Методы изучения наследственных болезней и характер наследования сахарного диабета
1. Какой метод не применяется в генетике человека: цитогенетический, генеалогический, близнецовый, гибридологический, дерматоглифический?
В генетике человека не применяется гибридологический метод.
2. Какие особенности человека как объекта генетики осложняют изучение его наследственности и изменчивости?
Для людей невозможно экспериментально получать мутации, не применим гибридологический метод. Кроме того, генетический анализ усложняется рядом факторов: большим числом хромосом (2n = 46), малым количеством потомков в семье, медленной сменой поколений (одно поколение – в среднем 30 лет), широким генотипическим и фенотипическим полиморфизмом (разнообразием) и т.д.
3. Каковы основные методы изучения наследственности и изменчивости человека?
Основными методами изучения наследственности и изменчивости человека являются:
● Генеалогический метод, основанный на построении и изучении родословных.
● Близнецовый метод, суть которого заключается в сравнительном изучении развития признаков у близнецов.
● Цитогенетический метод, основанный на микроскопическом изучении хромосом.
● Популяционно-статистический метод, связанный с изучением наследственных признаков в больших группах населения (популяциях).
● Дерматоглифический метод, предполагающий изучение рельефа кожи на пальцах, ладонях и подошвах стоп.
● Биохимические методы, связанные с качественным и количественным анализом определённых веществ, прежде всего ферментов и продуктов катализируемых ими реакций.
● Метод соматической гибридизации, суть которого состоит в получении и последующем изучении гибридных клеток, получаемых путём слияния соматических клеток человека с клетками других биологических видов.
● Молекулярно-генетические методы, связанные с анализом фрагментов нуклеиновых кислот, поиском и выделением генов и т.д.
4. Каким образом сравнительное изучение близнецов позволяет выявить роль генотипа и условий среды в формировании конкретных признаков организма?
В большинстве случаев близнецы, будучи одного и того же возраста и воспитываясь в одной семье, фактически развиваются в одинаковых условиях. Следовательно, влияние окружающей среды на них примерно одинаковое. Поэтому выявление сходства и различий близнецов (прежде всего – монозиготных) позволяет определить вклад генотипа и условий среды в формирование определённых признаков.
Монозиготные близнецы имеют одинаковый генотип. Следовательно, признаки, по которым однояйцевые близнецы сходны, в большей степени предопределены генотипом, а на признаки, по которым данные близнецы различаются, существенное влияние оказывают условия окружающей среды.
5. Какие методы генетики человека можно использовать для выявления генных мутаций? Хромосомных и геномных мутаций?
Для выявления генных мутаций применяют, прежде всего, биохимические методы, а также секвенирование. Для выявления хромосомных и геномных мутаций широко используется цитогенетический метод. Кроме того, мутации, при которых происходит изменение папиллярных узоров кожи, например, трисомию по 21 хромосоме (причина развития синдрома Дауна), можно выявлять с помощью дерматоглифического метода.
6. Охарактеризуйте основные молекулярно-генетические методы, которые используются для изучения наследственности и изменчивости человека.
● С помощью метода гибридизации ДНК можно осуществлять поиск определённых генов или их фрагментов. Для этого к образцам исследуемой ДНК добавляют специальные зонды – искусственно синтезированные цепочки ДНК с известной последовательностью нуклеотидов. ДНК-зонд создают таким образом, чтобы он мог комплементарно связаться с искомым геном, а также содержал радиоактивную или светящуюся метку, необходимую для последующего обнаружения зонда.
● Полимеразная цепная реакция (ПЦР) – метод, позволяющий многократно воспроизвести (т.е. «размножить») определённый фрагмент ДНК. ПЦР широко используется в биологии и медицине, например, для диагностики заболеваний (наследственных, инфекционных), установления отцовства, клонирования генов и др.
● Секвенирование представляет собой определение последовательности нуклеотидов молекул нуклеиновых кислот. Секвенирование ДНК используется для «расшифровки» генов и выявления любых типов генных мутаций.
● Метод генной дактилоскопии связан с исследованием особых повторяющихся последовательностей нуклеотидов (так называемых минисателлитных ДНК). Их структура и расположение в хромосомах уникально для каждого человека (как отпечатки пальцев) и совпадает только у монозиготных близнецов. Анализ таких последовательностей используется для идентификации личности или установления родства.
7. Наследственная форма сахарного диабета обусловлена рецессивным аутосомным геном. Обследование населения крупного изолированного острова показало, что 1% людей, проживающих на этом острове, страдают врождённым сахарным диабетом. Какую долю (%) среди здорового населения острова составляют гетерозиготные носители этого заболевания?
● Введём обозначения генов:
А – нормальный углеводный обмен;
а – врождённый сахарный диабет.
● Пусть р – частота доминантного аллеля в данной популяции, а q – частота рецессивного аллеля.
Тогда р + q = 1 (или 100%).
Исследуемый признак является аутосомным, т.е. мужские и женские гаметы, несущие аллель А, формируются у людей, населяющих остров, с одинаковой частотой (вероятностью) – р. Сперматозоиды и яйцеклетки, несущие аллель а, образуются с частотой (вероятностью) q. Случайное слияние гамет приводит к появлению потомков трёх генотипических классов: АА, Аа и аа.
● Для наглядности построим решётку Пеннета:
Поскольку гаметы А образуются с частотой р, гаметы а – с частотой q, то доля людей, имеющих генотип АА, равна p2, генотип Аа – 2pq, генотип аа – q2.
● В условии сказано, что доля людей, страдающих врождённой формой сахарного диабета, составляет 0,01 (или 1%), т.е. q2 = 0,01. Следовательно, q = √¯0,01 = 0,1 (или 10%). Тогда p = 1 – 0,1 = 0,9 (или 90%).
Здоровое население острова составляет 0,99 (или 99%).
При этом носителями заболевания (Аа) являются: 2pq = 2 × 0,9 × 0,1 = 0,18 (или 18%).
Значит, доля носителей среди здорового населения составляет 0,18 : 0,99 × 100% ≈ 18,2%.
Ответ: доля носителей врождённой формы сахарного диабета среди здорового населения острова составляет 18,2%.
Дашков М.Л.
Сайт: dashkov.by
Вернуться к оглавлению
| < Предыдущая | Следующая > |
|---|
Source: dashkov.by
Источник
Сахарный диабет (СД) является неизлечимым патологическим состоянием организма, обусловленным нарушением обменных и гормональных процессов. Согласно медицинской классификации, выделяют три основных типа заболевания и несколько подвидов. К основным относятся:
- 1 тип – инсулинозависимый или ювенильный;
- 2 тип – инсулиннезависимый;
- гестационный диабет, возникающий у женщин в перинатальный период.
При сборе анамнеза на первичной диагностике чаще всего выявляются родственники пациентов, страдающие диабетом. Резонный вопрос о том, передается ли сахарный диабет по наследству и насколько велика потенциальная опасность, возникает в 100% случаев.
О наследственных болезнях и диабете
Каждый организм обладает биологической способностью передавать свои функциональные возможности и морфологические признаки последующим поколениям. Информация о том или ином заболевании, заложенная в генах родителей, бабушек и дедушек, автоматически переходит по наследству. Проявление и развитие генных патологий зависит от групповой принадлежности.
Всего выделяют три группы наследственных заболеваний:
- Генные. Зарождаются в результате повреждения макромолекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), которая обеспечивает сохранность и передачу генетической информации из поколения в поколение. То есть мутация генов одной хромосомы (аллелей) происходит на молекулярном уровне. (Примеры: фенилкетонурия, алкаптонурия, болезнь Гоше, непереносимость лактозы, нарушения обмена билирубина, гемофилия и др.).
- Хромосомные синдромы. Возникают из-за нарушения качественно-количественного хромосомного набора, которое развивается вследствие мутации в половых клетках одного из родителей (синдром Тернера-Шершевского, синдром Дауна, синдром Волъфа-Хиршхорна, синдром Эдвардса и другие).
- Патологии с предрасположенность. Характеризуются наличием измененного генофона, но не обязательной активностью этих изменений. Проявление болезней зависит от того, каким образом возникла генная мутация и как влияют внешние условия проживания. (Примеры: хронические заболевания неинфекционной природы: сахарный диабет, ишемия, язва и т.д.).
Исходя из данной классификации, сахарный диабет передается по наследству, поскольку его наличие генетически заложено. Но развитие патологии обуславливается видом мутации и внешними условиями. В каждой хромосоме (в норме) содержится два гена, при изменении одного из них второй может не подвергаться мутации. Когда поврежденный ген блокирует здоровый, развивается доминантная мутация, приводящая к прогрессированию генетической болезни. Если у здорового гена хватает сил «работать за двоих», наследственное заболевание переходит как бы в спящее состояние.
Врожденные сбои обмена веществ и нарушения других биохимических процессов, таких как СД, передаются по рецессивному признаку. Чтобы проявился сахарный диабет, вызванный рецессивной мутацией, организм должен иметь два гена с одинаковыми нарушениями. То есть наследовать их по линии обоих родителей. При этом передача генетической информации не обязательно должна быть прямая. Родители могут входить в группу так называемого проскакивающего поколения, а диабет передаваться от бабушки или дедушки.
Схема наследования рецессивных мутаций
Характер рецессивного признака может изменяться под влиянием внешних условий. Для развития болезни необходима активизация определенных триггеров (спусковых механизмов), то ест негативного воздействия на организм. Наличие сахарного диабета у родителей не гарантирует его развития у детей. Ребенок получает в наследство предрасположенность к заболеванию, то есть набор пораженных генов, для активации которых нужны определенные условия.
Типы заболевания и возможные генетические риски
Сахарный диабет – это прежде всего сбой в производстве и реализации организмом высокоактивного биологического вещества – инсулина. Данный гормон отвечает за транспортировку и адаптацию глюкозы в клетки организма в качестве основного источника энергии. Типизация болезни обусловлена характером эндокринных нарушений.
Инсулинозависимый тип заболевания
Механизм развития 1 типа диабета связан с отказом поджелудочной железы выполнять эндокринную функцию по выработке инсулина. Без инсулина происходят следующие реакции: ускоряется процесс глюконеогенеза – выделение аминокислот из белковой пищи, дальнейшее их расщепление на простые сахара и выброс в кровоток, аккумуляция глюкозы в крови, поскольку некому осуществлять ее доставку к тканям и клеткам. Чтобы искусственно имитировать биологические процессы, пациенту необходимы регулярные инъекции медицинского инсулина.
Выделяют две основные причины развития первого типа СД:
- Неблагополучная наследственность. Доминирование поврежденного гена или рецессивная мутация.
- Развитие аутоиммунных процессов. Сбой в работе иммунной системы, характеризующиеся изменением защитных функций на разрушительные, направленные против клеток собственного организма.
Активация нарушений (аутоиммунных и генетических) происходит под влиянием ряда факторов:
- Инфекционные болезни вирусной этиологии. Острые и хронические инфекции выводят иммунную систему из равновесия. Наиболее опасными считаются ВИЧ и СПИД, герпетические вирусы: Коксаки, цитомегаловирус, вирус герпеса человека 4-го типа (Эпштейна-Барра).
- Многочисленные аллергии, то есть иммунная система вырабатывает антитела в авральном режиме, что приводит к ее сбоям.
- Гиподинамический образ жизни на фоне нездорового питания. Обилие простых углеводов в меню приводит к патологиям поджелудочной железы, недостаточная двигательная активность замедляет обменные процессы и провоцирует ожирение.
Кроме этого, для потенциальных диабетиков может быть опасен некорректный прием некоторых медикаментозных средств.
Риски 1 типа сахарного диабета
Согласно данным медицинской статистики, мутированные гены, полученные по наследству от отца, проявляются развитием диабета у ребенка в 9% случаев. Если предрасположенность наследуется по материнской линии, процент составит 3–5. В том случае, когда диабет диагностирован у обоих родителей, вероятность достигает 21%. При наличии других близких родственников с диабетом и родителей-диабетиков риск возрастает в 4 раза.
В случае передачи болезни через поколение, когда родители являются только носителями генной информации, у детей определяется 1 тип. СД по первому типу носит название ювенильный, поскольку основная группа пациентов – это малыши и подростки. Заболевание чаще всего проявляется у новорожденных или у детей в пубертатный период. Риск возникновения патологии снижается с возрастом. После 20–25 лет инсулинозависимая форма болезни не диагностируется, считается, что ребенок «перерос» наследственную предрасположенность.
Если при рождении двойни у одного из детей диагностирован диабет, у другого он впоследствии развивается в половине случаев. Немалую опасность представляет гестационный диабет. Заболевание, которое возникло у женщины в перинатальный период, может либо исчезнуть после родоразрешения, либо развиться в хроническую патологию. Частота случаев составляют около 25%, при этом тип заболевания может быть любой.
Инсулиннезависимая патология
Основное отличие сахарного диабета второго типа от СД 1 типа состоит в том, что поджелудочная железа не останавливает производства инсулина. Проблема заключается в неспособности тканей и клеток организма адекватно воспринимать и рационально расходовать гормон. Это состояние носит название инсулинрезистентность (нарушение чувствительности и ответной реакции). В результате бездействия инсулина сахар накапливается в крови.
Полное прекращение эндокринной деятельности (выработки инсулина) поджелудочной железой наблюдается только в тяжелой стадии декомпенсации, когда заболевание переходит в инсулинозависимую форму. Однозначного ответа на вопрос о том, передается ли диабет 2 типа по наследству или приобретается человеком в процессе жизни, нет. На развитие болезни оказывают влияния как внешние причины, так и имеющаяся группа поврежденных генов. Совокупность этих двух факторов приводит к СД по второму типу в 80% случаев.
Внешние причины, определяющие развитие инсулиннезависимого диабета:
- частые аллергии с некорректным лечение симптомов, а не устранением причины;
- хронические болезни сердца, сосудов, поджелудочной железы;
- неправильное пищевое поведение (злоупотребление моносахаридами и дисахаридами);
- неконтролируемый прием алкогольных напитков;
- длительное лечение гормоносодержащими препаратами;
- осложненная гестационным диабетом беременность.
Инсулинорезистентность имеет свойство возникать на фоне дистресса (перманентного пребывания в напряженном нервно-психологическом состоянии). При здоровом образе жизни и соблюдении мер профилактики наследственный фактор СД 2 как монопричина может не сработать.
Риски второго типа диабета
Инсулиннезависимой патологии подвержены взрослые люди. Чаще всего болезнь заявляет о себе в возрасте 40+. По гендерной принадлежности СД 2 типа больше свойственен женщинам в период предменопаузы и климакса. Это связано с интенсивной гормональной перестройкой организма. Снижается производство половых гормонов (прогестерона и эстрогена), гормонов щитовидной железы, вследствие чего организм теряет контроль над обменными процессами.
Кроме того, гормональные изменения приводят к набору массы тела. Клетки утрачивают восприимчивость к инсулину, выработка которого с возрастом, напротив, увеличивается. Развивается инсулинрезистентность. Возможность передачи инсулиннезависимой формы болезни по наследству достаточно высокая. По материнской или отцовской линии – до 80%, при наличии пораженных генов у обоих родителей – до 100%. Но для того чтобы генетическая склонность пришла в движение, необходима провокация в виде неблагоприятных внешних воздействий.
Основными триггерами прогрессирования диабета второго типа считаются ожирение и алкоголизм
Второй тип диабета может развиться и без участия наследственных причин. Ожирение приводит к эндокринным и обменным сбоям, алкоголизм убивает клетки поджелудочной железы. В результате нарушается восприимчивость тканей к инсулину. Оба типа диабета не относятся к контагиозным заболеваниям. В силу неинфекционной природы происхождения заразиться эндокринной патологией через кровь или иными путями абсолютно невозможно.
Объективные возможности предупредить развитие диабета
Поскольку диабет является не обязательным заболеванием, а представляет собой наследственную предрасположенность, есть надежда уберечься от СД 2 типа. При генетической склонности по первому типу шансов, к сожалению, или нет, или очень мало. Если патология не диагностируется при рождении, родители обязаны создать такие условия питания и проживания, при которых будет невозможна провокация поврежденных генов к активности.
Такие меры не дают 100% гарантии, однако когда удается продержаться до 20 лет и обмануть заболевание, в дальнейшем шансы передаться практически равны нулю. Профилактикой инсулиннезависимой патологии является здоровый образ жизни с исключением возможных триггеров. К предупредительным мерам относятся:
- коррекция рациона (установка строгого лимита на быстрые углеводы и алкогольные напитки);
- соблюдение режима питания (не менее 5 раз в день) и ограничение однократных порций (не более 350 гр.);
- соблюдение питьевого режима (1,5 – 2 л жидкости в сутки);
- рациональные физические нагрузки;
- прием витаминно-минеральных комплексов и растительных препаратов;
- регулярные визиты к врачу для контроля показателей крови;
- строгий контроль над массой тела.
При желании предупредить диабет перечисленные мероприятия являются не временной мерой, а образом жизни. Предрасположенность к генетическим заболеваниям не поддается прогнозированию. Зная о наличии диабетиков среди близких родственников, необходимо попытаться избежать болезни или хотя бы отсрочить ее развитие.
Источник
Особенности и методы изучения наследственности человека. Генеалогический и близнецовый методы
Особенности антропогенетики
Генеалогический метод
Близнецовый метод
Биохимический метод (онтогенетический)
Метод моделирования наследственный болезней человека
Метод дерматоглифики
Тестовые задания
Особенности антропогенетики
Человек имеет целый ряд биологических и социальных особенно-стей; в связи с этим гибридологический метод для него неприемлем. Большое значение приобретают другие методы генетического анализа: генеалогический, близнецовый, цитогенетический, биохимический (онтогенетический), популяционно-статистический, метод дерматоглифи-ки, метод моделирования наследственных болезней, метод гибридизации соматических клеток, методы молекулярной генетики и др.
Биологические особенности человека: позднее половое созревание (12-15 лет), медленная смена поколений (20-25 лет), моноплодная беременность (исключение — близнецы), продолжительный срок беремен-ности, особенности кариотипа (большое число групп сцепления — 24 у мужчин, 23 — у женщин; 46 хромосом) и генотипа (около 30 тысяч структурных генов, гетерозиготность по многим генам); большое ко-личество разнообразных мутаций, фенотипический полиморфизм.
Социально-этические особенности: малочисленное потомство у одной пары родителей; недопустимость направленных искусственных скрещиваний в интересах исследователя; невозможность создания одинаковых условий жизни для всех людей.
У человека есть определенные преимущества перед другими ге-нетическими объектами: возможность вербального общения (речь); способность воспринимать информацию и абстрактно мыслить; многообразие семей с интересующими генетика признаками; высокая численность популяций, доступных для проведения статистического анализа потомства; регистрация наследственных признаков в течение длительного времени на уровне отдельных стран и народов; высокая изученность фенотипа методами морфологии, физиологии, биохимии, иммунологии и др.
Генеалогический метод
Генеалогический метод (метод составления родословных) позволяет проследить наследование признаков (нормальных или патологических) в ряду поколений с указанием родственных связей между членами родословной. Он включает в себя два этапа:
• составление родословной на основании сведений, полученных от пробанда, с использованием специальных символов (обозначения Юста);
• анализ родословной (определение типа наследования, генотипов всех членов родословной, прогнозирование проявления признака у потомков).
Анализ основан на генетических закономерностях моногенного наследования менделирующих признаков. Менделирующий признак альтернативен, дискретен, детерминирован наличием своего аллеля, прослеживается по поколениям и подчиняется законам расщепления. Дискретность признака можно оценить по морфологическим, физиологическим, биохимическим, клиническим, иммунологическим критериям. Большую работу по систематизации изученных наследственных признаков проводит М. Кьюсик и публикует их в виде «Каталога менделирующих признаков у человека».
Родословные имеют характерный вид, который определяется особенностями типа наследования: аутосомное и сцепленное с полом; доминантное и рецессивное (рис. 50-54). Каждый тип наследования имеет свои специфические особенности (табл. 8, 9).
Генеалогический метод является эквивалентом гибридологического, который модифицирован в соответствии с социальными и биологическими особенностями человека. Он используется в медико-генетическом консультировании, для определения сцепленного наследования, пенетрантности генов и др.
Примечания:
*В эту группу вошли измененные признаки, не снижающие общую жизнедеятельность организма.
**Может быть позднее проявление болезни (хорея Генгингтона), неполная пенетрантность (подагра) и варьирующая экспрессивность (нейрофиброматоз — от отдельных «кофейных зерен» на коже до фиброматозных опухолей).
Примечания:
*В половых хромосомах X и Y локализуются не только гены, определяющие нормальное развитие женских и мужских первичных и вторичных половых признаков и формирование соответствующего фенотипа, но и гены, детерминирующие развитие других признаков организма.
**В данном случае буквенные обозначения носят условный характер.
Близнецовый метод
Близнецы — это дети, выношенные и рожденные одной матерью одновременно; они составляют ~1% от всех родившихся (1 на 89 родов). Среди них различают монозиготных, или однояйцевых (М3, ОБ), и дизиготных, или разнояйцевых (ДЗ, РБ) близнецов. Среди родившихся близнецов 1/3 являются однояйцевыми и 2/3 — двуяйцевыми. Близнецовый метод заключается в изучении наследования признаков в парах монозиготных и дизиготных близнецов. Он базируется на трех положениях:
— свойства и признаки организма определяются взаимодействием генотипа и среды;
— монозиготные близнецы имеют идентичные (одинаковые) генотипы, а дизиготные — неидентичные (различные);
— среда (условия жизни), в которой развиваются близнецы и под действием которой формируются признаки, может быть оди-наковой и различной для одной и той же пары.
Монозиготными называются близнецы, которые образовались РёР· РѕРґРЅРѕР№ зиготы (полиэмбриония), разделившейся РЅР° стадии дробления РЅР° 2 (или более) бласгомера. Р
Источник