Урок "Спадкові захворювання людини. Генетичне консультування. Сучасні методи молекулярної генетики"

Біологія, 9кл.     Урок №41     Дата _________

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

Мета: ознайомити учнів з методами вивчення спадковості людини, розкрити значення генетики для медицини й людства в цілому; формувати уявлення про спадкові захворювання людини; розвивати вміння аналізувати і робити висновки, розв’язувати типові задачі з генетики; виховувати розуміння важливості генетичних досліджень для практичної діяльності людства.

Обладнання: роздатковий матеріал, підручник.

Тип уроку: комбінований.

Форма проведення: ділова гра "У генетичній консультації"

Хід уроку

І. Організаційний момент.

Привітання вчителя "Ланцюжок побажань"

Діти, давайте сьогоднішню зустріч розпочнемо з побажань.

- Доброго ранку, я дуже рада вас всіх бачити!

- Вітаю тебе, Ліно, я хочу щоб день у тебе був щасливим!

ІІ. Актуалізація опорних знань.

Складання асоціативного кросворду

       М Е Л Л Е Р

     М У Т А Г Е Н И

   С О М А Т И Ч Н І

        Л Е Т А Л Ь Н І

      Р Е К О М Б І Н А Ц І Ї

   Г Е Н Е Р А Т И В Н І

     П О Л І П Л О Ї Д І Я

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності.

Мутаційна мінливість є явищем, спільним для організмів різного рівня організації. На сьогоднішній день відомі мутації у всіх класів тварин, рослин і вірусів. Існує багато мутацій і в людини.

Згідно із законом М. І. Вавилова, у тварин мають траплятися фенотипи, що аналогічні спадковим хворобам людини. Дійсно, багато патологічних станів, що виявлені у тварин, можуть бути моделями спадкових хвороб людини. Так, у собак спостерігається гемофілія, яка зчеплена зі статтю. Альбінізм виявили у багатьох видів гризунів, кішок, собак, птахів і плазунів. Для вивчення м’язової дистрофії використовують мишей, велику рогату худобу, коней; епілепсії – кролів, пацюків, мишей; аномалій у будові ока – гризунів, собак, свиней та інших тварин. Спадкова глухота існує у гвінейських свинок, мишей і собак. Вади будови обличчя людини, що є гомологами заячої губи (розщілини верхньої губи) та вовчої пащі (розщілини верхньої щелепи і твердого піднебіння), спостерігаються у лицьовому відділі черепа мишей, собак, свиней. На спадкові хвороби обміну речовин в організмі, наприклад ожиріння й цукровий діабет, хворіють також миші.

ІV. Вивчення нового матеріалу.

Тому,  я запрошую вас відвідати тимчасову генетичну консультацію. В консультації працюють певні кабінети і лабораторії, де ви зможете дістати відповіді на всі питання, які вас цікавлять, ознайомитися з методами вивчення спадковості людини, розкрити значення генетики для медицини й людства в цілому; формувати уявлення про спадкові захворювання людини; розвивати вміння аналізувати і робити висновки, розв’язувати типові задачі з генетики. А щоб ви не забули день відкриття консультації, запишіть число її відкриття, план за яким працює консультація та розміщення кабінетів.

• Спадкові захворювання людини. Генетичне консультування. Сучасні методи молекулярної генетики

План

1. Кабінет генетики статі.

2. Медична консультація.

3. Кабінет етіології.

Запрошую вас  до кабінету "ГЕНЕТИКИ СТАТІ"

НАУКОВИЙ ПРАЦІВНИК. Генетика – наука  про спадковість і мінливість. Елементарною одиницею спадковості є ген. Прояв певної ознаки організмом контролюється генами. У 46 хромосомах людини розташовується понад  50 тис. генів. Колір наших очей, волосся, форми носа, вух, розмір пальців, стопи, здатність бачити, чути – вони діють на кожній стадії розвитку людини протягом усього життя.. Ген розташовується вздовж хромосоми подібно до намистинки на нитці.

• Як же визначити стать у людини ?

У людини стать визначається типом поєднання статевих хромосом під час запліднення яйцеклітини. Ви вже знаєте, що хромосоми в клітинах складають парні диплоїдні набори( 2n ). Серед них розрізняють: парні нестатеві хромосоми (аутосоми ) і одну пару статевих хромосом. Клітини жінки містять дві однакові статеві хромосоми, які позначаються – ХХ.  У чоловіків вони представлені двома непарними хромосомами Х і У.

Отже, набори хромосом жінки і чоловіка відрізняються лише однією хромосомою: хромосомний набір жінки містить 44 аутосоми  +  ХХ, чоловіка – 44 аутосоми + ХУ. Під час поділу й дозрівання статевих клітин у людини утворюються гамети з гаплоїдним числом хромосом: яйцеклітини, як правило містять 22 + Х хромосоми. У чоловіка сперматозоони містять  22 + У хромосоми. Якщо при заплідненні до яйцеклітини потрапляє сперматозоон з  Х хромосомою, утворюється зародок жіночої статі, а з  У хромосомою, утворюється зародок чоловічої статі.

Отже, визначення статі у людини залежить від наявності Х- або  У- хромосоми  в чоловічій статевій клітині – сперматозооні, що запліднює яйцеклітину.

• Чоловік-дальтонік одружується із нормальною жінкою, батько якої був дальтоніком. Який зір матимуть їх діти ? Відомо, що дальтонізм  у людини успадковується у зчепленому з Х – хромосомою  стані і викликається рецесивним геном.

Запрошую вас  до "МЕДИЧНОЇ  КОНСУЛЬТАЦІЇ"

МЕДИК-КОНСУЛЬТАНТ. Знання генетики людиною дає змогу прогнозувати ймовірність народження дітей зі спадковими хворобами за випадку, коли подружжя здорове, але захворювання мали місце у предків цього подружжя. Спеціалізований вид медичної допомоги населенню, спрямований на профілактику спадкових хвороб, називають медико-генетичним консультуванням. Його суть полягає у визначенні прогнозу народження дитини зі спадковою патологією, поясненні ймовірності цієї події та допомозі родині, що консультується, в ухваленні рішення про народження дитини.

Вдаватися до медико-генетичного консультування бажано всім подружнім парам, що планують народження дитини, але в більшості країн сім'ї звертаються до лікаря-генетика тільки за наявності очевидних чинників ризику – особливостей родоводу, поганого стану власного здоров'я.

Ризик народження дитини зі спадковою хворобою або вродженою вадою розвитку є в будь-якого подружжя за кожної вагітності. Його формують багато чинників:

•              спадковий вантаж, отриманий від багатьох поколінь предків;
•              нові мутації, що відбуваються в ДНК за утворення яйцеклітин і сперматозоонів;
•              несприятливі фізичні, хімічні та інші впливи зовнішнього середовища на організм протягом ембріонального розвитку;
•              несприятливі впливи на ембріон із боку материнського організму (інфекційні, ендокринні та інші хвороби матері).

Один або кілька вказаних чинників ризику можуть стосуватися кожної сімейної пари. Тому потрібно кількісно оцінити цей ризик для потомства конкретної родини. У більшості випадків ризик народження дитини зі спадковою хворобою низький і не перевищує 5%, але переконатися в цьому дає змогу тільки медико-генетичне консультування. Як правило, за консультацією звертаються подружжя, у яких вже є дитина зі спадковою патологією або хворі родичі.

Медико-генетичне: консультування передбачає три етапи: діагностування, прогнозування та висновок.

Отже, метою генетичного консультування в загально-популяційному сенсі є зниження вантажу патологічної спадковості, а метою індивідуального консультування – допомога родині в ухваленні правильного рішення з питань планування сім'ї. Медико-генетичні консультації сьогодні функціонують у всіх обласних центрах України.

•     У людини карий колір очей домінує над блакитним, а здатність краще володіти правою рукою – над здатністю володіти лівою. Кароокий лівша одружився з блакитноокою правшею. Визначте, чи може народитися в сім'ї дитина – блакитноока лівша.

ВЧЕНИЙ-ГЕНЕТИК. Молекулярно-генетичні методи – це методи дослідження структури й мінливості генетичного апарату, з яким пов'язані процеси збереження й реалізації спадкової інформації. За їх допомогою науковці можуть визначати подібність та відмінності геномів різних організмів, виявляти ушкодження структури ДНК, встановлювати нуклеотидні послідовності генів у нормі та у разі захворювань Сучасні молекулярно-генетичні методи можна умовно поділити на кілька груп. Зазвичай усі методи досліджень використовують у комплексі.

Деякі групи методів молекулярно-генетичних досліджень

Сучасні молекулярно-генетичні методи досліджень мають суттєві переваги перед традиційними методами. Вони дають значно більші можливості для проведення досліджень і підвищення надійності їхніх результатів. До таких методів належать методи виділення потрібних молекул зі зразків, методи ампліфікації ДНК, методи гібридизації, методи обробки інформації.

МЕДИК-КОНСУЛЬТАНТ. Спадкові хвороби – це захворювання, обумовлені порушеннями в процесах збереження, передачі та реалізації генетичної інформації. З розвитком генетики людини, у тому числі й генетики медичної, встановлена спадкова природа багатьох захворювань і синдромів, що вважалися раніше хворобами з невстановленою етіологією.

Етіологія – це розділ медицини, який вивчає саме причини виникнення хвороб.

МЕДИК-КОНСУЛЬТАНТ. Спадкові хвороби людини –захворювання, викликані хромосомними і генними дефектами. Основою спадкових захворювань є генні, хромосомні і мітохондріальні порушення спадкової інформації. Серед мітохондріальних хвороб найкраще вивчений синдром Лебера. Мітохондріальні хвороби успадковуються тільки по материнській лінії. Необхідно розуміти різницю між вродженими та спадковими захворюваннями. Вроджені захворювання обумовлені не тільки спадковими, але і зовнішніми чинниками, наприклад негативним впливом на ембріон хімічних речовин, ліків або опромінення.

Спадкові захворювання людини можуть бути виявлені відразу після народження, а можуть проявитися через тривалий час. Близько 10% всіх захворювань людини обумовлено паталогічними генами або генами, які відповідають за схильність до хвороби.

Запрошую вас  до кабінету "ЕТІОЛОГІЇ"

МЕДИК-КОНСУЛЬТАНТ. Генетика людини вивчає особливості успадкування генетичних ознак в залежності від генотипу людини і факторів зовнішнього середовища. Незважаючи на труднощі в дослідженнях, генетика людини сьогодні вивчена набагато краще генетики інших організмів.

1. ГЕНЕТИЧНІ ЗАХВОРЮВАННЯ

Виникають як результат пошкодження ДНК на рівні гена. До таких захворювань належать хвороба Німана-Піка, фенілкетонурія, альбінізм, гідроцефалія, галактоземія, синдром Холта-Орама, синдром Марфана.

2. ХРОМОСОМНІ ЗАХВОРЮВАННЯ

Хвороби, пов'язані з аномалією кількості хромосом або аберацією хромосом. Прикладами хромосомних захворювань є синдром Дауна, синдром Клайнфельтера, синдром Патау, синдром котячого крику, синдром Лебера, синдром Едвардса.

3. ЗАХВОРЮВАННЯ ЗІ СПАДКОВОЮ СХИЛЬНІСТЮ

Прикладом даних захворювань є гіпертонія, цукровий діабет, ревматизм, шизофренія, ішемічна хвороба серця.

• Які ви знаєте методи визначення спадковості і генетичних захворювань?

(Генеалогічний метод (вивчення родоводу людини), близнюковий метод (вивчення близнюків на розвиток хвороб), цитогенетичний метод (дослідження структури хромосом у здорових і хворих людей), біохімічний метод (особливості обміну речовин людини, тому що безліч спадкових захворювань безпосередньо пов'язані з порушенням обміну речовин), імуногенетичний метод (діагноз при вроджених імунодефіцитних патологіях), метод дерматогліфіки (вивчення папілярних візерунків долонь і стоп, діагностика деяких геномних і хромосомних мутацій).

 Робота з оформлення стенду "СПАДКОВІ  ЗАХВОРЮВАННЯ  ЛЮДИНИ"

1. Синдро́м Пата́у або трисомія за 13 хромосомою — генетичне захворювання, хромосомна аномалія, синдром, при якому пацієнт має додаткову копію 13-ї хромосоми.

Однією з основних ознак синдрому є "заяча губа" і "вовча паща". Аномалії з боку кістково-м'язової системи відзначаються у вигляді полідактилії. При патологічному дослідженні спостерігаються множинні дефекти розвитку майже всіх систем органів. Маса мозку зменшена, недорозвинені або відсутні нюхові тракти і цибулини, мозок часто не розділений на півкулі. Майже завжди виявляють аномалії серця та судин.

Більшість випадків синдрому Патау не успадковуються, а відбуваються випадково під час формування репродуктивних клітин (яйцеклітин та сперматозоонів), але часткова форма трисомії може утворитися через спадковість. Здорова людина може бути носієм транслокованого генетичного матеріалу між хромосомою 13 та іншою хромосомою. Цю перестановку називають збалансованою транслокацією, тому що немає ніякої додаткової ДНК з хромосоми 13. Таку химерну хромосому з іншої пари, яка містить ДНК 13-тої хромосоми, з ймовірністю 50 % людина передає дитині на додачу до двох нормальних 13-тих хромосом, і в дитини розвивається синдром Патау з частковою трисомією.

Прогноз для життя при синдромі Патау несприятливий, середня тривалість життя 130 днів; 60 % хворих помирають впродовж перших 3 міс. після народження, тільки близько 10 % дітей живуть більше року.

2. Синдро́м Лежена (синдром котя́чого кри́ку) – рідкісне генетичне захворювання, яке пов'язане з відсутністю частини 5 хромосоми. Уражені цим захворюванням діти мають плач, який схожий на котячий крик.

Це явище відбувається через проблеми з гортанню і нервовою системою. Близько 1/3 дітей втрачають цю особливу характерну рису до 2 років. Іншими симптомами, які вказують на захворювання синдромом котячого крику, є: проблеми з харчуванням через труднощі при ковтанні та смоктанні; низька вага при народженні та низькі темпи розвитку (в першу чергу, фізичного); суттєва затримка розвитку когнітивних, мовлених, рухових функцій; поведінкові проблеми, такі як гіперактивність, агресія, істерика і одноманітні рухи, які постійно повторюються; нетипові виразові риси обличчя, які можуть з часом зникнути або посилитися; надмірне, неконтрольоване слиновиділення; запори.

У людей із синдромом котячого крику зазвичай немає проблем зі статевою системою і народжуванням дітей.

Діагноз ставлять на підставі характерного дитячого крику і інших характерних для цього захворювання симптомів. Генетична консультація і генетичне тестування можуть бути запропоновані для сімей із хворими особами, які мають цей синдром.

3. Синдро́м Да́уна — трисомія за 21 хромосомою — генетична аномалія, яку спричинює присутність додаткової хромосоми у 21 парі. Синдром Дауна є хромосомною аномалією, якій притаманна додаткова хромосома 21. Такі діти мають 47 хромосом у каріотипі замість звичних 46. Їм притаманна характерна зовнішність, підвищена можливість появи певного спектру захворювань (наприклад вроджених вад серцево-судинної системи, набутих вад сенсорної системи), певна розумова відсталість, через яку має місце повільніший розумовий розвиток на фоні здорових особин та гірша соціальна адаптація.

Особи з синдромом Дауна можуть мати деякі або всі з наступних ознак: косі розрізи очей, гіпотонію м'язів, пласке перенісся, виступаючий язик як наслідок малого розміру ротової порожнини, коротку шию, білі плями на рогівці (так звані плями Брашфілда), надмірну гнучкість суглобів, вроджені вади серця, надмірний проміжок між першим і другим пальцем стопи. Більшість людей із синдром Дауна мають розумове відставання (IQ: 35-70).

Спеціалізований центр раннього розвитку для дітей з синдромом Дауна відкрився в Києві 2 листопада 2010 року. У ньому діти від нуля до десяти років разом зі своїми батьками можуть записатись на консультацію до спеціаліста, індивідуальне або на групове заняття раз на тиждень, щоб підготуватися до школи.

4. Синдром Марфана – генетичне захворювання, успадковане за аутосомно-домінантним типом, для якого характерне ураження серцево-судинної системи, скелета та очей. Діагноз синдром Марфана нерідко важко встановити, що зумовлено наявністю уражень у різних органах і системах організму та потребує консультації лікарів різних спеціальностей.

Хворі синдромом Марфана зазвичай є високими, худими, з довгими руками, ногами, пальцями і ступнями, також для них характерні надзвичайно гнучкі суглоби і сколіоз. Найбільш серйозні ускладнення зустрічаються з боку аорти і мітрального клапана. Проте ускладнення виникають і в інших органах, в яких можуть виникати зміни включаючи легені, очі, кістки та хребет.

Приблизно у 75 % випадків воно є успадковане, решта 25 % спричинені випадковими мутаціями. Мутація зазвичай виникає у гені, який містить інформацію про синтез фібриліну-1, що викликає порушення структури сполучної тканини. Немає причинної медичної терапії від синдрому Марфана. Більшість хворих живуть звичайно, використовуючи симптоматичне лікування. Воно часто включає використання бета блокаторів, блокаторів кальцієвих каналів та ACE інгібіторів. Хірургічне втручання може бути необхідне для корекції аневризми аорти та мітрального клапана. До загальних рекомендацій для хворих синдромом Марфана відносять уникнення виконання важких фізичних вправ.

Синдром названий в честь Антуана Марфана, французького педіатра, який вперше описав захворювання у 1896р.

5. Синдром Лебера – спадкова оптична невропатія Лебера, мітохондріальне захворювання, яке проявляється прогресуючим зниженням зору внаслідок атрофії зорових нервів. Найчастіше прогресує у людей віком від 18 до 30 років, частіше у чоловіків. Для даного захворювання характерний материнський тип успадкування, на чоловіках передача ознаки переривається. Спадкова оптична невропатія Лебера в 95% випадків обумовлена одною з трьох відомих мутацій мітохондріальної ДНК. В розвитку захворювання виділяють три стадії: доклінічна, гостра та хронічна (атрофічна). Діагностика захворювання ґрунтується на характерній клінічній картині послідовного ураження правого та лівого ока з утворенням центральної скотоми, на аналізі родоводу та виявленні специфічних мутацій.

6. Ревматизм (ревматична гарячка) – системне запальне захворювання сполучної тканини з переважною локалізацією процесу в серцево-судинній системі та частим ураженням інших органів і систем, зокрема суглобів. Розвивається у зв'язку з гострим інфекційним ураженням (бета-гемолітичним стрептококом групи А). Важливе значення у етіології ревматизму надається також генетичній схильності. Профілактика ревматизму та його загострень полягає перш за все в укріпленні захисних сил організму (фізкультура, спорт, загартування). Недолікована ангіна основний фактор виникнення ревматизму.

7. Цукровий діабет – ендокринне захворювання, що розвивається внаслідок абсолютної чи відносної недостатності гормону інсуліну, внаслідок чого виникає гіперглікемія – стійке підвищення рівня глюкози у крові.

Захворювання характеризується хронічним перебігом і порушенням усіх видів обміну речовин: вуглеводного, жирового, білкового, мінерального і водно-сольового. Характерними симптомами є невгамовна спрага (полідипсія), порушення харчової поведінки, що проявляється підвищеним апетитом (поліфагія), та надмірне сечовиділення (поліурія), однак ці симптоми можуть бути слабко вираженими, якщо рівень глюкози в крові підвищений помірно.

Цукровий діабет слід відрізняти від нецукрового діабету, при якому теж відбувається поліурія та полідипсія, але не через порушення вироблення інсуліну, а внаслідок виникнення ураження задньої частки гіпофізу або гіпоталамусу.

На сьогоднішній день вважається доведеною генетична схильність до цукрового діабету. Вперше подібну гіпотезу висловили 1896 року, на той час вона підтверджувалася тільки результатами статистичних спостережень.

емофілія, невиліковне генетичне захворювання, що пов'язане з порушенням коагуляції, найчастіше виникає внаслідок мутації одного із генів, зазвичай розташованих на X-хромосомі. Розрізняють в основному три типи гемофілії (A, B, C).

8. Гемофілія – захворювання, при якому кров втрачає здатність нормально згортатися, оскільки в ній циркулює недостатньо згортаючих білків (факторів зсідання крові). Пошкоджується один з генів, що відповідають за процес зсідання крові. Ці гени розташовані на Х-хромосомі. Спричинює порушення процесу зсідання крові. Гемофілія є прикладом зчепленого зі статтю генного захворювання. Таким чином у хворих із гемофілією навіть незначна травма із кровотечею може призвести до втрати великого об’єму крові. Та більш серйозною проблемою для здоров'я таких хворих вважаються внутрішні кровотечі, особливо в суглобах колін, щиколоток і ліктів. Внутрішні кровотечі можуть пошкоджувати будь-які органи та тканини й загрожувати життю хворого на гемофілію: зростає небезпека загибелі від крововиливу в мозок та інші життєво важливі органи. Пацієнтам із важкими формами гемофілії також загрожує інвалідизація внаслідок частих крововиливів в суглоби.

Також вирізняють іще один дуже рідкісний різновид цього захворювання – набуту гемофілію. Вона виникає за умови, коли імунна система людини атакує фактори згортання крові. Це може бути пов'язано з вагітністю, пухлинами та розсіяниим склерозом. В цих випадках утворюються антитіла до білків, які відповідають за коагуляцію.

Зазвичай хворобою страждають чоловіки, жінки ж виступають як носії дефектного алелю гену, які самі не хворіють, але можуть передавати мутацію нащадкам. Мабуть, найбільш відомими носієм гемофілії в історії вважається королева Вікторія: вважається, що ця мутація відбулася в її генотипі de novo, оскільки в сім'ях її батьків гемофіліки не згадувалися. На гемофілію страждав один із синів Вікторії, Леопольд, а також дехто із внуків і правнуків, які успадкували захворювання по материнській лінії.

9. Фенілкетонурія – пошкодження гена, розташованого на хромосомі 12. Призводить до не-можливості переробки амінокислоти фенілаланіну. За відсутності лікування призводить до ураження нервової системи.

10. Дальтонізм – пошкодження одного з трьох генів, що відповідають за синтез білка опсину, який сприймає відповідний колір. Ген синього опсину розташований на хромосомі 7, а гени червоного і синього на Х-хромосомі. Призводить до втрати можливості сприймати відповідний колір.

V. Закріплення вивченого матеріалу.

Виконання задачі

• Чоловік, хворий на гемофілію, взяв шлюб із жінкою, батько якої був гемофіліком. Установіть імовірність народження в цій родині хворих на гемофілію дітей.
• Рецесивний ген дальтонізму міститься в Х-хромосомі. Чоловік хворіє на дальтонізм, а дружина і її батьки розпізнають кольори нормально. Яка ймовірність народження в подружжя хворої дитини?

VІ. Домашнє завдання.

1. Опрацювати §37.

2. Розв'язати задачу.