Методы изучения наследственности человека. Клинико-генеалогические методы. Пренатальная диагностика

1.

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ
РАБОТА СТУДЕНТА
Города Волгограда
в области Биологии
ВОЛГОГРАД
2022

2.

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ
НАСЛЕДСТВЕННОСТИ ЧЕЛОВЕКА.
КЛИНИКО-ГЕНЕАЛОГИЧЕСКИЙ,
БЛИЗНЕЦОВЫЙ, ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ,
МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ И
БИОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ.
ПРЕНАТАЛЬНАЯ ДИАГНОСТИКА.
Анкишев Д.А.
Грехов А.Р.
ВОЛГОГРАД
2022

3.

3
Задачи медицинской генетики
Задачами медицинской генетики является изучение
паттерна распространения и возникновения
наследственных заболеваний, предрасположенности и
устойчивости к подобным заболеваниям, а также методы
их лечения

4.

4
Основные этапы развития медицинской генетики

5.

5
Основные этапы развития медицинской генетики
В своих работах между 1856 и 1865 Грегор Мендель провел серию
удачных экспериментов по скрещиванию гороха посевного (Pisum
sativum), в процессе которых обнаружил ряд закономерностей в
наследовании определенных признаков, а также что некоторые
черты доминируют над другими
Придуманные им законы генетики до сих пор являются
краеугольным камнем всей науки, за что сам Мендель зовется
“Отцом генетики”. К сожалению, в тот исторический период его
работы не привлекли большого внимания.
Грегор Иоганн Мендель
1822 - 1884

6.

6
Основные этапы развития медицинской генетики
В 1869 году Фридрих Мишер смог
впервые наблюдать ядра, выделенные
из лейкоцитов, после он смог выделить
ядра и из других клеток
Фридрих Иоганн Мишер
1844 - 1895

7.

7
Основные этапы развития медицинской генетики
• Гены находятся в хромосомах.
• Гены расположены в хромосоме в линейной последовательности.
• Различные хромосомы содержат неодинаковое число генов. Кроме того,
набор генов каждой из негомологичных хромосом уникален.
• Аллели генов занимают одинаковые локусы в гомологичных хромосомах.
• Гены одной хромосомы образуют группу сцепления, то есть наследуются
преимущественно сцеплено (совместно), благодаря чему происходит
сцепленное наследование некоторых признаков. Число групп сцепления равно
гаплоидному числу хромосом данного вида (у гомогаметного пола) или больше
на 1 (у гетерогаметного пола).
• Сцепление нарушается в результате кроссинговера, частота которого прямо
пропорциональна расстоянию между генами в хромосоме (поэтому сила
сцепления находится в обратной зависимости от расстояния между генами).
•Каждый биологический вид характеризуется определённым набором
хромосом — кариотипом.
Уоллтер Стенборф Саттон
1877 - 1916
Теодор Генрих Бовери
1862 - 1915

8.

8
Основные этапы развития медицинской генетики
• Отстаивал не наследование
приобретенных признаков.
• Объяснил возникновение новых
признаков.
• Автор многих генетических терминов,
предложил науку об изменчивости и
наследственности организмов называть
Генетикой.
Уильям Бэтсон
1861 - 1926

9.

9
Основные этапы развития медицинской генетики
Несколько дней Уотсон и Крик обдумывали новую модель, а 21
февраля 1953-го Уотсон догадался, что аденин из одной цепочки
соединяется только с тимином из другой, а цитозин — с гуанином.
В таком случае молекула ДНК напоминает равномерно
закрученную лестницу с краями из сахара, остатка фосфорной
кислоты и с параллельными ступенями одинаковой длины. Эти
сочетания объяснили, почему в любой молекуле ДНК содержится
одинаковое количество аденина с тимином и цитозина с
гуанином. Наконец, если у каждого кирпичика есть только одна
пара, то молекула может разделиться пополам и образовать две
копии с той же генетической информацией. Ученых поразило,
каким простым и красивым оказалось объяснение.
Фрэнсис Гарри Комптон Крик
1916 - 1954
Джеймс Дьюи Уотсон
1928

10.

10 Основные этапы развития медицинской генетики
• В 1961 году Маршалл Ниренберг и Дж. Генрих Маттеи
расшифровали первую букву этого кода, определив,
что РНК-последовательность УУУ кодирует
аминокислоту фенилаланин.
• Следом за ними Хар Гобинд Корана показал, что
нуклеотидная последовательность УЦУЦУЦУЦУЦУЦ
кодирует набор аминокислот серин-лейцин-серинлейцин.
Маршалл Уоррен Ни́ ренберг
1927 - 2010
Дж. Генрих Маттеи
1929

11.

11
Особенности изучения наследственности человека
• У человека большое количество
хромосом
• невозможно экспериментальное
скрещивание
• поздно наступает половая зрелость
• малое число потомков в отдельной
семье
• невозможно уравнивание условий
жизни для потомства
• Этические причины

12.

12 Клинико - Генеалогический метод
Применяется при изучении
наследуемых болезней при помощи
составления семейного древа. Как
правило используется для расчета
возможности появления каких-либо
заболеваний у потомства и
определения характера наследования.
В современной медицине может
использоваться для прогноза
заболеваний у будущего ребенка.

13.

13 Клинико - Генеалогический метод
• уточнение природы заболевания
• постановка диагноза наследственного заболевания
• дифдиагностика наследственных болезней
и заболеваний с наследственной
предрасположенностью
• оценка прогноза заболевания
• расчет риска рождения аномального потомства
• выбор адекватных методов дородовой диагностики

14.

14 Основные типы наследования признаков
• Аутосомно-доминантный - встречается в каждом
поколении, если хотя бы один родитель имеет
указанный признак.
• Аутосомно-рецессивный - может встречаться не в
каждом поколении, проявляться у детей, чьи родители
не обладали данным признаком
• Сцепленный с Х хромосомой
• Сцепленный с Y хромосомой - появляется только у
мужчин

15.

15 Основные типы наследования признаков
Термины.

16.

16 Близнецовый метод
Благодаря стопроцентному
совпадению всех генов у
монозиготных близнецов все
различия между ними (вес,
интеллект) будут обуславливаться
только влиянием окружающей
среды.

17.

17 Близнецовый метод
Близнецовый метод включает в себя диагностику зиготности близнецов
• Полисимптомный метод
• Иммуногенетический метод
• Метод дерматоглифики
• Приживаемость лоскута кожи
• Сопоставление групп моно- и дизиготных близнецов

18.

18 Близнецовый метод
Полисимптомный метод
Он заключается в сравнении пары близнецов по внешним признакам (форма бровей,
носа, губ, ушных раковин, цвет волос, глаз
и.т.п.). Несмотря на очевидное удобство, это критерий до известной степени
субъективный и может давать ошибки.

19.

19 Близнецовый метод
Иммуногенетический метод
Более сложный, он основывается на
анализе групп крови, белков сыворотки
крови лейкоцитарных антигенов,
чувствительности к фенилтиокарбамиду
и др. Если у обоих близнецов по этим
признакам различий нет, их считают
монозиготными.

20.

20 Близнецовый метод
Метод дерматоглифики
заключается в изучении папиллярных узоров
пальцев, ладоней и стоп. Эти признаки строго
индивидуальны и не изменяются в течение всей
жизни человека. Не случайно, что эти показатели
используются в криминалистике и в судебной
медицине для опознания личности и установления
отцовства. Сходство дерматогли-фических
показателей у монозиготных близнецов
значительно выше, чем у дизиготных.

21.

21 Близнецовый метод
Приживаемость лоскута кожи
Установлено, что у дизиготных близнецов такая
пересадка всегда
заканчивается
отторжением, в то время как
у монозиготных пар отмечается высокая
приживляемость
трансплантатов.

22.

22 Близнецовый метод
Сопоставление групп моно и дизиготных близнецов
Если какой-либо признак встречается у
обоих близнецов одной пары, то она
называется конкордантной, если же у
одного из них, то пара близнецов называется дискордантной.
• конкордантность - степень сходства
• дискордантность - степень различия.

23.

23 Близнецовый метод
Формула Хольцингера
Позволяет определить степень зависимости какого
либо признака от наследственности и имеет вид
Н = (КМБ – КДБ/100% - КДБ)*100%
• Н - коэффициент наследуемости
• КДБ - количество конкордатных пар у дизиготных
близнецов
• КМБ - количество таких пар у близнецов
монозиготных

24.

24 Цитогенетический метод (Кариотипирование)
Заключается в изучении хромосомного набора человека и сравнения
его с нормальным набором
Кариотипирование
позволяет определить число и провести
анализ структуры всех хромосом с
использованием различных типов
дифференциальной окраски

25.

25 Цитогенетический метод (Кариотипирование)
Основным методом диагностики хромосомных заболеваний
является цитогенетическое обследование
• Прямой метод
• Непрямой метод
• Исследование прометафазных хромосом
• Исследование метафазных хромосом
• Исследование стадий анафазы - телофазы

26.

26 Цитогенетический метод (Кариотипирование)
Прямой метод
Применяются при исследовании
тканей, обладающих высокой
митотической активностью: Костный
мозг, лимфатические узлы, любые
ткани эмбриона на ранних стадиях
развития и хорион/плацента до 20-й
недели беременности, а также при
исследовании мейотических
хромосом

27.

27 Цитогенетический метод (Кариотипирование)
Непрямой метод
Непрямые методы включают получение
препаратов хромосом из любой ткани после
стимулирования пролиферации клеток
Анализ полового хроматина в клетках буккального
эпителия.
Анализ численных и структурных аномалий,
затрагивающих конкретные участки хромосом
методом FISH; позволяет получить ограниченную
информацию о конкретной аномалии кариотипа

28.

28 Цитогенетический метод (Кариотипирование)
Исследование прометафазных хромосом
Необходимо для
цитогенетической диагностики
синдромов, обусловленных
микро перестройками хромосом.

29.

29 Цитогенетический метод (Кариотипирование)
Исследование метафазных хромосом
Исследование метафазных хромосом (ФГАстимулированных лимфоцитов, клеток костного
мозга, фибробластов кожи, эмбриональных и
экстраэмбриональных тканей), полученных
прямыми и непрямыми методами; используется
для установления хромосомного статуса пациента
в клинической и пренатальной цитогенетике

30.

30 Цитогенетический метод (Кариотипирование)
Исследование стадий анафазы - телофазы
Используется для регистрации
специфического воздействия различных
мутагенов

31.

31 Исследование полового хроматина
Половой хроматин
Это участок ядра соматической клетки, находящейся в
интерфазе, представляющий собой конденсированную
половую хромосому
В результате конденсации Х-хромосомы - X-хроматин
В результате конденсации Y-хромосомы - Y-хроматин
У людей с нормальным составом хромосом в соматических
клетках женщин содержится X-хроматин, а в соматических
клетках мужчин — Y-хроматин. По наличию этих образований
может быть определен генетический пол индивида , что
находит практическое применение при диагностике
разнообразных клин, форм тестикулярной и овариальной
дисгенезии , ориентировочном исследовании индивидов на
ложный - псевдогермафродитизм или истинный
гермафродитизм, в суд.-мед. практике и т. п.
Ядро фибробласта женщины,
окрашенное флуоресцентным
красителем. Стрелкой указано тельце
Барра

32.

32 Молекулярно - цитогенетические методы
Среди самых распространенных молекулярноцитогенетических методов известны:
• флюоресцентная гибридизация in situ (fluorescence in situ
hybridization – FISH)
• сравнительная геномная гибридизация (comparative
genomic hybridization – CGH)
Оба эти метода основаны на процессе
гибридизации нуклеиновых кислот

33.

33 Молекулярно - цитогенетические методы
FISH МЕТОД
Гибридизация in situ основана
на взаимодействии
однонитевых
последовательностей
экзогенной ДНК, меченной
флюорохромами
(флюоресцирующими
веществами)
1. смесь ДНК пробы и ДНК исследуемого образца
денатурируется при температуре 72–75 °С, в
результате чего получается смесь однонитевых
последовательностей ДНК
2. гибридизация ДНК пробы и исследуемого образца:
меченая ДНК проба встраивается в ДНК
исследуемого образца на препарате хромосом;
3. детекция меченой ДНК in situ с помощью
флюоресцентного микроскопа

34.

34 Молекулярно - цитогенетические методы
CGH МЕТОД
CGH гибридизация на хромосомах in situ проводится с
использованием смеси меченых одним флюорохромом
геномной ДНК пациента и другим флюорохромом ДНК
донора (при исследовании численных хромосомных
аномалий) или геномной ДНК пациента и ДНК какой-то
конкретной хромосомы донора
Затем с помощью цифрового анализа производится
сравнительная оценка интенсивности суперпозиции
сигналов двух разных флюорохромов, в результате чего
становится возможным определение приобретения или
потери последовательностей ДНК у пациента в строго
определенных хромосомах

35.

35 Молекулярно - генетические методы
это метод обследования организма, позволяющий точно и быстро выявить
вирусы и инфекции, мутации генов, вызывающих патологию, оценить риски
наследственных и иных заболеваний
Самый распространенный материал для исследования — кровь из
вены, однако возможно выделение ДНК/РНК из других жидкостей
и тканей: слюны, соскоба слизистой рта, выделений из половых
органов, околоплодной жидкости, волос, ногтей и т.д.

36.

36 Молекулярно - генетические методы
Выделяют 3 основных способа Молекулярно-генетическая диагностики
• ПЦР-анализ
• Иммунологические исследования
• Вирусологические исследования

37.

37 Молекулярно - генетические методы
ПЦР-анализ
В основе метода ПЦР лежит многократное
удвоение определённого участка ДНК при помощи
ферментов в искусственных условиях (in vitro). В
результате нарабатываются количества ДНК,
достаточные для визуальной детекции. При этом
происходит копирование только того участка,
который удовлетворяет заданным условиям, и
только в том случае, если он присутствует в
исследуемом образце.
ПЦР позволяет диагностировать наличие долго растущих
возбудителей, не прибегая к трудоёмким
микробиологическим методам
Полимеразная цепная реакция (ПЦР)

38.

38 Молекулярно - генетические методы
Иммунологические исследования
Это диагностические методы,
основанные на специфическом
взаимодействии антигенов и антител.
• Выявления снижения параметров иммунного ответа
(иммунодефицитные состояния)
• Изменение типа ответа иммунной системы: аллергия,
аутоиммунные заболевания, лимфопролиферативный
ответ
• Имунокоррекция

39.

39 Молекулярно - генетические методы
ВИРУСОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Комплекс методов исследования, позволяющих
распознать этиологию вирусного заболевания и
изучить его возбудителя
• выделение и идентификацию возбудителя;
• обнаружение и определение титров противовирусных
антител;
• обнаружение антигенов вирусов в образцах исследуемого
материала;
• микроскопическое исследование препаратов
исследуемого материала
Идентификацию вирусов проводят качественным и
количественным определением вирусов, по морфологии
вирусов и с помощью серологических методов
Вирус гриппа

40.

40 Хромосомные болезни человека
Хромосомные болезни человека
Нарушение в половых
хромосомах XX и XY
Изменения числа хромосом
кариотипе – анеуплоидия
• Моносомия
• Трисомия
• полисомия
Нарушение в аутосомах
В группах D, E, 21 пара…
Структурные изменения в
хромосомах
• Делеция
• Транслокация
• инверсия
• дупликация

41.

41 Хромосомные болезни человека
Болезнь Дауна (трисомия 21)
является самой частой хромосомной патологией человека.
Синдром Дауна характеризуется особым внешним видом
больного и снижением интеллектуальных способностей
Синдром Эдвардса (трисомии 18)
второе по частоте после болезни Дауна хромосомное
заболевание, характеризуется комплексом множественных
пороков развития

42.

42 Хромосомные болезни человека
Синдром Ангельмана (СА)
это нейро-генетическое заболевание,
характеризующееся интеллектуальной и физической
задержкой развития, нарушениями сна, приступами
судорог, резкими движениями (особенно
рукоплескания), частым беспричинным смехом или
улыбкой и, как правило, больные СА люди, выглядят
очень счастливыми
Синдром Клайнфельтера, синдром 47 XXY, XXY
это заболевание, при котором особи мужского пола
имеют дополнительную Х-хромосому. Обычно
женщины имеют пару ХХ хромосом, а мужчины пару
ХY хромосом, однако при этом заболевании мужчины
имеют по крайней мере две Х-хромосомы и хотя бы
одну Y хромосому.

43.

43 Хромосомные болезни человека
Синдром Патау (трисомия 13)
это хромосомная аномалия, синдром при котором у пациента есть
дополнительная 13 хромосома, в связи с не расхождением хромосом во
время мейоза (также известный как трисомия 13 и трисомия D).
Дополнительная 13 хромосома нарушает нормальный ход развития
ребенка, а именно возникновение дефектов сердца и почек

44.

44 Хромосомные болезни человека
Методы диагностики
• исследование полового хроматина для заболеваний Х и Y хромосом
• цитогенетический метод для аутосомных хромосом.

45.

45 Хромосомные болезни человека
Лечение
хромосомных болезней начинают в детском возрасте
• общеукрепляющие аминалон, церебролизин, ноотропил
• анаболические стероиды, ретаболил
• в пубертатном возрасте - половые гормоны.
При синдроме Клайнфелтера - тестостерона пропионат, Тетрастерон (сустанон)
При синдроме Шерешевского - Тернера - этинилэстрадиол, микрофоллин
Это уменьшает нервно-психические и вегетативногормональные расстройства.
Прогноз мало благоприятен. Высока детская смертность
Рано наступает старение.
продолжительность жизни в целом снижена
Хотя отдельные больные доживают до пожилого возраста
Кенни Кридж
1939 (83г.)

46.

46 Биохимические методы
Причиной многих врожденных нарушений метаболизма являются
различные дефекты ферментов, возникающие вследствие
изменяющих их структуру мутаций. Биохимические показатели
более точно отражают сущность болезни по сравнению с
показателями клиническими
• Биохимические показатели отражают сущность болезни
не только в диагностическом, но и в генетическом
аспекте.
• Биохимические методы
направлены на выявление биохимического фенотипа
организма

47.

47 Биохимические методы
Выделяют 5 основных биохимических методов
хроматография (жидкостная,
газовая)
• Масс - спектрометрия
• Магнитная резонансная
спектрометрия
• Электрофорез
• Проточная цитофлуориметрия

48.

48 Биохимические методы
Первый этап
экспресс-диагностика
применяют методы массового биохимического скрининга: пробы Феллинга
(на фенилкетонурию), Альтгаузена (гликогенозы), Бенедикта (галактоземия,
фруктоземия), проба на гипераминоацидурию, микробиологический тест
Гатри (ФКУ и др. аминоацидопатии). Разработаны простые качественные
биохимические
тесты
для
эксперсс-диагностики
гипотиреоза,
муковисцидоза, для выявления нарушений обмена билирубина, болезни
Тея-Сакса, гепатолентикулярной дегенерации, АГС. Эти пробы достаточно
просты и используют легко доступный биологический материал кровь, моча.

49.

49 Биохимические методы
Второй этап
уточняющая диагностика
применяют молекулярно - цитогенетические, молекулярно - биологические методы,
более сложные методы аналитической биохимии:
• исследование метаболического пути (количественное определение метаболитов, их
кинетики и накопления);
• прямое измерение концентрации (иммунохимические методы), активности
(энзимодиагностика), физико-химических и кинетических параметров мутантных
белков;
• исследование мутантных белков с помощью нагрузочных проб мечеными субстратами
и
• гибридизации соматических клеток;
• исследование структуры мутантного гена методами рестрикционного анализа.

50.

50 Пренатальная диагностика
Пренатальная диагностика
дородовое выявление патологий (наследственных и
врожденных) на стадии внутриутробного развития. Это
комплекс медицинских мероприятий, направленных на
предупреждение и коррекцию врожденных болезней до
появления ребенка на свет.

51.

51 Пренатальная диагностика
Методы пренатальной диагностики делят на инвазивные и
неинвазивные
На данный момент существует 6 видов инвазивных методов:
• Хорионбиопсия
• плацентобиопсия
• Амниоцентез
• Кордоцентез
• Биопсия тканей плода
• Фетоскопия

52.

52 Пренатальная диагностика
Хорионбиопсия
Плацентобиопсия
инвазивная процедура, заключающаяся в
получении ворсин хориона для
последующего исследования в целях
диагностики врожденных и наследственных
заболеваний плода
получение клеток плаценты
9-я – 11-я неделя
11-я – 18-я неделя

53.

53 Пренатальная диагностика
Амниоцентез
Кордоцентез
Сбор Амниотической жидкости и клеток плода
метод получения кордовой (пуповинной крови)
плода
15-я – 17-я неделя
18-я – 22-я неделя

54.

54 Пренатальная диагностика
Биопсия тканей плода
Исследование проводят для определения
тяжелых наследственных кожных
заболеваний у будущего ребенка гиперкератоза и ихтиоза. При данных
патологиях нарушен процесс ороговения
кожных покровов, что ведет к утолщению
поверхностного слоя, а кожа выглядит как
рыбья чешуя
14-я – 22-я неделя

55.

55 Пренатальная диагностика
Фетоскопия
Эндоскопический метод
непосредственного осмотра плода
в матке, а также проведения
забора биоматериала для
исследования образцов крови плода,
кожи и амниотической жидкости
18-я – 22-я неделя

56.

56 Медико – Генетическое консультирование
является наиболее распространенным видом профилактики наследственных болезней. Суть
его заключается в прогнозировании рождения ребёнка с наследственной патологией,
объяснении вероятности этого события консультирующимся и помощи семье в принятии
решения о дальнейшем деторождении

57.

57 Медико – Генетическое консультирование
Консультирование состоит из 3 этапов
1. Уточнение диагноза с использованием
специальных генетических методов
2. Определение прогноза потомства, который
основывается на данных о типе и варианте
наследования патологического состояния,
результата пренатальной диагностики
3. Формулирование заключения и объяснение
заинтересованным лицам в доступной форме
смысла генетического риска

58.

58 Медико – Генетическое консультирование
Проспективное консультирование
Ретроспективное консультирование
Проводится до зачатия или рождения
ребенка
Суть в прогнозе вероятности и оценка
величины риска рождения детей с
наследственно патологией в парах
родителей, прежде всего из группы
риска
Проводится случае рождения в семье
больного ребенка (пробанд)
Суть в прогнозе вероятности и оценка
величины риска рождения больных
детей в данной семье в будущем
Генетический риск – вероятность передачи наследственной патологии

59.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
ВОЛГОГРАД
2022