Наследственность и среда. Занятие №4

1.

ЗАНЯТИЕ № 4
Тема: НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ И СРЕДА.

2.

Методы изучения генетики человека
1. Клинико-генеалогический метод (составление родословных,
предложил в1865 г. Ф. Гальтон).
2. Близнецовый метод (предложил в 1875 г. Ф. Гальтон).
3. Дерматоглифический метод (предложил в 1892 г. Ф. Гальтон).
4. Популяционно статистический метод (предложили в 1908 г. Г.
Харди и В. Вайнберг).
5. Цитогенетический метод (предложили в 1956 г. Д. Тийо и А.
Левин).
6. Биохимический метод.
7. Молекулярно-генетический метод.

3.

Клинико-генеалогический метод
Генеалогический метод заключается в анализе родословных и позволяет определить
тип наследования (доминантный рецессивный, аутосомный или сцепленный с полом)
признака, а также его моногенность или полигенность.
В генеалогическом методе можно выделить 2 этапа
1. этап составления родословных
2. этап использования генеалогических данных для генетического анализа
Задачи метода:
- установление наследственного характера заболевания
- уточнение типа наследования признака и уровня пенетрантности
- определение сцепления и локализации генов в хромосомах
- изучение интенсивности изменения наследственного материала (частоты мутаций)
у человека
- исследование процессов взаимодействия генов
- расчет риска рождения больного ребенка при медико-генетическом
консультировании
Пенетрантность — это частота проявления гена среди носителей данного гена

4.

Клинико-генеалогический метод.
Символы, используемые при составлении родословной

5.

Клинико-генеалогический метод.
Составление родословной
Правила графического изображения родословной
1. Составление родословной начинают с пробанда. Братья и сестры
располагаются в родословной в порядке рождения слева направо, начиная
со старшего.
2. Все члены родословной должны располагаться строго по поколениям в
один ряд.
3. Поколения обозначаются римскими цифрами слева от родословной
сверху вниз.
4. Арабскими цифрами нумеруется потомство одного поколения (весь ряд)
слева направо последовательно. Т.е. каждый член родословной имеет свой
шифр (например: I-3, II-2).
5. Необходимо указывать возраст членов семьи, так как некоторые
наследственные заболевания проявляются в разные периоды жизни.
6. Супруги родственников пробанда могут не изображаться в родословной,
если они здоровы.
7. Важно отметить лично обследованных членов родословной знаком (!).
Пробандом называется лицо, родословную которого необходимо составить.
Им может быть больной или здоровый человек – носитель какого-либо
признака или лицо, обратившееся за ответом к врачу-генетику на
консультацию. Братья и сестры пробанда называются сибсами. Обычно
родословная составляется по одному или нескольким признакам.

6.

Близнецами называют одновременно родившихся детей. Они бывают
монозиготными (однояйцевыми) и дизиготными (разнояйцевыми).

7.

В чем состоят различия между монозиготными и
дизиготными близнецами?
Обычно выделяют два основных типа
близнецов:
Монозиготные (гомозиготные), имеющие
100 % общих генов.
Дизиготные (гетерозиготные), имеющие
50 % общих генов.

8.

Мутагенность
Мутагенность - способность вызывать генетические мутации в сперматозоидах,
яйцеклетках и других клетках.
Мутагены (от лат. mutatio — изменение и др.-греч. γεννάω — рождаю) —
химические и физические факторы, вызывающие наследственные изменения —
мутации.
Мутагенами могут быть различные факторы, вызывающие изменения в структуре
генов, структуре и количестве хромосом. По происхождению мутагены классифицируют
на эндогенные, образующиеся в процессе жизнедеятельности организма и экзогенные —
все прочие факторы, в том числе и условия окружающей среды. По природе
возникновения мутагены классифицируют на физические, химические и биологические.
Механизм воздействия основывается на образовании с нуклеиновыми
основаниями так называемых ДНК-аддуктов. Чем больше таких ДНК-аддуктов
образуется в молекуле, тем сильнее изменяется нативная структура ДНК,
что приводит к невозможности правильного протекания процессов биосинтеза
белка (транскрипцию и репликацию) и тем самым порождает экспрессию
мутантных белков. Практически все химические мутагены являются
источниками злокачественных опухолей (обладают канцерогенностью), однако
не все канцерогены проявляют мутагенные свойства.

9.

Мутагенность
Физические мутагены:
• ионизирующее излучение (рентгеновское- и гаммаизлучения);
• электромагнитное излучение (ультрафиолетовое, в
некоторых случаях - видимый свет);
• радиоактивный распад.

10.

Мутагенность
Химические мутагены:
Химические мутагены являются самыми распространёнными в группе. К ним относятся следующие группы соединений:
некоторые алкалоиды: колхицин — один из самых распространённых в селекции мутагенов, винкамин, подофиллотоксин;
окислители и восстановители (нитраты, азотистая кислота и её соли — нитриты, активные формы кислорода);
алкилирующие агенты (например, иодацетамид, эпоксибензантрацен);
нитропроизводные мочевины: нитрозометилмочевина, нитрозоэтилмочевина, нитрозодиметилмочевина — часто применяются в сельском
хозяйстве;
этиленимин, этилметансульфонат, диметилсульфат, 1,4-бисдиазоацетилбутан (известный как ДАБ);
некоторые пестициды (пестициды группы альдрина, гексахлоран);
некоторые пищевые добавки (например, ароматические углеводороды (бензол и т.п.), цикламаты);
продукты переработки нефти;
органические растворители;
лекарственные препараты (например, цитостатики, препараты ртути, иммунодепрессанты).
К химическим мутагенам условно можно отнести и ряд вирусов (мутагенным фактором вирусов являются их нуклеиновые кислоты — ДНК
или РНК).
Бензол - токсин и канцероген, который входит в состав нефти и бензина, а также широко применяется в производстве лекарств, пластмасс,
резины и красителей. Часто встречается в некачественной косметической продукции и пластмассовых изделиях, может провоцировать
возникновение различных видов гемато-онкологических заболеваний.

11.

Мутагенность
Биологические мутагены:
• специфические последовательности ДНК — транспозоны;
• некоторые вирусы (вирус кори, краснухи, гриппа)
• продукты обмена веществ (продукты окисления липидов);
• антигены некоторых микроорганизмов. Афлатоксины- группа ядовканцерогенов, вырабатываемых некоторыми видами плесени. Когда
условия хранения не соблюдаются, на продукте, как на питательной
среде, растут плесневые грибы рода Aspergillus. Опасность может
подстерегать в крупах, специях, орехах, чае, молоке, яйцах, мясе,
сухофруктах, хлебе и промышленных соках. Если доза афлатоксинов
не смертельная, но регулярная, это может послужить причиной для
развития цирроза и рака печени. Особую опасность продукты с
афлатоксинами представляют для будущих матерей: помимо общего
отравления, афлатоксины могут нарушить эмбриогенез.

12.

Модификации и мутации
Одним из важнейших свойств живого организма является его изменчивость. Она
проявляется в результате взаимодействия организма с окружающей средой и обеспечивает
все разнообразие существующих форм - микроорганизмов, вирусов, растений и животных,
включая человека. Значительную роль в изменчивости организмов играют расщепление и
рекомбинации генов, обеспечивающие разнообразные сочетания уже существующих генов и
многочисленное перекомбинирование контролируемых ими признаков.
Понятие о мутациях и модификациях
Основной причиной возникновения новых признаков являются мутации - внезапные
изменения генотипа организмов, захватывающие его генеративную сферу и обеспечивающие
передачу возникшего мутантного признака последующим поколениям. Мутации могут
возникать как в ядерном генетическом аппарате клетки, так и в тех цитоплазматических
структурах, которые несут в себе неядерные гены - плазмидах, пластидах, митохондриях.
Изменения организма, не затрагивающие его генетических структур и не передающиеся в
результате этого последующим поколениям, называются модификациями. Они реализуются
только на протяжении жизни измененного организма и передаются потомству лишь путем
вегетативного размножения. Модификационные изменения выражаются обычно в большем
или меньшем проявлении признака в границах, определяемых его генотипом.

13.

Сравнение модификаций и мутаций
Признак
Определение
Модификация
Мутация
Случайно возникшие стихийные
изменения генотипа
Суть явления
Конкретное изменение признака,
возникшее под влиянием фактора
внешней среды
Прямое изменение признака
Изменение гена или хромосомы
Частота появления
Возникают массово
Единичны
Направленность
Характеризуются направленностью Носят ненаправленный характер
Значение
Полезны, имеют
приспособительный характер
Могут быть вредными, полезными,
нейтральными
Могут ли наследоваться
Не наследуются
Наследуются

14.

Геномные, генные мутации, аберрации
Хромосомные мутации
(аберрации), или хромосомные
перестройки, возникают в
результате преобразования
структуры отдельных
хромосом. В их основе лежит
разрыв хромосомы и образования
фрагментов, которые в
последующем воссоединяются, но
при этом нормальное строение
хромосомы не
восстанавливается (рис.).
Различают следующие типы
хромосомных мутаций:
Дупликация участка 16 А в Ххромосоме D. melanogaster, вызывающая
уменьшение размера глаза (Bar)

15.

Геномные, генные мутации, аберрации

16.

Основные механизмы, обуславливающие
комбинативную изменчивость
Комбинативная изменчивость — изменчивость, которая
возникает вследствие рекомбинации генов во время слияния
гамет. Она обусловлена перекомбинацией генов родителей, без
изменения структуры генетического материала.
Механизмы ее следующие:
1) рекомбинация генов при кроссинговере;
2) независимое расхождение хромосом и хроматид при мейозе;
3) случайное сочетание гамет при оплодотворении.

17.

Основные механизмы, обуславливающие
комбинативную изменчивость
Комбинативная изменчивость – новые сочетания неизмененных генов родителей в генотипах
потомства.
Механизмы комбинативной изменчивости.
1. Случайное и независимое расхождение гомологичных хромосом в анафазе1 мейоза (2х23х150000 генов)
– постоянный механизм. Дети получают разное количество хромосом отцовского и материнского
происхождения.
2. Кроссинговер в профазе1 мейоза – непостоянный механизм. Приводит к перекомбинации генов в группе
сцепления.
3. Случайное сочетание гамет при оплодотворении.
Значение комбинативной изменчивости.
1. Возникает огромное гено- и фенотипическое разнообразие особей.
2. Повышаются адаптивные возможности.
3. Может возникнуть комбинация генов, которая проявится в фенотипе как болезнь, или исключит ее
проявление.

18.

Основные механизмы, обуславливающие
комбинативную изменчивость
Все три основных источника комбинативной изменчивости
действуют независимо и одновременно, создавая огромное
разнообразие генотипов. Однако новые комбинации генов не
только легко возникают, но также и легко разрушаются при
передаче из поколения в поколение. Именно поэтому часто в
потомстве выдающихся по качествам живых организмов
появляются особи, уступающие родителям. Для закрепления
желательных признаков селекционеры используют
близкородственные скрещивания. Благодаря таким скрещиваниям
возрастает вероятность встречи одинаковых гамет, и могут
возникнуть потомки с комбинацией генов, близкой к родительской
комбинации.

19.

Биохимический и цитогенетический методы
изучения генетики человека
Цитогенетический метод исследования генетики человека, его
развитие и становление связаны с такими учеными, как Альберт
Леван и Джо Хин Тио. Они в 1956 году первыми установили точное
количество хромосом у людей. Их оказалось не 48, как думали
ранее, а 46. Именно это и положило начало исследованию
мейотических и митотических хромосом человека.
В 1959 г. французские ученые Д. Лежен, Р.Тюрпен и М. Готье,
используя цитогенетические методы, установили хромосомную
природу болезни Дауна. В последующие годы были описаны
многие другие хромосомные синдромы, часто встречающиеся у
человека.

20.

Цитогенетические методы
Этапы цитогенетического метода:
- культивирование клеток человека на питательных средах;
- стимуляция митозов фитогемагглютинином (ФГА);
- добавление колхицина (разрушает нити веретена деления) для остановки митоза на стадии
метафазы;
- обработка клеток гипотоническим раствором, вследствие чего хромосомы рассыпаются и
лежат свободно;
- окрашивание хромосом, используют различные методы(Q-окраска,Gокраска,
дифференциальная окраска сестринских хроматид);
- изучение под микроскопом и фотографирование.
Специальные методы:
- Гибридизация in situ: варианты FISH, ДНК-зонды,
- Метод CGH (Comparative Genome Hybridization)
- Молекулярная диагностика хромосомных болезней

21.

Цитогенетические методы
Показания к проведению метода:
• подозрения на хромосомную болезнь;
• множественные врожденные пороки развития;
• несколько неблагополучных исходов беременности(спонтанные аборты,
мертворождения);
• стойкое первичное бесплодие у мужчин и у женщин при
• исключении гинекологической и урологической патологии;
• лейкозы (дифференциальная диагностика, оценка эффективности лечения и
прогноз)
• пренатальная диагностика посредством хорионбиопсии
• амниоцентеза и кордоцентеза;
• оценка мутагенных воздействий.

22.

Биохимический метод
Суть метода:
• изучение характера биохимических реакций в организме;
• позволяет обнаружить нарушения в обмене веществ, вызванные
мутациями генов.
Наследственные болезни обмена веществ:
-углеводного обмена сахарный диабет (мультифакториальное
наследование)
-аминокислотного фенилкетонурия (аутосомнорецессивное
наследование)
-липидного и др. болезнь Тея-Сакса (аутосомнорецессивное
наследование).

23.

ЗАНЯТИЕ 5
Тема: СЦЕПЛЕННОЕ С ПОЛОМ НАСЛЕДОВАНИЕ ПРИЗНАКОВ.
Теоретические вопросы для подготовки к занятию
1. Особенности наследования дальтонизма, гемофилии (х-сцепленное рецессивное наследование).
2. Особенности наследования рахита, неподдающегося лечению витамином D, темной эмали зубов
(х-сцепленное доминантное наследование).
3. Особенности наследования голандрических признаков через у-хромосому.
4. Признаки контролируемые полом.
5. Признаки ограниченные полом.
Генетические термины, необходимые для усвоения темы:
аутосома, половые хромосомы, ген, локус, аллельные гены, неаллельные гены, гомологичные
хромосомы, негомологичные хромосомы, гамета, доминантный признак, рецессивный признак,
голландрический признак, гемофилия, ихтиоз, мутация, мутагены, коньюгация, кроссинговер,
модификация, геномные мутации, абберации, полиплоидия, гетероплоидия, моносомия, трисомия,
инверсия, делеция, дупликация, транслокация.