Методы генетики

1.

Методы изучения
наследственности человека.
Лектор:
доцент, к.б.н. Тихомирова С.В.
1

2.

Человек как объект
генетического анализа
• невозможность применения гибридологического
анализа;
• невозможность проведения прямых экспериментов;
• позднее половое созревание и редкая смена
поколений;
• малочисленность потомства;
• большое число хромосом;
• невозможность создания одинаковых условий жизни.

3.

Клинико-генеалогический метод наследственных
болезней (метод родословных)

4.

Возможности метода:
• установить наследственный характер признака
(заболевания);
определить тип и характер наследования признака\болезни;
предположить зиготность лиц родословной;
пенетрантность аллеля;
оценить прогноз заболевания;
рассчитать генетический риск для потомства, выбрать
адекватные методы дородовой диагностики.
Клинико-генеалогический метод лежит в основе
медико-генетического консультирования и
включает 3 этапа:
• 1 этап – сбор генетической информации (обследование);
• 2 этап – составление родословной;
• 3 этап – генетический анализ родословной и выводы.

5.

Аутосомно-доминантное наследование
1.
2.
3.
Заболевание проявляется в каждом поколении
У каждого больного, как правило, поражен один из
родителей;
Болеют в равной степени и мужчины и женщины.

6.

Аутосомно-рецессивное наследование
1. Больные не в каждом поколении
2. У здоровых родителей больной ребенок
3. Болеют в равной степени и мужчины и женщины
4. Возможно наличие близкородственных связей

7.

X-сцепленное рецессивное
наследование
1. Больные не в каждом поколении, рождаются в браке
фенотипически здоровых родителей.
2. Болеют в основном мужчины.
3. Заболевание чаще всего наследуется от здоровой
матери - гетерозиготной носительницы
патологического гена
7

8.

X-сцепленное доминантное
наследование
• Заболевание проявляется в каждом поколении;
• Болеют в равной степени мужчины и женщины;
• Больные отцы никогда не передают заболевание
своим сыновьям, но обязательно передают его всем
дочерям.

9.

Больные во всех поколениях
Болеют только мужчины
Передача признака от отца всем сыновьям
Вероятность наследования 100% у мальчиков

10.

Болезнь передается только по материнской линии
• Болеют мальчики и девочки
• Больные мужчины не передают болезнь потомству

11.

Близнецовый метод - позволяет определить
соотносительную роль наследственности (генотипа) и
среды в проявлении различных признаков
Установление соотносительной роли наследственности и среды в развитии
патологических состояний позволяет врачу эффективно проводить
мероприятия по профилактике заболеваний с наследственной
предрасположенностью.

12.

Дизиготных
Монозиготных

13.

Конкордантность - процент
сходства группы близнецов
по изучаемому признаку
Дискордантность –
процент различия по изучаемому
признаку

14.

Формула Хольцингера:
Н= КМБ% - КДБ%
100% - КДБ%,
Где Н – доля наследственности (коэффициент наследуемости),
Е – коэффициент среды,
Е=100-Н
Пример: Конкордантность монозиготных близнецов по сахарному диабету равна
65%, т.е. если один болен сахарным диабетом, то второй заболеет в 65%
случаев. Конкордантность дизиготных близнецов по данному заболеванию
составляет 18%
Н= 65% - 18%
100% - 18% =57%
Е=100-57%=43%. Таким образом, доля наследственности при сахарном диабете
составляет 57%, доля среды-43%

15.

Популяционно-статистический метод
Сущность метода заключается в изучении частот
генов и генотипов в различных
популяционных группах, что дает
необходимую информацию о частоте
гетерозиготности и степени полиморфизма у
человека.
Метод изучает закономерности распространения
наследственных болезней в разных по
строению популяциях и возможность
прогнозировать частоту их появления в
последующих поколениях.

16.

Популяционно-статистический
метод
Возможности метода:
• Изучение генетической структуры популяции
• Метод позволяет оценить распространенность
наследственных заболеваний в популяции
• На основе изучения распространения генов
среди населения различных географических
регионов дает возможность установить центры
происхождения различных этнических групп и
их миграции

17.

Популяционно-статистический метод
Существенным моментом использования этого метода
является статистическая обработка полученных
данных на основе закона генетического равновесия
Харди – Вайнберга для идеальной популяции. Для
идеальной популяции характерны следующие черты:
большая численность, свободное скрещивание
организмов (панмиксия), отсутствие естественного
отбора и мутационного процесса, отсутствие миграций
в популяцию и из нее.
В идеальной популяции соотношение частоты
доминантных гомозигот (АА), гетерозигот (Аа) и
рецессивных гомозигот (аа) сохраняется постоянным
из поколения в поколение, если никакие
эволюционные факторы не нарушают это равновесие.

18.

закон генетического равновесия
Харди – Вайнберга
(p + q)2 ;
где р - частота встречаемости аллеля А,
q - частота встречаемости аллеля а.
Раскрытие этой формулы дает возможность
рассчитать частоту встречаемости людей с
разным генотипом и в первую очередь
гетерозигот – носителей скрытого
рецессивного аллеля: р2(АА)+2рq(Aa)+q2(аа)
• p+q=1
• р2+2рq+q2=1 или (100%)

19.

Методы клинической диагностики.
- лабораторные методы:
цитогенетические,
биохимические,
молекулярно-генетические.
Их цель заключается в том, чтобы
лабораторно подтвердить или опровергнуть
предположительный диагноз
наследственного (генетического
заболевания), эти методы широко
используются в практическом
здравоохранении.
19

20.

Цитогенетический метод - выявления
геномных и хромосомных мутаций
Возможности метода:
• Изучение кариотипа (особенность строения, число хромосом)
• Определение генетического пола организма
• Оценка мутагенеза
• Цитогенетика – область генетики, изучающая
цитологические основы наследственности и изменчивости,
структуру и функции хромосом

21.

Методика приготовления цитогенетических
препаратов путем культивирования (непрямой
21
метод)

22.

Методы окраски хромосом
Рутинное окрашивание
(краситель Гимза)
G-окрашивание- GTG
(краситель Гимза, после
обработки трипсином)
22

23.

ИДИОГРАММА- Графическое изображение кариотипа (набора
хромосом), расположении их по группам в зависимости от формы и
величины, GTG-окраска

24.

СЕЛЕКТИВНОЕ ОКРАШИВАНИЕ
конститутивный
гетерохроматин, активные
ядрышко-образующие
районы, центромерные и
теломерные районы.

25.

Кариотип
— совокупность признаков (число,
размеры, форма и т. д.) полного
набора хромосом, присущая клеткам
данного биологического вида
(видовой кариотип 46,ХХ или 46,ХУ),
данного организма
(индивидуальный кариотип
Пример: 47,ХY,+18)
или линии (клона) клеток
(Пример: 45,Х\46,ХХ) .

26.

Цитогенетический метод - диагностика
хромосомных болезней
Синдром Дауна 47,ХХ,+21
Синдром Патау 47,ХУ+13
Синдром Вольфа-Хиршхорна
(46,ХУ4p-) или (46,ХХ4p-)
Синдром Тернера 45,Х
Синдром Эдвардса 47,ХУ,+18
26

27.

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;
- гемобластозы (дифференциальная диагностика,
оценка эффективности лечения и прогноз);
- пренатальная диагностика (хорионбиопсия,
амниоцентез или кордоцентез);
- оценка мутагенных воздействий.

28.

Молекулярно-цитогенетические методы
(Метод флюоресцентной гибридизации in situ (FISH))
Метод (Fluorescence in situ hybridization) основан на гибридизации
известной по нуклеотидному составу ДНК-пробы с участком тестируемой
хромосомы и с последующим выявлением результата гибридизации по
метке – флуоресцентному сигналу в ожидаемом месте.
Объектом исследования в данном случае являются особенности
нуклеотидного состава конкретной хромосомы или ее отдельного участка.
28

29.

30.

Молекулярно-цитогенетические методы
применяются для:
-диагностики микроделеционных хромосомных синдромов
- анализа сложных межхромосомных перестроек
- при проведении преимплантационной, пренатальной
или постнатальной диагностики
- онкогенетике, гематологии,
- при оценке мутагенных
воздействий (физических,
химических, биологических)
- диагностике врожденных
пороков развития и
умственной отсталости.
30

31.

Экспресс-диагностика позволяет
выявить в интерфазных клетках
половой Х-хроматин

32.

32

33.

Биохимические методы
Направлены на выявление биохимического
дефекта и помогают диагностировать
генные болезни
(ферментопатии)
33

34.

Биохимические методы направлены на
выявление аномальных белковых продуктов
генов или патологических метаболитов внутри
клетки и во внеклеточных жидкостях.
Объекты биохимической диагностики: моча, пот,
плазма и сыворотка крови, форменные элементы
крови и т.д.
Предмет биохимической диагностики: разные
классы органических и неорганических веществ
(аминокислоты, углеводы, липиды, мукополисахариды, ионы металлов и др.) и их метаболиты,
концентрация и отклонения в активности ферментов.34

35.

Патогенез
А
фермент 1
фермент 2
В
С
1. Увеличение количества субстрата ( А )
2. Снижение концентрации продуктов
реакции ( В и С )

36.

Фенилкетонурия 12q24.1 1:7000-10000
1) задержка психического
развития;
2) судорожный синдром;
3) склонность к развитию
дерматита;
4) нарушение обмена
меланина
36

37.

Патогенез
фермент 1
фермент 2
В
С
А
А1,А2
производные
субстрата
1. Субстрат или его производные в больших количествах
являются токсичными веществами
2. Недостаточность концентрации продуктов реакции,
которые необходимы для определенных функций клетки

38.

Скрининг новорожденных
проведение массового обследования
новорожденных на наследственные
заболевания обмена 3-4 день жизни.
ЧТО ТАКОЕ СКРИНИНГ?
Тест, применяемый к определенной группе лиц, чтобы
установить раннюю стадию, бессимптомную стадию,
фактор риска или комбинацию факторов риска
заболевания
Рекомендации Совета Европы 1990 -94 г.г.

39.

Молекулярно-генетические методы
исследования
• Большая и очень разнородная группа методов
предназначенная для выявления вариаций в структуре
исследуемого участка ДНК (от нескольких нуклеотидов,
гена, региона хромосомы) вплоть до расшифровки первичной
последовательности оснований
• ДНК-диагностика возможна на любой стадии онтогенеза
Для каждой НБ характерен свой тип мутаций,
свой алгоритм ДНК-диагностики

40.

Полимеразная цепная реакция ПЦР
• в диагностировании инфекций,
генетических, онкологических
заболеваний
• в судебно-медицинской экспертизе при
наличии для исследования крайне малого
количества ДНК
• в ветеринарной медицине, фармацевтике,
биологии, молекулярной генетике
• для идентификации личности по ДНК,
• подтверждения отцовства
• в палеонтологии, антропологии,
• в экологии (при отслеживании качества
продуктов, факторов внешней среды).

41.

Молекулярно-генетические методы
исследования
Наиболее комплексный подходом,
обеспечивающий достоверный результат
подобных исследований, обеспечивает прямое
определение нуклеотидной
последовательности интересующих участков
генома -
секвенированием ДНК.

42.

Секвенирование - определение
последовательности нуклеотидов в
ДНК.
Полногеномное
секвенирование
Полный экзом
Клинический экзом 1000 генов
Диагностическая панель – 100 генов
42

43.

Сравнительная геномная гибридизация на
микроматрице (array-CGH)
Метод выявления несбалансированных структурных
перестроек хромосом и анеуплоидий по целым
хромосомам.
Разрешающая способность метода позволяет
идентифицировать микроделеции и микродупликации,
невидимые при стандартном кариотипировании

44.

45.

46.

47.

Преимплантационная генетическая
диагностика (ПГД)
для носителей сбалансированных аномалий и лиц с
моногенно-наследуемыми заболеваниями при условии
носительства дефектных генов.
Назначается по индивидуальным показаниям,
выполняется в рамках программы ЭКО, это специальное
молекулярно-биологическое тестирование хромосомного
набора клеток эмбриона, проводимое до переноса зародыша
в полость матки. Материал для исследования получают с
помощью:
- биопсии бластомеров
- биопсии трофэктодермы.
После исследования
эмбрион переносят в матку

48.

Предимплантационный генетический
скрининг (PGS) методом a-CGH