ПОПУЛЯЦИОННО – СТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД.

Популяционная генетика изучает генетический состав популяции, а также факторы влияющие на изменение этого состава.

Популяция – это совокупность особей одного вида, которые проживают в течении длительного времени на определенном ареале, свободно скрещиваются, дают плодотворное потомство и отделенные от других популяций того же вида той или иной формой изоляции.

Основная закономерность, позволяющая исследовать генетичскую структуру популяций, была установлена в 1908 году независимо друг от друга английским математиком Г. Харди и немецким врачом В. Вайнбергом. Этот закон позволяет установить математическую зависимость между частотами генов и генотипов в популяции.

Рассмотрим пару аллельных аутосомных генов (А и а). Например если ген А встречается с частотой (p), а ген а с частотой (q), то соотношение частот этих аллелей в популяции окажется равным 1.

Сумма частот встречаемости доминантного и рецессивного аллелей одного гена величина постоянная и равна 1.

Возведя в квадрат мы получим (p + q)² = p² + 2pq + q² = 1.

Генотип АА в стречается с частотой (p²), генотип Аа встречается с частотой (2 pq), генотип аа встречается с частотой (q²). Распределение частот встречаемости различных генотипов соответствует коэффициентам бинома Ньютона второй степени

Сумма частот встречаемости различных генотипов по одному аллелю в данной популяции величина постоянная и равна 1.

Аналогичный способ расчета можно применить для трехаллельной системы, например для исследования групп крови.

Это количественная оценка всех гомозиготных и гетерозиготных генотипов по системе АВ0.

Закономерности полученные Харди и Ваайнбергом справедливы для равновесных популяций, для которых характерно:

1. Свободное скрещивание или отсутствие специального подбора пар по каким-либо отдельным признакам.

2. отсутствие оттока аллелей вызываемого отбором или миграцией за пределы данной популяции.

3. отсутствие притока аллелей вызываемого мутационным процессом или миграцией особей в данную популяцию из вне.

4. равная плодовитость гомозиготных и гетерозиготных особей.

5. поколения не должны перекрываться во времени.

6. численность популяции должна быть значительно большой.

В действительности реальная популяция может лишь приближаться к этим условиям. Известные генетики Ниль и Шелл считают, что, хотя ни в одной конкретной популяции эта совокупность условий не может быть соблюдена, в большинстве случаев расчеты по закону Харди-Вайнберга настолько близки к действительности, что этот закон вполне пригоден для анализа генетической структуры популяции. Для медицинской генетики имеет особенно большое значение то, что этот закон может быть использован для анализа человеческой популяции. Так как человеческая популяция является достаточно большой. Гомозиготные и гетерозиготные особи одинаково плодовиты. Для большинства людей характерна панмиксия или свободное вступление в брак. Существует случайный и неслучайный подбор супружеских пар. Например, случайный подбор осуществляется по группам крови, цвету глаз, умению владеть преимущественно правой или левой рукой. Неслучайный подбор пар может осуществляться по некоторым заболеваниям например, по глухонемоте. Панмиксия нарушается в изолятах, обусловленных национальными, расовыми, географическими, религиозными, сословными и другими подразделениями общества. Существенно панмиксия может быть нарушена имбридингом – близкородственным браком, что повышает вероятность рождения больных детей.

На генетический состав человеческой популяции существенно влияет мутационный процесс. Многие мутантные гены снижают продолжительность жизни человека, и он умирает не оставив потомства или имеют меньше детей, чем у нормальных людей. В результате происходит элиминация мутантного аллеля. Его частота снижается. К таким генам относятся летальные и полулетальные гены. Значительная часть хромосомных аномалий элиминируется еще на ранних стадиях внутриутробного развития. Однако не каждый патологический ген устраняется естественным отбором, и рождаются дети с различными наследственными заболеваниями.

Другим не менее важным фактором, влияющим на частоту аллелей в малочисленных популяциях и изолятах, является дрейф генов, при этом полезные и адаптивные аллели могут случайно элиминироваться из популяции, а менее полезные или даже неблагоприятные могут достигнуть значительных концентраций.

В человеческих популяциях действует и естественный отбор, который является единственным эволюционным фактором вызывающим направленное изменение генофонда путем элиминации из популяции менее приспособленных индивидов или снижения их плодовитости. В человеческой популяции постоянно действуют такие факторы эволюции как мутационный процесс, миграция, отбор, дрейф генов, что приводит к изменению частот генов, но значение их не так выражено.

Учитывая все перечисленное закон Харди-Вайнберга можно сформулировать следующим образом.

В неограниченно больших популяциях, при отсутствии давления естественного отбора, мутаций, миграций и наличии панмиксии имеет место постоянное число генотипов и фенотипов.

Значение популяционно-статистического метода для медицины велико. Применяя его на практике можно определить какова встречаемость патологических генов и генотипов в популяциях различных стран, изучить особенности распространения наследственных заболеваний в различных популяционных структурах и главное прогнозировать распространенность этих болезней в последующих поколениях. В ходе исследований выявляются не только больные, но и семьи в которых высок риск повторного появления детей с той же патологией. Такие семьи подлежат диспансерному наблюдению и среди них проводятся мероприятия направленные на снижение частоты этих заболеваний в потомстве.

Применяя на практике этот метод было установлено, что наследственные болезни в человеческой популяции распространены по регионам земного шара неравномерно. Установлено, что серповидно-клеточная анемия распространена среди негров и жителей Средиземноморья, врожденный вывих бедра чаще встречается у аборигенов Севера, различные виды прогрессирующего слабоумия у лиц еврейской и армянской национальности. Популяционно-статистический метод установил, что частота встречаемости даже повсеместно распространенных заболеваний колеблется в разных популяциях. Например, муковисцидоз чаще проявляется среди восточных народов, проявляемость фенилкетонурии выше среди славянских групп народов, чем у германских и романских.

Своеобразным толчком к применению биохимического метода в генетике человека стало открытие Полинга, о том, что серповидно-клеточная анемия является молекулярной болезнью. При этой болезни эритроциты приобретают форму серпа и синтезируется аномальный гемоглобин S, который не может обеспечивать в достаточном количестве транспорт кислорода к тканям. Применяя биохимический метод совместно с методами молекулярной генетики удалось установить, что причиной этого заболевания является мутация аллеля, ответственной за синтез гемоглобина А.

В настоящее время с помощью биохимического метода обнаружено более 1000 наследственных болезней обмена веществ, причем большая часть из них связана с дефектами различных ферментов. Диагностировать такие дефекты можно путем обнаружения в крови, моче, слюне и других биологических жидкостях продуктов метаболизма, образующихся в результате функционирования данного фермента. Если фермента синтезируется недостаточно, то в организме накапливаются промежуточные продукты нарушенного метаболизма.

На этом этапе используются простые и доступные методы обследования. Такая программа называется просеивающей или скрининг программой. И если подозрения подтверждаются, применяют более точные и сложные методы для уточнения диагноза.

Применение биохимического метода является весьма актуальным в диагностике болезней связанных с дефектами: а) аминокислотного обмена, б) обмена углеводов и в) обмена липидов.

Например, фенилкетонурия это болезнь, связанная с нарушением аминокислотного обмена, при котором обнаруживается дефект фенилаланиндигидроксилазы – фермента переводящего фенилаланин в тирозин. Вследствие чего происходит накопление в крови фенилаланина. Диагноз фенилкетонурия можно поставить, применяя простой биохимический тест. При этом заболевании с мочой выделяется фенилпировиноградная кислота, которая реагирует с реактивом Фелинга (3-х валентным хлоридом железа). В результате такой реакции моча, становится темного цвета. Исследуя сыворотку крови можно обнаружить повышенное содержание фенилаланина.

Биохимический метод можно успешно применять не только для постановки диагноза больным людям, но и для выявления гетерозиготных носителей наследственных заболеваний. Например, при гемофилии у женщины – носительницы снижается время свертывания крови, для более точной диагностики носительства исследуют антитела к гемофилическому глобулину. У носителей аутосомно – рецессивного гена, болезни Тея – Сакса (детской амавротической идиотии) снижается активность фермента гексозамининидазы А.

Установление гетерозиготности имеет очень большое значение. Оно помогает предотвратить рождение больного ребенка, особенно когда родители являются кровными родственниками.

Биохимический метод можно использовать в пренатальной диагностике. На 15-16 неделе беременности проводят амниоцентез. Полученную амниотическую жидкость и клетки плода исследуют, что позволяет выявить дефекты различных ферментов. С помощью амниоцентеза и последующих биохимических методов диагностируются свыше 60 наследственных заболеваний.

Цитогенетический метод широко применяется в генетике человека с 1ё956 года, когда было определено, в кариотипе человека содержится 46 хромосом. Этот метод основан на изучении структуры и количества хромосом в норме и при патологии с использованием микроскопической техники. Применение данного метода делает возможным изучение хромосомных болезней (фенокопий) и исследование закономерностей мутационного и эволюционного процессов.

Кариотип человека в норме представлен 46 хромосомами или 23 парами. Из них 22 аутосомы и являются одинаковыми для мужчин и женщин, а одна пара гетерохромосомы у женщин ХХ, а мужчин ХУ хромосомы. По положению центромеры и размерам все хромосомы разделены на 7 групп, согласно Денверской классификации. Однако эта классификация не позволяет индивидуализировать каждую хромосому. С применением в конце 60-х годов метода Касперсона (метода дифференциального окрашивания хромосом), стало возможным выделять индивидуальный рисунок каждой хромосомы вследствие того, что участки эухроматина и гетерохроматина в хромосоме по-разному окрашиваются флюоресцирующими и нефлюоресцирующими красителями.

Применение цитогенетического метода показано:

- при наличии у пациента множественных врожденных пороков неясной этиологии

- при подозрении на хромосомные или геномные болезни, для окончательного диагноза

- для анализа кариотипа у супругов, при многократных спонтанных абортах, мертворождениях или наличие в семье детей с врожденной аномалией

- для пренатальной диагностики врожденных аномалий

- для определения полового хроматина, при нарушении репродуктивной функции неизвестной причины.

Материалом для исследования могут служить клетки различных органов и тканей, главное условие чтобы эти клетки находились в митотическом цикле. Чаще всего для изучения хромосомного набора применяют метод Мурхеда. Для этого исследуют лимфоциты периферической крови. Сначала лимфоциты обрабатывают фитогемагглютинином (ФГА), чтобы они вступили в митоз, а затем на стадии метафазы добавляют колхицин, разрушают аппарат веретена деления и не допускают расхождения хроматид к полюсам клетки. Для хорошей однородной окраски используют краситель Романовского – Гимзе или применяют дифференциальное окрашивание хромосом. Полученные мазки сначала изучают с помощью микроскопа, визуально. Затем фотографируют и составляют идиограммы или кариограммы. Данные цитогенетических исследований заносят в специальные бланки – протоколы.

Применяя цитогенетический метод можно выявить геномные мутации, связанные с изменением числа хромосом (все известные моносомии и трисомии по аутосомам и половым хромосомам), а также хромосомные аберрации, связанные с изменением структуры хромосом (делецию, дупликацию, транслокацию).

Цитогенетический метод позволяет провести экспериментальные исследования в области изучения влияния внешней среды, мутагенных факторов на человека путем применения удачной модели – лейкоцитов крови человека.

Цитогенетический метод применяют для пренатальной диагностики наследственных заболеваний. Для этого проводят амниоцентез получают амниотическую жидкость с клетками кожи и слизистых плода, затем клеточный материал исследуют. Применяя цитогенетический метод можно установить хромосомные аберрации и геномные мутации, а также пол плода. Обнаружение изменения количества и структуры хромосом дает возможность своевременного прерывания беременности с целью предупреждения потомства с грубейшими аномалиями развития.

Иммуногенетика человека изучает генетические основы иммунного ответа организма и нарушений, приводящих к появлению патологических состояний системы иммунитета, а также генетический контроль его антигенной конституции. В настоящее время известно, что все специфические (иммунные) защитные реакции организма против проникших в него возбудителей инфекционных болезней и чужеродных биополимеров (белков, полисахаридов и т.д.), находятся под строгим генетическим контролем. Такие чужеродные структуры (антигены) должны распознаваться иммунной системой в целях последующего быстрого их разрушения (нейтрализации).

С другой стороны, генетическая уникальность каждого индивидуума определяет антигенную специфичность собственных полимерных молекул организма (прежде всего, белков), синтезируемых на основе его генетической программы и распознаваемых его иммунной системой в качестве структур, не подлежащих немедленному разрушению. Вместе с тем, специфичность антигенного комплекса того или иного человека, связанная, в первую очередь, с определенной комбинацией различных групповых антигенов, может иметь существенное значение в случае переливания крови, трансплантации органов и тканей.

Онтогенетический метод применяется для изучения закономерностей проявления, какого–нибудь признака или заболевания в процессе индивидуального развития. В онтогенезе человека выделяют пренатальный и постнатальный периоды развития. Большинство признаков формируется во время пренатального периода. После рождения заканчивается формирование коры головного мозга, психики, происходит формирование иммунной системы, проявляется способность к обучению.

В различные периоды развития человека происходит изменение активности (экспрессии) генов. Например, в постнатальном онтогенезе происходит экспрессия генов, определяющих развитие вторичных половых признаков, развитие таких наследственных заболеваний как сахарный диабет, близорукость, хорея Гентингтона и т.д. В тоже время репрессируется активность генов, контролирующих синтез меланина, фетального гемоглобина, эластизы, подавляется выработка гамма- глобулинов. Поэтому с возрастом у человека седеют волосы, появляются морщины, повышается восприимчивость к инфекционным заболеваниям.

В некоторых случаях с возрастом может увеличиваться вероятность проявления рецессивных генов у гетерозигот. Например, у гетерозиготного по гену фенилкетонурии человека изменяется психика.

Наряду со «временем действия генов» выделяют и «поля действия генов». Все соматические клетки человека тотипотентны, т.е. содержат одинаковый набор генов и хромосом. Однако в процессе онтогенеза одни гены блокируются, а другие включаются в работу, причем в клетках разных тканей активны разные группы генов. Например, только в клетках щитовидной железы активные гены, отвечающие за синтез гормона тироксина.

В процессе онтогенеза у человека формируется определенная конституция. Конституционные признаки имеют сложную генетическую основу. К ним относятся такие признаки как структура, функции поведения. Установлено, что люди с различным типом конституции склонны к разным заболеваниям (конституционные болезни).

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: