ін. У тварин такі карти складено для дрозофіли, а серед ссавців - для миші. Доведено, що такий розподіл генів у хромосомах є загальнобіологічною закономірністю.

Цитологічна  карта  відображає  морфологічну  структуру  хромосоми, створюється у вигляді ідіограми. У людини відомі такі типи успадкування ознак:
1. Аутосомний, що пов’язаний з генами нестатевих хромосом.
2. Аутосомно-домінантний, якщо певний стан ознаки визначає домінантний алель.
3. Аутосомно-рецесивний, якщо певний стан ознаки визначає рецесивний алель.
4. У-зчеплений тип успадкування, якщо певний ген розташований лише в У-хромосомі. Ознака, яку визначає такий ген передається по чоловічій лінії.
5. Х-зчеплений тип, якщо певний ген локалізований в Х-хромосомі. Він може бути і Х-зчепленим домінантним і Х-зчепленим рецесивним. Цікаво те, що при Х-зчепленому рецесивному типу відповідний стан ознаки передається лише чоловікам, а Х-зчепленому домінантному і чоловікам, і жінкам. Якщо такий ген наявний у чоловіка, то він передасть його донькам, а синам ні, так як син отримує від батька У-хромосому.

 У генетиці людини застосовують такі  методи

Генеологічний – це вивчення родоводів організмів, що дає можливість простежити  успадкування різних станів певних ознак у ряді поколінь.

1. Популяційно-статистичний – вивчає частоту зустрічальності алелей у популяціях організмів, а також генетичну структуру популяцій.
2. Цитогенетичний – це дослідження особливостей хромосомного набору організмів.
3. Біохімічний – використовують для діагностики спадкових захворювань, пов’язаних з порушенням обміну речовин.
4. Близнюковий – вивчення однояйцевих близнят.
5. Генетичної інженерії – це видалення із організму певних генів або їх штучний синтез, перебудова певних генів, введення їх у геном іншої клітини або органіму.
6. Метод гібридизації соматичних клітин – метод одержання гібридних клітинних ліній шляхом злиття нестатевих клітин. Якщо в культурі змішати клітини миші і людини, то можна отримати гібридні клітини (гібридоми), які містять хромосоми обидвох видів. У нормі клітини людини мають 46, миші – 40 хромосом. У гібридних клітин  – не 86, а найчастіше 41-55 хромосом, причому в процесі поділу втрачаються хромосоми людини. У гібридних клітин хромосоми миші і людини функціонують та кодують синтез певних білків.  Морфологічно кожну хромосому можна диференціювати і встановити, з якими саме хромосомами людини пов’язаний синтез тих чи інших білків. Вивчення гібридомів людина-миша дозволило встановити, що ген тимідинкінази локалізований на хромосомі 17,  ген інтерферону – на хромосомах 2 і 5, ген резус-фактора – на першій хромосомі.
7. Секвенування геному людини — набір біохімічних методів встановлення послідовності нуклеотидних основ ДНК: аденіну, гуаніну, цитозину і тіміну. Молекулярній діагностиці доступні близько 20 моногенних хвороб.

Вчені враховують особливості життєдіяльності людини, тому і заборонено вивчати генетику людини за допомогою втручання у її спадковий матеріал. Виключенням можуть бути лише дослідження, пов’язані із наявністю численних аномалій протягом багатьох поколінь у одного роду або цілої нації.
Які ж ці особливості генетики людини?

Оскільки людина — не лише біологічна, а й соціальна істота, то генетичні дослідження виду Homo sapiens відрізняються рядом особливостей:

• для вивчення спадкування ознак у людини не можна застосувати гібридологічний аналіз (метод схрещувань). Люди не бажають давати потомство за вказівками експериментатора. Тому для вивчення гібридизації у людини використовують більш опосередкований генеалогічний метод ;

• людині властиві ознаки, які не трапляються в інших організмів: темперамент, математичні, образотворчі, музичні та інші здібності, спадкування яких, мабуть, є найцікавішою частиною генетики людини;

• завдяки суспільній підтримці та медицині можливе виживання людей з явними відхиленнями від норми (у дикій природі такі організми нежиттєздатні)

Дивовижні факти про ДНК людини

Вплив спорту на ДНК

Вчені з Каролінського університету у Швеції виявили цікавий факт про вплив спорту на структуру ДНК. Виявляється, фізичні вправи здатні змінювати молекули ДНК, впливаючи на їх структуру і хімічний склад. При цьому, зміни не стосуються генетичного коду людини, а зачіпають лише так звані хімічні мітки молекул ДНК. Подібні трансформації сприяють генетичному перекодуванню м'язової тканини на фізичну силу, що в даному випадку цілком природно.

Набір генів у братів і сестер

Дослідники довели, що набір генів у братів і сестер збігається лише на 50%. Саме цим вчені пояснюють відмінності в характері й поведінці дітей. При цьому збіги з батьківським геномом у дітей також не перевищує 50%. Це відкриття дозволило фахівцям виявити ще одну цікаву особливість ДНК людини. Виявляється, що 50% людського ДНК ідентично РНК Банана.

Структура ДНК людини

Багаторічні дослідження у даній області допомогли з'ясувати, що всі люди мають однакову структуру ДНК на 99,9%. При цьому  0,01% ДНК достатньо, щоб створити різні послідовності генома. Дивно й те, що 8% з 99,9% припадає на частку різних вірусів, атаці яких піддавалися жителі Землі протягом багатьох століть.

Склад ДНК

Незважаючи на те, що ДНК кодує всю інформацію, з якої складається наш організм, будова геному досить проста. Вчені встановили, що людський ДНК складається із чотирьох блоків або нуклеотидів: аденін, гуанін, тимін і цитозин.

Пошкодження ДНК

Експерти в області людських генів довели, що ДНК людини може бути пошкоджено до одного мільйона разів на день. Особливість будови нашого організму дозволяє клітинам відновлюватися у найкоротші терміни. Якщо цього не відбувається, то організм може піддатися атаці ракових клітин.

Пересадка кісткового мозку

У це складно повірити, але при пересадці кісткового мозку, людина частково набуває ДНК донора. При цьому у його волоссі і слини є власний унікальний код. Такі зміни можуть призвести до помилкових результатів під час проведення генетичних експертиз та інших досліджень.

Мітохондріальна ДНК

Генетичні відмінності існують не тільки між людьми і тваринами, а й між чоловіками і жінками. Наприклад, так звана мітохондріальна ДНК передається виключно від матері до дитини. Це пов'язано з тим, що мітохондрії знаходяться в яйцеклітинах, тоді як у чоловічому організмі їх немає.

ДНК відбитків пальців

Науково доведено, що відбитки пальців є особливим набором маркерів ДНК, який є унікальним для кожної людини. Винятком є ​​лише однояйцеві близнюки, у яких відбитки пальців співпадають на 100%. Історія знає кілька гучних історій, коли відомі злочинці виявлялися на волі лише через те, що у них були брати-близнюки.

Моногенне та полігенне успадкування ознак у людини

Моногенне спадкування

Моногенним називається такий тип успадкування, коли спадкова однака контролюється одним геном.

Аутосомно-домінантне успадкування моногенних ознак. Внаслідок того, що домінантні гени, які викликають розвиток захворювання, у гомозиготному стані здебільшого летальні, то всі шлюби між здоровими і хворими належать до типу Аа х аа, де А — домінантний ген, який визначає розвиток спадкового захворювання, а — рецесивний ген.

За цього типу успадкування хвороб переважають такі умови: кожна хвора людина має хворого одного з батьків; захворювання передається спадково; хворі є в кожному поколінні; у здорових батьків діти будуть здоровими; захворіти можуть і чоловіки, і жінки однаково часто, оскільки ген локалізується в ауто- сомі; імовірність народження хворої дитини, якщо хворий один із батьків, становить 50 %.

За таким типом успадковуються деякі нормальні й патологічні ознаки: біле пасмо волосся; темне волосся; товста шкіра; горбинка на переніссі; здатність згортати язик трубочкою; ямочка на підборідді; праворукість; короткозорість та ін.

Аутосомно-рецесивне успадкування моногенних ознак. Якщо рецесивні гени локалізовані в аутосомах, то з’являються вони тільки в разі шлюбу двох гетерозигот або гомозигот за рецесивним алелем.

За аутосомно-рецесивним типом успадковуються такі ознаки в людини: тонка шкіра; 0(І) група крові; група крові Rh-; світлі очі; нормальний зір; прямий ніс; хвороби обміну речовин (фенілкетонурія, галактоземія та ін.).

Аутосомно-рецесивний тип успадкування хвороб має ряд характерних рис: від здорових батьків народжуються хворі діти; від хворого батька народжуються здорові діти; хворіють в основному сибси (брати, сестри), а не батьки і діти, як за домінантного типу успадкування; у родоводі переважає більший відсоток близькородинних шлюбів; усі здорові батьки хворих дітей є гетерозиготними носіями патологічного гена; однаково часто хворіють чоловіки і жінки; у гетерозиготних носіїв співвідношення хворих і здорових дітей складає 1:3.

Полігенне успадкування ознак у людини

Більшість кількісних ознак організмів визначається декількома неалельними генами (полігенами). У цьому випадку два або більше домінантних алелів однаковою мірою впливають на розвиток однієї й тієї ж ознаки. Їхня дія підсумовується. Тому полімерні гени позначають однією літерою латинського алфавіту з цифровим індексом, наприклад: А₁А₁ і a₁а₁, A₂A₂ і a₂a₂, A₃A₃ і a₃a₃ т. д.

Полімерними генами визначається багато морфологічних, фізіологічних і патологічних особливостей: зріст; маса тіла; статура; колір волосся; розумові здібності; величина артеріального тиску та ін.

Пігментація шкіри у людини визначається п’ятьма або шістьма полімерними генами. У корінних жителів Африки (негроїдної раси) переважають домінантні алелі, у представників європеоїдної раси — рецесивні. Тому мулати мають проміжну пігментацію, але в разі шлюбів мулатів у них можлива поява як більш, так і менш інтенсивно пігментованих дітей.

 

Цікава генетика: риси, які дитина може успадкувати від своїх батьків

Колір очей

Мабуть, це питання майбутні батьки обговорюють найчастіше. З упевненістю сказати, яким буде колір очей малюка, неможливо, проте можна припустити. Отже, прояв того чи іншого кольору очей, як і будь-якої іншої характеристики нашого організму, визначається домінантними і рецесивними генами. Найчастіше темні відтінки (коричневий, темно-коричневий) обумовлені домінантними генами, а світлі (наприклад, блакитний) - рецесивними. Якщо у вас і вашого партнера очі карі, то у дитини є всі шанси успадкувати саме цей колір. Однак не сильно дивуйтеся, якщо у вас народиться блакитноокий малюк.

Колір волосся

Тут схожа ситуація. Темний колір волосся визначається домінантними генами, а світлий - рецесивними. Ці гени регулюють функціональну активність меланоцитів (клітини, що виробляють пігмент меланін, який і зумовлює той чи інший колір волосся). Чим більше еумеланіна будуть продукувати клітини, тим темніше буде волосся у дитини. А ось при наявності великої кількості феомеланіна волосся цілком можуть змінити колір в рудий. У темноволосих батьків з невеликою часткою ймовірності може народитися дитина-блондин, а ось зворотна ситуація практично неможлива.

Усмішка

Розмір зубів і форма щелепи також є генетично зумовленими, і дитина може успадкувати ці анатомічні особливості від кожного з батьків. Існує думка, що уссмішку малюк отримує від батька. І це неспроста: сучасні дослідження говорять про те, що гени батька виявляються більш активними, ніж гени матері. Однак у даній особливості існує і негативна сторона: наявність у батька щелепно-лицьових патологій і аномалій розвитку також збільшує ймовірність їх виникнення у дитини.

Зріст

Поглянувши на більшість сімей, можна зробити цілком логічний висновок про те, що діти успадковують зріст від своїх батьків. Дійсно, генетичний фактор тут відіграє вагому роль, проте необхідні подальші наукові підтвердження. Зокрема, дослідження, опубліковане в журналі "Nature", виявило понад 700 генетичних послідовностей, які більшою або меншою мірою впливають на зріст людини.

Будова вушної раковини

Величина і форма вушної раковини - один з найбільш явних генетично успадкованих ознак людини. У дітей практично не буває великих вух, якщо у батьків малі вуха, і навпаки. Найчастіше форма вушної раковини хлопчика схожа на татову. Про це знали ще задовго до появи генетики, а зіставлення цих частин тіла навіть було своєрідним тестом на батьківство.

Таким чином, можна з упевненістю сказати, що діти є   маленькими копіями своїх батьків. Генетика відіграє величезну роль у сьогоденні і майбутньому будь-якої людини.

 

Позахромосомна

(цитоплазматична) спадковість у людини

Позахромосомна (цитоплазматична) спадковість — це передача потомству певних ознак та властивостей, які визначаються спадковими факторами, що локалізовані у мітохондріях цитоплазми.

Мітохондріальний геном містить 13 генів і низку послідовностей, що кодують різні РНК. Успадкування відбувається не за законами Менделя, а лише за материнською лінією: від матері — до нащадків. Мітохондріальна ДНК яйцеклітини не піддається рекомбінації та успадковується цілком. Мітохондрії сперматозоїда розташовані лише в середині та в кінці джгутика, який під час запліднення не проникає в яйцеклітину. Таким чином, у зиготі опиняються лише мітохондрії, успадковані від матері разом з цитоплазмою яйцеклітини. Нуклеотидна послідовність зазнає змін від покоління до покоління тільки за рахунок мутацій, які відбуваються в десяток разів інтенсивніше, ніж у ядерній ДНК.

Закономірності мінливості людини.

       Мінливість — здатність організмів набувати нових ознак, що спричиняють відмінності між особинами в межах виду. Розрізняють дві основні форми мінливості — спадкову й неспадкову. Причинами спадкової мінливості є зміни структури або діяльності генетичного апарату, а причинами неспадкової — вплив умов середовища.

Порівняльна характеристика форм мінливості

Ознака	Неспадкова	Спадкова
Виникнення	Зміни фенотипу	Пов'язана зі зміною генотипу
Загальні властивості	Тимчасовість, масовість, спрямованість, визначеність, «пристосувальність»	Сталість, індивідуальність, неспрямованість, невизначеність, відсутність «пристосувальності»
Причини	Зміни умов середовища	Вплив чинників середовища й внутрішні природні механізми (мейоз, запліднення)
Процеси, що є основою	Зміни експресії генів, диференціальна активність генів	Зміни генетичного апарату шляхом мутацій, рекомбінацій ДНК
Значення для особин	Адаптація до умов середовища, підвищення життєздатності	Нейтральне, шкідливе, пригнічення життєдіяльності
Види	Модифікаційна, онтогенетична	Комбінаційна, мутаційна
Закономірності	Статистичні	Закон гомологічних рядів спадкової мінливості

Молекулярними механізмами неспадкової мінливості є зміни експресії генів. Відбувається це завдяки процесам регуляції активності генів на рівні транскрипції, процесингу, трансляції і післятрансляційної модифікації білків.

Основними механізмами спадкової мінливості є мутації та рекомбінації. Мутації можуть відбуватися в статевих й соматичних клітинах, на рівні генів, хромосом, кількості хромосом. Упродовж життя можуть проявлятися мутації соматичних клітин, а генеративні мутації — у нащадків.

Роль форм мінливості для організмів є різною. Із спадковою мінливістю пов'язана поява нових ознак упродовж життя, а неспадкова — забезпечує індивідуальний розвиток і пристосування організмів до умов середовища, що змінюються. Нові набуті ознаки є іноді шкідливими, що призводять до захворювань (наприклад, онкологічних).

Отже, мінливість пов'язана зі змінами генотипу й фенотипу на молекулярному рівні, тому виокремлюють спадкову й неспадкову її форми.

Неспадкова мінливість

Модифікаційна мінливість — це форма неспадкової мінливості, що пов'язана зі змінами фенотипу внаслідок впливу умов існування. Модифікаційні зміни ознак не успадковуються, але їх норма реакції, тобто діапазон мінливості, є спадковою і визначається генотипом. Модифікаційна мінливість, як правило, має доцільний характер, відповідає умовам існування і є пристосувальною. Виникнення модифікацій пов'язане з тим, що умови середовища впливають на ферментативні реакції, що відбуваються у організмі і певним чином змінюють їх хід. Як приклад пристосувальних модифікацій розглянемо механізм утворення пігменту меланіну. За його вироблення відповідають чотири гени, що розташовані в різних хромосомах. Під дією ультрафіолетового випромінювання з клітин шкіри (кератиноцитів) вивільнюються в міжклітинний простір особливі мікроРНК. Це зумовлює активацію та посилений біосинтез ферменту тирозинази, що каталізує окиснення амінокислоти тирозину й подальше утворення меланіну.

При дослідженні модифікацій виявляються закономірності, що мають статистичний характер.

• Різні ознаки мають різний розмах норми реакції. Норма реакції — межі модифікаційної мінливості ознаки, що визначаються генотипом. Межі норми реакції зумовлені генотипом, але прояв ознаки в межах норми реакції змінюється під дією умов середовища.

• Будь-яка ознака може змінюватись лише в певних межах. Гени визначають не готові прояви ознак, а норму реакції ознаки.

• Більшість організмів мають варіанти, близькі до середнього значення. Це пояснюється тим, що поєднання лише сприятливих або несприятливих умов трапляється рідко.

• На розмах модифікаційної мінливості впливають зовнішні та внутрішні умови. Чим одноріднішими є зовнішні умови розвитку даних особин, тим меншою мірою проявляється модифікаційна мінливість.

Отже, закономірності модифікаційної мінливості є статистичними, тому що проявляються при дослідженні багатьох варіант тієї чи іншої ознаки.

Спадкова мінливість

Комбінаційна мінливість — це форма спадкової мінливості, яка виникає завдяки перерозподілу генетичного матеріалу в нащадків. За комбінаційної мінливості успадковуються нові поєднання генів, а самі гени не змінюються. Причиною виникнення проявів комбінаційної мінливості є гомологічна та негомологічна рекомбінації ДНК. Джерелами комбінаційної мінливості є: 1) кросинговер; 2) незалежне розходження гомологічних хромосом при мейозі; 3) випадкове злиття гамет під час запліднення. Завдяки незалежному та одночасному здійсненню цих процесів виникає велика різноманітність генотипів. Гомологічна рекомбінація — це процес обміну нуклеотидними послідовностями між гомологічними хромосомами або ланцюгами ДНК. Цей тип рекомбінації використовується клітинами для виправлення пошкоджень ДНК, утворення нових комбінацій генів під час мейозу, перенесення мобільних генетичних елементів, горизонтального перенесення генів між різними клітинами. Негомологічна рекомбінація — це процес обміну нуклеотидними послідовностями між негомологічними хромосомами або ланцюгами ДНК. Прикладом такої рекомбінації є випадкове вбудовування вірусних або бактеріальних фрагментів ДНК у ДНК клітин людини.

Мутаційна мінливість — це форма спадкової мінливості, що пов'язана зі змінами генотипу внаслідок мутацій. Цю мінливість зумовлюють зміни генотипу особин на рівні генів, хромосом і кількості хромосом. Виникають мутаційні зміни під дією внутрішніх та зовнішніх чинників. Мутаційні зміни генотипу зумовлюють появу ознак, що можуть мати різне значення. Більшість мутацій, що проявляються в організмів, мають шкідливий характер, оскільки знижують пристосованість до умов середовища (наприклад, гемофілія). Серед проявів мутаційної мінливості є й нейтральні прояви ознак, що не впливають на пристосованість, але за певних змін середовища існування можуть виявитися корисними (наприклад, гетерохромія очей у людини) (іл. 110). Мутаційні зміни можуть мати й адаптивне значення, забезпечуючи пристосування до умов середовища. Саме мутаціями зумовлений поліморфізм людських популяцій: різні пігментація шкіри, колір очей, форма носа, вух тощо.

Гетерохромія (різне забарвлення очей) як нейтральна мутація.

Отже, спадкова мінливість забезпечує генетичну різноманітність особин і є джерелом появи нових ознак.

Цікаві факти про мінливість живих  організмів

Блакитний колір очей - це результат мутації в гені HERC2, через яку у носіїв  такого г ена знижена вироблення меланіну у райдужній оболонці ока. Виникла ця мутація приблизно 6-10 тис. років тому в північно-західній частині чорноморського узбережжя, так що всі люди з блакитними очима можуть вважатися родичами. В 1961 році була виведена нова порода кішок - шотландська висловуха. Причиною загнутих уперед і вниз вух з'явилася генна мутація. Парування кішок цієї породи викликає порушення опорно-рухового апарату у потомства, тому для отримання нових висловухих кошенят потрібно схрещувати висловухих кішок з нормальними особинами. 3. У 1820 році в Бразилії спонтанна мутація на одному з кущів апельсинового дерева призвела до появи апельсинів без кісточок, відомих як Navel orange. Розмножуватися цей сорт міг тільки шляхом щеплення, тому всі існуючі сьогодні в світі дерева навеля є клоном того самого бразільського дерева.  4. Народжена у 1993 році американська дівчинка Брук Грінберг за своїм фізичним і розумовим параметрами досі є немовлям. Її зріст - 76 см, вага - 7 кг, зуби - молочні. Аналізи медиків показали, що в її генах, що відповідають за старіння, немає мутацій. Проте вчені не втрачають надії з допомогою нових досліджень цієї дівчинки наблизитися до розуміння причини старіння людей.   5.  Рідкісна мутація в гені SMARCAD1 може призвести до адерматогліфіі - генетичного порушення, що виражається у відсутності у людини відбитків пальців. Нещодавно жінка зі Швейцарії з такою особливістю не змогла пройти митний контроль та в'їхати в США. В даний час у всьому світі задокументовані лише 4 сім'ї, у яких виявлена адерматогліфія.      6.  Корови породи бельгійська блакитна, яких називають також коровами-монстрами, відрізняються досить високою м'язовою масою. Ця порода з'явилася завдяки випадкової мутації в гені, відповідальному за міостатин - білок, що перешкоджає надмірному зростанню м'язів. Бельгійські блакитні корови цінуються за пісне м'ясо, яке містить мінімальну кількість жиру, і розлучаються шляхом лайнбридинга, тобто схрещування особин зі своїми прямими предками.   7  . Дослідники з Сан-Дієго з'ясували, що близько 2-3 мільйонів років тому відбулася мутація людського гена CMAH. В результаті у людей був порушений синтез кислот Neu5Ac і Neu5Gc, які входять до складу рецепторів до інсуліну, розташованих на поверхні клітинних мембран. Організм більшості ссавців, на відміну від людей, самостійно виробляє ці кислоти.

Мутації та їх властивості.

Мутацією (від латин. mutatio — зміна) називають зміну ознаки, яка зумовлена порушеннями спадкових структур, перебудовою генетичного апарату. Мутації змінюють генотип особини. Вони виникають раптово й зпричинюють появу в організмі ознак, відмінних від вихідної форми.

Вченим такі зміни були відомі давно. Гуго де Фріз (мал. 32.1) запропонував термін «мутація». Крім того, він сформулював основні положення теорії мутацій (1901-1903), указавши їхні основні властивості:

• мутації виникають раптово, як дискретні зміни ознак;

• нові форми є стійкими;

• на відміну від неспадкової мінливості мутації не утворюють неперервних рядів і не зосереджуються навколо якогось середнього типу; вони є якісними змінами;

• мутації проявляються по-різному; вони можуть бути і шкідливими, і корисними;

• ймовірність виявлення мутацій залежить від числа досліджених особин;

• одні й ті самі мутації можуть виникати повторно.

Класифікації мутацій

Існує кілька варіантів класифікації мутацій:

• за типом прояву ознаки в гетерозиготі: домінантні (спричиняють появу домінантної ознаки) й рецесивні (спричиняють появу рецесивної ознаки)

• за локалізацією в клітині: ядерні (змінюють гени, розташовані в ядрі клітини) й цитоплазматичні (змінюють гени, розташовані в цитоплазмі клітини);

• залежно від причини виникнення: спонтанні (причини їх виникнення досі не встановлено) та індуковані (виникають унаслідок дії на генетичний матеріал зовнішніх факторів);

• за видом клітин, у яких вони виникають: соматичні (у соматичних) та генеративні (у гаметах); соматичні можуть передаватися нащадкам лише за умови вегетативного розмноження, генеративні — за умови звичайного статевого розмноження.

Точкові, хромосомні та геномні мутації

Однією з найбільш поширених класифікацій мутацій є їх розподіл за рівнем організації спадкового матеріалу, на якому відбувається мутація. За цієї класифікації мутації поділяють на точкові (генні), хромосомні та геномні.

Класифікація мутацій за рівнем організації спадкового матеріалу

Тип мутацій	Які зміни спричиняють	Які бувають	Приклади мутацій
Точкові (генні)	Заміна, втрата чи додавання пари нуклеотидів. Змінюють тільки один ген	Нонсенс - мутації — викликають появу стоп-кодону всередині мРНК, яка кодує молекулу білка. Міссенс - мутації — змінюють одну амінокислоту в молекулі білка на іншу. Сайлент - мутації — не спричинюють заміну амінокислоти в молекулі	Міодистрофія Дюшена — нонсенс-мутація, яка блокує синтез білка у м'язах і викликає їхню деградацію. Серповидноклітинна анемія — міссенс-мутація, за якої в молекулі гемоглобіну одна з молекул глутаміну замінюється на валін
Хромосомні	Заміна, втрата, додавання чи зміна місця розміщення ділянки хромосоми. Можуть змінювати чи порушувати роботу кількох генів	Делеція — втрата ділянки хромосоми. Дуплікація — подвоєння ділянки хромосоми. Інверсія — перевертання ділянки хромосоми на 180°. Транслокація — перенесення ділянки на іншу (негомологічну до неї) хромосому	Синдром котячого крику — спадкове захворювання людини внаслідок утрати ділянки п'ятої хромосоми
Тип мутацій	Які зміни спричиняють	Які бувають	Приклади мутацій
Геномні	Зміна кількості окремих хромосом чи всього хромосомного набору. Можуть порушувати роботу сотень і тисяч генів	Поліплоїдія, гетероплоїдія, моносомія. Робертсонівська транслокація — об'єднання двох хромосом в одну	Синдром Дауна — спадкове захворювання людини внаслідок трисомії у 21-й парі хромосом

Мутагенні фактори

Фактори, які здатні індукувати мутаційний ефект, називають мутагенними. Встановлено, що будь-які фактори зовнішнього і внутрішнього середовища, які можуть порушувати гомеостаз, здатні викликати мутації. Традиційно їх поділяють на три великі групи: фізичні, хімічні та біологічні.

Групи мутагенних факторів

Група мутагенних факторів	Найбільш поширені фактори групи	Механізм дії
Фізичні	Рентгенівське та ультрафіолетове випромінення, висока температура, ультразвук	Відбуваються розриви ниток ДНК, порушується її структура; в клітині утворюються вільні радикали (молекули або атоми, які мають один чи два неспарені електрони) які взаємодіють з нуклеотидами і білками хромосом
Хімічні	Формальдегід, колхіцин, хлороформ, діоксин, сполуки Плюмбуму, Меркурію, алкоголь, наркотичні речовини	Відбуваються розриви ниток ДНК, порушується її структура; окремі нуклеотид и вступають у реакції з різноманітними речовинами
Біологічні	Віруси кору, краснухи, грипу та інші; токсини, які виробляють живі організми, мобільні генетичні елементи	Токсини діють за тим самим механізмом, що й хімічні мутагени. Віруси можуть убудовуватися в ДНК клітини після свого проникнення в неї (мал. 32.2). Якщо вони вбудовуються на ділянці працюючого гена, то порушують його роботу. Мобільні генетичні елементи є ділянками ДНК, які здатні самостійно переміщуватися всередині хромосоми або між різними хромосомами. Якщо вони потрапляють на ділянку працюючого гена, то порушують його роботу

Мутації та їхні властивості.

Мутації — це стійкі й неспрямовані зміни в геномі. Існують кілька класифікацій мутацій — за місцем виникнення, за характером впливу на організм, за характером прояву, за характером змін у геномі та ін.

За місцем виникнення розрізняють:

■ соматичні — виникають у соматичних клітинах, виявляються в організму та не передаються нащадкам за статевого розмноження;

■ генеративні — виникають у статевих клітинах, не впливають на ознаки організму, проявляються лише у наступному поколінні.

За характером прояву:

■ домінантні;

■ рецесивні;

Більшість мутацій є рецесивними і не проявляються у гетерозигот. це є важливим для існування виду, оскільки шкідливі мутації руйнують тонко налаштовану систему біохімічних реакцій.   

За характером впливу на життєдіяльність організму розрізняють:

■ летальні;

■ сублетальні;

■ нейтральні;

■ корисні мутації

Летальні мутації, за умови проявлення у фенотипі, спричиняють загибель організмів ще до моменту народження або до настання здатності до розмноження.

Сублетальні мутації знижують життєздатність особин, призводячи до загибелі їхньої частини (від 10 до 50 %). У людини до таких мутацій належить ген гемофілії та ген серповидноклітинної анемії, що визначає синтез аномального гемоглобіну.

Нейтральні мутації у звичних для організмів умовах існування на їхню життєздатність не впливають. За змін умов існування нейтральні мутації можуть виявитися корисними для організму. Корисні мутації — підвищують життєздатність особин.

За зміни умов середовища деякі нейтральні або навіть шкідливі мутації можуть виявитися корисними, і їхні носії одержують перевагу в процесі природного добору.

За характером змін генетичного апарату розрізняють мутації:

■ генні (точкові).

■ хромосомні;

■ геномні;

Генні, або точкові, мутації — результат зміни нуклетидної послідовності в молекулі ДНК у межах одного гена.

Якщо така мутація відбувається в гені, це також призводить до зміни послідовності нуклеотидів у іРНК і може призвести до зміни послідовності амінокислот у поліпептидному ланцюгу. У результаті синтезується інший білок, а в організмі змінюється якась ознака. Один ген може мутувати неодноразово — так з’являється серія алельних генів.

Це найпоширеніший вид мутацій і найважливіше джерело спадкової мінливості.

Типи генних мутацій (пов’язані з додаванням, випадінням чи переставленням нуклеотидів у гені):

■ дуплікації — повторення ділянки гена;

■ вставки — поява у послідовності зайвої пари нуклеотидів;

■ делеції — випадіння однієї або більше пар нуклеотидів;

■ заміни нуклеотидних пар — 

■ інверсії — повертання ділянки гена на 180°.

Дія цих мутацій є дуже різною. Більшість із них є нейтральними.

Хромосомні мутації — зміни у структурі хромосом. Дуже часто їх можна виявити і вивчити під світловим мікроскопом.

Відомі такі типи хромосомних мутацій:

■ делеція — випадання ділянки у середній частині хромосоми;

■ дуплікація — дво- або багатократне повторювання генів, що містяться на певній ділянці хромосоми;

■ інверсія — повертання ділянки хромосоми на 180°, унаслідок чого послідовність генів змінюється на протилежну;

■ транслокація — зміна положення будь-якої ділянки хромосоми в хромосомному наборі; найпоширений випадок — обмін ділянками між двома негомологічними хромосомами; ділянка хромосоми може також змінити свої положення і без обміну, залишаючись у тій же хромосомі або переміщуючись у якусь іншу.

Геномні мутації пов’язані з кратним збільшенням або зменшенням кількості хромосомних наборів. До них належать:

■ анеуплоїдія — збільшення або зменшення кількості окремих хромосом у генотипі; виникає внаслідок нерозходження хромосом у мейозі або хроматид у мітозі; як правило, знижує життєздатність;

■ поліплоїдія — кратне збільшення галоїдного набору хромосом; виникає внаслідок нерозходження хромосом до полюсів клітини в мітозі або в мейозі; у людини трапляється дуже рідко. Мутаціївиникають спонтанно, але є чинники (мутагени), які збільшують ймовірність появи мутацій. За походженням мутагенні чинники бувають:

■ фізичні (іонізуюче опромінення — рентгенівське, гамма-випромінювання; електромагнітне випромінювання — ультрафіолетові промені, іноді видиме світло; надмірно висока або низька температура);

■ хімічні (деякі алкалоїди — колхіцин, вінкамін, подофілотоксин; окисники та відновники — нітрати, нітрити, нітритна кислота, активні форми Оксигену; деякі пестициди, деякі харчові добавки, деякі лікарські препарати, продукти переробки нафти, органічні розчинники та ін.);

■ біологічні (специфічні послідовності ДНК — транспозони; деякі віруси — вірус кору, краснухи, грипу; деякі продукти обміну речовин — продукти окиснення ліпідів; антигени деяких мікроорганізмів).

Практично всі хімічні мутагени спричиняють розвиток злоякісних пухлин (є канцерогенами). Однак не всі канцерогени виявляють мутагенні властивості.

Щорічно у світі народжується 75 млн дітей. З них близько 1,5 млн народжуються зі спадковими хворобами, що спричинені мутаціями.

4 невідомі мутації нашого тіла

У вашому тілі є мутації, про яких ви не знали просто тому, що це звичайна риса сучасної людини, або тому, що не бачили в цьому придбану особливість

Хоча в деякому сенсі це відноситься до всього у нас. Прослідкувавши  еволюцію людини, можна побачити , що будь-яка властивість, якою ми володіємо, з'явилося завдяки мутації.  Отже, ось кілька особливостей, яких не було у наших предків.

Можливість засвоювати молоко.

Близько 10 000 років тому, коли європейці одомашнили корів, мутація в гені МСМ6 дозволила людям виробляти фермент лактаза. Це дозволило їм пити коров'яче молоко.

В інших сільськогосподарських суспільствах, наприклад в Індії, можливість засвоювати молоко розвивалася паралельно в той же час.

Ми сприймаємо як належне, що більшість людей можуть пити молоко, але це не та здатність, яка була у нас.

Даремний зуб мудрості

Зуби мудрості — жах, особливо коли для їх видалення потрібна операція. І, здебільшого, для сучасних людей вони марні.

Але потрібні вони були предків людини, які мали великі моляри для пережовування твердих рослин, що складали велику частину їх дієти. Сучасні люди їдять спеціально виведені, м'які сорти овочів, тому наші щелепи більш вузькі, і третій ряд молярів починає зникати у нашого виду за непотрібністю.

Близько 40 відсотків азіатів, 45 відсотків ескімосів, 25 відсотків європейців і 11 відсотків негрів не мають жодного третього моляра.

Тому якщо у вас їх немає, не думайте, що ви щось втратили.

З'ясувалося, що ця мутація почалася близько 350 000 років тому, що встановлено завдяки скам'янілостям з Китаю з відсутніми третіми молярами.

Руде волосся

Одна з найбільш відомих мутацій.

Тільки чотири або п'ять відсотків людей мають цю мутацію, і люди в Північній Європі мають більше шансів отримати її. Це, ймовірно, пов'язано з посиленням цього гена завдяки позитивному відбору або за відсутності негативного відбору в холодному кліматі.

Деякі стурбовані тим, що цей регресивний ген може зникнути через глобалізації, збільшення різноманітності генетичних варіацій або із-за зміни кліматичних умов.

Блакитні очі

Всього у восьми відсотків людей у світі блакитний колір очей, і з'явився він нещодавно за мірками еволюції — від 6 000 до 10 000 років тому. Раніше у всіх людей очі були карі, а перший блакитноокий людина в історії, судячи з усього, жив в Європі.

Зміна кольору очей сталося через мутації гена, який зараз називається ОСА2. Ця мутація вплинула на кількість пігменту, що виробляється організмом людини, що дозволило створювати різні відтінки коричневого, і, у підсумку, призвело до появи інших кольорів.

 

Біологічні атимутагенні механізми.

 Захист геному людини від шкідливих мутагенних впливів

Антимутагени — це хімічні чи фізичні чинники, що знижують або попереджують дію мутагенів, унаслідок чого знижується рівень мутування.

Їх поділяють за місцем та механізмом дії на групи:

1) Позаклітинні антимутагени:

■ інгібітори поглинання мутагенів — перешкоджають потраплянню мутагенів у організм або пришвидшують їх виведення (жирні кислоти, ароматичні амінокислоти та ін.);

■ інгібітори ендогенного формування мутагенів — запобігають перебігу і гальмують реакції нітрозування або змінюють кишкову мікрофлору (токофероли, феноли, аскорбінова кислота,ферментовані молочні продукти);

■ дезактиватори мутагенів — у результаті фізичних процесів або хімічних реакцій (речовини, що підтримують певний рівень рН у рідинах тіла, тіоли, антиоксиданти).

2) Внутрішньоклітинні антимутагени:

■ модулятори метаболізму — пришвидшують перехід мутагенів у клітини, які не є мішенями, активують процеси детоксикації (тіоли та феноли);

■ інактиватори реакційноздатних молекул — взаємодіють з молекулами-електрофілами, вловлюють оксигенові радикали, захищають нуклеофільні ділянки ДНК;

■ модулятори реплікації та репарації ДНК — збільшують точність реплікації, ефективність репарації, інгібують помилки репарації (кобальт хлорид, натрій арсеніт, кумарин, ванілін, тіоли, інгібітори протеаз);

Одна й та ж сполука може бути віднесена до різних груп антимутагенів.

Природні антимутагени утворюють єдину буферну систему, що стримує частоту спонтанних мутацій. Деякі ферментні системи «лагодять» пошкоджені мутагеном ділянки хромосом.

Загалом відомо понад 500 сполук, які мають антимутагенні властивості (здатність до захисту геному від дії мутагенів). Передусім це вітаміни С, Е, А та інші. Для профілактики мутагенезу призначають вітамінні комплекси різного складу. це призводить до зниження числа пошкоджених мутагеном клітин і зменшує чутливість лімфоцитів до мутагену.

Друга група речовин-антимутагенів — це окремі амінокислоти (аргінін, гістидин, метіонін, цистеїн та ін.). Третя — деякі ферменти (пероксидаза, НАДФ-оксидаза, глутатіолпроксидаза, каталаза та ін.). До четвертої групи належать деякі фармакологічні речовини (інтерферон, сульфаніламіди, гексамідин, фенотіазин та ін.).

Механізми дії цих речовин досить складні, вони запобігають окисному пошкодженню ДНК і підвищують стійкість клітин.

Генетичний моніторинг у людських спільнотах

Генетичний моніторинг — це заходи, за допомогою яких відстежують виникнення і поширення спадкових патологій. Моніторинг здійснюється через обстеження певних груп населення і виявлення нових мутацій, що були успадковані від попередніх поколінь; збирання, обробку, аналіз і збереження інформації про виникнення захворювань, які можуть бути викликані мутагенною дією середовища.

Реєструються:

• домінантні мутації, що чітко відрізняються від норми;

• хромосомні аномалії на основі цитогенетичних обстежень новонароджених;

• частоти мутацій у білках сироватки крові;

• частоти хромосомних аберацій або сестринських хроматидних обмінів у культурі лімфоцитів периферичної крові.

Звертають увагу на синдроми: Дауна, Патау, Едвардса та інші, а також на вади: аненцефалію, спинномозкову грижу, щілини губи та піднебіння тощо. Однак рецесивні мутації при цьому залишаються поза увагою.

Реєстри генетичної патології, що створюються, містять відомості про рівень уроджених аномалій та їх частоту. Головні завдання генетичного моніторингу полягають у визначенні темпу мутаційного процесу у населення; розрахунку генетичного вантажу і шкоди для здоров’я у зв’язку з цим.

Особливості генофонду людських спільнот

та чинники, які впливають на їх формування

Генофонд людини — це сукупність усіх генів у загальній популяції людини як біологічного вигляду (гени всіх живих на Землі людей).

Особливості генофонду людини:

• глибоке диференціювання або неоднорідність генотипів за збереження загальної сукупності генів;

• залежність генофонду сучасної людини від генофонду її предків;

• генетична цілісність генофонду;

• генетичний вантаж (спадкові патології).

Генофонд людства поступово змінюється в результаті природного відбору. Більш пристосовані люди (генотипи) частіше виживають і залишають потомство.

Всі чотири особливості генофонду складають основу геномного та репродуктивного здоров’я людини.

 

 

 

Закономірності розподілу алелів у популяціях

Закономірності розподілу алелів у популяції вивчають за допомогою популяційно-статистичного методу. Для популяції існують певні співвідношення частот алельних генів, які описує закон Харді-Вайнберга. Формулюється він так: припустимо, що в певній популяції частоти двох алелів А та В дорівнюють, відповідно, p та q (p + q = 1). Припустимо також, що схрещування та репродукція за даним локусом є випадковими. Тоді частоти алелів будуть залишатися постійними, а відносні частоти генотипів АА, АВ та ВВ становитимуть, відповідно, p², 2pq та q², тобто є членами розкладання біноміального виразу (p + q)². Для аутосомних генів за відсутності порушень зазначених умов ця пропорція зберігається в усіх наступних поколіннях.

Закон Харді-Вайнберга є дійсним або може порушуватися за таких умов:

1) Схрещування має бути випадковим.

2) Шлюби між близькими родичами збільшують у популяції кількість гомозигот.

3) Співвідношення Харді-Вайнберга може порушуватися нещодавніми міграціями.

4) Іноді співвідношення генних частот порушує відбір.

5) Відхилення з’являється, якщо популяція є сумішшю субпопуляцій, що лише частково схрещуються між собою, а випадкове схрещування відбувається лише всередині субпопуляцій і частоти генів різняться.

 

Сучасні завдання медичної генетики

Медична генетика — розділ загальної генетики, наука, яка вивчає спадкові хвороби людини. Близько 50 % хронічних захворювань дітей і дорослих зумовлені генетично. Саме цим пояснюється важливість знань з медичної та загальної генетики в лікуванні цих хвороб.

Предметом медичної генетики є вивчення явищ спадковості й мінливості людини на всіх рівнях організації — молекулярному, клітинному, популяційному, біохронологічному, біогеохімічному. Завданнями медичної генетики є:

1) Вивчення спадкових хвороб, закономірностей їх успадкування, особливостей патогенезу, лікування та профілактики.

2) Вивчення спадкової схильності та стійкості до спадкових хвороб.

3) Вивчення патологічної спадковості.

4) Дослідження теоретичних медико-біологічних проблем (біосинтез видоспецифічних білків, синтез імунних антитіл, генетичні механізми захворювання на рак).

5) Вивчення питань генної інженерії, яка розробляє методи лікування спадкових хвороб шляхом переносу генів нормального метаболізму у ДНК хворого.

Спадкові хвороби людини

Спадкові захворювання з’являються внаслідок порушення структури(нутації) гена,хромосом і зміни к-ті хромосом або функції генетичного апарату клітини. Їх можна розділити на 3 групи:
1) Моногенні , або молекулярні. Генетичне порушення пов’язане з мутацією в одиничному локусі хромосоми. Напр. глухота,сліпота.

2) Хромосомні. Пов’язані зі змінною структури хромосом(синдром котячого крику) і кількості хромосом – хвороба Дауна.

3) Полігенні,або мультифакторіальні. Причина їх пов’язана з мутацією 2-х генів, яка спричинює не патологію а тільки схильність до неї. Для того щоб ця схильність розвинулась в патологію,потрібна взаємодія генетичних факторів із зовнішнім середовищем.

Структурні зміни хромосом:

 — відрив частини хромосоми (делеція),

— переміщенням однієї частини хромосоми на іншу (транслокація)

 — поворот хромосоми на 180° (інверсія),

— утворення хромосоми тільки з одного плеча (короткого або довгого) — такт званої ізохромосоми. Хромосомні захворювання, як правило, не передаються нащадкам і зустрічаються в сім’ях як одиничні випадки. Вони виникають заново внаслідок мутацій в гаметах одного із здорових батьків або в зиготі на перших стадіях дроблення. Якщо мутація виникла в гаметах – це повна форма хвороби, якщо на стадії дроблення зиготи – мозаїчна форма хвороби.

Хромосомні хвороби, пов’язані із зміною числа хромосом

Основна причина виникнення хромосомних хвороб, пов’язаних із зміною числа хромосом (геномними мутаціями), – нерозходження хромосом у мейозі.

Види геномних мутацій:

 —поліплоїдія це— кратне збільшення числа хромосом в клітинах рослин або тварин.

— гаплоїдія це — протилежне поліплоїдії явище, що полягає в кратному зменшенні числа хромосом в потомства порівняно з материнською особиною.

 — анеуплоїдія це —  явище, при якому клітки організму містять число хромосом, некратне гаплоїдному (одинарному). Серед анеуплоїдов розрізняють гіперформи — організми з набором хромосом, збільшеним на одну або більш, і гіпоформи — із зменшеним на одну або більш набором хромосом.

Хромосомні аномалії зустрічаються в 1 % новонароджених. Вони є причиною 45-50 % множинних вроджених вад розвитку, близько 36 % випадків глибокої розумової відсталості, 50 % аменорей, 10 % безпліддя у чоловіків.

Розрізняють хромосомні хвороби, обумовлені:

1) зміною числа автосом 

2) зміною числа статевих хромосом.

. Генні патології (молекулярні)

До генних хвороб у людини відносяться численні хвороби обміну речовин. Вони можуть бути пов'язані з порушенням обміну вуглеводів, ліпідів, стероїдів, пуринів і піримідинів, білірубіну, металів та ін Поки ще немає єдиної класифікації спадкових хвороб обміну речовин. Науковою групою ВООЗ запропонована наступна класифікація:

1) хвороби амінокислотного обміну (фенілкетонурія, алкаптонурія та ін.);

2) спадкові порушення обміну вуглеводів (галагоземія, глікогенових хвороба тощо);

3) хвороби, пов'язані з порушенням ліпідного обміну (хвороба Німана-Піка, хвороба Гоше та ін.);

4) спадкові порушення обміну стероїдів;

5) спадкові хвороби пуринового і піримідинового обміну (подагра, синдром Леша-Найя та ін.);

6) хвороби порушення обміну сполучної тканини (хвороба Марфана, мукополісахариди та ін.);

7) спадкові порушення гема-і порфірину (гемоглобінопатії та ін..);

8) хвороби, пов'язані з порушенням обміну в еритроцитах (гемолітичні анемії та ін..);

9) спадкові порушення обміну білірубіну;

10) спадкові хвороби обміну металів (хвороба Коновалова-Вільсона та ін.);

11) спадкові синдроми порушення всмоктування в травному тракті (муковісцидоз, непереносимість лактози та ін.)

Фенілкетонурія (ФКУ) Аутосомно-рецесивний тип успадкування. ФКУ належить до спадкових порушень обміну, які широко відомі і досить детально вивчені. Фенілаланін (ФА) належить до незамінних амінокислот. Він надходить із продуктами харчування і не використовується для синтезу білка, а в нормі розпадається за тирозиновим шляхом. Метаболіти разом з надлишком фенілаланіну порушують процеси метаболізму і викликають ушкодження клітин головного мозку.

Дитина при народженні виглядає здоровою. Відставання у психічному розвитку може відбуватися поступово і стати очевидним тільки через кілька місяців. Ранній симптом захворювання – блювота. Можливі підвищена дратівливість, екзема і судоми.У старшому віці неліковані діти стають гіперактивними, здійснюють безцільні рухи, ритмічні погойдування. При об'єктивному обстеженні привертає увагу те, що дитина виглядає білявою, у неї світла шкіра і блакитні очі. У деяких хворих з'являється себорейна чи екзематозна шкірна висипка. Від них відходить незвичний запах фенілоцтової кислоти, який характеризують як запліснявілий, мишачий чи вовчий. У більшості дітей визначаються гіпертонус і підвищення глибоких сухожилкових рефлексів, тремор. Близько 1/4 дітей страждають судомами. Поведінка їх змінена: вони здаються або добродушними і привітними, або нервовими і запальними. Часто в нелікованих дітей визначають мікроцефалію, виступаючу верхню щелепу з широко розставленими зубами, гіпоплазією емалі, відставання в рості. У нелікованих випадках розвивається олігофренія різного ступеня, включно до ідіотії.

Для проведення якісних проб об'єктом дослідження є сеча дитини (тест Феллінга, або «пелюшкова проба»): на мокру пелюшку немовляти наноситься декілька крапель 10 % розчину FеСl3 і з появою зеленої плями діагностується ФКУ.

Синдром Марфана ("павукові пальці")  Аутосомно-домінантний тип успадкування. Причина хвороби - мутація в гені, відповідальному за   синтез білка сполучнотканинних волокон фібриліну. Блокування його синтезу призводить до підвищеної розтяжності сполучної тканини.

Хворих з синдромом Марфана відрізняють високий зріст, довгі павукоподібні пальці, деформація грудної клітини (воронкоподібна, килевидная, сплощена), плоскостопість. Нерідко мають місце стегнові та пахові грижі, гіпоплазія (недорозвинення) м'язів, м'язова гіпотонія, погіршення зору, зміна форми і розміру кришталика, значна міопія аж до відшарування сітківки, гетерохромія (різне фарбування ділянок райдужки); підвивих кришталика, катаракта, косоокість.

Крім перерахованого, при синдромі Марфана характерні вроджені вади серця, розширення аорти з розвитком аневризми. Нерідко відзначаються розлади органів дихання, ураження шлунково-кишкового тракту та сечовивідної системи.

Лікування в основному симптоматичне. Позитивне дію роблять масаж, лікувальна фізкультура, а в ряді випадків оперативне втручання. Велике значення має рання діагностика захворювання. Частота синдрому Марфана в популяції дорівнює 1:10.0 (1:15.000). 

Синдромом Марфана страждали президент США Авраам Лінкольн, великий італійський скрипаль і композитор Ніколо Паганіні.

Хвороба Тея-Сакса. Пов'язана з обміном ліпідів. Це захворювання з аутосомно-рецесивним типом успадкування.

Гістологічно проявляється картина генералізованого розпаду гангліозних клітин нервової системи. Хвороба починається у віці 4-6 місяців. Часто це захворювання носить сімейний характер. У хворих рано виявляється зниження зору. Дитина не може фіксувати погляд, не стежить за іграшками. Досить рано на очному дні виявляється симптом "вишневої кісточки" - вишнево-червона цятка в макулярній ділянці, оточена сірувато-білим кільцем. Згодом розвиваються атрофія зорових нервів і повна сліпота. Зникають орієнтувальні і захисні реакції. Порушення призводять до повної нерухомості. При хворобі Тея - Сакса спостерігається симптом підвищеної реакції на звукові подразники - діти різко здригаються від звичайного звуку, можуть відзначатися судоми. Смерть настає в середньому через 1-2 роки після початку захворювання.

Специфічне лікування амавротичної ідіотії не розроблено.

Фруктоземія - це спадкове захворювання, що передається за аутосомно-рецесивним типом, воно пов'язане з обміном вуглеводів. Поширеність його 1:20000 населення. Клініка фруктоземії нагадує галактоземію, але вона звичайно виникає, коли дитина починає одержувати соки, плоди й овочі або вживати цукор. Організм дитини не сприймає фрукти, у неї з'являється блювота, характерний розвиток гіпотрофії, гепатоспленомегалії, асциту. Вживання великої кількості фруктози може призвести до гострої гіпоглікемії, що супроводжується судомами, тремором і розвитком коматозного стану.

Діагностика фруктоземії полягає у виявленні фруктозурії (реакція Селіванова) при навантаженні фруктозою, гіпоглікемії, ознаках ураження печінки.

Лікування фруктоземії полягає у виключенні з раціону соків, ягід, фруктів і овочів. При своєчасному виключенні фруктози дитина розвивається нормально і прояви захворювання набувають зворотного розвитку.

 

 

Гемофілія. 17 квітня - Всесвітні день гемофілії.

Гемофілія – це спадкова патологія системи гемостазу, в основі якої лежить зниження або порушення синтезу VIII, IX або XI факторів згортання крові. Специфічним проявом гемофілії служить схильність організму дитини до різних кровотеч. Лікування гемофілії передбачає проведення замісної терапії: трансфузії гемоконцентратів з факторами згортання VIII або IX, свіжозамороженої плазми, антигемофільного глобуліну та ін.

Гени, що обумовлюють розвиток гемофілії, зчеплені зі статевою Х-хромосомою, тому захворювання успадковується за рецесивною ознакою по жіночій лінії. Спадковою гемофілію хворіють виключно особи чоловічої статі, а жінки є кондукторами (носіями) гена гемофілії, та передають захворювання своїм синам.

Тим не менше, відомі також поодинокі випадки гемофілії у дівчаток, народжених від матері-носія та хворого на гемофілію батька.

Вроджена гемофілія зустрічається майже у 70% пацієнтів. В цьому випадку успадковується форма та важкість гемофілії. Близько 30% спостережень припадає на спорадичні форми гемофілії, пов’язані з мутацією в локусі, що кодує синтез плазмових факторів згортання крові на Х-хромосомі. Надалі така спонтанна форма гемофілії стає спадковою.

Різновиди гемофілії

Залежно від дефіциту того чи іншого фактора згортання крові, розрізняють гемофілію А (класичну), В (хвороба Крістмаса), С та інші. Класична гемофілія буває в переважної більшості (близько 85%) дітей і пов’язана з дефіцитом VIII фактора згортання.

При спадковій гемофілії В, що становить 13% випадків, має місце недостаток IX фактора

Гемофілія С зустрічається з частотою 1-2% і зумовлена недостатністю XI фактора згортання крові (попередника тромбопластину). На інші різновиди гемофілії припадає менше 0,5% випадків.

Подружні пари, що знаходяться в групі ризику по народженню дитини з гемофілією, повинні пройти медико-генетичне консультування ще на етапі планування вагітності. Виявлення носіїв дефектного гена дозволяє аналізувати генеалогічні дані за допомогою молекулярно-генетичних досліджень. Можливе проведення пренатальної діагностики гемофілії за допомогою біопсії хоріона або амніоцентезу та дослідження ДНК клітинного матеріалу.

Повне позбавлення цього захворювання є неможливим, тому основу лікування становить замісна гемостатична терапія концентратами VIII і IX факторів згортання крові. Зокрема, через брак фінансування ліки закупаються на мінімальному рівні, тільки для оперативного реагування для дорослих хворих і для профілактики для новонароджених. При цьому ліки не можна купити в аптеці. Профілактичне лікування - це і є найбільш сучасний вид підтримки спочатку дітей, потім дорослих людей, щоб вони не ставали інвалідами, а вели нормальний спосіб життя. (Нині в Україні таких дітей всього 40)

Для прикладу,  в Ізраїлі хворі на гемофілію навіть служать в армії.

Профілактика передбачає проведення медико-генетичного консультування подружніх пар, що мають обтяжений сімейний анамнез по гемофілії. Діти, хворі на гемофілію, завжди повинні мати при собі спеціальний паспорт, в якому вказано тип захворювання, група крові та Rh-приналежність.

 

 

 

 

 

Хромосомні хвороби, обумовлені зміною числа аутосом  .

Синдром Дауна (трисомія 21). Клінічну картину синдрому вперше в 1866 р. описав англійський лікар Л. Даун. У 1959 р. французький учений І.Лежен виявив у каріотипі хворих зайву хромосому 21. Каріотипи хворих  –  47, ХХ, 21+ або 47, ХY, 21+. Частота  1:1100, а в деяких регіонах – 1:700-1:800 новонароджених. Ризик народження дітей з синдромом Дауна зростає з віком матері. На частоту їх народження не впливають статеві, расові, географічні і популяційні відмінності.

Клінічні діагностичні ознаки:

— низький зріст;

— різні ступені розумової відсталості;

— черепно-лицеві аномалії: косий розріз очей, коротка шия, плоске обличчя, маленький короткий ніс, великий язик, маленькі деформовані вуха;

— м’язова гіпотонія;

— розхитаність суглобів;

— поперечна складка на долонях;

— клинодактилія мізинця;

— вроджені вади внутрішніх органів (серця).

Знижений імунітет часто є причиною смерті цих дітей.

Синдром Патау (трисомія-13). Каріотип 47, ХХ,  13+ або 47, ХY, 13+. Частота 1:5000 — 1:7000 новонароджених.

Клінічні діагностичні ознаки:

— щілини верхньої губи і піднебіння,

— зменшений об’єм черепа,

— перекошений, низький лоб,

— маленькі очі,

 — відсутність одного або обох очних яблук,

— перенісся запале,

— деформовані вушні раковини, полідактилія;

— вроджені вади серця, інших внутрішніх органів.

Більшість дітей вмирає в перші тижні або місяці. Вирішальним у діагностиці є цитогенетичне дослідження.

Хромосомні хвороби, обумовлені зміною числа статевих хромосом

Синдром Шерешевського-Тернера.  Каріотип 45,Х0. У клітинах відсутні тільця статевого хроматину. Частота 1:2000-1:5000. Поряд із справжньою моносомією можуть зустрічатись делеції плеч (довгого або короткого), кільцеві хромосоми. Синдром описали російський клініцист М.А. Шерешевський  (1925) і Г.Тернер (1938).

Клінічні діагностичні ознаки:

— синдром виявляється у жінок;

— низький зріст,

— коротка шия з надлишком шкіри і крилоподібними складками (шия сфінкса),

— низька межа росту волосся на потилиці,

— грудна клітка щитоподібної форми з широко розставленими сосками, дисгенезія гонад.

Інтелектуальний розвиток хворих із синдромом Шерешевського - Тернера в більшості випадків нормальний або близький до норми. Хворим властиві деякі риси недорозвинення емоційно-вольової сфери, вони вередливі, вперті й у той же час легко піддаються впливу, часто ейфоричні.

Синдром трипло-Х (синдром «супержінки»).  Каріотип 47, ХХХ. Переважна більшість таких жінок  мають нормальний фізичний та розумовий розвиток і виявляються випадково при обстеженні. Лише в деяких з них порушена репродуктивна функція. Більшість жінок мають нормальну плодючість, хоча зростає ризик мимовільних викиднів і хромосомних аберацій у нащадків. У клітинах – по два тільця статевого хроматину. При збільшенні числа Х-хромосом наростає ступінь відхилення від норми. У жінок з тетра- і пентасомією описані розумова відсталість, черепно-лицеві дизморфії, аномалії зубів, скелета і статевих органів. Однак жінки навіть з тетрасомією по Х- хромосомі мають нащадків.

Синдром Клайнфельтера. Каріотип 47, ХХY. Частота 1:400. Синдром виявляється лише в осіб чоловічої статі переважно при статевому дозріванні.

Клінічні діагностичні ознаки:

— високий зріст,

— довгі кінцівки,

— збільшення молочних залоз,

— відсутність сперматогенезу,

— недорозвинення статевих залоз.

Інколи хворі з синдромом Клайнфельтера мають 48 і 49 хромосом (48, ХХXY; 49, ХХХХY). Чим більше Х-хромосом у каріотипі, тим вища ймовірність розвитку розумової відсталості.

Синдром дисомії за Y-хромосомою (синдром «суперчоловіка»). Каріотип 47, ХYY. Частота 1:1000. Синдром виявляється в осіб чоловічої статі. За своїм розумовим і фізичним розвитком такі чоловіки не відрізняються від нормальних осіб. Помітних відхилень у статевому і гормональному статусі не виявлено. Проте деякі клініцисти вказували на підвищений ступінь агресивності в окремих з них.  Чоловіки, у каріотипах яких присутні зайві Y-хромосоми, також рідко звертаються до фахівців і навіть не знають про свою особливість. Однак з’ясувалася цікава закономірність: кількість носіїв зайвої Y-хромосоми серед ув’язнених істотно перевищує кількість таких людей у середньому по людській популяції. Виявилося, що наявність у каріотипі зайвої Y-хромосоми провокує в чоловіка агресивність. Зовні такі хворі — високі чоловіки з надто довгими руками і лютим виразом обличчя.

За високий зріст та асоціальну поведінку носіїв зайвої Y-хромосоми у середовищі генетиків іноді називають «баскетбольною командою в’язниць».    

Хромосомні хвороби, зумовлені порушенням структури хромосом.        

Синдром «Котячого крику» — клінічні прояви  даного синдрому полягає в порушенні будови гортані,  нявкаючий тембр голосу, розумова відсталість. Викликане делецією (відрив хромосоми) 5р.

Найбільш характернина ознака – «крик кішки» – обумовлена змінами гортані (звуження, м’якість хрящів, зменшеня надгортанника, незвична складчастість слизової оболонки). Практично у всіх хворих є зміни мозкового черепа та обличчя: місяцеподібне обличчя, мікроцефалія, антимонголоїдний розріз очей, високе піднебіння, плоска спинка носа. Вушні раковини розмішені низько та деформовані. Крім того, зустрічаються вроджені вади серця та інших внутрішніх органів, опорно-рухового апарату (синдактилія стоп, косолапість). Харакрерна  м’язева гіпотонія. 

Більшість хворих помирає в перші роки, тільки 10 % досягають 10 річного віку. У всіх випадках хворим та їхнім батькам показане цитогенетичне обстеження. Хворіти можуть люди чоловічої і жіночої статі.

 

 

Методи діагностики спадкових хвороб людини

Найбільш поширеними методами діагностики спадкових хвороб на сьогодні є:

1) Генеалогічний метод — його суть полягає у складанні генетичних карт, які дозволяють з’ясувати, чи є захворювання спадковим, як саме воно успадковується і яка ймовірність виявлення його у пацієнта. Також метод застосовується для прогнозування народження дітей з різними захворюваннями. Один з найстаріших методів таких досліджень.

Основний інструмент дослідження — детальне опитування пацієнта та отримання максимально повної інформації про його рідних. якщо дослідження проводиться з метою планування вагітності, лікар указує ймовірність народження у конкретної пари дітей з тими чи іншими генетичними порушеннями. Під час обстеження також може бути виявлено коло людей, у яких висока ймовірність прояву спадкових захворювань. Цим людям треба пройти більш точну лабораторну діагностику. цей метод передбачає велику аналітичну роботу на основі отриманих даних і є ланкою, що поєднує теоретичну генетику і практичну медицину.

2) Молекулярно-генетичні методи — різноманітні методи дослідження ДНК. Найпоширеніші з них:

■ FISH (флуоресцентна гібридизація in situ) — виявлення генетичних мутацій за допомогою спеціально помічених фрагментів ДНК-зондів;

■ ПЛР (полімеразна ланцюгова реакція) — дуже точний метод, дозволяє виявити інфекцію в організмі, навіть якщо її присутність ледь помітна;

■ CGH (порівняльна геномна гібридизація) — застосовується в онкологічній генетиці;

■ SKY (спектроскопічний аналіз хромосом) — за цього методу застосовуються спеціальні барвники, що реагують на конкретні ділянки ДНК).

За пренатальної діагностики ці методи допомагають виявити захворювання дитини ще до її народження. За екстракорпорального запліднення (ЕКЗ) виявити можливі генетичні розлади можна ще до імплантації зародка у матку. Також проводиться аналіз на спадкові захворювання у новонароджених.

3) Біохімічні методи — допомагають виявити спадкові хвороби обміну речовин: фенілкетонурію, хвороби пуринового обміну, глікогенову хворобу та ін. За цих захворювань в організмі накопичуються продукти порушеного метаболізму, саме їх допомагає виявити дослідження.

4) Цитогенетичний метод — дослідження клітин і виявлення аномалій хромосом під мікроскопом. як і генеалогічний, один з найстаріших методів.

Таке дослідження проходять майбутні матері у віці старше 35 років, носії сімейних захворювань, якщо у плоду є підозра на відхилення. Для дослідження беруть спеціально підготовану кров, клітини якої штучно введені у стан поділу (за якого зручніше досліджувати хромосоми).

5) Дерматогліфіка — дослідження візерунків на шкірі пальців, долонь та стоп. Деякі зміни в них, порівняно з нормою, можуть свідчити про генетичні захворювання. Наприклад, за положенням гребенів та борозен на шкірі можна припустити такі патології: синдром Клайнфельтера, синдром котячого лементу та інші.

6) Метод виявлення носія гетерозиготи. Низка спадкових хвороб визначаються ушкодженням лише одного гена (це так звані моногенні захворювання). До них належать деякі ендокринні захворювання, імунні розлади, хвороби ЦНС та ін. Оскільки дитина отримує гени від двох батьків, може скластися ситуація, коли батько та мати здорові, а дитина — хвора, тому що обидва батьки передали сину або доньці мутовані гени.

7) Генетичне прогнозування. До 90 % усіх хвороб людини є багатофакторними. Це означає, що генетичні особливості визначають схильність людини до патології, а за дії певних факторів середовища захворювання може або виникнути, або ні.

Припустити, якою є ймовірність захворювання, можна під час консультування за результатами генетичних аналізів. Так, можна вивчити генетичне здоров’я подружжя, встановити ймовірність розвитку раку в разі тютюнопаління, визначити, наскільки високою є необхідність захищати шкіру від УФ-опромінення.

8) Пренатальне діагностування спадкових захворювань.

 Це сукупність методів, за яких дослідження проводять під час вагітності для того, щоб виявити вроджені порушення. Раннє виявлення таких захворювань дозволяє швидко почати необхідне лікування. Методи допологової діагностики є різноманітними: УЗД плоду, генетичний аналіз амніотичної рідини або пуповинної крові, дослідження сироватки крові матері, біопсія ворсинок хоріону та інші.

2. Профілактика спадкових хвороб людини

До профілактичних заходів спадкових хвороб людини належать:

■ медико-генетичні консультації;

■ пренатальна діагностика;

■ диспансеризація.

1) Первинна профілактика — дії, що мають запобігти зачаттю хворої дитини. це планування народження дитини і поліпшення середовища життя людини.

Планування народження дитини складається з пунктів:

■ оптимальний репродуктивний вік, котрий для жінок складає 21-35 років (більш ранні чи пізні вагітності збільшують ймовірність народження дитини з уродженими вадами та хромосомними хворобами);

■ відмова від народження дитини у випадках високого ризику спадкової та вродженої патології (за відсутності надійних методів допологової діагностики та лікування);

■ відмова від народження дитини у шлюбах з кровними родичами та між двома гетерозиготними носіями патологічного гена.

Поліпшення середовища життя людини має бути направлене на запобігання новим мутаціям шляхом контролю вмісту мутагенів та тератогенів у навколишньому середовищі. це дуже важливе для профілактики всієї групи соматичних генетичних хвороб (уроджені вади розвитку, злоякісні новоутворення, імунодефіцитні стани тощо).

2) Вторинна профілактика — переривання вагітності за високої ймовірності захворювання плода або за хвороби, що діагностували під час вагітності. це не найкращий, але єдиний надійний метод для вторинної профілактики більшості тяжких та смертельних генетичних дефектів.

3) Третинна профілактика — корекція прояву патологічних генотипів. Третинна профілактика проводиться як за спадкових хвороб, так і за хвороб зі спадковою схильністю. З її допомогою можна досягти зменшення прояву патології або повного відновлення норми. Третинна профілактика можлива за таких хвороб: галактоземія, фенілкетонурія, гіпотиреоз та ін.

Медико-генетичне консультування та його організація

Медико-генетичне консультування — спеціальний вид медичної допомоги населенню, який направлений на профілактику спадкових хвороб. Медико-генетичні консультації допомагають людям у прогнозуванні шлюбу, потомства, консультують вагітних жінок, допомагають у вирішенні питань спадковості, усиновлення дитини, проводять точну діагностику спадкових захворювань.

Під час консультування визначається прогноз народження дитини зі спадковою патологією, пояснюється ймовірність цієї події і надається допомога родині в прийнятті рішення про народження.

Складається з трьох етапів:

1) Уточнення діагнозу із застосуванням спеціальних методів: генеалогічне обстеження й складання родоводу, біохіміко-генетичні методи, які дозволяють виявити генетично обумовлені зміни обміну речовин, діагностика гетерозиготного носійства рецесивних алелів, пренатальна діагностика (УЗД, біохімічний скринінг маркерних білків у сироватці вагітної жінки, амніоцентез — аналіз навколоплідної рідини для визначення каріотипу плоду).

2) Складання прогнозу для дитини, який базується на даних про тип та варіант успадкування патологічного стану, результату пренатальної діагностики.

3) Формулювання висновку та пояснення генетичного ризику в доступній формі.

В ідеальному варіанті медико-генетичне консультування могли б пройти всі сім’ї, які планують мати дитину.

Можливі рекомендації медико-генетичних консультацій:

1) Уникати родинних шлюбів.

2) Виключення народження дитини у носіїв генетичних порушень, відмова від народження дитини.

3) Штучне запліднення.

4) Усиновлення дітей.

5) Узяти до уваги ризик спадкової патології в сім’ї.

Медико-генетичне консультування, принципи, загальні положення

  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.

  На сучасному етапі термін «МГК» визначає два поняття: 1) консультація лікаря-генетика як лікарський висновок і 2) структурний підрозділ у закладі охорони здоров'я.

  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)  вплив тератогенів або підозрілих на тератогенність факторів у перші три місяці вагітності;

7) 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.

Скринінг-програми для новонароджених

Масове дослідження немовлят на спадкові хвороби обміну (СХО), поряд із пренатальною діагностикою і медико-генетичним консультуванням, є основою профілактики спадкових хвороб у популяціях. За визначенням ВООЗ - "скринінг" (просіювання) означає можливе виявлення не діагностованої раніше хвороби за допомогою тестів, обстежень чи інших процедур, що дають швидку відповідь. Основна мета первинної діагностики СХО полягає в тому, щоб виявити здорових і відібрати осіб для наступного уточнення діагнозу. Програми первинної біохімічної діагностики спадкових хвороб можуть бути масовими і селективними. Масове дослідження належить до числа принципових нововведень практики світової охорони здоров'я XX століття і характеризується наступним:

1. Бездобірний підхід до обстеження.

2. Профілактичний характер обстеження.

3. Масовий характер обстеження.

4. Двоетапний характер обстеження: скринінг не дає можливості встановити остаточний діагноз, а лише виявляє можливих хворих, які повинні бути обстежені повторно і у яких слід підтвердити діагноз.

Таким чином, скринінг - це обстеження контингентів з метою поділу їх на групи з високою і низькою вірогідністю захворювання.

Спадкові хвороби обміну речовин, які включаються в скринінгові програми, відбираються за наступними критеріями:

1. Захворювання, що призводять до вираженого зниження праце і життєздатності без своєчасного виявлення і лікування.

2. Захворювання, досить поширені в популяції (частота не менше 1:50000-200000 немовлят).

3. Захворювання, що піддаються лікуванню з досягненням принципового успіху для хворого і для яких розроблені ефективні методи профілактики.

4. Захворювання, для яких розроблений адекватний просіюючий тест.

Цим критеріям в європейських популяціях точно відповідають фенілкетонурія, гіпотиреоз, менш точно - адреногенітальний синдром (природжена адренальна гіперплазія) і галактоземія.

Масовий скринінг передбачає обстеження всіх немовлят за допомогою простих діагностичних тестів. Селективний скринінг проводиться, як правило, серед спеціальних контингентів розумово відсталих, дітей з порушенням зору, слуху, мови, опорно-рухового апарату, а також із групи ризику за СХО, виявленої при масовому скринінгу. Селективні діагностичні програми передбачають перевірку біохімічних аномалій обміну (сеча, кров) у пацієнтів, у яких підозрюються генні спадкові хвороби. У селективних програмах можуть використовуватися прості якісні реакції (наприклад, тест із хлоридом заліза для виявлення фенілкетонурії чи динітрофеніл-гідразином для виявлення кетокислот) або більш точні методи, що дозволяють виявити великі групи відхилень. Наприклад, за допомогою тонкошарової хроматографії сечі і крові можна діагностувати спадкові порушення обміну амінокислот, олігосахаридів і глікозаміногліканів (мукополісахаридів). Газова хроматографія застосовується для виявлення спадкових хвороб обміну органічних кислот. За допомогою електрофорезу гемоглобінів діагностується вся група гемоглобінопатій.

Для поглибленого біохімічного аналізу - від кількісного визначення метаболіту до встановлення активності ферменту (використання нативних тканин, або культивованих клітин), наприклад, за допомогою флуорометричних методик.

Показаннями для застосування біохімічних методів діагностики в немовлят є такі симптоми, як судоми, кома, блювота, гіпотонія, жовтяниця, специфічний запах сечі і поту, ацидоз, порушена кислотно-лужна рівновага, припинення росту. У дітей біохімічні методи використовуються у всіх випадках підозри на спадкові хвороби обміну речовин (затримка фізичного і розумового розвитку, втрата надбаних функцій, специфічна для спадкової хвороби клінічна картина).

Біохімічні методи застосовуються для діагностики спадкових хвороб і гетерозиготних станів у дорослих (гепатолентикулярна дегенерація, недостатність альфа-1-антитрипсину, недостатність Г-6-ФД та ін.).

15 цікавих фактів про генетику і її досягнення

1. Якщо вам пощастить побачити метелика з абсолютно різними малюнками на крилах, знайте – це гермафродит. Через генетичного збою така метелик має і жіночі, і чоловічі ознаки.

2. У 1993 році в Сполучених Штатах народилася дівчинка. Дитина народилася здоровою, проте розвивався дуже повільно. Численні аналізи показали, що в організмі дівчинки вкорочені кінцеві ділянки хромосом, що заважає їм з’єднуватися один з одним. Дівчинка дожила до 20 років. Максимальний її вага становила 7,2 кг, вік станом зубів оцінювали у 8 років, а по психічному розвитку в 11 місяців.

3. На Тайвані в 2006 році вивели поросят, тіло яких світилося в темряві. Вченим вдалося ввести в ДНК свиноматки ембріон білка, отриманий від світяться медуз. Поросята виглядали зеленими навіть при денному світлі, а в темряві можна було розгледіти їх внутрішні органи.

4. Тибетці спокійно живуть на такій висоті, на якій нетреновані люди з рівнини можуть вижити тільки в кисневих масках. У ДНК горян є аллель гена, що збільшує вміст гемоглобіну в крові, тому вони отримують достатню кількість кисню навіть з розрідженого повітря.

5. Король Карл II, останній Габсбург на іспанському троні, був нащадком багатьох близькоспоріднених шлюбів. У нього було не по 4 прабабусі і прадідусі, а всього по два. Через хворобливості Карл отримав прізвисько «Зачарований». Він прожив усього 39 років, більшу частину з яких хворів.

6. Всі знають, що близькоспоріднені зв’язку – це недобре. Але от якщо в зв’язок вступлять дві людини, які народилися від кровозмішення, їх дитина буде здоровіше, ніж батьки. Ефект називається «гетерозис» – гібрид сили.

7. Корисні близькоспоріднені зв’язку і коровам породи Бельгійська блакитна. Ця порода корів, що дають багато пісного м’яса, була отримана випадково – в організмі однієї з корів мутував ген, відповідальний за вироблення білка, що блокує збільшення м’язової маси. Вивели цю породу без всякої генетики, а про мутації гена дізналися багато пізніше. Емпіричним шляхом з’ясували, що корів потрібно парувати тільки з найближчими родичами.

8. До концертної команду Мадонни входить спеціальна група людей, єдиним завданням яких є знищення всього, що може містити ДНК співачки. Ця група ретельно прибирає готельні номери, гримерки, салони автомобілів та інші приміщення, в яких Мадонна перебувала хоча б короткий час.

9. Через генетичних відмінностей жителі Східної Азії значно менше страждають від неприємного запаху поту. Справа навіть не в різних генах, а в різних версіях одного гена. В «європейській» версії цей ген відповідає за виведення з потом білків. Бактерії розкладають ці білки, і з’являється неприємний запах. У азіатів білки з потім не виводяться, і проблем з запахом майже немає.

10. Всі, хто мешкав на Землі гепарди можуть бути нащадками всього однієї пари, дивом пережила Льодовиковий період. ДНК всіх гепардів практично ідентичні, тоді як у найбільш поширених видів збіг рідко перевищує 80%. Саме тому гепарди, незважаючи на всі зусилля людей, вимирають.

11. Химера в генетиці – це організм, в якому присутні генетично різні клітини. Типовий приклад – злиття двох зародків в один. Це може привести до досить рідкісним захворюванням, проте найчастіше хімерізм можна виявити лише при глибокому аналізі крові. Зокрема, американка Лідія Фейрчайлд була дуже здивована, дізнавшись, що згідно з тестом ДНК вона не є матір’ю двох вже наявних дітей і виношуваної третього. Фейрчайлд виявилася химерою.

12. Приблизно 8% людської ДНК становлять залишки вірусів, колись отриманих нашими далекими предками. Один з таких залишків знайдений в ДНК майже всіх ссавців, його вік оцінюється в 100 мільйонів років.

13. Чи існує ген, видалення якого теоретично може зробити людину розумнішою. Він був спочатку виявлений у мишей, потомство яких після видалення цього гена ставало набагато тямущі. Пізніше ген виявили і в ДНК людини. Поки що наукова цікавість пасує перед страхом випустити джина з пляшки – невідомо, до яких побічних наслідків може призвести така модифікація людини.

14. Кілька років тому громадянка Швейцарії не змогла в’їхати в США – у неї не змогли взяти відбитки пальців через повну відсутність папілярних ліній. Дактилоскопія виявилася безсилою перед адерматогліфіей – відсутністю відбитків пальців в результаті мутації відповідає за них гена.

15. Генетичні дослідження показали, що головні воші мутували в платтяних вошей приблизно 170 000 років тому. Це дозволило зробити висновок про те, коли люди почали регулярно носити одяг.

 

Методика розв’язування генетичних задач

Позначення і символи генетики

1.А, В, Е, … - домінантні гени

2.а, в, е, … - рецесивні гени

3.Р – батьківські організми, взяті для схрещування (від лат. «Parentes»)

4.   х – схрещування організмів

5. ♂ - особа чоловічої статі (алхімічний знак Марса – щит та спис)

6. ♀ - особа жіночої статі (алхімічний знак Венери – люстерко з ручкою)

7. F – гібридні покоління

8.  Р (F₁) – батьки, які взяті з числа нащадків першого покоління

Головні вимоги до розв’язання генетичних задач

1.Розв’язувати усвідомлено.

2.Керуватися теоретичними знаннями.

3.Дії записувати послідовно та охайно.

4.Сорти гамет в особин, що схрещуються, визначити на основі механізму мейозу.

5. Відповіді записувати після розв’язку.

6.Керуватися теоретичними знаннями.

Основні принципи розв’язання задач

1.Спадкову інформацію нащадкам передають обидва батьківські організми, внесок кожного однаковий.

2.Кожна особина має два гени, які займають гомологічні ділянки гомологічних хромосом.

3.Гамети містять лише один ген з кожної такої пари.

4.Гени, які знаходяться в різних хромосомах, розходяться в гамети та успадковуються незалежно один від одного.

5.Гени, які знаходяться в одній хромосомі, мають тенденцію успадковуватися сумісно.

6.Жіночі та чоловічі гамети об’єднуються в чисто випадкових комбінаціях, між ними немає ні «притягування», ні «відштовхування».

7.Гени не змінюються, сумісно існуючи в гетерозиготній особині цілепокоління

 

Правила, що допомагають розв'язувати генетичні задачі

1.Якщо після схрещування двох фенотипових особин в їх потомстві спостерігається розщеплення ознак, то ці особини гетерозиготні.

2.Якщо в результаті схрещування особин, що відрізняються фенотипово заоднією з ознак, отримали потомство, в якого спостерігається розщеплення за цією ж парою ознак, то одна з батьківських особин була гетерозиготною, а друга гомозиготною за рецесивною ознакою.

3.Якщо після схрещування фенотипово однакових (за однією парою ознак) особин у першому поколінні гібридів відбувається розщеплення ознак на трифенотипові групи у співвідношенні 1: 2: 1, то це свідчить про неповне домінування й те, що батьківські особини гетерозиготні.

4.Якщо внаслідок схрещування двох фенотипно однакових особин впотомстві відбувається розщеплення ознак у співвідношенні 9: 3: 3: 1, то вони були дигетерозиготними.

5.Якщо внаслідок схрещування двох фенотипно однакових особин унащадків відбувається розщеплення ознак у співвідношеннях 9: 3: 4;   9 : 6 : 1;   9 :7;   12 : 3 : 1;   13 : З або 15 : 1, то це свідчить про взаємодію генів, причому розщеплення у співвідношеннях 9 : 3 : 4;  9 : 6 : 1 та  9: 7 є ознакою комплементарної взаємодії генів, а в співвідношеннях 12 : 3 : 1; 13: 3 та 15:1 — їхньої епістатичної взаємодії.

Етапи  розв'язання задачі

1.Аналіз задачі

             Це -  процес прочитання й осмислення, під час якого слід визначити: до якого розділу чи теми належить задача, про що йдеться в її умові, чи достатньо даних для знаходження невідомої величини, у чому полягає суть запитання?

             З метою глибшого осмислення задачі можна переформулювати її умову або встановити зв'язок між даною задачею та вже розв'язаними (аналогічними) із цього ж розділу чи теми.

2.Скорочений запис умови

            Запис того, що дано і що необхідно знайти (за допомогою встановленихумовних позначень). Невідомі величини позначають через хабо фенотипні радикали. Схематичний запис умови задачі полегшує пошук зв'язків міжвідомими й невідомими величинами.

3.Пошук способу розв'язання задачі

   Як правило, будь-яку задачу можна розв'язати кількома способами. Особливо це стосується біологічних задач, під час розв'язування яких необхідно враховувати різноманітні фактори: генотип, фенотип, умови середовища,структуру популяцій тощо. Якщо зміст задачі пов'язаний з певними формулами,законами, гіпотезами, теоріями, уважно проаналізуйте висновки, що з нихвипливають, оскільи не завжди математично правильний результат буде правильним з точки зору біології.

4.Розв'язування задачі

            Поетапне розв'язування задачі, стисле формулювання ключових запитань кожного етапу. Якщо на якомусь з етапів виникли труднощі, перевірте, чи всю інформацію з умови задачі використано. Ретельно перевіряйте також результати розрахунків: помилка на проміжному етапі призведе до неправильної кінцевоївідповіді. За необхідності оберіть інший спосіб розв'язування.

5.Завершальний етап          Перевірка правильності розв'язання в цілому, формулювання і запис остаточної відповіді

Алгоритм розв’язування генетичних задач

1. Визначте за умовами задачі (або малюнком) домінантну і рецесивну ознаки.

2. Введіть буквені позначення домінантної та рецесивної  ознак.

3. Запишіть генотипи особин із рецесивною ознакою або особин із відомим за умовою задачі генотипом.

4. Запишіть, які гамети утворюють батьківські форми.

5. Складіть схему схрещування. Запишіть генотипи гібридів та  їхні гамети в решітку Пеннета по горизонталі й вертикалі.

6. Запишіть генотипи нащадків у клітинах перетину.

7. Визначте співвідношення фенотипів у поколіннях.

 Задача 1. У людини ген карого ока домінує над блакитним. Кароока жінка вийшла заміж за блакитноокого чоловіка. Який колір очей можливий у їхніх дітей?

Дано:                                                                              Розв'язок.
А - карий                                                                    Р ♀ АА x ♂ аа
а - блакитний                                                            G      А           а
♀ АА                                                                         F₁           Аа - кароокі
♂ аа
F₁  -?
  Задача 2. Гетерозиготна жінка вийшла заміж за гетерозиготного кароокого чоловіка. Який колір очей можливий у їхніх дітей?
Дано:                                                                              Розв'язок.
А - карий                                                                    Р ♀ Аа x ♂ Аа
а - блакитний                                                            G      А           А
♀ Аа                                                                                    а         а

♂ Аа                                                                          F₂   АА; Аа; Аа; аа
F₂  -?                                                                                    к.     к.    к.    б.
Відповідь: за генотипом розщеплення 1:2:1, а за фенотипом 3:1.

Задача 3. Який колір квітів буде у гібридів першого покоління білих та рожевих троянд по генотипу та по фенотипу, якщо білий колір - рецесивна ознака? (Схрещували гомозиготні особини).
Дано:                                                                               Розв’язок. 

А – рожевий колір;                                                    Р ♀ аа х ♂ АА

а – білий колір;                                                          G:     а          А

♂ АА                                                                          F₁            Аа

♀ аа

F ₁ - ?

Відповідь: колір квітів буде рожевим.

Задача 4. Якого кольору будуть троянди, одержані при схрещуванні двох гетерозиготних рослин рожевого кольору?

       Розв’язок.

Р (F₁)♀ Аа х ♂ Аа

G:          А          А

              а            а

F₂ АА (червоні); Аа (рожеві); Аа; аа (білі)

Відповідь: По закону розщеплення ознак, відбудеться розщеплення ознак: по генотипу у відношенні 1:2:1, по фенотипу 3:1.

Задача 5. Схрещено ромашку білу махрову з жовтою звичайною. При цьому в першому поколінні всі особини були  з білими звичайними квітами. Записати генетичну схему схрещування для Р, F₁,F₂.

 

Дано:

А-біла

а-жовта

В-звичайна

в-махрова

♀ ААвв

♂ ааВВ

F₁, F₂ - ?

Розв’язок.

Р ♀ ААвв х ♂ ааВВ

G     Ав              аВ

F₁         АаВв

Р(F₁) АаВв х АаВв

  

F2	Ав                  АВ                    аВ                    ав
Ав АВ аВ ав	ААвв б.м.      ААВв б.з.         ААВв б.з.        Аавв б.м. ААВв б.з.     ААВВ б.з.        АаВВ б.з.         АаВв б.з. АаВв б.з.      АаВВ б.з.          ааВВ ж.з.        ааВв ж.з. Аавв б.м.      АаВв б.з.           ааВв ж.з.         аавв ж.м.

 

Відповідь. Розщеплення за фенотипом 9:3:3:1.

Приклади розв’язку задач на успадкування ознак, зчеплених зі статтю

Задача 1.Які будуть кошенята від рудого кота та темної гетерозиготної кішки ?
        Дано:

В- темний колір шерсті

b –рудий колір шерсті

♂ Х^b Y

♀ X^BX^b

F₁ - ?

Розв’язок.

Р ♂ Х^b Y x ♀ X^BX^b

 

F1	Хb                                   Y
XB Xb	XBХb  темна кішка        XBY темний кіт XbХb  руда кішка                  Xb Y  рудий кіт

 

Задача 2. Чоловік, хворий на гемофілію, одружується зі здоровою жінкою, батько якої потерпав від гемофілії. Визначте ймовірність народження в цій родині здорових дітей.

 

          Дано:

H – нормальне зсідання крові

h – гемофілія

♀ Х^HХ^h

♂ X^hY

F₁ - ?

Розв’язок.

Р ♂ Х^h Y  x  ♀ X^HX^h

 

P	ХH	Хh
Хh	XHXh  носій	XhXh гемофілік
Y	ХH Y здоровий	Хh Y гемофілік

 

Відповідь. 50 % того, що у цієї сімейної пари будуть діти страждати на гемофілію.

Приклади розв’язку задач на групи крові.

Позначення основних круп крові за системою АВО.

І група крові - І^ОІ^О;

ІІ група крові - І^АІ^А; І^АІ^О;

ІІ група крові - І^ВІ^В; І^ВІ^О;

ІV група крові - І^АІ^В.