АНТРОПОГЕНЕТИКА ТА МЕТОДИ ЇЇ ВИВЧЕННЯ

Генетика людини (антропогенетика) – вивчає явища спадковості й мінливості в популяціях людей, особливості успадкування нормальних і патологічних ознак, залежність захворювань від генетичної схильності й факторів середовища існування.

При вивченні спадкових ознак людина виступає як складний об’єкт генетичних досліджень.

Виникають певні труднощі в аналізі спадковості й мінливості, які зумовлені:

•        неможливістю застосування направлених схрещувань (гібридологічного методу) для генетичного аналізу;

•        неможливістю експериментального отримання мутацій;

•        пізнє настання статевої зрілості;

•        малою чисельністю нащадків;

•        неможливістю забезпечення однакових контрольованих умов для розвитку нащадків від різних шлюбів;

•        недостатньо точною реєстрацією спадкових ознак;

•        великою кількістю груп зчеплення генів (у людини 24:22 автосомних та окремі групи зчеплення утворюють статеві хромосоми X і Y);

•        порівняльно великим числом (2n = 46) хромосом.

Для вивчення спадкових ознак у людини використовують різні біохімічні, морфологічні, імунологічні, електрофізіологічні методи. Лабораторно-генетичні методи діагностики завдяки прогресу генетичних технологій можуть бути виконані на малій кількості матеріалу, який можна пересилати по пошті (декілька крапель крові на фільтрувальному папері або навіть на одній клітині, взятій на ранній стадії розвитку.

Основні методи антропогенетики:

-        цитогенетичний;

-        близнюковий;

-        генеалогічний;

-        популяційно-статистичний;

-        дерматогліфічний;

-        імунологічний;

-        біохімічний;

-        онтогенетичний;

-        метод гібридизації соматичних клітин;

-        метод моделювання;

-        ДНК-аналіз.

Цитогенетичний метод

Цитогенетичний аналіз дозволяє записувати діагноз спадкового захворювання у вигляді каріотипічної формули.

Диплоїдний набір хромосом клітини називається каріотипом (від грец. χάρυον – ядро і τύπος – образ, форма) (ядерним типом). Даний термін у гетику введений російським цитологом Г.А.Левітським у 1924 р. Число хромосом у каріотипі, їхній розмір і форма характерні для клітин даного виду тварин і рослин. Нормальний каріотип людини включає 46 хромосом, із них 22 пари – автосоми і 1 пара – статеві хромосоми (XX або XY).

Хромосома (від грец. χρώμα – колір і σώμα – тіло) – структурний елемент клітинного ядра. Це ниткоподібні, видовжені, циліндричні, щільні тільця, певної форми і розмірів, видимі у світловий мікроскоп тільки протягом поділу клітини. Кожна хромосома складається з ниток – хромонем.

Довжина хромосом коливається від 2,3 до 11,0 мкм. У зв'язку з тим, що хромосоми складаються із двох хроматид, кінці яких відходять один від одного, хромосоми мають Х-подібну форму.

Комплекс хромосом, які утворюють каріотип, розташовують у вигляді ідіограми (від грец. ίδιος – своєрідний, γράμμα – буква, запис). Складання ідіограми, як і сам термін, запропоновані професором Київського університету цитологом С.Г.Навашиним (1857-1930). В ідіограмі за денверською класифікацією 1960 р. хромосоми розташовуються попарно у порядку зменшення розмірів. Виняток робиться для статевих хромосом. Найбільшій парі хромосом присвоєно №1, наступній – № 2 і т. д.

Денверська класифікація хромосом

Група	Номер за каріотипом	Характеристика хромосом
А	1-3	1 і 3 метацентричні, 2 – субметацентрична, великі
В	4-5	Великі субметацентричні
С	6-12, Х	Середні субметацентричні
D	13-15	Середні акроцентричні
Е	16-18	Дрібні субметацентричні, 18- акроцентрична
F	19-20	Найдрібніші метацентричні
G	21-22, Y	Найдрібніші акроцентричні

Найменша пара хромосом людини має №22. Як видно на ідіограмі, пару статевих хромосом жінки складають дві однакові великі хромосоми, які названі        Х-хромосомами. У чоловіка одна Х-хромосома, як і в жінки, а інша – набагато менша, Y-хромосома. На ідіограмі видно, що 1, 3 і Х-хромосоми – метацентричні; 2, 6 – 12 і 16-20 – субметацентричні, а 4, 5, 13 – 15, 21, 22 і Y-хромосоми акроцентричні та субакроцентричні.

 Каріотип людини (зліва – жінки; справа – чоловіка)

Ідентифікація хромосом тільки за розмірами і формою становить великі труднощі: ряд хромосом мають подібні розміри. Останнім часом розроблені нові методики для аналізу хромосом: використання флуоресцентних барвників, фарбування хромосом після спеціальної обробки барвником Гімзи i використання інших барвників. Цими методами встановлена чітка диференціація хромосом людини за довжиною їхніх забарвлених спеціальними методами і незабарвлених смужок. Малюнок таких смужок є строго специфічним, індивідуальним для кожної пари хромосом.Хромосомний набір людини містить велику кількість хромосом, основні відомості про які можна отримати при вивченні їх у метафазі мітозу і профазі – метафазі мейозу. Клітини людини для прямого хромосомного аналізу отримують шляхом біопсії кісткового мозку і гонад, або непрямим методом – шляхом культивування клітин периферичної крові (лімфоцити), в яких міститься значна кількість метафаз. Непрямим методом досліджують також клітини амніотичної рідини або фібробласти, отримані при амніоцентезі або біопсії хоріона, клітини абортусів, мертвонароджених та ін.

Цитогенетичний метод (метод хромосомного аналізу) ґрунтується на мікроскопічному дослідженні структури й кількості хромосом. Він набув широкого застосування в 20-х роках ХХ ст., коли було отримано перші відомості про кількість хромосом у людини. У 30-х роках були ідентифіковані перші 10 пар хромосом. У 1956 р. шведські вчені Дж.Тийо і А.Леван вперше довели, що в людини 46, а не 48 хромосом.

Каріотип 46, XY,5p-

Цитогенетичний метод використовують для:

•        вивчення каріотипів організмів;

•        уточнення числа хромосомних наборів, кількості й морфології хромосом для діагностики хромосомних хвороб;

•        складання карт хромосом;

•        для вивчення геномного і хромосомного мутаційного процесу;

•        вивчення хромосомного поліморфізму в людських популяціях.

Хромосомний набір людини містить велику кількість хромосом, основні відомості про які можна отримати при вивченні їх у метафазі мітозу і профазі – метафазі мейозу.

Клітини людини для прямого хромосомного аналізу отримують шляхом біопсії кісткового мозку і гонад або непрямим методом – шляхом культивування клітин периферичної крові (лімфоцити), коли отримують значну кількість метафаз. Непрямим методом досліджують також клітини амніотичної рідини або фібробласти, отримані при амніоцентезі або біопсії хоріона, клітини абортусів, мертвонароджених та ін.

Каріотип 47, ХХ, 21+

Частіше досліджують хромосоми в лімфоцитах периферичної крові з венозної, гепаринізованої крові (10 мл) через 1 год відстоювання в холодильнику, відсмоктують плазму, а лейкоцити розміщують у живильне середовище 199 або Ігла у співвідношенні 1:1,5. Для стимуляції мітозу додають фітогемаглютинін з розрахунку 0,1 мл на 10 см³ суміші, а також пеніцилін – 100 ОД на 1 см³ суміші. Культуру у флаконах поміщають у термостат при 37˚С на 48 або 72 год. За 6 год до кінця інкубації додають колхіцин з розрахунку 0,5 мкг/мл, який перериває поділ лімфоцитів на стадії метафази. Потім культуру знову поміщають у термостат на 2-4 год, після чого її зливають у центрифужні пробірки і центрифугують 5 хв при   800-1000 об/хв. Після центрифугування надосадову рідину зливають, а до осаду додають 5 мл 0,95%-ного розчину цитрату натрію або 0,56%-ний розчин калій хлориду підігрітими до 37˚С. У цьому розчині клітини витримують 7 хв, коли застосовують калій хлорид, або 15 хв, якщо застосують цитрат натрію. Культуру знову  центрифугують 5-7 хв за тої ж швидкості обертів. Перебування культури в гіпотонічному розчині й наступне центрифугування призводить до розриву ядерних оболонок і виходу хромосом у цитоплазму клітин.

Після центрифугування надосадову рідину зливають, а до осаду доливають 1-2 мл фіксатора, який складається з метилового (або етилового) спирту й льодяної оцтової кислоти в співвідношенні 3:1. Фіксацію проводять не менше 40 хвилин. За цей час фіксатор декілька разів зливають і додають свіжий (3-4 рази), поки  клітинна суспензія не стане безбарвною. В останній порції фіксатора клітини суспензують і 3-4 краплі клітинної суспензії наносять на підготовлене предметне скельце. Висушують феном у струмені повітря і забарвлюють ядерними барвниками: 2%-ним розчином ацеторсеїну, азуреозином, барвником Унна, розчином Гімзи та ін. Накривають покривним скельцем, видаляють надлишок барвника фільтрувальним папером, розглядають під мікроскопом з імерсією.

Каріотип 47, ХХХ

Останнім часом всі дослідження в цитогенетиці людини проводять із застосуванням методів диференційного забарвлення хромосом (нові методики забарвлення хромосом), які дозволяють відрізнити кожну хромосомну пару. Існує декілька способів забарвлення: Q, G, C, R. У вирішенні питань діагностики хромосомних хвороб різні методи диференційного забарвлення застосовують у комбінації.

Каріотип 47, XY, 21+

Завдяки диференційному забарвленню хромосом можна виявити незначні хромосомні зміни: невеликі делеції, транслокації та ін.

Каріотип 46, XХ, 5p-

Хромосомні зміни виявляють, досліджуючи каріотип дорослого організму, у клітинах амніотичної рідини та в клітинах хоріона для діагностики хромосомних захворювань плода.

Методика вивчення каріотипу людини, складання каріограми

Отримавши мікропрепарат із культури лімфоцитів периферичної крові, із клітин амніотичної рідини або клітин хоріона вивчають його візуально. Відбирають у полі зору метафазу з роздільно розміщеними хромосомами, а потім мікропрепарат фотографують. З негатива роблять відбитки на фотопапері. З мікрофотографії вирізають зображення кожної хромосоми ножицями, наклеюють їх гумовим клеєм на білий аркуш паперу в ряд, починаючи від найбільшої першої пари, закінчуючи малими хромосомами 21-ї, 22-ї пар і статевої Y-хромосоми. Так отримують ідіограму.

Каріотип 47, XХY

Побудову каріотипу, тобто впорядковане розміщення кожної пари хромосом за індивідуальними ознаками відмінностей: загальна довжина хромосоми, форма, розташування центромери.

Більшість хромосом за такого методу можна тільки віднести до певних груп згідно з денверською класифікацією.

Цей метод дозволяє діагностувати багато спадкових хвороб, вивчати мутаційний процес, складні перебудови і найменші хромосомні аномалії в клітинах, які вступили у фазу поділу та поза поділом.

Каріотип 47, ХХ, 18+

Отримавши мікропрепарат із культури лімфоцитів периферичної крові, з клітин амніотичної рідини або хоріона, вивчають його візуально. Відбирають у полі зору метафазу з роздільно розміщеними хромосомами, а потім мікропрепарат фотографують під мікроскопом при об'єктиві х40 або х90 і окулярі х10 або х25 з фазовоконтрастним пристроєм та мікронасадкою. Із негатива роблять відбитки на фотопапері. Якщо хромосоми лежать окремо, то з одного негатива роблять два відбитки (один – для вирізування хромосом, другий – для контролю). Якщо хромосоми налягають одна на одну, то роблять більшу кількість відбитків. Для одержання чіткого зображення кожної хромосоми рекомендують багаторазове фотографування. При отриманні відбитків з негатива роблять невелике збільшення. При недостатньому збільшенні одержаної мікрофотографії з неї роблять нову фотографію зі значним збільшенням. З мікрофотографії вирізають зображення кожної хромосоми ножицями, наклеюють їх гумовим клеєм на білий аркуш паперу в ряд, починаючи від найбільшої першої пари, закінчуючи малими хромосомами 21-ї, 22-ї пар і статевої Y-хромосоми. За необхідності хромосоми розташовують окремо. Ідентифікацію хромосом проводять, дотримуючись таких вимог: всі хромосоми мають бути в одній площині окремо одна від одної і не повинні бути дуже спіралізованими. Якщо хромосоми розкидані на метафазній платівці, це супроводжується втратою деяких із них. За значної спіралізації неможливо правильно визначити форму малих хромосом.

Стан спіралізації визначають за індексом спіралізації (Іs) згідно з формулою:

_{Іs =} сумарна довжина двох коротких хромосом

сумарна довжина двох довгих хромосом

Для дослідження беруть метафазні платівки з однаковими індексами спіралізації.

Ідентифікація хромосом проводиться шляхом використання наступних показників:

1. Абсолютна довжина кожної хромосоми Lа, мкм.

2. Відносна довжина хромосоми Lр, %

_{Lр =} довжина даної хромосоми _{х 100}

довжина всіх хромосом

3. Плечовий індекс Ib:

_{Ib =} розміри довгого плеча

розміри короткого плеча

4. Центральний індекс Іс, %:

_{Іс =} довжина короткого плеча хромосом _{x 100}

довжина всієї хромосоми

5. Кількість плечей хромосом, або основне число (N), куди входить число плечей автосом і двох Х-хромосом.

Довжина плечей хромосом вимірюється під мікроскопом за допомогою окулярмікрометра. Їх можна виміряти і на мікрофотокартках. Негатив метафазних платівок при постійному збільшенні проектують через фотозбільшувач на аркуш паперу і зарисовують хромосоми. Потім на рисунках вимірюють плечі хромосом кронциркулем з точністю до десятих часток міліметра.

Покази до каріотипування:

•        пацієнти з множинними уродженими вадами розвитку;

•        діти із затримкою фізичного та психомоторного розвитку;

•        пацієнти з недиференційованими формами олігофренії (недоумства);

•        пацієнти з порушенням статевого диференціювання;

•        жінки з порушенням менструального циклу (первинна або вторинна аменорея);

•        сім’ї з безпліддям;

•        жінки із звичним невиношуванням вагітності (викидні, мертвонароджені).

Метод вивчення статевого хроматину

Каріотип 45, X0

Поряд з вивченням мітотичних хромосом певного діагностичного значення набуває спостереження інтерфазних клітин. Відмінною ознакою жіночої статі є вміст в інтерфазних ядрах статевого хроматину або тілець Барра.

У 1949 р. Барр і Бертрам при вивченні нервових клітин кішки виявили в ядрах невеличке інтенсивно забарвлене тільце, якому дали назву “сателіт ядра”. Пізніше було доведено, що воно міститься тільки в ядрах клітин самок і його можна розглядати як ознаку, що відрізняє клітини самок від клітин самців. Це тільце отримало назву статевий хроматин або тільце Барра.

Статевий хроматин міститься тільки в ядрах клітин самок тварин, які мають  Х-хромосоми. Після забарвлення ця грудочка хроматину розташована поблизу ядерця, біля ядерної оболонки або лежить вільно в каріоплазмі. Локалізація статевого хроматину всередині ядра відносно постійна для клітин певного типу тканин.

Встановлено, що статевий хроматин є не що інше, як одна із Х-хромосом, яка під час інтерфази перебуває в гетеропікнотичному стані. На стадії бластоцисти одна із Х-хромосом, материнського або батьківського походження, інактивується.

Хід визначення статевого хроматину в людини.

1.      Стерильним шпателем отримують зішкріб із слизової оболонки порожнини рота (із внутрішньої поверхні щоки).

2.      Зскрібок (білуватий наліт) розміщують як можна рівніше посередині предметного скельця.

3.      Мазок для фіксації занурюють у 96%-ний етанол.

4.      Через 15-20 хв мазок виймають і підсушують на повітрі.

5.      На мазок наносять 1-2 краплі розчину ацеторсеїну. Накривають покривним скельцем і препарат мікроскопують. Спочатку на малому збільшенні, а потім під олійною імерсією. Доліджують тільки інтерфазні добре помітні овальної форми ядра.

У жінок статевий хроматин виявляється в 20-60% ядер. Кількість грудочок статевого хроматину завжди на одиницю менше ніж число Х-хромосом. У нормі в жінок у кожному ядрі міститься одне тільце статевого хроматину. Порушення кількості Х-хромосом призводить до зміни кількості статевого хроматину: в індивідуума типу 48 (ХХХХ) їх буде три, за типу 45 (Х0) (синдром Шерешевського-Тернера) статевий хроматин відсутній.

Статевий хроматин в ядрах соматичних клітин

У чоловіків з каріотипом 46 (ХY) статевого хроматину немає. За каріотипу 47 (ХХY) визначається одна грудочка статевого хроматину, в осіб з каріотипом 48 (ХХХY) – дві грудочки.

Статевий хроматин виявляється також у сегментних лейкоцитах у вигляді виросту (так звані “барабанні палички”), у вагінальному епітелії або в клітинах волосяної цибулини.

Для виявлення чоловічого Y-статевого хроматину (F-тільця) мазки фарбують акрихіном і розглядають із допомогою люмінесцентного мікроскопа. Y-хроматин – це часточка, що інтенсивно світиться, яка за величиною й інтенсивністю світіння відрізняється від інших хромоцентрів. Він виявляється в ядрах клітин чоловіків. Кількість Y-тілець відповідає числу Y-хромосом у каріотипі.

Y-хроматин (син.: F-тільце)

При забарвленні ядра флуоресціюючими барвниками Y-хромосома відрізняється від інших хромосом інтенсивним світінням свого довгого плеча. Ця властивість зберігається і в інтерфазних ядрах (наприклад, у клітинах слизової оболонки рота, у клітинах волосяної цибулини, клітинах амніотичної рідини і в лейкоцитах, а також у сперміях).

Ця методика більш складна. Для приготування препаратів висушені мазки епітелію слизової щоки (або лімфоцитів периферичної крові) фіксують в абсолютному метиловому спирті впродовж 2 хв, проводять через нисхідний ряд спиртів (етиловий спирт), витримуючи по 30 с в кожному, потім – через воду і поміщають у буфер Мак-Ілвейна (рН 7,0) на 8 хв при 8°. Після цього мазки фарбують впродовж 8-10 хв в 0,005%-ному розчині акрихіну-іприту, споліскують у свіжій водогінній воді, диференціюють у двох–трьох порціях цитратно-фосфатного буфера Мак-Ілвейна по 1-2 хв і заключають у суміш вода-гліцерин (1:1). Отриманий препарат накривають покривним скельцем. Надлишок середовища видаляють фільтрувальним папером, краї покривного скельця заливають парафіном. Забарвлені препарати розглядають під люмінесцентним мікроскопом.

Яскраве світіння довгих плеч Y-хромосоми в метафазі визначає статеву хромосому індивідуума. Флуоресціююча світла цяточка іноді нагадує двокрапку і виявляється у великому відсотку всіх клітин з Y-хромосомою. Y-тільце має вигляд флуоресціюючого утворення. Зазначається і широка варіабельність форми і компактності Y-тільця.

Частота Y-хроматин-позитивних ядер у клітинах слизової щоки в нормального чоловіка, у середньому, становить 25-50%. Дослідження статевого хроматину дозволяє без каріологічного аналізу визначити набір статевих хромосом. Воно проводиться при масових обстеженнях населення з метою скринінгу для більш детального вивчення хромосом (Пішак, Захарчук 2011).

Генеалогічний метод

Основний метод генетичного аналізу в людини полягає в складанні й вивченні родоводу. Даний метод вперше запропонував наприкінці XIX ст. Ф.Гальтон.

Генеалогія – це родовід. Генеалогічний метод – метод родоводів, коли простежується ознака (хвороба) у родині з вказівкою родинних зв’язків між членами родоводу. В його основу покладено ретельне обстеження членів родини, складання й аналіз родоводів.

Генеалогічний метод дозволяє встановити:

-        спадковий характер ознаки;

-        тип успадкування і пенетрантність алеля;

-        характер зчеплення генів і здійснювати картування хромосом;

-        інтенсивність мутаційного процесу;

-        розшифровування механізмів взаємодії генів;

-        його застосовують при медико-генетичному консультуванні.

Суть генеалогічного методу полягає у встановленні родинних зв’язків, простеження ознак або хвороби серед близьких і далеких, прямих і непрямих родичів.

Метод складається із двох етапів: складання родоводу і генеалогічного аналізу. Вивчення успадкування ознаки або захворювання в певній сім’ї розпочинається із суб’єкта, який має цю ознаку або захворювання.

Особина, яка першою попадає в поле зору генетика, називається пробандом. Це переважно хворий або носій дослідної ознаки. Діти однієї батьківської пари називаються сибсами пробанда (брати – сестри). Потім переходять до його батьків, далі до братів і сестер батьків і їх дітей, потім до дідусів і бабусь і т.д. Складаючи родовід, роблять короткі нотатки про кожного члена сім’ї, його родинні зв’язки з пробандом. Схема родоводу супроводжується позначеннями під рисунком і отримала назву – легенда.

Всі індивідууми розміщуються строго по поколіннях в один ряд. Якщо родовід дуже великий, то різні покоління розташовують не горизонтальними, а концентричними рядами.

Застосування генеалогічного методу дозволило встановити характер успадкування гемофілії, брахідактиліїї, ахондроплазії та ін. Він широко використовується для уточнення генетичної природи патологічного стану і при складанні прогнозу здоров’я нащадків.

Методика складання родоводів, аналіз

Складання родоводу розпочинають з пробанда – людини, яка звернулася до генетика або до лікаря, містить ознаку, яку необхідно вивчити в родичів по батьківській і материнській лінії.

Мета генеалогічного аналізу полягає у встановленні генетичних закономірностей.

Символи, які використовуються при складанні родоводів

у генеалогічному методі антропогенетики:

1 – чоловіча стать; 2 – жіноча стать; 3 – стать невідома (інтерсекс); 4 – шлюб; 5 – родинний шлюб; 6 – сибси; 7 – монозиготні близнюки; 8 – дизиготні близнюки; 9 – викидень; 10 – аборт; 11 – мертвонароджений; 12 – бездітний шлюб; 13 – гетерозиготний носій мутантного гена в Х-хромосомі; 14 – померлі; 15 – пробанд; 16 – гетерозиготи; 17 – особи, які несуть патологічну ознаку або захворювання.

На відміну від інших методів генеалогічне обстеження повинно завершуватися генетичним аналізом його результатів.

При складанні родовідних таблиць користуються умовними позначеннями, запропонованими Г.Юстом у 1931 р. Фігури родовідних розміщують горизонтально (або по колу) в один рядок кожне покоління. Зліва позначають римською цифрою кожне покоління, а окремі особи в поколінні – арабськими зліва направо і зверху вниз. Причому найстарше покоління розташовують зверху родоводу і позначають цифрою І, а наймолодше – внизу родоводу.

Братів і сестер згідно з народженням найстаршого розташовують зліва. Кожний член родоводу має свій шифр, наприклад ІІ-4, ІІІ-7. Шлюбна пара родоводу позначається за тим же номером, але з малої літери. Якщо один із подружжя не обстежений, відомості про нього не надаються взагалі.

Після складання родовідної до неї додається письмове пояснення-легенда родовідної.

У легенді мають знайти відображення такі відомості:

•        результати клінічного й позаклінічного обстеження пробанда;

•        відомості про особистий огляд родичів пробанда;

•        зіставлення результатів особистого огляду пробанда з відомостями опитування його родичів;

•        письмові відомості про родичів, які проживають в іншій місцевості;

•        висновок про тип успадкування хвороби або ознаки.

Аналіз родоводу дає можливість дійти висновку щодо спадкового характеру ознаки, типу успадкування (автосомно-домінантний, автосомно-рецесивний або зчеплений зі статтю), зиготності пробанда (гомо- або гетерозиготний), ступеня пенетрантності й експресивності.

Особливості родоводів за різних типів успадкування

Аналіз родоводів показує, що всі хвороби, детерміновані мутантним геном, підпорядковуються класичним законам Менделя за різних типів успадкування.

За автосомно-домінантного типу успадкування домінантні гени фенотипово виявляються у гетерозиготному стані і тому визначення їх і вивчення характеру успадкування не викликає ускладнень.

Цьому типу успадкування характерні такі закономірності:

1)      у кожного носія хворий один із батьків;

2)      у хворого, який перебуває в шлюбі зі здоровою жінкою, у середньому, половина дітей хворіє, а друга половина – здорова;

3)      у здорових дітей хворих батьків власні діти й онуки здорові;

4)      чоловіки і жінки уражуються однаково часто, співвідношення хворих і здорових становить близько 1:1;

5)      захворювання проявляються в кожному поколінні, що отримало назву – передача хвороби по вертикалі;

6)      гетерозиготні індивіди хворіють;

7)      хворі чоловіки і жінки однаково передають захворювання своїм дітям – хлопчикам і дівчаткам;

8)      чим важче хвороба проявляється на репродукції, тим більша кількість родинних випадків (нові мутації);

9)      гомозиготи можуть народитися від двох хворих батьків. Захворювання у них проходить більш тяжко, ніж у гетерозигот.

Прикладом автосомно-домінантного типу успадкування може бути характер успадкування шестипалості (багатопалості). Шестипалі кінцівки – явище досить рідкісне, але стійко зберігається у багатьох поколіннях деяких родин.

Багатопалість стійко повторюється у нащадків, якщо хоча б один із батьків багатопалий, і відсутня в тих випадках, коли в обох батьків кінцівки нормальні. У нащадків багатопалих батьків ця ознака присутня в рівній кількості у хлопчиків і дівчаток. Дія цього гена в онтогенезі з’являється досить рано і має високу пенетрантність.

За автосомно-домінантного типу успадкування ризик появи хвороби в нащадків незалежно від статі становить 50%, але прояв захворювання в певній мірі залежить від пенетрантності, характеризується клінічним поліморфізмом не тільки в різних родинах, але і в членів однієї сім’ї.

Аналіз родоводів показує, що за таким типом успадковуються: синдактилія рук і ніг, синдром Марфана, ахондроплазія, брахідактилія, геморагічна телеангіектазія Ослера, гемахроматоз, гіпербілірубінемія, гіперліпопротеїнемія, різні дизостози, мармурова хвороба, незавершений остеогенез, нейрофіброматоз 1-го типу (хвороба Реклінгаузена), отосклероз, синдром Пеліциуса-Мерцбахера, пельгірівська аномалія лейкоцитів, періодична адинамія, перніціозна анемія, полідактилія, порфірія гостра інтермітуюча, птоз спадковий, ідіопатична тромбоцитопенічна пурпура, таласемія, туберозний склероз, фавізм, синдром Шарко-Марі, синдром Штурге-Вебера, множинні екзостози, ектопія кришталика, еліптоцитоз.

Особливість домінантних хвороб полягає у високій варіабельності термінів початку захворювання навіть у межах однієї родини.

За автосомно-рецесивного успадкування рецесивні гени фенотипово виявляються тільки в гомозиготному стані, що затруднює як виявлення, так і вивчення характеру успадкування.

Цьому типу успадкування властиві такі закономірності:

1)      батьки здебільшого клінічно нормальні;

2)      якщо хворіють обоє батьків, то всі діти будуть хворі;

3)      якщо хвора дитина народилася у фенотипово нормальних батьків, то батьки обов’язково гетерозиготи, ¼ їх дітей буде уражена, ½ – гетерозиготні і ¼ – нормальні;

4)      якщо уражені сибси народилися від близькородинного шлюбу, то це доказ рецесивного успадкування захворювання;

5)      якщо вступають у шлюб хворий на рецесивне захворювання і генотипово нормальна людина, всі їх діти будуть гетерозиготами і фенотипово здорові;

6)      якщо вступають у шлюб хворий і гетерозигота, то половина їх дітей будуть уражені, а половина – гетерозиготні;

7)      якщо вступають у шлюб двоє хворих на одне і теж рецесивне захворювання, то всі їх діти будуть хворі;

8)      обидві статі хворіють з однаковою частотою;

9)      гетерозиготи фенотипово нормальні, але є носіями однієї копії мутантного гена.

Аналіз родоводів свідчить, що фенотипове виявлення рецесивних генів відбувається тільки в тих сім’ях, коли ці гени мають обоє батьків хоча би в гетерозиготному стані.

Сегрегація нащадків відповідає менделівському співвідношенню – 1(здоровий):2(гетерозиготи):1(хворий). Ризик появи хворої дитини в такому шлюбі становить 25%. Рецесивні гени в людських популяціях залишаються не виявленими.

Проте в шлюбах між близькими родичами або в ізолятах (невеликі групи людей), де відбуваються шлюби за близьких родинних зв’язків, прояв рецесивних генів зростає. За таких умов імовірність переходу в гомозиготний стан і фенотипового виявлення малопоширених рецесивних генів різко збільшується.

Оскільки більшість рецесивних генів має негативне біологічне значення, супроводжується біохімічним дефектом, і зумовлює ослаблення життєвої стійкості та появу різних виродливостей і спадкових хвороб, то для здоров’я нащадків родинні шлюби мають різко негативний характер.

Спадкові хвороби переважно передаються за автосомно-рецесивним типом, за якого діти від батьків-гетерозигот можуть успадкувати хворобу в 25% випадків (за повної пенетрантності). Зважаючи, що повна пенетрантність трапляється рідко, то і відсоток успадкування захворювання менший.

Основні захворювання, які успадковуються за автосомно-рецесивним типом: абеталіпопротеїнемія, агаммаглобулінемія, агранулоцитоз, адреналова гіперплазія, акаталазія, алкаптонурія, альбінізм, амавротична ідіотія, аміно-ацидурії, аміотонія уроджена, анемія автоімунна гемолітична, анемія гіпохромна мікроцитарна, анемія несфероцитарна гемолітична, аненцефалія, атаксія-телеангіектазія, хвороба Верльгофа, галактоземія, синдроми Галевордена-Шпатца, Гартнупа, Кріглера-Наджара, Лоуренса-Муна-Барде-Бідля, Шільдера, Гоше, Краббе, Рефсума, Фанконі, гіпербілірубінемія, гермафродитизм, гепатоцеребральна дистрофія, гіпоадренокор-тицизм, гіпоальдостеронізм, гіпогаммаглобулінемія, глікогенна хвороба, гліцинемія, дистонія м’язова деформуюча, євнухоїдизм, лактатацидоз, метахроматична лейкодистрофія, мікседема, порфірія уроджена, пігментний ретиніт, прогерія, ренальна агенезія, ренальний канальцевий ацидоз, серпоподібноклітинна анемія, спонгіозна дегенерація центральної нервової системи, церебральний склероз, талесемія, атаксія Фрідрейха, фруктозурія, церебральний холестериноз, кольорова сліпота, хондродистрофія.

Ряд захворювань успадковується за Х-хромосомним (зчепленим зі статтю) типом, коли мати є носієм мутантного гена, а половина її синів хворі. Розрізняють Х-зчеплене домінантне і Х-зчеплене рецесивне успадкування.

Для Х-зчепленого домінантного типу успадкування характерно:

1)      хворі чоловіки передають своє захворювання дочкам, але не синам;

2)      хворі гетерозиготні жінки передають захворювання половині своїх дітей незалежно від їх статі;

3)      уражені гомозиготні жінки передають захворювання всім своїм дітям.

Такий тип успадкування трапляється не часто. Захворювання у жінок проходить не так тяжко, як у чоловіків. Досить важко розрізнити між собою Х-зчеплене домінантне й автосомно-домінантне успадкування. Застосування нових технологій (ДНК-зонди) допомагає більш точно виявити тип успадкування.

Прикладом Х-зчепленого типу успадкування є гіпофосфатемія (вітамін D-резистентна форма рахіту).

Х-зчеплений гіпофосфатемічний рахіт – найпоширеніша форма вітамін-D-резистентного рахіту і одна з найбільш частих причин рахіту і остеомаляції. Легка гіпофосфатемія протікає безсимптомно, виражена гіпофосфатемія призводить до ураження кісток. У хлопчиків хвороба протікає важче, ніж у дівчаток. Характерні ознаки важкого рахіту, зокрема деформації і часті переломи довгих кісток. Захворювання зазвичай виявляють у дітей до 2 років. Після закриття епіфізарних зон росту прояви хвороби слабшають, але у нелікованих хворих в зрілому віці зустрічаються важкі ураження кісток.

Захворювання обумовлене дефектом гена, контролюючого мембранний транспорт фосфату у ниркових канальцях, тонкій кишці і, можливо, в інших органах. Знижуються всмоктування фосфату у кишечнику і канальцева реабсорбція фосфату.

Родина, де є хворі на гіпофосфатемію

Діагностика. На рентгенограмах виявляються значна демінералізація кісткової тканини і псевдопереломи. Щільність кісткової тканини за даними денситометрії значно знижена. Рівень кальцію в сироватці нормальний, а рівень фосфату знижений.

Х-зчепленому рецесивному типу успадкування властиві такі закономірності:

1)      майже всі уражені – чоловіки;

2)      ознака завжди передається через гетерозиготну матір, яка фенотипово здорова;

3)      хворий чоловік ніколи не передає захворювання своїм синам;

4)      всі дочки хворого батька будуть гетерозиготними носіями;

5)      жінка-носій передає захворювання 50% синів, ні одна з дочок не буде хворою, але половина дочок – носії спадкового гена.

Більше 300 ознак зумовлені мутантними генами розташованими в Х-хромосомі.

До захворювань, які успадковуються за рецесивним, зчепленим зі статтю типом відносяться: агаммаглобулінемія, альбінізм (деякі форми), анемія гіпохромна, синдроми Віскотта-Олдрича, Пельціуса-Мерцбахера, Фарбі, Гутнера, Лоу, Шольца, гемофілія А, гемофілія В, гіперпаратиреоїдизм, глікогеноз VI типу, нестача глюкозо-6-фосфатдегідрогенази, нецукровий нефрогенний діабет, іхтіоз, періодичний параліч, пігментний ретиніт, псевогіпертрофічна форма міопатії, фосфат-діабет, кольорова сліпота.

Прикладом успадкування рецесивного гена, зчепленого зі статтю, може бути гемофілія.

Гемофілія — Х-зчеплене рецесивне генне захворювання, пов'язане з порушенням коагуляції (згортання) крові; при цьому захворюванні різко зростає небезпека загибелі від крововиливу в мозок та інші життєво важливі органи, навіть при незначній травмі. Хворі з важкою формою гемофілії нерідко піддаються інвалідизації, внаслідок частих крововиливів в суглоби (гемартрози) і м'язові тканини (гематоми).

Гемофілія з'являється через мутації одного з генів, найчастіше в X-хромосомі. Залежно від конкретного гену розрізняють три типи гемофілії (A, B, C).

Гемофілія А викликана дефектним білком — фактором крові VIII, так звана «класична гемофілія» (рецесивна мутація в X-хромосомі)

Гемофілія B викликана дефектним фактором крові IX (рецесивна мутація в X-хромосомі)

Гемофілія C викликана дефектним фактором крові XI, (аутосомна рецесивна мутація), відома в основному у євреєв-ашкеназі.

Зазвичай хворобою страждають чоловіки, жінки ж виступають як носії гемофілії, які самі нею не хворіють, але можуть народити хворих синів або дочок-носійок.

Гемофілія: кровотеча (ліворуч), крововиливи у суглоби (праворуч)

Хоча хвороба на сьогоднішній день невиліковна, її протікання контролюється за допомогою ін'єкцій бракуючого фактора згортання крові, частіше всього виділеного з донорської крові. Деякі гемофіліки виробляють антитіла проти цього білка, що приводить до збільшення необхідної дози фактора або застосування замінників, таких як свинячий фактор VIII. В цілому сучасні гемофіліки при правильному лікуванні живуть стільки ж, скільки і здорові люди.

Найвідомішою носійкою гемофілії в історії була королева Вікторія; мабуть, ця мутація відбулася в її генотипі de novo, оскільки в сім'ях її батьків гемофіліки не зареєстровані. Гемофілією страждав один з синів Вікторії (Леопольд, герцог Олбані), а також ряд внуків і правнуків — нащадків її дочок.

Отже, захворювання відносно часто зустрічається в чоловіків і дуже зрідка у жінок. Фенотипно здорові жінки іноді бувають "носіями" і при шлюбі із здоровим чоловіком народжують синів, хворих на гемофілію. Такі жінки гетерозиготні за геном, який зумовлює втрату здатності до згортання крові. Від шлюбів хворих на гемофілію чоловіків із здоровими жінками завжди народжуються здорові сини і дочки-носії, а від шлюбів здорових чоловіків з жінками-носіями половина синів буває хворими і половина дочок - носії.  Як вже зазначалося, це пояснюється тим, що батько передає свою Х-хромосому дочкам, а сини отримують від батька тільки Y-хромосому, яка ніколи не містить гена гемофілії, тоді як їх єдина Х-хромосома переходить від матері.

Основні захворювання, які успадковуються за рецесивним, зчепленим зі статтю типом: агаммаглобулінемія, гідроцефалія, анемія гіпохромна, синдром Віскотта - Олдрича, синдром Гутнера, гемофілія А, гемофілія В, гіперпаратиреої-дизм, глікогеноз VI типу, нестача глюкозо-6-фосфат-дегідрогенази, нецукровий нефрогенний діабет, іхтіоз, синдром Лоу, хвороба Пельціуса - Мерцбахера, періодичний параліч, пігментний ретиніт, псевдогіпертрофічна форма міопатії, хвороба Фабрі, фосфат-діабет, хвороба Шольца, кольорова сліпота .

При Y-зчепленому успадкуванні ознака проявляється лише у чоловіків, батько передає ознаку всім синам.

Прикладами є гіпертрихоз вушних раковин.

Y-зчеплений тип успадкування

Популяційно-статистичний метод

Метод ґрунтується на спостереженні спадкових ознак у великих групах населення. Він дозволяє розрахувати в популяції частоту нормальних і патологічних генів і генотипів: гетерозигот, гомозигот домінантних і рецесивних, частоту нормальних і патологічних фенотипів.

У 1908 році математик Г.Харді в Англії і лікар-антрополог В.Вайнберг у Німеччині сформулювали закон підтримки генетичної рівноваги в ідеальній популяції. Ними було запропоновано для відображення розподілу генотипів у панміктичній популяції застосувати формулу бінома Ньютона: (a+b)² = a² + 2ab + b².

Частота генотипів і фенотипів розраховується за формулою Харді-Вайнберга: p²+2pq+q²=(p+q)²=1, де p – частота домінантного гена; q – частота рецесивного гена; q² – частота гомозигот за рецесивним геном; p² – частота гомозигот за домінантним геном; 2pq – частота гетерозигот.

Популяційно-статистичний метод застосовують для вивчення:

1)      частоти генів у популяціях, включаючи частоту спадкових хвороб;

2)      мутаційного процесу;

3)      ролі спадковості й середовища у виникненні хвороб, особливо хвороб із спадковою схильністю;

4)      ролі спадковості й середовища у формуванні фенотипового поліморфізму людини за нормальними ознаками;

5)      значення генетичних чинників в антропогенезі, зокрема в расоутворенні.

Близнюковий метод

Для клінічної генетики у вивченні закономірностей успадкування патологічної ознаки особливо важливого значення набув близнюковий метод, який запровадив англійський учений Ф. Гальтон (1876).

Його використовують для встановлення ступеня спадкової зумовленості досліджуваних ознак.

Метод ґрунтується на трьох положеннях:

1.      Монозиготи мають ідентичні генотипи, а дизиготи – різні генотипи.

2.      Середовище, в якому розвиваються близнюки і яке впливає на прояв ознак, може бути однаковим і неоднаковим для одної і тої ж пари близнюків.

3.      Всі властивості організму визначаються взаємно за участю генотипу і середовища.

Як відомо, близнюки можуть розвиватися з одного заплідненого яйця (монозиготні, МЗ), або з двох запліднених одночасно різних яйцеклітин (дизиготні, ДЗ).

Монозиготні близнюки (ідентичні, однояйцеві) характеризуються абсолютною схожістю генотипу і фенотипу: однакової статі, мають ідентичні групи крові, схожі між собою зовні. Вони мають 100% спільних генів. Монозиготні близнюки виникають з однієї яйцеклітини, заплідненої одним сперматозоїдом з наступним поділом зиготи на два зародки.

Дизиготні близнюки (неідентичні, двояйцеві) мають різні генотипи, можуть відрізнятися за статтю і за зовнішніми ознаками, але в них 50% загальних генів. Дизиготні близнюки виникають внаслідок запліднення двох і більше яйцеклітин. Це може відбутися за одночасного утворення двох яйцеклітин у двох фолікулах або утворення двох яєць в одному фолікулі.

На підставі порівняльного вивчення ознак у близнюків вираховують показники конкордантності (частота схожості) і дискордантності (частота відмінностей).

У МЗ конкордантність значно вища, ніж у ДЗ, проте ступінь схожості для різних ознак істотно коливається.

З метою оцінки ролі спадковості в розвитку тієї чи іншої ознаки проводять розрахунки за формулою:

Н = % подібності МЗ – % подібності ДЗ,

100 – % подібності ДЗ

де Н – коефіцієнт спадковості (англ. heredity – спадковість), МЗ – монозиготи, ДЗ – дизиготи.

Якщо значення коефіцієнта Н близьке або дорівнює одиниці, то ознака цілком визначається генотиповим чинником; якщо коефіцієнт Н близький або дорівнює нулю – визначальна роль належить фенотиповим чинникам. При коефіцієнті Н, який коливається в межах 0,5, можна вважати вплив спадковості і середовища на формування ознаки приблизно рівнозначним.

За допомогою близнюкового методу вивчають значення спадковості й середовища у формуванні фізіологічних особливостей організму й у розвитку спадкової патології. Якщо ознака формується під впливом середовища, то різниця (дискордантність) між монозиготами і дизиготами буде незначною. Якщо ознака залежить від генотипу, то схожість між монозиготами буде більшою, ніж між дизиготами. За цим принципом була доведена генетична схильність до різних хвороб. Близнюковий метод використовують для перевірки ефективності терапевтичних заходів при різних захворюваннях, а також при вивченні експресивності й пенетрантності генів, які викликають спадкові хвороби.

Близнюковий метод дає цінну інформацію при вивченні морфологічних і фізіологічних ознак, ролі генотипу і модифікації у формуванні обміну речовин у людини та ін.

Метод дерматогліфіки

Дерматогліфіка – один із найдавніших генетичних методів дослідження. Це наука, що вивчає успадковану зумовленість малюнків, що утворюють лінії шкіри на кінчиках пальців, долонях і підошвах людини.

Назва методу дерматогліфіки походить від двох грецьких слів: δέρμα – шкіра і γλνφος – гравіювати. В його основу покладено вивчення рельєфу шкіри кінчиків пальців рук, долонь і стоп. Дерматогліфіка ґрунтується на трьох особливостях візерунків шкіри: їх індивідуальності, незмінності і можливості зіставлення. Рисунок шкірних візерунків на пальцях, долонях і стопах чітко індивідуальний – на Землі не існує двох індивідуумів з ідентичним рисунком. На це вперше вказав англійський генетик Ф.Гальтон, двоюрідний брат Ч.Дарвіна, що запропонував англійській карній поліції за відбитками пальців ідентифікувати злочинців.

Джерела вчення про дерматогліфіку варто шукати ще в анатомічних дослідженнях М.Мальпігі (1686) і Я.Пуркіньє (1823), що перші дали чітку класифікацію варіантів пальцьових візерунків, виділили візерункові типи. У подальшому питаннями дерматогліфіки займалися англійські дослідники Каммінс, Кенеді, Бонневі, Мідло, американець Уайдлер та ін. З російських учених вагомий внесок зробили В.І.Лебедєв, П.І.Семеновський, М.В.Волоцький, Т.Д.Гладкова та ін.

Дерматогліфіка займається вивченням рельєфу на пальцях, долонях і підошвах. Виявилося, що в кожного народу, у кожної раси малюнки на кінчиках пальців мають свої особливості. Дерматогліфи росіян, українців і білорусів близькі між собою (що свідчить про загальний корінь походження), але за окремими характеристиками пальцьових візерунків повного збігу немає.

Дерматогліфічні дослідження мають важливе значення в криміналістиці, у визначенні зиготності близнюків, у діагностиці низки спадкових захворювань, а також в окремих випадках спірного батьківства.

Долонний рельєф дуже складний. У ньому виділяють ряд полів, подушечок і долонних ліній. Подушечок на долоні 11, їх поділяють на три групи:

1. П'ять кінцевих (апікальних) подушечок на кінцевих фалангах пальців.

2. Чотири міжпальцьові подушечки розташовуються проти міжпальцьових проміжків.

3. Дві долонні проксимальні подушечки – тенар і гіпотенар.

На найбільш виступаючих ділянках подушечок помітні шкірні гребінці. Це лінійні стовщення епідермісу, що являють собою модифіковані лусочки шкіри.

Вивчення малюнка шкірних гребінців тільки на подушечках кінцевих фаланг пальців є предметом дактилогліфіки. Нею займаються не тільки генетики, але й криміналісти (дактилоскопія). Завдання дерматогліфіки значно ширші. Гребінці спостерігаються й на інших шести подушечках, а також на велярній поверхні середньої та основної фаланг пальців (пальмоскопія). Вивчення їх також є предметом дерматогліфіки.

Дактилоскопія, чи дактилогліфіка, має більш стародавню історію, ніж пальмоскопія (вивчення шкірного рельєфу долоні). Ф.Гальтон вже в 1892 р. створив першу наукову класифікацію візерунків пальцьових подушечок. Надалі її доповнили й удосконалили Уайдлер (1904), У.Каммінс і Мідло (1943).

Методикою дослідження, запропонованою останніми авторами, користуються і сьогодні. Долоня дистально обмежена п’ястково-фалангеальними згинальними складками, а проксимально – зап’ястковою або браслетною згинальною складкою.

Шкірні складки та візерунки долоні людини

Більше всього робіт присвячено вивченню візерунків на кінчиках пальців. Гальтон виділив 3 форми папілярних візерунків: завитки (whorl), петлі (loop) і дуги (arch). Їх позначають початковими буквами цих слів W, L, A. Петлі можуть бути відкритими як в ульнарний, так і в радіарний бік. Їх напрямок позначають першою буквою цих слів. Символ U позначає петлю, відкриту в ульнарний бік, символ R — петлю, відкриту в радіарний бік. Таким чином, виділяють 4 основних типи пальцьових папілярних візерунків— WRUA. У дугах потоки гребінцевих ліній не перетинаються, і тому у дузі немає трирадіуса чи дельти. У петлі є одна дельта, а в завитку — дві дельти. Рідше трапляються складені чи складні візерунки, що мають один чи більше трирадіусів. Гальтон їх включав до складу завитків.

A                                     L_R                                  L_U                                  W

 Папілярні шкірні візерунки пальців руки людини:

(W – завитки (whorl); L_R, L_{U –} петлі (loop); A – дуги (arch)

Ф.Гальтон запропонував записувати пальцьові візерунки початковими латинськими буквами кожної форми візерунка в рядок, починаючи від 5-го пальця лівої руки і закінчуючи п'ятим пальцем правої руки. Уайдлер запропонував запис робити у вигляді дробу. У чисельнику позначають символи для правої руки, а в знаменнику – для лівої, тільки запис починається з першого пальця і закінчується п'ятим. Наприклад, на правій руці на першому пальці завиток, на другому – дуга, на третьому – петля, відкрита в радіарний бік, на четвертому – завиток, а на п'ятому – петля, відкрита в ульнарний бік; на лівій – на першому і четвертому пальцях – завитки, а на інших трьох – ульнарні дуги.

Загальноприйнятими показниками особливостей шкірних візерунків на пальцях є:

1.      Загальний гребінцевий рахунок (загальне число папілярних ліній) — сума підрахованих на всіх 10 пальцях папілярних ліній між центром візерунка і дельтою.

2.      Індекс інтенсивності візерунка – сума дельт на 10 пальцях обох рук.

3.      Частота окремих візерунків – відношення числа візерунків того чи іншого типу (дуги, петлі радіарні, петлі ульнарні, завитки) до загального числа врахованих візерунків.

У групових дослідженнях часто користуються вивченням кількісного значення візерунка, тобто числа гребінців від дельти до центра візерунків (гребінцевий рахунок). У середньому на одному пальці буває 15-20 гребінців, на всіх 10 пальцях для чоловіків ця цифра дорівнює 144,98 ± 51,08, а для жінок – 127,23 ± 52,51. Шкірні візерунки спадково зумовлені й не змінюються протягом усього життя людини.

При вивченні шкірного рельєфу долоні досліджують:

1. Хід головних долонних ліній А, В, С, D.

2. Долонні візерунки на тенарі і гіпотенарі.

3. Пальцьові візерунки (форму візерунків, гребінцевий рахунок).

4. Осьові трирадіуси.

Аналогічні дослідження проводять і на підошвах ніг. Багато робіт присвячено вивченню кореляції між характеристиками шкірних візерунків, з одного боку, і деякими особливостями людини (ріст, колір очей, групи крові), – з іншого. Ці роботи показали, що зв'язок між ними або відсутній, або дуже незначний.

Подібність або розходження тих чи інших елементів шкірного візерунка є вагомим аргументом при визначенні ступеня генетичної близькості між окремими індивідуумами і популяціями. Індивідуальні особливості шкірних візерунків спадково зумовлені. Це доведено багатьма генетичними дослідженнями, зокрема дослідженнями на близнюках.

Схема підрахунку гребінців від дельти до центру

Характер успадкування типів візерунків ще остаточно не встановлений. Генетичний аналіз успадкування кількісних параметрів (загальний гребінцевий рахунок) свідчить на користь автосомних полігенних впливів. Пропонувалися теорії мономерного і полімерного рецесивного типів успадкування, однак подальшого підтвердження ці теорії не одержали. Усе-таки деякі деталі успадковуються чітко. Так, напрямок головної долонної лінії D у батьків і їхніх дітей однаковий. Рідкісна радіарна дуга на гіпотенарі, як правило, передається і дітям. У шлюбах людей із великою кількістю завитків не було дітей, що не мали хоча б одного завитка. Якщо в обох батьків від 14 до 20 дельт, то в їхніх дітей було не менше 7 дельт.

Ідентифікація зиготності близнюків проводиться за різними категоріями подібності дерматогліфічних елементів.

Вивчають:

1. Білатеральну симетрію — подібність між відповідними шкірними візерунками пальців правої і лівої рук того самого близнюка.

2. Гомолатеральну симетрію — подібність у цьому відношенні гомологічних пальців правої і лівої рук пари близнюків.

3. Дзеркальність (гетеролатеральна симетрія) — подібність гомологічних пальців і долонь правої руки однієї особи та лівої – іншої.

Для більш точної діагностики зиготності треба досліджувати можливо більшу кількість ознак.

А.Стокс вважає, що якщо з 10 гомологічних пар пальців не менш 7 має подібні візерунки (конкордантні), то цю пару близнюків можна вважати монозиготними, при подібності 4-5 пар пальців – дизиготними.

За кількісними показниками дерматогліфіки коефіцієнт кореляції між монозиготними близнюками наближається до 1, у той час як у парах дизиготних близнюків він не перевищує 0,3-0,5.

М.В.Волоцький вважає, що для визначення зиготності близнюків має значення так званий тотальний спосіб, тобто визначення дельтового рахунку. Вивчення дельтового індексу показало, що цей метод має найменшу кількість помилок.

Необхідно досліджувати також і долонні візерунки, лінії А, В, С, D, осьові трирадіуси, малюнок на тенарі, гіпотенарі, міжпальцьових подушечках, аналізувати гребінцевий рахунок та ін.

Деякі вчені надають великого значення в діагностиці близнюків гребінцевій ширині, тобто числу гребенів на 1 см. Вважається, що якщо середнє значення для 10 пальців відрізняється в пари близнюків більш ніж по двох гребінцях, то це вказує на дизиготність близнюків.

Застосування дерматогліфіки у визначенні батьківства вимагає певної обережності. Встановлено, що якщо в дитини є подвійна петля, то вона повинна бути й у батьків. Але якщо в батьків є подвійна петля, а в дитини її немає, то й доказ батьківства тут неможливий, тому що вона не завжди успадковується. Мюллер і Нюренберг у свій час запропонували правило, що допомагає орієнтуватися при вирішенні питання про спірне батьківство. Вони вважають, що в спадщину передаються еліптичні, циркулярні та проміжні форми візерунків. На противагу цьому, інші автори вважають, що більш важливим є порівняння аналогічних ліній і типів візерунків у батьків і дітей. Треба проводити аналіз багатьох елементів, а не окремих візерунків. Мають значення і маленькі візерункові ознаки.

Угорський учений Шандор Окреса методом целофанодактилографії показав, що візерунок кожної дитини несе в собі деталі візерунка гомологічного пальця батька.

В останні роки у зв'язку з вивченням хромосомних захворювань дерматогліфіка одержала новий напрямок. У даний час належного значення надається і згинальним борознам долоні й пальців, а також куту між трирадіусами й іншим деталям.

Статеві хромосоми впливають на шкірний рисунок. Риси рельєфу шкіри успадковуються, що і використовують для діагностики спадкових захворювань.

Наприклад, при хворобі Дауна спостерігається дистальне зміщення осьового трирадіуса, поперечна 4-пальцьова складка долоні і на пальцях переважають дуги. При синдромі Едвардса (трисомія по 16-18-й парі хромосом) виявляють дуги  на всіх пальцях, а також пальцьові петлі між ІІІ і IV пальцями. У хворих на ß-таласемію в пальцьових візерунках переважають завитки.

                                  А                                        Б

Дерматогліфіка при синдромах Едвардса (А) та Патау (Б)

Кут atd у нормі та при хромосомних аномаліях:

1) синдром Патау;

2) синдром Дауна;

3) синдром Шерешевського-Тернера;

4) норма;

5) синдром Клайнфельтера

У хворих на хромосомні захворювання (хворобою Дауна, синдромом Клайнфельтера, Шерешевського-Тернера) спостерігаються значні відхилення дерматогліфів від середньопопуляційних. Трохи меншу виразність мають дерматогліфічні відхилення в осіб із такими дефектами розвитку, як уроджені вади серця і магістральних судин, “заяча губа”, незарощення м'якого і твердого піднебіння (“вовча паща”) та ін. Зміну дерматогліфів можна використовувати в діагностичних цілях.

Дерматогліфічні особливості в осіб з хромосомними порушеннями

(за: Г.Д. Бердишев и соавт., 1984)

Трисомія 13	Різке дистальне зміщення основного трирадіуса (108˚). Поява 4-пальцьової борозни
Трисомія 18	Переважання на пальцях дуг. Часто поява варіанта                     4-пальцьової поперечної борозни. Зменшення гребінцевого підрахунку
Трисомія 21	Переважання на пальцях ульнарних петель. Поперечна             4-пальцьова борозна. Дистальне зміщення осьового трирадіуса
Синдром Шерешевського-Тернера	Переважання на пальцях петель і завитків. Дистальне зміщення осьового трирадіуса. Збільшення гребінцевого підрахунку. Ульнарне зміщення трирадіуса. Поява на гіпотенарі 5-подібного візерунка
Синдром Клайнфельтера	Переважання на пальцях дуг. Зменшення гребінцевого підрахунку. Проксимальне зміщення осьового трирадіуса

Амніоцентез – це дослідження вмісту амніотичної рідини (клітин плода, рідинного середовища), отриманої шляхом пункції матки.

Амніоцентез використовують для:

1. Вивчення каріотипу.

2. Визначення статі плода.

3. Підтвердження підвищеного рівня

α-фетопротеїну у сироватці крові вагітної (підвищення рівня α-фетопротеїну спостерігається при наявності дефектів невральної трубки, низький рівень α-фетопротеїну свідчить про ймовірність трисомій).

4. Біохімічних досліджень.

Біохімічні методи

Відомо понад 2500 спадкових захворювань, зумовлених дефектами обміну речовин. Згідно з класифікацією ВООЗ спадкові дефекти обміну речовин поділяються за порушеннями:

· амінокислотного обміну;

· вуглеводного обміну;

· ліпідного обміну;

· стероїдного обміну;

· пуринового і піримідинового обмінів;

· аномалії обміну металів;

· обмін у речовин в еритроцитах і їх порушення та ін.

Для вивчення ферментативних порушень використовують методи ензимології. Важливе значення мають не тільки кількісні зміни активності ферменту, але і якісні відмінності у функціонуванні нормального та зміненого ферменту.

Застосування біохімічних досліджень показано при підозрі на спадкові хвороби обміну речовин й інші форми з точно встановленим дефектом первинного генного продукту або ланки. Біохімічні методи дозволяють виявити нестачу певних сполук або надлишок їх попередників, і перш за все хроматографічні методи (хроматографія на папері, іонообмінних смолах, у тонких шарах, газо-рідинна хроматографія, методи електрофорезу, імуноелектрофорезу та ін.). Поєднання їх із навантажувальними пробами значно підвищує інформативність дослідження.

Спадкові дефекти обміну речовин біохімічно можуть бути діагностовані за допомогою:

- визначення структури аномального білка (структурних білків або ферментів таких як аномальні гемоглобіни, несправжня холінестераза та ін.);

- визначення проміжних продуктів обміну, які з’являються внаслідок генетичного блоку прямої реакції обміну. Це найбільш поширений метод діагностики різних ензимопатій.

Найбільш відомі біохімічні методи досліджень:

1.Діагностика порушень амінокислотного обміну. Для визначення змін обміну амінокислот досліджують кров або сечу пацієнта.

2.Діагностика глюкозурій. Відомо понад 15 дефектів обміну вуглеводів. При цьому порушується або синтез ферментів вуглеводного обміну, або транспорт вуглеводів у ниркових канальцях, або всмоктування їх у кишках. Зазначені порушення діагностують біохімічними тестами.

3.Проба на мукополісахариди. Ряд спадкових захворювань характеризується появою в сечі мукополісахаридів. Їх виявляють пробою з ортотулоїдином або тонкошаровою хроматографією.

4.Зразки матеріалу (кров, сеча) можна наносити на диски фільтрувального паперу і пересилати в центральні біохімічні лабораторії.

Онтогенетичний метод

Широко розповсюджений метод дослідження в генетиці людини – онтогенетичний: вивчення закономірностей прояву якої-небудь ознаки або захворювання в процесі індивідуального розвитку.

Виділяють кілька періодів розвитку людини: антенатальний період (розвиток до народження людини) і постнатальний. Постнатальний, у свою чергу, поділяється на морфогенетичний період, що охоплює кінець антенатального періоду і перший період постнатального, і постморфологічний період. У морфогенетичний період відбувається побудова тканин, органів, всього організму. Більшість ознак людини формується у фазу морфогенезу антенатального періоду. У фазу морфогенезу постнатального періоду закінчується формування кори головного мозку і деяких інших тканин і органів. Психіка дитини, здатність до навчання розвиваються поступово. Формується імунна система організму, що досягає найвищого розвитку через 5-7 років після народження дитини. У постморфогенетичний період розвиваються вторинні статеві ознаки.

У морфогенетичний період зміна активності генів відбувається за двома типами: 1) вмикання (дерепресія) і вимикання (репресія) генів; 2) посилення й ослаблення дії генів.

У постморфогенетичний період розвитку перший тип зміни активності генів майже відсутній, відбувається лише часткове вмикання окремих генів – наприклад генів, що визначають вторинні статеві ознаки, розвиток деяких спадкових захворювань та ін. Вимикання ж генів у цьому періоді більш значне. Репресується активність багатьох генів, зв'язаних з продукцією меланіну (у результаті виникає сивина), а також генів багатьох ферментів, наприклад еластази, що регулює обмін сполучних волокон (у результаті з'являються зморшки), а також генів, пов'язаних із продукцією гаммаглобулінів (підвищується сприйнятливість до захворювань). Пригнічується багато генів у клітинах нервової системи, м'язових клітинах і т.д. Репресія генів здійснюється на рівні транскрипції, трансляції і посттрансляції. Однак основний тип змін активності генів на цьому етапі – посилення й ослаблення дії генів. З віком може змінюватися прояв генів, що знаходяться в гетерозиготному стані. Може змінюватися домінування генів, що викликає зміну зовнішніх ознак, особливо в період статевого дозрівання, вагітності. У старості в людини змінюється співвідношення жіночих і чоловічих статевих гормонів. У результаті в чоловіків змінюється тембр голосу, форма тіла, з'являються жирові відкладення за жіночим типом, змінюється психіка – чоловіки стають вразливими, можуть часто плакати. У жінок посилюється маскулінізація, грубішає голос, змінюється фігура, характер. Рецесивні гени з віком можуть сильніше впливати на розвиток тієї чи іншої ознаки. Гени, що викликають різні психічні аномалії, у гетерозиготному стані можуть змінювати характер людини. Наприклад, ген фенілкетонурії в гетерозиготному стані змінює психіку людини.

Метод моделювання

Теоретичну основу біологічного моделювання в генетиці дає закон гомологічних рядів спадкової мінливості М.І.Вавилова (1920), за яким генетично близькі види і роди характеризуються подібними рядами мутацій. Виходячи з цього закону, можна передбачити, що в межах класу ссавців (і навіть за його межами) можна виявити багато мутацій, які викликають такі ж зміни фенотипу, як і в людини. Для моделювання певних спадкових аномалій людини підбирають і вивчають мутантні лінії тварин, які мають подібні порушення.

На сьогодні відомо близько трьохсот мутантних ліній кролів, щурів і собак. Широкі дослідження в цьому напрямку проведені Б.В.Конюховим і його співробітниками в Інституті експериментальної біології РАМН. Було описано і вивчено багато генетичних мутацій у тварин, які подібні до відповідних спадкових аномалій людини. Гемофілія А і В трапляється в собак і зумовлена, як і в людини, рецесивними генами, локалізованими в Х-хромосомі. У ховрахів і пацюків виявлені патологічні мутації, які проявляються як гемофілія, цукровий діабет, ахондроплазія, м'язова дистрофія та деякі інші. Щілина губи, піднебіння в мишей подібна до такої аномалії в людини. Епілептичні напади трапляються в деяких кролів, щурів під впливом сильного звукового подразника. У лабораторії Л.В.Крушинського була виведена лінія щурів з епілептиформними реакціями. Схильність до аудіогенної епілептоїдної реакції спадково зумовлена, хоч тип успадкування точно не встановлений. Відома спадкова глухота в морських свинок.

Багато мутантних ліній тварин шляхом зворотного схрещування переведені в генетично близькі, у результаті чого отримані лінії, які відрізняються тільки за алелями одного локуса. Це дає можливість уточнювати механізм розвитку аномалії. Безумовно, у людини можуть бути властиві тільки їй хвороби, і в результаті взаємодії генів фенотиповий ефект може значно змінюватися. Мутантні лінії тварин точно не відтворюють спадкових хвороб людини. Проте навіть часткове моделювання, тобто відтворення не всієї хвороби в цілому, а тільки патологічного процесу або навіть його фрагменту дозволяє в ряді випадків виявити механізми первинного відхилення від норми. Поряд із біологічним моделюванням останнім часом використовуються методи математичного моделювання, зокрема в популяційній генетиці (моделі популяцій). Математичними методами можна вивчати процеси взаємодії спадкових факторів і середовища в розвитку ознаки, проводити аналіз зчеплення трьох і більшої кількості генів. За допомогою математичних методів можна розв'язувати задачі в тих випадках, коли використання експериментальних методів неможливе.

У ряді випадків застосовують додаткові методи вивчення генетики людини: імунологічні, фізіологічні. Вивчають особливості електроенцефалограм, швидкість утворення умовних рефлексів, реакції поведінки, психологічні тести.

Імунологічний метод

Цей метод заснований на вивченні антигенного складу клітин і рідин людського організму – крові, слини, шлункового соку і т.п. Найчастіше досліджують антигени формених елементів крові: еритроцитів, лейкоцитів, тромбоцитів, а також білків крові. Різні види антигенів еритроцитів утворюють системи груп крові.

Еритроцитарні фактори

На початку XX сторіччя К.Ландштейнер і Я.Янський показали, що залежно від характеру реакцій між еритроцитами і плазмою крові всіх людей можна розподілити на 4 групи. Надалі було показано, – реакції ці проходять між білковими речовинами еритроцитів, що були названі аглютиногенами, і білками сироватки крові, що були названі аглютинінами.

Спочатку були виділені еритроцитарні фактори А і В та плазмові альфа (α) і бета (β). Аглютинін альфа склеює еритроцити, що містять фактор А (аглютиноген), а аглютинін бета — еритроцити, що містять фактор В. Надалі було показано, що крім аглютиногенів А і В в еритроцитах може міститися і третій аглютиноген 0 (аглютиноген, що мовчить), що себе не виявляє в присутності В і А.

Інші системи крові визначаються більш складним шляхом. Система груп крові MN була відкрита К. Ландштейнером і Л. Левіним у 1927 р. У цій групі антитіла до відповідного антигену не продукуються. У системі є два алеля – I^M і I^N. Гени, що визначають фактор М і N, є кодомінантними, тобто, якщо трапляються разом, то обидва і виявляються. Таким чином, існують гомозиготні генотипи ММ і NN і гетерозиготні MN. У популяціях європейців генотипи ММ трапляються приблизно в 36%, NN – у 16%, а MN – у 48%. Фактори системи MN не секретуються.

Згодом були виявлені ще два групових антигени S і s, що, очевидно, контролюються алельними генами, тісно зчепленими з генами М і N.

Резус-фактор

Як показали К.Ландштейнер і І.Левін у 1940 р., 85% європейців мають еритроцитарний антиген, загальний з антигеном мавп виду макака-резус. Ґрунтуючись на цьому факті, Ландштейнер і Левін відкрили (у цьому ж році) нову групу крові – резус Rh. У макаки-резус брали еритроцити й імунізували ними кроликів. У відповідь вироблялися антитіла проти антигенів еритроцитів макаки. При додаванні до сироватки крові цих кроликів еритроцитів людей у 85% випадків еритроцити аглютинувалися (склеювалися), – 85% людей на поверхні еритроцитів несуть резус-антигени, а в 15% – їх немає.

Відповідні антитіла, отримані з крові цих мавп, аглютинують червоні кров'яні клітини 85% людей. Резус-позитивні люди містять у гомо- чи гетерозиготному стані резус-фактор (Rh+Rh+ або Rh+rh-). 15% європейського населення – резус-негативні (rh-rh-). Різниця подружжя за резус-фактором може призвести до небезпечної обмінної взаємодії між матір'ю і плодом.

Під час пологів зазначені кров'яні тільця плода (які виникають частково з материнської, частково – з ембріональної тканин) із плаценти потрапляють у потік крові матері. Це відбувається під час пологів, коли плацента розривається. Імовірність такої події 1:10. Якщо дитина – резус-позитивна, а мати – резус-негативна, то клітини, що проникли в кров плода індукують продукцію антитіл проти Rh+-антигенних білків еритроцитів.

Під час наступних вагітностей цим антитілам удається проникати через плаценту в новий плід і назад, а це веде (у випадку, якщо плід знову Rh+) до розвитку імунологічного конфлікту, від якого сильно страждає організм плоду і матері (може розвинутися жовтяниця немовляти, викидень, а в матері – блювання, нудота, запаморочення, схуднення і т.д.). Встановлено, що в одному випадку з 300 вагітностей у немовлят виникає гемолітична жовтяниця, причини якої встановили лише з відкриттям групи крові Rh. Такі жовтяничні резус-позитивні діти народжуються в матерів із групою крові rh-rh-, у яких уже була вагітність і в організмі міститься багато резус-антитіл. Народженим дітям у таких випадках іноді роблять переливання крові групи Rh+ – зазвичай крові батька.

У випадку повторної вагітності жінці, у якої перед цим була резусконфліктна вагітність, підсаджують шматок шкіри від чоловіка. Пересаджена шкіра, очевидно, відіграє роль відволікального імунологічного фактора. Можливо, при цьому гуморальні антитіла фіксуються на клітинах трансплантата і цим відтворюється ефект десенсибілізації.

Для запобігання викликаному резус-фактором конфлікту у випадку, якщо в матері група крові резус-негативна, застосовують наступний метод: в організм      Rh-вагітної або в перші три дні після пологів жінки вводять антитіла проти резус-антигенів. Ці антитіла (γ-глобуліни) зв'язують в організмі матері резус-позитивні еритроцити, що проникли від плода в організм матері, внаслідок чого в материнському організмі не продукується великої кількості антитіл, утворення яких викликають резус-позитивні еритроцити. Комплекси антитіл з цими еритроцитами згодом зникають з організму.

Антитіла проти резус-фактора можна одержати шляхом імунізації резус-негативного чоловіка резус-позитивними еритроцитами.

Потім його сироватку, що містить антирезусні антитіла, вводять резус-негативній жінці відразу ж після пологів.

При резус-несумісності плода і матері в дитини розвивається гемолітична жовтяниця. Продукти розпаду гемоглобіну — білірубін й інші – наводнюють організм; білірубін не встигає знешкоджуватися, не виводиться з організму, а відкладається в тканинах, викликає жовтяницю. Він відкладається й у ядрах нервових клітин (ядерна жовтяниця), від чого ці діти і гинуть, якщо вчасно не зроблене обмінне переливання крові.

Знешкодження білірубіну відбувається ферментами печінки, зокрема уридинфосфатглюкуронілтрансферазою (УДФГТ) і Г6ФД. На активність зазначених ферментів впливає фенобарбітал. Тому з метою зменшення білірубінемії вагітним (резус-негативним) в останні дні вагітності призначають фенобарбітал (люмінал) у дозі 0,03 г 3 рази в день, а немовлятам вводять його підшкірно в дозі 10 мл на 1 кг маси тіла на добу в перші дні. Цими заходами можна значно зменшити потребу в замінному переливанні крові.

У тих місцевостях, де немає інфекційних захворювань, особливо малярії, відзначається висока концентрація резус-негативних людей. У 20% випадків організм матері додатково захищений несумісністю матері і плода за системою АВ0. Якщо, скажімо, мати має I (0) групу крові, а плід – А(II) групу, то клітини крові дитини, що проникли в кровотік матері, руйнуються перш ніж відбудеться імунізація проти цього фактора (ізоімунізація).

Крім зазначених вище еритроцитарних систем, відомий ряд інших, що часто називають за прізвищем особи, в якої вперше був виявлений антиген, чи на прізвище автора, що його відкрив. До таких систем відносяться системи Келл, Льюїс, Лютеран, Дафі, Кід, Дієго та ін. Через рідкість цих систем визначення їх у клініці широкого застосування не одержало.

Перераховані вище системи еритроцитарних антигенів детермінуються генами, розташованими в автосомах. У 1962 р. була встановлена наявність еритроцитарного ізоантигену Xg, що передається через статеву Х-хромосому. Він не секретується. За цим антигеном всіх людей можна розподілити на Xg-позитивних і Xg-негативних. Серед жінок Xg-позитивних трапляється 88%, а серед чоловіків – 66%. Якщо обоє батьків Xg-негативні, то всі їхні діти (як дівчатка, так і хлопчики) будуть Xg-негативними. Якщо батько Xg-позитивний, а мати Xg-негативна, то їхні дочки будуть Xg-позитивними, а сини – Xg-негативними. Якщо мати Xg-позитивна, а батько Xg-негативний, то їх сини також будуть Xg-позитивними. Такий тип успадкування називається «хрест — навхрест». Дочки ж можуть бути як Xg-позитивними, так і Xg-негативними залежно від гомозиготності чи гетерозиготності матері. Ген Xg-групи крові локалізований у короткому плечі Х-хромосоми. Система Xg використовується для вивчення анеуплоїдії (аномального числа Х-хромосом у дитини з трисомією X, синдромом Клайнфельтера, синдромом Шерешевського-Тернера й ін.). Провівши внутрішньосімейне типування за Xg-системою, можна встановити, від кого з батьків дитина успадкувала анеуплоїдію. Передбачається, що Xg-несумісність матері і плода (мати Xg-негативна, а плід Xg-позитивний) призводить до зменшення частоти народження дівчаток.

«Сімейні» і «загальні» антигени

Крім індивідуальних антигенних систем існують так звані «сімейні» і «загальні». «Сімейні» системи – це антитіла, що утворяться в матері при повторних вагітностях під дією антигенів плода, що детермінуються генами батька, а «загальні» – це антитіла проти всіх антигенів, далеких організмів даного виду. Загальні антигени – це антигени видові, властиві тому чи іншому виду.

Лейкоцитарні антигени вивчені менше. Однак вони відіграють роль у виникненні ряду захворювань: лімфогранулематозу, лімфоїдної лейкемії, псоріазу та ін.

При переливанні крові враховується сумісність за еритроцитарними факторами і насамперед за системою АВ0. При трансплантації тканин враховується гістосумісність, тобто сумісність тканин. Головною системою гістосумісності в людини є система Нh-А. Вона досить повно представлена в лейкоцитах периферичної крові. Безпосередньо в локусі Hh – А-системи міститься серія генів, що контролюють силу імунної відповіді (ir-гени, тобто гени immune response або імунної відповіді).

Система Hh-А складається з двох генних локусів, що міститься в хромосомі 6. Ця система багатоалельна. Перший локус має 11 алелей, а другий – 17. Тому трапляються велика кількість генотипів і фенотипів. Ймовірність зустрічі ідентичного донора і реципієнта дорівнює 1 : 7000. Є дані про зв'язок деяких захворювань із наявністю в генотипі того чи іншого Hh-А-генного локусу.

Наприклад, при гострому мієлолейкозі підвищена частота Hh–А2 генів і знижена частота Hh–A11. При лімфогранулематозі підвищена частота Hh–А10, А15, А18, при розсіяному склерозі – Hh–A3, але при цьому знижена частота генів Hh–A1 і Hh–А2. При еритематозному вовчаку підвищена частота Hh–А8, А15. При гострому ревматизмі знижена частота Hh–A3, при анкілозуючому спондиліті підвищена частота А27, при міастенії підвищена частота генів Hh–A1, Hh–А8 і знижена Hh–А12.

Успадкування зазначених генів носить кількісний характер. Вони відіграють велику роль у схильності до визначеного захворювання. Так, частота гена А27 серед здорових становить 4%, а серед тих, що страждають на анкілозивний спондиліт, – 88-95%.

Є дані про патологію плода при несумісності за Hh–А-генами матері й плода.

Резус-позитивні особи частіше, ніж резус-негативні, мають у крові антитіла до збудників тифу, паратифу, дизентерії Зонне. Резус-негативні особи частіше, ніж резус-позитивні, мають антитіла до бактерій Флекснера і кишкової палички.

Відомо, що проти еритроцитарних факторів системи АВ0 у сироватці крові існують антитіла α і β. Однак вивчення посттрансфузійних ускладнень (після повторних переливань сироватки крові) дало підставу встановити наявність сироваткових антигенів, не пов'язаних з α- і β-антитілами.

Крім еритроцитарних систем антигенів, у генетиці людини широко використовують методи вивчення поліморфізму інших білків сироватки крові – гаптоглобіну, трансферину, альбуміну, преальбумінів, так званого групо-специфічного компонента. Ізоантигенні властивості мають γ-глобуліни,                      β-ліпопротеїди. При електрофорезі вони мігрують з α-глобулінами. Виділяють кілька типів β-ліпопротеїдів: Ag, ip, іd, Au. Au (австралійський) антиген найчастіше виявляється у хворих на синдром Дауна і після перенесеного гострого вірусного гепатиту, лейкемії та ін. Тому остаточно невідомо, чи характеризує він сироваткову специфічність, чи зумовлений вірусним гепатитом. Австралійський антиген розповсюджений у південних районах, де часто трапляється гострий гепатит. Електронно-мікроскопічний і імунофлуоресцентний методи дослідження підтверджують вірусну природу цього антигену. Передбачається рецесивний характер його успадкування, тому в гетерозигот він не виявляється. Посімейний аналіз дає підставу висловити припущення про рецесивний характер сприйнятливості до вірусного гепатиту. Сприйнятливість ця виявляється за наявності австралійського антигену.

З α-2-глобуліновою фракцією пов'язана система гаптоглобулінів. Гаптоглобулін – це з'вязок білка (83%) з вуглеводами (17%), тобто глікопротеїд. Він зв'язується з молекулою гемоглобіну Нр–Нb. Цей комплекс має велику молекулярну масу, тому гемоглобін не виділяється із сечею.

З β-глобуліновою фракцією пов'язана система трансферинів. Вивчення антигенної диференціації сироваткових білків є дуже важливим для розуміння патогенезу ускладнень і їхньому запобіганню при повторних переливаннях сироватки крові.

Генетика соматичних клітин

Вона вивчає спадковість і мінливість соматичних клітин, генетичні особливості цілісного організму.

Соматичні клітини отримують шляхом біопсії або автопсії (кусочки тканин або органів від трупів). Переважно використовують клітини культури фібробластів і лімфоїдних клітин.

Застосовують такі методи генетики соматичних клітин: 1) просте культивування; 2) гібридизацію; 3) клонування; 4) селекцію.

Просте культивування – розмноження клітин на живильних середовищах з метою отримання в достатній кількості матеріалу для цитогенетичних, біохімічних, імунологічних та інших досліджень.

Гібридизація соматичних клітин – це злиття клітин двох різних типів, отриманих від різних людей, а також клітин людини з клітинами щура, миші, морської свинки, китайського хом’ячка, мавпи та ін. При злитті утворюється гетерокаріон (рис.70) (гібридна клітина з ядрами різних типів клітин). Цей метод дозволяє встановити групи зчеплення, послідовність розташування генів, створювати генетичні карти хромосом людини.

Клонування – отримання з однієї клітини (клону) багатьох клітин. Всі клітини будуть з однаковим генотипом.

Селекція – відбір клітин з певними властивостями при культивуванні на селективних, живильних середовищах.

Метод пренатальної діагностики. Це сукупність досліджень, які дозволяють виявити захворювання до народження дитини. До основних методів пренатальної діагностики відносять: ультразвукове дослідження, амніоцентез, біопсію хоріона, визначення α-фетопротеїну та ін.

Гібридизація соматичних клітин з утворенням гетерокаріонів

Методи пренатальної діагностики застосовують з 8-го до 20-го тижня вагітності. Аналіз клітин плода дозволяє поставити діагноз всіх хромосомних хвороб і близько 300 генних.

Останнім часом розробляються нові методи діагностики спадкових хвороб, зокрема метод біологічних мікрочіпів. Структура мікрочіпа – це скляна пластинка з комірками, заповненими поліакриламідним гелем (квадрат з розміром сторін 100мкм і товщиною 20 мкм). У кожному квадраті розміщують відповідний відрізок ДНК, а потім мікрочіп експонують із ДНК обстежуваної людини. Позитивна реакція буде зафіксована у вигляді квадрата, що світиться.

Біологічні мікрочіпи дозволяють проводити скринінгову діагностику хвороб або спадкової схильності до захворювання. Це сприятиме створенню для кожної особи генетичного паспорта на найбільш вагомі для здоров’я мутації. Широка перевірка генів родин із спадковою патологією внаслідок мутацій, – буде нормою диспансерного спостереження в ХХІ ст.

ДНК-аналіз

У 1990 р. молекулярно-генетичні лабораторії США, Західної Європи, Росії і Японії приступили до здійснення Міжнародної програми «Геном людини».

Програма включала три напрямки:

1) картування генів людини і з'ясування нуклеотидної послідовності людського генома.

2) структурно-функціональне вивчення генома.

3) медичну генетику і генотерапію.

Для вирішення головного завдання цієї програми – з'ясування нуклеотидної послідовності людського генома – використовують методи секвенування ДНК. Це складна методика, що дозволяє розшифрувати послідовність нуклеотидів ДНК. Передбачалося, що секвенування всього генома буде здійснено до 2005-го року. Однак завдяки технічним удосконаленням цього процесу в даний час структура ДНК людини розшифрована практично цілком.

Крім великого теоретичного значення для подальшого розвитку фундаментальних наук, розшифровка будови ДНК людини важлива для розуміння патогенезу, запобігання спадковим хворобам і їх лікування дозволяє досліджувати молекулярні механізми моногенних захворювань, сприяє розшифровці генетичних основ мультифакторіальних захворювань і спадкової схильності до таких широко розповсюджених захворювань, як атеросклероз, ішемічна хвороба серця, психічні й онкологічні захворювання.

Розшифровка будови генів, відповідальних за спадкові захворювання, створює передумови для їхньої діагностики і генотерапії.

Понад 30 років під керівництвом Віктора Мак-Кьюсіка, професора університету Джона Хопкінса в Балтиморі, збирають інформацію про всі картовані гени людини і зв'язані з ними спадкові захворювання.

«Менделівське успадкування в людини: каталог людських генів і генетичних хвороб» — так називається енциклопедія, що видає В. Мак-Кьюсік кожні два роки. Усі локуси мають у каталозі шестизначний міжнародний номер (MYM). Перша цифра означає тип успадкування:

1. – АД (автосомно-домінантний).

2. – АР (автосомно-рецесивний).

3 і 4. – Гени, зчеплені з Х- і Y-хромосомами (зчеплений зі статтю тип успадкування: ХР-зчеплений з Х-хромосомою рецесивний, ХД-зчеплений з              Х-хромосомою домінантний).

5. – Мітохондріальні хвороби.

У 1994 році в енциклопедії Мак-Кьюсіка (11-те видання) було описано 6678 картованих локусів, з них:

– 4458 генів АД;

– 1730 – АР;

– 412 – зчеплені з Х-хромосомою;

– 19 – зчеплені з Y-хромосомою;

– 59 – мітохондріальною ДНК.

Для 2800 генів визначена функція. З них 770 локусів були пов'язані з моногенними захворюваннями, більшість генів клоновані. Клонування гена дозволяє одержати велику кількість його копій, що необхідно для діагностики і генотерапії.

Молекулярно-генетичні методи (методи ДНК-діагностики) – це велика і різноманітна група методів, призначена для виявлення варіацій у структурі досліджуваної ділянки ДНК.

ДНК-методи використовуються в наступних напрямках:

1. Для діагностики моногенних і мультифакторіальних спадкових хвороб.

2. Для пренатальної діагностики моногенних хвороб чи статі плода (у випадках Х-зчепленого успадкування).

3. У судовій медицині для ідентифікації особи (геномна дактилоскопія) і встановлення родинних зв’язків.

4. Для діагностики інфекційних захворювань.

5. Для діагностики онкологічних захворювань.

Можливості діагностики пов'язані зі здійсненням програми «Геном людини».

Існує перелік моногенних хвороб, які діагностуються молекулярними методами, і доступні пренатальній діагностиці: муковісцидоз, м'язова дистрофія Дюшена-Беккера, гемофілія (А і В), фенілкетонурія, хвороба Хантера (мукополісахаридоз), адрено-генітальний синдром, хорея Гентінгтона, синдром фрагільної Х-хромосоми тощо.

У 1993 році таких захворювань було 130, у 1994 році – 600, у даний час – ще більше. Зараз можлива діагностика будь-якого спадкового захворювання, ген якого картований і доступний прямій або непрямій діагностиці.

У перспективі буде можливо говорити про «генетичний паспорт новонароджених», тобто про те, що після народження за допомогою автоматизованої системи удасться проаналізувати весь спектр найбільш розповсюджених захворювань як моногенних, так і мультифакторіальних.

Молекулярно-генетичні методи можна розділити на прямі і непрямі.

Пряма діагностика проводиться в тих випадках, коли будова гена уже вивчена. Вона включає секвенування ДНК, реєстрацію зміни електрофоретичної рухливості мутантних молекул ДНК, трансляцію білкового продукту in vitro та ін. Непряме виявлення мутацій застосовується в тих випадках, коли будова гена невідома і водночас є інформація про інші структури, що знаходяться поруч з геном — визначення поліморфізму довжини рестрикційних фрагментів та ін.

Секвенування ДНК — це найбільш точний метод, тому що дозволяє визначити будову гена і виявити будь-яку мутацію. Методики секвенування дуже трудомісткі, вимагають значних витрат матеріалів і часу, у зв'язку з чим не знайшли широкого застосування у клінічній генетиці, а використовується, головним чином, для розшифровки геному людини. З відкриттям на початку 70-х років рестрикційних ендонуклеаз (рестриктаз) – ферментів, здатних розрізати нитки ДНК у чітко визначених ділянках – сайтах рестрикції, дослідники одержали можливість виділяти більш дрібні й у той же час стабільні по довжині й легше ідентифіковані фрагменти.

Визначення поліморфізму довжини рестрикційних фрагментів (ПДРФ) (RFLP – restriction fragments length polymorphism) один з розповсюджених методів ДНК-діагностики. Принцип методу полягає в тому, що виділена ДНК обробляється ферментами, які «розрізають» її на фрагменти в чітко визначених ділянках (сайтах рестрикції). Патологічні мутації можуть змінювати сайти рестрикції, що призводить до зміни довжини отриманих фрагментів.

Трохи пізніше широкий розвиток одержали різні способи вивчення послідовностей ДНК за допомогою олігонуклеотидних зондів — штучно синтезованих коротких ланцюгів нуклеотидів, мічених радіоактивними мітками. За певних умов зазначені зонди можуть специфічно зв'язуватися (гібридизуватися) з комплементарними послідовностями в аналізованій ДНК, що вказує на присутність потрібного фрагмента.

Виділення ДНК для дослідження зазначеними методами являє собою досить трудомістку процедуру. По-перше, ДНК у клітинах міститься у відносно невеликих кількостях у порівнянні з іншими речовинами, тому для одержання очищених препаратів потрібні складні і дорогі методи. По-друге, молекули ДНК, особливо еукаріот, мають значну довжину і являють собою дуже тендітний ланцюг, що при різних біохімічних маніпуляціях виявляється так чи інакше ушкодженим.

Для виділення ДНК отриманий біологічний матеріал обробляють протеолітичними ферментами, щоб видалити усі білки. ДНК адсорбують на пористих носіях або екстрагують органічними розчинниками, після чого проводять багаторазове очищення. При цьому одержують усю ДНК клітин (геномну ДНК).

Дослідника звичайно цікавить тільки визначена, специфічна ділянка ДНК, що важко ідентифікується серед безліч інших, у тому числі нетранскрибуючих ДНК-послідовностей. Це завдання вирішувалося за допомогою трудомісткого підходу: шляхом клонування фрагментів ДНК (тобто розмноження) у різних організмах (так званих векторах), найчастіше у фагах (вірусах бактерій) чи в позахромосомних спадкових одиницях – плазмідах. При цьому фрагмент молекули ДНК якого-небудь організму спочатку вбудовувався в геном фага або в кільцеву ДНК плазміди за допомогою спеціальних ферментів – рестриктаз, нуклеаз, полімераз і лігаз, після чого відбувалося зараження бактерій фагом (трансдукція) або внесення плазмідної ДНК у цитоплазму мікроорганізму (трансформація). Розмноження бактерій веде до нагромадження досить великих кількостей фрагментів ДНК.

Однак процедури молекулярного клонування дуже трудомісткі, вимагають роботи з радіоактивними речовинами, високого ступеня очищення ДНК, тому вони практично не вийшли за межі великих спеціалізованих лабораторій, хоча необхідність дослідження ДНК на рівні нуклеотидних послідовностей давно стала потребою практичної охорони здоров'я.

Зазначені труднощі були усунені у зв'язку з відкриттям у 1983 р. американським ученим К.Б. Мюллісом методу полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР), що знайшов широке застосування у всіх галузях практичної медицини. Метод ПЛР, за відкриття якого в 1993 р. Кері Мюллісу була присуджена Нобелівська премія з хімії, революціонізував молекулярну генетику й медичну діагностику.

Етапи ДНК-діагностики з використанням полімеразної ланцюгової реакції:

I. Одержання матеріалу для дослідження. Для молекулярно-генетичної діагностики використовують будь-які ядровмісні клітини. Для діагностики спадкового захворювання частіше беруть кров (лейкоцити), рідше змиви з порожнини рота, волосяні фолікули. Для пренатальної діагностики проводять хоріоцентез (одержання ворсинчастої оболонки хоріона), плацентоцентез (одержання тканини плаценти), амніоцентез (одержання амніотичної рідини і виділення з неї клітин), кордоцентез (одержання пуповинної крові). Для судової медицини будь-які тканини (плями крові, шкіра, сперма та ін.), для встановлення родинного зв’язку за допомогою методів геномної дактилоскопії – кров. Для діагностики інфекційних захворювань — зскрібки з піхви, уретри, бронхолегеневі змиви, культури збудників. Для діагностики онкологічних захворювань — червоний кістковий мозок (при лейкозах) та ін.

II. Виділення ДНК. Для дослідження методом ПЛР придатні навіть невеликі фрагменти слабкоочищеної ДНК. Як правило, ДНК із біологічного матеріалу при цьому виділяють методами лізису клітин з наступним очищенням від білкових компонентів.

III. Ампліфікація. Полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР) дозволяє вибірково ампліфікувати (багаторазово редуплікувати) певну ділянку ДНК у мільйони разів. Принцип ПЛР заснований на ампліфікації ДНК за допомогою ферменту ДНК-полімерази, що здійснює синтез взаємно комплементарних ланцюгів ДНК, починаючи з двох олігонуклеотидних праймерів (запалів) – прямого і зворотного. Праймери – це фрагменти ДНК, комплементарні протилежним ланцюгам ДНК у ділянках, що обмежують обрану ділянку ДНК, і орієнтовані 3'-кінцями назустріч один одному в бік тієї послідовності, яку необхідно ампліфікувати. Таким чином, синтез нового ланцюга може йти тільки в одному напрямку, починаючи з 3'-кінця в напрямку зустрічного праймера. Багато в чому процес ампліфікації подібний із редуплікацією ДНК в ядрі клітини. У реакційній суміші повинні бути присутні:

1) матриця — вихідний ланцюг досліджуваної ДНК, за зразком якої і відбувається синтез нових фрагментів.

2) нуклеотиди — "будівельний матеріал" для нарощування знову синтезованих ланцюгів ДНК.

3) фермент ДНК-полімераза, який каталізує процес синтезу ДНК (у даний час використовується термостабільна полімераза, виділена з бактерій гарячих джерел з оптимумом роботи при температурі 72º С).

4) олігонуклеотидні праймери.

Проведення реакції здійснюється в спеціальній буферній суміші з визначеними концентраціями іонів калію, хлору і точним значенням pH.

Суміш ставлять у спеціальний прилад – ампліфікатор. У ньому автоматично відбувається зміна температур, необхідних для реакції. У результаті реакції проходять багаторазова редуплікація ділянки ДНК, яку хочуть виділити. У підсумку число копій ДНК збільшується в мільйони разів.

IV. Електрофорез фрагментів у ДНК у гелі. У гель додають бромистий етидій (фарба, що забарвлює ДНК). Фрагменти ДНК переміщаються на певну відстань. Ділянка гелю, в якому будуть знаходитися фрагменти ДНК, забарвиться фарбою. Одночасно проводять електрофорез контрольних фрагментів.

V. Аналіз отриманих результатів. Ділянки гелю, в яких міститься фрагменти ДНК, будуть давати жовтогаряче світіння при ультрафіолетовому освітленні. Збіг смуг контрольного фрагмента і дослідного дозволять діагностувати наявність потрібного гена. Гель можна фотографувати або його зображення перенести на екран комп'ютера.

Для виявлення й ідентифікації збудника використовується специфічна для кожного виду пар праймерів. За наявності ДНК збудника в досліджуваній пробі відбувається ампліфікація певного фрагмента його ДНК, що згодом може бути виявлено методом електрофорезу в агарозному або поліакриламідному гелі.

Ефективність і надійність ПЛР-діагностики захворювань не викликає сумнівів. Сьогодні створені й широко використовуються в практичній діагностиці тест-системи для ідентифікації:

— ВІЛ-інфекції (визнаний еталонним методом);

— гепатитів В, С, D, Е і т.д., у тому числі кількісна діагностика;

— захворювань, що передаються статевим шляхом: хламідіоз, уреаплазмоз, мікоплазмоз, трихомоноз, гарднерельоз, гонорея;

— ТORCH-інфекцій: токсоплазмоз, краснуха, герпес, цитомегаловірус;

— туберкульозу, бронхолегеневих захворювань, а також ряд інших.

Великі можливості відкриває метод ПЛР в онкології, зокрема при діагностиці вірусу папілом, деякі штами якого асоціюються з раком шийки матки й іншими різновидами раку.

У даний час проводиться робота з впровадження ПЛР у діагностику дифтерії, шлунково-кишкових захворювань. Практично за допомогою цього методу може бути виявлений будь-який мікроорганізм або вірус у середовищі.

Принципи геномної дактилоскопії

Геномна дактилоскопія заснована на аналізі варіабельних ділянок ДНК. Варіабельні ділянки ДНК мають будь-яку довжину в різних людей, оскільки вони можуть мати різноманітну кількість копій щодо короткого фрагмента, який складається з декількох нуклеотидів. Ці варіабельні ділянки багаторазово редуплікують за допомогою методу полімеразних ланцюгових реакцій. Після електрофорезу одержують унікальну для кожної людини картину довжин фрагментів ДНК, – «геномний відбиток пальців». Метод може використовуватися для ідентифікації особи (за слідами крові, фрагментам тканин  та органів), а також для встановлення родинного зв’язку.

Встановлення родинного зв’язку засноване на тім, що фрагменти, які часто повторюються, успадковуються. Дитина отримує половину фрагментів від матері і половину від батька. У дитини не можуть бути фрагменти, відсутні в батьків. Метод геномної дактилоскопії високочутливий. Згодом буде можливе створення банку даних про геномну дактилограму будь-якої людини (за зразком банку відбитків пальців)

Метод знайшов застосування в криміналістиці й судовій медицині для ідентифікації особистості, діагностики спадкових захворювань людини і тварин, аналізі якості води, продуктів харчування тощо. Відкриття реакції здійснило революцію в біологічній науці: дослідники одержали наймогутніший інструмент для розуміння механізмів диференціювання клітин, експресії генів на різних етапах розвитку організму в нормі й за патології, питань еволюції.

Методи ДНК-діагностики незамінні в пренатальному виявленні спадкових захворювань, таких як міодистрофія Дюшена й Беккера, муковісцидоз, фенілкетонурія, гемофілія, атаксія Фрідрейха й аміотрофії, встановлень статі дитини й батьківства. В імунології можна встановити, які гени контролюють синтез тих чи інших сполук в імунній відповіді, проводити типування тканин, визначення сумісності тканин (Пішак, Захарчук, 2011).