Діагностика спадкових захворювань людини. Медико-генетичне консультування

Встановлення генотипу особи за допомогою різноманітних методів генетичного аналізу – це.

Тест Гатрі використовують для діагностики.

Вкажіть основні підходи до генетичного тестування.

генеалогічний метод для встановлення генотипів угрупувань, які аналізуються

постнатальне генетичне тестування усіх осіб із угрупування

пренатальне визначення генотипу ненароджених дітей

постнатальне генетичне тестування осіб групи ризику

Що використовають як матеріал для проведення пренатального тестування?

клітини зовнішньої зародкової оболонки

клітини внутрішньої зародкової оболонки

Яку назву має проведення пренатального тестування плоду за кров’ю матері?

Скельце 2*2 см, поділенена на квадратики, до комірок якого “пришивається” проба ДНК – це .

Серед перерахованих оберіть завдання медико-генетичного консультування

попередження появи в родинах хворих зі спадковою патологією

полегшення існування людей зі спадковими патологіями

оцінка шляхів успадкування та прояву хвороби в наступних поколіннях

оцінити можливий перебіг хвороби та її наслідки

Оберіть серед перерахованих медичних спеціальностей ті, які можуть мати застосування в медико-генетичному консультуванні

Основи молекулярної генетики

Для того щоб відбувалися процеси передачі майбутнім поколінням ознак і особливостей розвитку організмів, хромосомна речовина повинна мати здатність до точного подвоєння та формування величезної різноманітності генів, які існують у природі.

Матеріальний носій спадковості.

У середині XX ст. було доведено, що носієм генетичної інформації є дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) — органічна сполука, яка разом із білком утворює тіло хромосоми.

ДНК має ланцюжкову молекулярну будову, що забезпечує здатність до подвоєння та утворення безлічі типів поєднань її елементарних одиниць — нуклеотидів. Кожний нуклеотид складається з трьох частин: азотистої основи (О), вуглеводного компонента (дезоксирибози — Д) та залишку фосфорної кислоти (Ф) (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Будова окремого нуклеотиду (вгорі) та фрагмента одинарного ланцюжка ДНК

У ланцюжку ДНК окремі нуклеотиди з’єднані один з одним через фосфорну кислоту міцним хімічним зв’язком. Вуглеводний та фосфорний компоненти у всіх нуклеотидів однакові, але основ є чотири типи: аденін, цитозин, гуанін та тимін. Для запису генетичного коду їх позначають буквами А, Ц, Г і Т відповідно.

Молекула ДНК утворена двома такими ланцюжками, які з’єднуються між собою слабкими водневими зв’язками через основи. Основи пари підходять одна одній, як ключ і замок. Аденін завжди парується з тиміном, а гуанін — із цитозином (рис. 2.11, 2.12). Завдяки комплементарній (доповнювальній) будові ця подвійна молекула здатна точно відтворювати себе, утворюючи ідентичні подвійні молекули.

Рис. 2.11. Модель будови ДНК (за Ф. Вотсоном та Дж. Кріком)

Перед подвоєнням ДНК слабкі водневі зв’язки між основами рвуться і дві напівмолекули розходяться, як застібка-блискавка. Після цього на кожній з них добудовується нова комплементарна половинка, внаслідок чого утворюються дві нові молекули ДНК, абсолютно ідентичні початковій. Одна з них має стару “праву” сторону і нову “ліву”, а інша, навпаки, — стару “ліву” та нову “праву” (рис. 2.13). Однак це лише модель, а насправді процес набагато складніший.

Оскільки основи в молекулі ДНК розташовані лінійно (одна за одною), то кількість комбінацій їх взаємного розташування практично необмежена, хоча основ усього чотири. Наприклад, якщо один ген містить 500 основ, то можна отримати 4500 способів їх розташування. Така комбінативна властивість забезпечує існування великої кількості різноманітних генів.

Рис. 2.12. Хімічна будова молекули ДНК:

А — аденін, Т — тимін, Г — гуанін, Ц — цитозин,

Ф — залишок фосфорної кислоти, Д — дезоксирибоза

Рис. 2.13. Подвоєння ДНК (за Ф. Вотсоном та Дж. Кріком)

ДНК міститься у хромосомах разом з білками (гістоновими та негістоновими) і невеликою кількістю РНК. У кожній хромосомі є лише одна молекула ДНК. Під час поділу клітини хромосоми значно вкорочуються, потовщуються і їх можна побачити під мікроскопом. Це відбувається внаслідок багаторівневої спіралізації молекули ДНК (рис. 2.14).

Рис. 2.14. Схематична будова хромосоми

Ген та його основна функція.

Сучасній генетиці багато відомо про будову хромосом, структуру та функції ДНК, але вона ще неспроможна дати точне визначення гена. Згідно з найпоширенішим сучасним уявленням, ген — це невелика ділянка хромосоми, що виконує певну біохімічну функцію і здійснює специфічний вплив на структурні, фізіологічні та біохімічні властивості організму. Біохімічна функція гена полягає у тому, що він обумовлює синтез певного ферменту.

Ферменти — особливі білки, які в живих клітинах відіграють роль біологічних каталізаторів. За допомогою ферментів здійснюються всі біохімічні реакції обміну речовин та енергії в живих організмах. Гени містять інформацію про послідовність амінокислот у молекулах “первинних білків” — поліпептидів, що є ланцюжками із амінокислот, кількість яких варіює від шести до кількох десятків. Із певної кількості відповідних поліпептидів за допомогою особливих ферментів синтетаз утворюється молекула певного білка. Крім того, деякі поліпептиди в організмі можуть виконувати функції гормонів, біологічно активних речовин, антибіотиків тощо.

Генетичний код.

До складу білка належить 20 різних амінокислот, а типів основ ДНК — всього чотири. Інформація про послідовність основ у молекулі ДНК перетворюється на послідовність амінокислот у молекулі білка завдяки кодуванню однієї амінокислоти трьома основами. Функціональну генетичну одиницю з трьох основ називають триплетом (кодоном), а залежність порядку розташування амінокислот у молекулах поліпептидів від порядку розташування триплетів основ у молекулі ДНК — генетичним кодом (табл. 2.1).

Таблиця 2.1. Генетичний код інформаційної РНК

Примітка. Генетичний код ДНК містить комплементарні основи, а У замінений у ньому на Т.

Терм — термінатор (стоп-кодон); основи: А — аденін, Г — гуанін, Т — тимін, Ц — цитозин, У — урацил; амінокислоти: Ала — аланін, Apr — аргінін, Асн — аспарагін, Асп — аспарагінова кислота, Вал — валін, Гіс — гістидин, Глі — гліцин, Глу — глютамін, ІЛей — ізолейцин, Лей — лейцин, Ліз — лізин, Мет — метіонін, Про — пролін, Сер — серин, Тир — тирозин, Тре — треонін, Три — триптофан, Фен — фенілаланін, Цис — цистеїн.

61 код он визначає відповідні амінокислоти, і всі амінокислоти, за винятком триптофану та метіоніну, кодуються кількома кодонами. Кодони-синоніми зазвичай утворюють групи, в яких дві перші основи в кодоні є загальними, а третя варіює.

Генетичний код універсальний, бо в усіх живих організмів одні й ті самі амінокислоти кодуються одними і тими самими триплетами. Певна амінокислота може кодуватися більше ніж одним триплетом (кількість можливих триплетів 64, амінокислот — 20). Крім того, код не перекривається, тобто кожна основа може належати тільки одному триплету.

Механізм синтезу білків (поліпептидів) у клітині дуже складний. Він вимагає участі іншого виду нуклеїнових кислот — рибонуклеїнової кислоти (РНК) та особливих клітинних органел — рибосом (рис. 2.15).

Рис. 2.15. Схема біосинтезу поліпептиду

Сучасні молекулярно-генетичні дослідження довели, що будова гена та принцип зчитування інформації для синтезу білка в еукаріотів (організмів, клітини яких мають справжнє ядро) відрізняються від будови гена та принципу зчитування інформації у прокаріотів (одноклітинних організмів, позбавлених справжнього ядра). Виявилося, що гени еукаріотів містять як кодовані ділянки, що несуть інформацію для синтезу специфічного білка, — екзоті, так і некодовані — інтрони. Причому некодованих ділянок може бути в кілька разів більше, ніж кодованих, а у людини з усієї генетичної ДНК лише приблизно 5% становлять кодовані ділянки.

Маючи таку будову один і той самий ген еукаріотів може нести інформацію для кодування не одного поліпептиду, як у прокаріотів, а, залежно від специфіки тканини, в котрій вони функціонують, великої кількості різних поліпептидів. Наприклад, деякі гени можуть нести код для синтезу майже 40 тис. поліпептидів. Це досягається шляхом зміни порядку зчитування кодованих ділянок гена. У людини, за сучасними даними, 74% генів працюють саме за таким принципом.

Гени в хромосомах. Хромосомна теорія спадковості стверджує, що гени у хромосомах розташовані лінійно. Місце в хромосомі, де розміщений певний ген, називають локусом цього гена. Певний локус може займати лише одна з форм одного й того самого гена — домінантна, рецесивна або інша. Такі різні положення гена називають алелями. Для більшості генів відомі лише домінантний і рецесивний алелі, але часто трапляється т. зв. множинний алелізм, коли існує низка положень певного гена.

Найпростішим прикладом множинного алелізму є успадкування груп крові у людини за системою АВО. Кожна людина має одну з чотирьох груп крові, які зумовлені взаємодією трьох множинних алелей одного й того самого гена — Iа, ів та /°. Алелі Iа та Ів є домінантними, а/0 — рецесивним. Сполучення пар алелей визначають такі групи крові:

II, або А — Iа Iа, Iа 1°;

III, або В — Ів Ів, Ів 1°;

УIV групі крові домінування алеля не спостерігається, але відсутній і проміжний ефект. Кров цієї групи одночасно виявляє ознаки II та III груп.

Алелі гена, розташовані в тотожних локусах гомологічних хромосом, можуть бути однаковими — домінантними (АА) або рецесивними (аа). Таке поєднання пари алелей одного гена називають гомозиготним. Якщо ген представлений двома різними алелями (Аа), його стан буде гетерозиготним.

Молекулярно-генетичні методи

Метод поліморфізму конформації однониткової ДНК застосовують для аналізу мутацій у певних нуклеотидних послідовностях людини, мікроорганізмів та їх асоціацій, ризосферних асоціацій різних рослин. Молекулярно-генетичне діагностування спадкових хвороб використовують з метою вивчення геному людини. Для визначення необхідних специфічних фрагментів ДНК застосовують блотгібридизацію за Саузерном, за допомогою якої складають рестрикційну карту геному в ділянці досліджуваного гена та встановлюють наявність чи відсутність у генах певних дефектів. На сьогодні розроблено ефективні методи синтезу штучних ДНК-зондів, які використовують у пренатальній діагностиці спадкових хвороб, різноманітні методи виявлення мутацій – сіквенс (виявляє заміни основ, делеції, вставки в досліджуваному фрагменті), блотгібридизація за Саузерном (виявлення мутацій шляхом рестриктного аналізу), алелоспецифічна гібридизація з синтетичними зондами (виявляє мутації в геномній ДНК), реєстрація змін електрофоретичної рухомості мутантних молекул ДНК, електрофорез тощо.

У 1992 р. експансія тринуклеотидних ЦТГ-повторів була виявлена в гені ДМ-1, що картований на 19-й хромосомі та викликає міотонічну дистрофію. Довжина послідовності ЦТГ-повторів досить різна. У нормальній популяції вона коливається від 5 до ЗО повторів, а у хворих на міотонічну дистрофію – до сотні. Хвороба успадковується за аутосомно-домінантним типом, розпочинається у зрілому віці й проявляється прогресуючою м’язовою дистрофією, затримкою розумового розвитку, ураженнями скелета та серцево-судинної системи. Наприкінці 90-х років XX ст. вченими було виявлено, що такий механізм мутацій характерний для більшості спадкових захворювань нервової системи людини, а саме: хвороби Кеннеді, синдрому фрагільної Х-хромосоми тощо.

У 1993 р. був ідентифікований ген, що відповідає за появу тяжкого захворювання нервової системи людини – хореї Гентингтона (ХГ). Хвороба проявляється після 40 років розладами опорно-рухової системи, зниженням інтелекту та порушенням емоційно- вольової сфери. Успадковується захворювання за аутосомно-домінантним типом зі 100 % пенетрантністю. Ген ХГ локалізується в короткому плечі 4-ї хромосоми. Крім того, було виявлено, що він містить ділянку, в якій нуклеотидна послідовність представлена багатократними повторами трьох нуклеотидів ЦАГ (цитозин – аденін – гуанін) геномної ДНК. У нормі кількість таких повторів коливається від 11 до 34, а у хворих ХГ – 37-86 (в середньому 45). Хорею Гентингтона відносять до спадкових захворювань, за яких мутація гена перебуває в експансії (багатократному зростанні числа копій) тринуклеотидних ЦАГ-повторів. Кінцевим результатом молекулярно-генетичних методів, в основі яких лежать сучасні методики роботи з ДНК або РНК, є виявлення змін у певних ділянках ДНК, гена або хромосоми.

У 1970-80-х роках у зв’язку з прогресом в молекулярній генетиці та успіхами у вивченні геному людини молекулярні підходи набули досить широкого значення. Початковим етапом цього аналізу є отримання зразків ДНК або РНК. Для цього використовують всю ДНК клітини, тобто геномну ДНК, або окремі її фрагменти. В останньому випадку їх необхідно ампліфікувати (розмножити) за допомогою полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР) – швидкого методу ферментативної реплікації певного фрагмента ДНК. Кожний фрагмент ДНК займає певне положення у вигляді дискретної смуги в конкретному місці гена. Довжину кожного фрагмента ДНК можна визначити шляхом зіставлення відстані, яку він пройшов порівняно зі стандартним (контрольним) відрізком ДНК.

Метод дерматогліфіки – це вивчення рельєфу шкіри на пальцях, долонях і підошвах. На відміну від інших частин тіла, тут є епідермальні виступи – гребені, які утворюють складні візерунки. Відомо, що на Землі немає людей з однаковими візерунками на пальцях, крім монозиготних близнюків.

У 1892 р. Ф. Гальтон запропонував класифікацію візерунків, яка дала змогу використовувати цей метод для ідентифікації особи у криміналістиці. Таким чином виділився один із розділів дерматогліфіки – дактилоскопія (вивчення візерунків на подушечках пальців). Іншими розділами дерматогліфіки є пальмоскопія (дослідження малюнків на долонях) та плантоскопія (вивчення візерунків на підошвах ніг).

Гребені на шкірі пальців рук відповідають сосочкам дерми, тому їх ще називають папілярними лініями. Рельєф цих виступів повторює шар епідермісу. Міжсосочкові заглибини утворюють борозенки. На поверхні гребенів відкриваються вивідні протоки потових залоз, а у товщі сполучнотканинного сосочка містяться чутливі нервові закінчення. Поверхня, вкрита гребінчастою шкірою, вирізняється високою дотиковою чутливістю. Закладка візерунків відбувається між 10 і 19 тижнями внутрішньоутробного розвитку. У 20-тижневих плодів добре помітні форми візерунків.

Рельєф долоні дуже складний. У ньому виділяють ряд полів, подушечок і долонних ліній. Центральну долонну ямку оточують шість підвищень – подушечок. Біля основи великого пальця – тенор, біля протилежного краю долоні – гіпотенар. Між пальцями розміщені міжпальцеві подушечки. Біля основи II, III, IV, і V пальців містяться пальцеві трирадіуси – місця, у яких сходяться три напрямки папілярних ліній. У праворуких більш складні візерунки – на правій руці, у ліворуких – на лівій. У жінок частота завиткових візерунків нижча, ніж у чоловіків, а частота петлевих і дугових – вища. На формування дерматогліфічних візерунків можуть впливати деякі уражаючі чинники на ранніх стадіях ембріонального розвитку. Так, при внутрішньоутробній дії вірусу краснухи, або червонички, у дитини спостерігається певне відхилення у візерунках, які є подібними до тих, що виникають при хворобі Дауна. Проте на сьогодні багато питань спадкової зумовленості дерматогліфіки і впливу факторів середовища на розвиток цих структур в ембріональному періоді залишаються не з’ясованими.

Дерматологічні дослідження мають велике значення у визначенні зиготності близнят, у діагностиці деяких спадкових хвороб, у судовій медицині, у криміналістиці для ідентифікації особи.

Слід зазначити, що, незважаючи на індивідуальну неповторність візерунків, виділяють три основних типи – дуги А, петлі L і завитки W.

Дугові візерунки спостерігаються найрідше (6 %). У цьому візерунку є лише один напрям папілярних ліній.

Петлеві візерунки є найбільш поширеними (близько 60 %). Цей візерунок замкнений з одного боку: на ньому гребені починаються від одного краю, але, не доходячи до протилежного, згинаються у вигляді петлі й повертаються до того ж краю, від якого починались.

Завиткові візерунки займають середнє місце за поширеністю (34 %). Вони мають вигляд концентричних кіл, овалів, спіралей, знизу і зверху центральна частина візерунка облямована двома напрямками ліній.

Популяційний, або популяційно-статистичний метод, дає змогу вивчати поширення окремих генів у популяціях людей. Одним із найбільш простих і універсальних є метод, запропонований у 1908 р. англійським математиком Дж Г. Харді та німецьким лікарем В. Вайнбергом для ідеальної популяції. Виявлена ними закономірність пізніше отримала назву закону Харді-Вайнберга.

Популяційно-статистичний метод дає змогу визначити генетичну структуру популяцій (співвідношення МІЖ частотою ΓΟΜΟΙ гетерозигот). Крім того, нові можливості для проведення генетичного аналізу відкриває використання електронно-обчислювальної техніки.

Популяційно-статистичний метод застосовують для вивчення:

• – частоти генів у популяціях, включаючи частоту спадкових хвороб;
• – мутаційного процесу;
• – ролі спадковості та середовища у виникненні хвороб, особливо зі спадковою схильністю;
• – ролі спадковості та середовища у формуванні фенотипового поліморфізму людини за нормальними ознаками;
• – значення генетичних чинників у антропогенезі, зокрема в расоутворенні (Н. Бочков, 1978).

У генетиці популяція – це сукупність осіб одного виду, які вільно схрещуються, займають певний ареал і деякою мірою ізольовані від сусідніх популяцій та характеризуються загальним генофондом в ряді поколінь. Встановлено, що кожна популяція пристосована до умов довкілля тієї природно-кліматичної зони, яку вона заселяє. Таку зону називають ареалом розповсюдження популяції. Характерною рисою популяцій є їх постійна спадкова гетерогенність та внутрішня генетична єдність. Остання проявляється у здатності особин будь-якої популяції до панміксії в межах свого ареалу.

У просторі й у часі популяція є цілісною генетичною системою, що здатна спадково змінюватись від батьків до нащадків, пристосовуючись до певних умов довкілля. При цьому будь-які спадкові зміни в її генетичній системі можуть розглядатись як елементи еволюційних подій. Популяції характеризуються певними ознаками, які надають їм рангу елементарних еволюційних одиниць.

Отже, популяція – це найменша самовідновлювальна сукупність організмів виду з самостійною генетичною системою, що заселяє територію певної природно-кліматичної зони, утворюючи екологічну нішу.

Відомо, що мінливість генофонду виражається частотами генів або частотами генотипів. За частоту алельного гена беруть відношення його кількості у всіх особин до загальної суми всіх генів, що є в популяції.

Метод гібридизації соматичних клітин

Соматичні клітини містять увесь обсяг генетичної інформації. Це дає можливість вивчати генетичні закономірності усього організму. На сьогодні існують такі методи генетики соматичних клітин: 1) просте культивування; 2) гібридизація; 3) клонування; 4) селекція.

Відомо, що соматичні клітини людини швидко розмножуються на поживних середовищах, легко клонуються і дають генетично одноманітних нащадків. Ці клони, у свою чергу, мають здатність зливатися і давати гібридне потомство, їх можна легко селекціонувати на спеціальних поживних середовищах; клітини людини досить добре і тривалий час зберігаються при заморожуванні.

Культивування окремих соматичних клітин людини поза її організмом, одержання клонів цих клітин, гібридизація та селекція допомагають отримувати достатню кількість матеріалу для дослідження, який не завжди можна взяти у людини без шкоди для її здоров’я.

Використання методу гібридизації соматичних клітин дає можливість вивчати метаболічні процеси в клітині, виявляти локалізацію генів у хромосомах, досліджувати генні мутації, механізми первинної дії генів та їх взаємодію, вивчати мутагенну та канцерогенну активності хімічних речовин і факторів навколишнього середовища. За допомогою цього методу можна встановити групу зчеплення генів у тварин і людини, краще зрозуміти природу спадкових захворювань та розв’язати проблеми диференціювання і розвитку.

Медико-генетичне консультування – спеціалізований найпоширеніший вид медичної допомоги та профілактики спадкових хвороб. Суть методу полягає у прогнозуванні народження дитини зі спадковою патологією. Показниками для медико-генетичного консультування є:

• – народження в родині дитини з вадами розвитку;
• – встановлення або підозра на спадкову хворобу в родині;
• – затримка в дітей фізичного розвитку;
• – розумова відсталість у дитини;
• – повторні спонтанні аборти, мертвонародження, викидні;
• – близькоспоріднені шлюби;
• – вплив шкідливих факторів довкілля у перший триместр вагітності;
• – проблемне протікання вагітності.