Оборудование:

таблицы по общей биологии, схемы и рисунки, иллюстрирующие различные методы генетики человека.

Ход урока

I. Проведение семинарского занятия «Генетика человека» (выступления учащихся по вопросам)

Значение генетики для медицины. Особенности методов генетики человека

Генетика наряду с морфологией, физиологией, биохимией является теоретическим фундаментом современной медицины. Наследственность лежит в основе всех жизненных проявлений. Раздел медицинской генетики изучает роль наследственности в патологии человека, закономерности передачи из поколения в поколение наследственных болезней, разрабатывает методы диагностики, лечения и профилактики наследственных патологий. Указанное направление синтезирует медицинские и генетические открытия и достижения, направляя их на борьбу с болезнями и улучшение здоровья людей. Известно около 3,5 тыс. наследственных болезней и аномалий развития, связанных с нарушением числа хромосом, изменением структуры хромосом, отдельных генов. Они изучаются на молекулярном, клеточном, организменном и популяционном уровнях.

Основные закономерности наследственности, установленные для живых организмов, универсальны и в полной мере справедливы и для человека. Вместе с тем как объект генетических исследований человек имеет свои преимущества и недостатки. Перечислим их.

1. Для людей невозможно планировать искусственные браки. Однако эта трудность преодолима благодаря прицельной выборке из большого числа брачных пар тех, которые соответствуют целям данного генетического исследования.

2. Большое число хромосом (46) в значительной степени затрудняет возможности генетического анализа человека. Разработка новейших методов работы с ДНК (метод гибридизации соматических клеток и некоторые другие) устраняют эту трудность.

3. Из-за небольшого числа потомков невозможен анализ расщепления в потомстве одной семьи. Однако в больших популяциях можно выбрать семьи с интересующими исследователя признаками. Кроме того, в некоторых семьях определенные признаки прослеживались на протяжении многих поколений, и в таких случаях возможен генетический анализ.

4. Длительность смены поколений у человека, которая в среднем составляет 30 лет, и, следовательно, генетик не может наблюдать более одного-двух поколений.

5. Генотипический и фенотипический полиморфизм, присущий человеку. Проявление многих признаков и болезней в значительной степени зависят от условий среды.

Генеалогический метод изучения наследственности человека

Родословная семьи с альбинизмом

Он относится к числу основных в генетике человека и опирается на генеалогию – учение о родословных. Суть метода заключается в составлении родословной и последующем ее анализе. Впервые такой метод был предложен в 1865 г. английским ученым Ф.Гальтоном.

Генеалогический метод широко используется для решения как научных, так и прикладных проблем. Он позволяет выявить наследственный характер признака и определить тип наследования. Наряду с этим метод дает возможность установить сцепленное наследование, определить тип взаимодействия генов и пенетрантность аллелей. Геналогический метод лежит в основе медико-генетического консультирования. Он включает два этапа: составление родословной и ее генетический анализ.

Близнецовый метод

Это метод изучения генетических закономерностей на близнецах. Впервые он был предложен Ф.Гальтоном в 1876 г. Близнецовый метод дает возможность определить вклад наследственных и средовых факторов в развитие конкретных признаков и заболеваний у человека.

При использовании близнецового метода проводится сравнение: монозиготных (однояйцовых) близнецов с дизиготными; партнеров в монозиготных парах между собой; данных анализа близнецовой выборки с общей популяцией.

Монозиготные близнецы образуются из одной зиготы, разделившейся на стадии дробления на две (или более) части. С генетической точки зрения они идентичны, то есть обладают одинаковыми генотипами. Монозиготные близнецы всегда одного пола.

Дизиготные близнецы развиваются в случае, если образуются одновременно две яйцеклетки, оплодотворенные двумя спермиями. Естественно, что дизиготные близнецы обладают различными генотипами. Они сходны между собой не более чем обычные братья и сестры, так как имеют 50% идентичных генов.

Общая частота рождения близнецов составляет примерно 1%; из них около 1/3 приходится на долю монозиготных близнецов.

Популяционно-статистический метод

Одним из важных направлений современной генетики является популяционная генетика. Она изучает генетическую структуру популяций, их генофонд, взаимодействие факторов, обусловливающих постоянство и изменение генетической структуры популяций.

В медицинской генетике популяционно-статистический метод используется при изучении наследственных болезней населения, частоты нормальных и патологических генов, генотипов и фенотипов в популяциях различных местностей, стран и городов. Кроме того, этот метод изучает закономерности распространения наследственных болезней в разных по строению популяциях и возможность прогнозировать их частоту в последующих поколениях.

Популяционно-статистический метод используется для изучения:

• частоты генов в популяции, включая частоту наследственных болезней;
• закономерностей мутационного процесса;
• роли наследственности и среды в возникновении болезней с наследственной предрасположенностью;
• роли наследственных и средовых факторов в создании фенотипического полиморфизма человека по многим признакам и др.

Использование популяционно-статистического метода включает правильный выбор популяции, сбор материала и статистический анализ полученных результатов.

Цитогенетический метод

Основа метода – микроскопическое изучение хромосом человека. Цитогенетические исследования стали широко использоваться с начала 20-х гг. XX в. для изучения морфологии и подсчета хромосом человека, культивирования лейкоцитов для получения метафазных пластинок.

Развитие современной цитогенетики человека связано с именами цитологов Д.Тио и А.Левана. В 1956 г. они впервые установили, что у человека 46, а не 48, как думали раньше, хромосом.

В 1960 г. в США была разработана первая Международная классификация хромосом человека. В 1971 г. на I Пражской конференции генетиков в дополнение к предыдущей классификации были предложены методы дифференциальной окраски хромосом, благодаря которым каждая хромосома приобретает свой неповторимый рисунок, что помогает точной идентификации.

Наследственные болезни человека и их ранняя диагностика

Наследственными болезнями называют такие заболевания, причина которых лежит в нарушении наследственного материала (генов, хромосом). В зависимости от уровня повреждения различают генные и хромосомные болезни. Сведения о них внесены в таблицу.

В практику здравоохранения прочно вошла система скрининговых (массовых, просеивающих) тестов на наиболее распространенные наследственные заболевания, которые возможно скорректировать после рождения с помощью диеты либо медикаментозными средствами. Так, раннее выявление у ребенка фенилкетонурии и назначение диеты с ограниченным количеством фенилаланина предотвращают возникновение повреждений в центральной нервной системе и появление тяжелых симптомов этого заболевания.

В медицинской практике существуют методы выявления гетерозиготных носителей некоторых рецессивных генов (онтогенетический метод), что особенно важно при медико-генетическом консультировании.

Профилактика – основной путь предотвращения наследственных заболеваний у человека. Для этого существует сеть учреждений, обеспечивающих медико-генетическое консультирование (МГК). Главная задача МГК заключается в прогнозировании вероятности появления детей с той или иной наследственной патологией. Показания для консультирования многообразны. Так, ему подлежат вступающие в брак лица, у которых имеются родственники с отягощенной наследственностью («семейные» болезни, психиатрические заболевания, слепоглухонемые рождения), либо заключающие родственный брак; семейные пары, долгое время не имеющие детей; возраст матери старше 35 лет и отца старше 40 лет и т.п.

В настоящее время во многих странах широко применяется метод амниоцентеза, позволяющий анализировать клетки эмбриона из околоплодной жидкости. Эти клетки исследуют под микроскопом. Благодаря этому методу женщина на раннем этапе беременности (начиная с 16-й недели) может получить важную информацию о возможных хромосомных или генных мутациях плода и избежать рождения больного ребенка.

Хромосомные аномалии и вызванные ими синдромы

Как уже было сказано выше, в 1956 г. было точно определено, что диплоидное число хромосом в клетках человека в норме равно 46. С тех пор наука достигла больших успехов в изучении кариотипа человека, то есть его стандартного набора хромосом.

Впервые связь между аномальным набором хромосом и резкими отклонениями от нормального развития была обнаружена в случае синдрома Дауна. Причина появления лишней хромосомы (трисомия) связана с нерасхождением хромосом в ходе мейоза у женщин. Важно отметить, что существует сильная зависимость между частотой рождения детей с синдромом Дауна и возрастом матери. После 35–40 лет частота появления больных детей резко возрастает. Дети с синдромом Дауна появляются довольно часто – один на 500–600 новорожденных. Трисомии по другим аутосомам встречаются очень редко, так как приводят к гибели эмбрионов на ранних этапах развития.

Отклонения в числе половых хромосом вызывают серьезные расстройства развития. Среди них синдром Клайнфельтера, который встречается у одного из 400–600 новорожденных мальчиков. Другая аномалия, встречающаяся у новорожденных девочек с частотой один на 5000, так называемый синдром Тернера, тоже связана с хромосомным нарушением. Существуют и другие нарушения в строении хромосом, приводящие к различным болезням.

Лечение наследственных аномалий обмена веществ

Повышенный интерес медицинской генетики к наследственным заболеваниям объясняется тем, что во многих случаях знание биохимических механизмов развития заболевания позволяет облегчить страдания больного. Больному вводят не синтезирующиеся в организме ферменты или исключают из пищевых рационов продукты, которые не могут быть использованы вследствие отсутствия в организме необходимых для этого ферментов. Заболевание сахарным диабетом характеризуется повышением концентрации сахара в крови вследствие отсутствия инсулина – гормона поджелудочной железы. Это заболевание вызывается рецессивным геном. Оно лечится введением в организм инсулина, который теперь уже научились производить на биохимических заводах, используя генно-инженерные методы.

Однако следует помнить, что вылечивается только болезнь, то есть фенотипическое проявление «вредного» гена, и вылеченный человек продолжает оставаться его носителем и может передавать этот ген своим потомкам. Сейчас известны сотни заболеваний, в которых механизмы биохимических нарушений изучены достаточно подробно. В некоторых случаях современные методы микроанализов позволяют обнаружить такие биохимические нарушения даже в отдельных клетках, а это, в свою очередь, позволяет ставить диагноз о наличии подобных заболеваний у еще не родившегося ребенка по отдельным клеткам в околоплодной жидкости.

Только в отдаленной перспективе будет возможна коррекция генотипа для устранения причин наследственных заболеваний – мутантных генов. Развитие перспективного в этом отношении направления лечения наследственной патологии, названного генотерапией, осложнено тем, что последствия вмешательства в геном человека даже на уровне соматических клеток трудно предсказуемы и в будущем могут негативно отразиться на потомстве.

Опасность близкородственных браков

В современном обществе родственные браки (браки между двоюродными братьями и сестрами) сравнительно редки. Однако есть области, где вследствие географических, социальных, экономических или других причин небольшие группы населения в течение многих поколений живут изолированно. В таких изолированных популяциях (изолятах) частота родственных браков бывает значительно выше, чем в обычных «открытых» популяциях. Статистика свидетельствует, что у родителей, состоящих в родстве, вероятность рождения детей, пораженных теми или иными наследственными недугами, или частота ранней детской смертности в десятки, а иногда даже в сотни раз выше, чем в неродственных браках. Родственные браки особенно нежелательны, когда имеется вероятность гетерозиготности супругов по одному и тому же вредному рецессивному гену.

II. Домашнее задание

1. Решить задачу: «При скрещивании двух пород кур, из которых одна имела белое оперение и хохол, а вторая также белая, но без хохла, в F₁ все цыплята оказались белыми хохлатыми. В F₂ получено следующее расщепление: 40 белых хохлатых, 3 рыжих без хохла, 12 белых без хохла и 9 рыжих хохлатых. Объясните, как наследуются анализируемые признаки».

2. Повторить основные закономерности наследственности.

3. Подготовиться к терминологическому диктанту, дать определение следующим понятиям: аллель, аллельные гены, анализирующее скрещивание, аутосомы, возвратное скрещивание, генеалогический метод, генетика, генетическое картирование, гетерогаметный пол, гетерозиготный организм, гибридизация, гомогаметный пол, гомозиготный организм, группа сцепления, дигибридное скрещивание, доминантный ген, кодоминантные гены, комплементарность, летальные гены, моногибридное скрещивание, полигибридное скрещивание, половые хромосомы, плейотропия, полулетальные гены, признаки, сцепленные с полом, полимерия, прогамное определение пола, рецессивный ген, реципрокные скрещивания, сингамное определение пола, экспрессия генов, эпигамное определение пола, эпистаз.