ПОЛОВОЙ ХРОМАТИН - участок ядра соматической клетки, находящейся в интерфазе, представляющий собой конденсированную половую хромосому; в результате конденсации Х-хромосомы образуется X-хроматин, а конденсации Y-хромосомы - Y-хроматин. У людей с нормальным составом хромосом (см. Кариотип) в соматических клетках женщин содержится X-хроматин, а в соматических клетках мужчин - Y-хроматин. По наличию этих образований может быть определен генетический пол индивида (см. Пол), что находит практическое применение при диагностике разнообразных клин, форм тестикулярной и овариальной дисгенезии (см. Дисгенезия гонад), ориентировочном исследовании индивидов на ложный - псевдогермафродитизм (см.) или истинный гермафродитизм (см.), в суд.-мед. практике и т. п.
X-хроматин (так наз. тельце Барра) как специфический для женского пола цитол, признак впервые был описан Барром (М. Barr) и Бертрамом (E. G. Bertram) в 1949 г.; одна из двух X-хромосом в раннем эмбриогенезе генетически инактивируется (гетерохроматинизируется) и остается конденсированной в течение всего интерфазного периода жизни соматической клетки. Деконденсация гетерохроматинизированной X-хромосомы в соматической клетке не означает ее генетической активации. Вторая Х-хромосома в женской клетке и Х-хромосома в мужской соматической клетке не образуют X-хроматина. Y-хроматин формируется за счет части длинного плеча Y-хромосомы; он состоит из гетерохроматина, конденсируемого в интерфазном ядре и способного интенсивно флюоресцировать после окраски акрихином и другими флюорохромами (см.). Тест с флюорохромами для определения половой принадлежности клеток по Y-хроматину был впервые предложен Касперссоном (Т. Caspersson) в 1970 г.
При определении генетического пола индивида его клетки исследуют как на Х-, так и на Y-хроматин. Для этого получают клеточный материал (источником его могут быть самые разнообразные ткани, хотя предпочтительнее те, для к-рых не требуется предварительного культивирования in vitro; для определения X-хроматина чаще всего используют мазки со слизистой оболочки щеки, реже слизистой оболочки влагалища, а также клетки волосяных фолликулов; для пренатальной диагностики пола плода используют амниотические клетки. Содержание Y-хрома-тина, помимо перечисленных тканей, можно определять также в сперматозоидах. Прекрасным материалом для анализа X- и Y-хроматина являются однослойные культуры клеток, обычно фибробластов. В культивируемых лимфоцитах крови хорошо выявляется Y-хроматин. Фиксацию препаратов проводят до их подсушивания на воздухе, обычно фиксируют метанолом или смесью этанола и уксусной к-ты (в соотношении 3:1) либо только этанолом. Методы окраски для выявления X- и Y-хроматина различны. X-хроматин лучше выявляется при окраске препаратов основными нефлюоресцирующими красителями: основным фуксином, тионином, ацетоорсеином, толуидиновым синим и др. Окрашенные препараты высушивают и изучают с масляной иммерсией в проходящем свете. Y-хроматин выявляют при окраске препаратов флюорохромами - производными акридинового оранжевого: акрихином, акрихин-ипритом, акрихин-пропилом. Препараты заключают в специальный буферный р-р и изучают в ультрафиолетовом свете с помощью люминесцентного микроскопа (см.). Анализ проводят на разъединенных, распластанных клетках. Срезы тканей для определения П. х. используют лишь тогда, когда невозможно получить мазки или препараты-отпечатки среза органа.
Тельце Барра в нормальной диплоидной клетке имеет форму треугольника, круглого или даже палочковидного образования, средний линейный размер к-рого 1 мкм. Очень часто тельце Барра находится на периферии ядра и нередко соприкасается с ядерной оболочкой. Размер, форма, положение в ядре и плотная окраска позволяют отличать X-хроматин от глыбок конденсированного хроматина других хромосом. Частота, с к-рой X-хроматин встречается в клетках, зависит от состояния организма (гормональный статус, физическая нагрузка и др.)* Она низка у новорожденных девочек в первые 2-3 дня жизни. У половозрелой женщины частота встречаемости X-хроматина колеблется в разные периоды менструального цикла, различна в разных тканях и никогда не достигает 100% . В клетках слизистой оболочки щеки X-хроматин обнаруживается в 25-60% клеток, в культивируемых in vitro фибробластах - в 40-80% клеток, в некультивируемых амниотических клетках примерно в 5% клеток. В гранулоцитах X-хроматин имеет вид барабанной палочки; низкая частота выявления (1,5-5%) и трудность дифференцировки этого образования с другими ядерными структурами ограничили практическое распространение этого теста. В полиплоидных клетках число телец Барра кратно числу диплоидных наборов хромосом. У мужчин цитологически сходные с X-хроматином глыбки хроматина обнаруживаются примерно в 1% клеток.
Размеры Y-хроматина в нормальных диплоидных клетках у разных индивидов сильно различаются, что связано с большими колебаниями длины самой Y-хромосомы. При диагностике пола по Y-хроматину следует помнить, что встречаются индивиды или с незначительным количеством гетерохроматина в Y-xpo-мосоме или вовсе лишенные гетерохроматина, и необнаружение Y-хроматина у таких лиц не является фактом, отрицающим их принадлежность к мужскому полу. У большинства мужчин Y-хроматин выглядит сравнительно крупным (0,3-1 мкм), ярко светящимся образованием (тельцем) обычно округлой формы; в отдельных клетках он может иметь двойную структуру или быть несколько диффузным. На периферии клеточного ядра Y-тельце располагается реже, чем тельце Барра. В ядре присутствуют ярко светящиеся глыбки хроматина других хромосом, отличить которые от Y-тель-ца обычно нетрудно. Частота встречаемости Y-хроматина существенно различается в разных тканях. В клетках слизистой оболочки щеки он обнаруживается в 20-80% клеток, в клетках волосяного фолликула в 70-90%, в лимфоцитах периферической крови в 60-87% клеток. Сходные с Y-тельцем флюоресцирующие тельца в клетках женщины (аутосомный гетерохроматин) встречаются примерно в 5% клеток. У женщин, беременных плодом мужского пола, клетки последнего могут проникать в кровяное русло матери. Они обнаруживаются по наличию в них Y-хроматина. Для определения генетического пола по Y-хроматину рекомендуется просмотреть не менее 50 клеток.
Практическое применение теста на П. х. двояко. Этот тест используется для определения пола индивида по его клеткам, когда либо сам индивид недоступен для исследования (пренатальная диагностика пола плода, суд.-мед. экспертиза и т. п.), либо в тех случаях, когда проводится массовая проверка соответствия фенотипического (паспортного) пола генетическому (напр., при обследовании женщин на спортивных соревнованиях). Определение пола плода внутриутробно проводят при подозрении на наследственную болезнь, сцепленную с полом (гемофилия, некоторые формы мышечной дистрофии и др.), с целью предотвращения рождения неизлечимо больного ребенка.
При обследовании пациентов с клин. проявлениями нарушения половой дифференцировки и в других случаях, когда необходимо точное описание состояния половых хромосом, независимо от результатов анализа на П. х. прибегают к хромосомному анализу (см. Хромосомы).
Особенно часто определение П. х. используется для предварительной диагностики отклонений в числе или структуре половых хромосом, когда у исследуемого имеются нарушения полового развития. Простота и быстрота выполнения позволяют применять тест на П. х. при массовом обследовании новорожденных и других детей с целью выявления аномалий половых хромосом. Окончательный диагноз ставят после изучения хромосомного набора (см.). Отклонения в системе половых хромосом в сторону уменьшения,количества их материала, совместимые с жизнеспособностью индивида, происходят за счет гетерохроматинизированной Х-хромосомы и гетерохроматиновой части Y-хромосомы и поэтому могут быть установлены путем анализа полового хроматина. Отсутствие X-хроматина в клетках пациента с женским фенотипом наблюдается при полной агенезии гонад при синдроме Шерешевского - Тернера с формулой кариотипа 45,X (см.Тернера синдром) либо у лиц с кариотипом 46,XY при тестикулярной феминизации (см.) и при хрома-тин-отрицательной форме дисгенезии гонад. При дисгенезии яичников хромосомного генеза частота встречаемости и размеры тельца Барра зависят от характера отклонений в Х-хромосоме и коррелируют с клин. полиморфизмом болезни. Тельце Барра может иметь нормальную величину, но обнаруживаться редко или даже вовсе отсутствовать в отдельных тканях (мозаичная форма синдрома Шерешевского - Тернера, формула кариотипа обычно 46,XХ/45,X); оно может быть уменьшенным по сравнению с нормой (делеция короткого или длинного плеча Х-хромосомы, кольцевая Х-хромосома) или, наоборот, увеличенным (по длинному плечу Х-изохромосомы). Разнообразные клин, формы тестикулярной дисгенезии коррелируют с характером отклонений в Y-хромосоме и имеют разную картину Y-хроматина: от его отсутствия или низкого содержания (мозаицизм с формулой кариотипа 46,XY/45,X) до изменений в величине и форме (делеции длинного плеча изохромосомы, дицентрические хромосомы). Исследования П. х. при разных формах истинного и ложного гермафродитизма проводятся только как ориентировочные, за к-рыми должно следовать тщательное исследование хромосомных наборов.
При нарушениях полового развития, связанных с увеличением числа X-хромосом, в клетках пациенток обнаруживаются дополнительные тельца Барра. Их число определяется формулой n - 1, где n - общее количество X-хромосом у индивида. Так, при кариотипе 47,XXX в клетках женщины обнаруживаются два тельца Барра, при кариотипе 48,ХХХХ - три тельца Барра. Дополнительные Y-хромосомы проявляют себя появлением в клетке дополнительных телец Y (при кариотипе 47,XYY - два Y-тельца, при кариотипе 48,XYYY - три Y-тельца). При синдроме Клайнфелтера (см. Клайнфелтера синдром), когда Кариотип пациента включает две или более Х-хромосомы и одну или более Y-хромосому, в соматических клетках одновременно содержатся X- и Y-хроматин (по одному тельцу каждого при наиболее часто встречающейся форме синдрома с формулой кариотипа 47,XXY).
Половой хроматин в судебно-медицинском отношении
Исследование П. х. в суд.-мед. практике производится с целью установления половой принадлежности следов крови, слюны и других биол, жидкостей, вырванных волос, следов-отпечатков клеток тканей и органов, кусочков тканей, которые могут быть обнаружены на месте происшествия, на различных предметах, одежде, теле потерпевшего и подозреваемого в совершении преступления, на орудиях травмы, на транспортных средствах, а также при обнаружении обгоревших трупов или частей расчлененных трупов. Реже П. х. исследуют с целью суд.-мед. установления генетического пола у лиц с аномалиями полового развития, используя общепринятые методики.
Для приготовления препаратов из следов крови (см.) и слюны (см.) кусочки предмета-носителя помещают в пробирку и заливают 0,5-40% (следы крови) или 5-10% (следы слюны) уксусной к-той. Экстрагируют при комнатной температуре в течение нескольких часов и, удалив кусочки предмета-носителя, центрифугируют. Осадок переносят на предметное стекло и высушивают на воздухе. С пятен крови на предметах, не впитывающих жидкость (металл, стекло, пластмасса и др.), делают соскобы, которые затем обрабатывают таким же образом.
При исследовании волос (см.) корень волоса помещают на предметное стекло и добавляют 10-25% уксусную к-ту. После набухания отделяют и измельчают волосяной фолликул, удаляя остальные части волоса.
Из кусочков тканей п органов, при необходимости предварительно выдержав их до набухания в уксусной к-те соответствующей концентрации или в физиол, р-ре, готовят гистол, препараты, мазки или препараты-отпечатки. Следы-наложения клеток, тканей или органов на орудиях травмы смывают физиол, р-ром, одновременно соскабливая их. Мелкие кусочки тканей, встречающиеся в таких следах, измельчают препаровальными иглами. Смывы-соско-бы помещают в пробирки, центрифугируют, из осадка готовят гистол, препараты. Исследование препаратов целесообразно начинать с выявления Y-хроматина, т. к. при его отсутствии те же препараты могут быть снова использованы для выявления X-хроматина. При исследовании учитывают только достаточно хорошо сохранившиеся неповрежденные ядра клеток. При анализе следов крови Y-хроматин определяют в ядрах лимфоцитов, т. к. в нейтро-филах Y-хроматин в препаратах из следов крови мужчин может не выявляться.
При отсутствии повышенной влажности П. х. может длительно сохраняться в высохших следах, а также в клетках фолликула вырванного волоса. Высокая температура (выше 150°) разрушает ядра клеток и П. х. Значительная влажность в течение нескольких суток также приводит к разрушению клеток, что делает невозможным выявление полового хроматина. Т. к. условия, в к-рых находятся следы, могут последовательно меняться, решающее значение для установления пригодности следов крови, слюны и т. д. для определения П. х. имеет состояние обнаруживаемых в них клеток и их ядер. В клетках высохших кусочков тканей, не подвергающихся действию влаги, П. х. сохраняется длительное время. В целых трупах и в их крупных частях в процессе аутолиза и гниения в течение нескольких суток происходит деструкция клеточных ядер. В обгоревших трупах половой хроматин нек-рое время может сохраняться в клетках глубоко расположенных органов и тканей.
При выявлении небольшого числа клеток, сохранивших ядра, исследуемых на П. х., с целью установления статистической достоверности результатов используют различные математические методы анализа, учитывающие как общее число обнаруженных клеток, так и число клеток. содержащих X- или Y-хроматин.
Библиография: Давиденкова Е. Ф., Берлинская Д. К. и Тысяч-н ю к С. Ф. Клинические синдромы при аномалиях половых хромосом, JI., 1973; Захаров А. Ф. Хромосомы человека, М., 1977; Капустин А. В. Судебно-медицинская диагностика пола по половым различиям в клетках, М., 1969; Лабораторные и специальные методы исследования в судебной медицине, под ред. В. И. Пашковой и В. В. Томилина, с. 157, М., 1975; Любинская С. И. и Антонова С. Н. Исследование Y-хроматина в следах крови, Суд.-мед. экспертиза, т. 18, № 3, с. 17, 1975; Основы цитогенетики человека, под ред. A. А. Прокофьевой-Бельговской, М., 1969; Methods in human cytogenetics, ed. by H. G. Schwarzacher a. U. Wolf, p. 207, B. а. о., 1974; The sex chromatin, ed. by K. L. Moore, Philadelphia - L., 1966.
А. Ф. Захаров; А. В. Капустин (суд.).
Этот феномен получил название правила С Т Ю А Р Т А. Например, если кариотип 47, ХХХ, то три Х-хромосом минус одна, равняется два тельца Барра. Присутствие полового хроматина у мужчин, а также наличие дополнительных или отсутствие телец Барра у женщин характерно для нарушений в системе половых хромосом.
Увеличение числа У-хромосм приводит к увеличению флуоресцирующих телец в интерфазных ядрах, названных У-хроматином.
Разработан экспресс-метод определения полового хроматина в соскобе буккального эпителия слизистой щеки. Материал соскоба, полученный с помощью шпателя, переносится на предметное стекло и окрашивается 1% -ным раствором ацетоарсеина, накрывается покровным стеклом и изучается с помощью светового микроскопа.
Используют определение полового хроматина для:
- Своевременное определение пола в решении вопросов, о наследственных сцепленных с полом заболеваний,
- Экспресс-диагностики хромосомных болезней, связанных с нарушением комплекса половых хромосом это с. Клайнфельтера 47, ХХУ. 48, ХХХУ, Тернера 45, ХО, Морриса 46, ХУ – женский фенотип, трипло – Х – суперженщина 47, ХХХ, дисомию по У-хромосоме 47, ХХУ. Возможность выявить мозаицизм по половым хромосомам – гинандроморфизм – ХХУ/ХХ проявляются как, женские так и мужские признаки. Описаны самые разнообразные формы кариотипов ХУ/ХО, ХХ/ХО, ХХХ/ХО,ХХ/ХХХ, тройные мозаики ХО/ХХ/ХХХ.
- Определение пола в судебной медицине
- В онкологии для определения опухоли по половому хроматину и выбора правильного гормонального лечения
Цитогенетический метод применяется для:
- диагностики хромосомных и геномных болезней
- изучения хромосомных и геномных мутаций
- определения пола при нарушении половой дифференцировки фенотипа
- изучения полового хроматина
Метод генетики соматических клеток
Этот метод представляет собой культивирование, клонирование, гибридизацию и селекцию соматических клеток. КЛОНИРОВАНИЕ – получение потомков (большого числа клеток) от одной клетки за счет деления . Клонированные клетки используют для получения большого числа клеток для хромосомного анализа, для изучения особенностей обмена, для количественного учета мутаций, для доказательства гетерогенности клеточных популяций.
Селекция в генетике соматических клеток применяют для отбора мутантов по резистентности, ауксотрофности . Отбор мутантов по резистентности основан на их выживании в присутствии, какого – либо летального фактора. Отбор ауксотрофных клеток основан на их свойствах использовать для своего роста строго определенные вещества, не синтезируемые клеткой.
Путем гибридизации устанавливается локализация генов в хромосомах. Гибридизация основана на слиянии совместно культивируемых клеток двух разных типов. Гибридные клетки или гетерокарионы, содержат ядра с хромосомными наборами двух разных видов, например человека и мыши, человека и крысы, человека и китайского хомячка. Генотипы таких клеток находятся в состоянии дисбаланса и поэтому при клеточном делении гетерокарионы обычно теряют часть хромосом. В разных гибридных клетках утрачиваются хромосомы одного вида. В гибридных клетках «человек - мышь» постепенно исчезают хромосомы человека. Постепенная утрата хромосом человека может привести в конечном итоге к сохранению единственной хромосомы. Так сохранение 9 хромосомы человека в гибридной клетке «человек - мышь» позволило установить, что в ответ на введение вируса клетки этого клона начали вырабатывать интерферон. Поэтому установили, что ген ответственный за синтез интерферона расположен в 9 хромосоме.
Методы моделирования
Разработаны два метода: биологическое и математическое моделирование. С помощью этих методов решаются разные задачи, имеющее значение как для разработки теоретических основ генетики человека, так и для практического медико-биологического консультирования.
Биологическое моделирование – это использование животных, имеющих наследованные аномалии, соответствующие аномалиям человека.
Используется в генетике для:
1. изучения патогенеза наследственных заболеваний.
2. разработки методов их лечения.
Математическое моделирование – основано на использовании компьютерных технологий. С помощью этого метода изучаются:
1. Распространение мутаций в популяциях при разных условиях действие отбора;
2. Влияние экспериментальных эволюционных факторов в разных сочетаниях на генофонд популяций при распространении наследственной патологии.
Близнецовый метод
Это метод изучения генетических закономерностей на близнецах. Впервые он был предложен Ф. Гальтоном в 1875 г. Близнецовый метод дает возможность определить вклад генетических (наследственных) и средовых факторов (климат, питание, обучение, воспитание и др.) в развитии конкретных признаков или заболеваний у человека. При использовании близнецового метода проводится сравнение:
1) монозиготных (однояйцевых) близнецов - МБ с дизиготными (разнояйцевыми) близнецами - ДБ;
2) партнеров в монозиготных парах между собой;
3) данных анализа близнецовой выборки с обшей популяцией.
Монозиготные близнецы образуются из одной зиготы, разделившейся на стадии дробления на две (или более) части. С генетической точки зрения они идентичны, т.е. обладают одинаковыми генотипами. Монозиготные близнецы всегда одного пола. Имеют одну плаценту.
Особую группу среди МБ составляют необычные типы близнецов: двухголовые (как правило, нежизнеспособные), каспофаги ("сиамские близнецы"). Наиболее известный случай - родившиеся в 1811 г. в Сиаме (ныне Таиланд) сиамские близнецы - Чапг и Эиг. Они прожили 63 года, были женаты на сестрах-близнецах; Чанг произвел на свет 10, а Энг - 12 детей. Когда от бронхита умер Чанг, спустя 2 часа умер и Энг. Их связывала тканевая перемычка шириной около 10 см от грудины до пупка. Позднее было установлено, что соединявшая их перемычка содержала печеночную ткань, связывающую две печени. Любая хирургическая попытка разделить братьев вряд ли в то время была бы успешной. В настоящее время разъединяют и более сложные связи между близнецами.
Дизиготные близнецы развиваются в том случае, если одновременно две яйцеклетки оплодотворены двумя сперматозоидами. Естественно, дизиготные близнецы имеют различные генотипы. Они сходны между собой не более, чем братья и сестры, т.к. имеют около 50 % идентичных генов.
Общая частота рождения близнецов составляет примерно 1 %, из них около 1/3 приходится на монозиготных близнецов. Известно, что число рождений монозиготных близнецов сходно в разных популяциях, в то время как для дизиготных эта цифра существенно различается. Например, в США дизиготные близнецы рождаются чаще среди негров, чем белых. В Европе частота появления дизиготных близнецов составляет 8 на 1000 рождений. Однако в отдельных популяциях их бывает больше. Самая низкая частота рождения близнецов присуща монголоидным популяциям, особенно в Японии. Отмечается, что частота врожденных уродств у близнецов, как правило, выше, чем у одиночно рожденных. Полагают, что многоплодие генетически обусловлено. Однако это справедливо лишь для дизиготных близнецов. Факторы, влияющие на частоту рождения близнецов, в настоящее время мало изучены. Есть данные, показывающие, что вероятность рождения дизиготных близнецов повышается с увеличением возраста матери, а так же порядкового номера рождения. Влияние возраста матери объясняется, вероятно, повышением уровня гонадотропина, что приводит к учащению полиовуляцни. Имеются также данные о снижении частоты рождения близнецов почти во всех индустриальных странах.
Близнецовый метод включает в себя д иагностику зиготности близнецов. В настоящее время используются следующие методы для: ее установления.
1. Полисимптомный метод. Он заключается в сравнении пары близнецов по внешним признакам (форма бровей, носа, губ, ушных раковин, цвет волос, глаз и.т.п.). Несмотря на очевидное удобство, это -метол до известной степени субъективный и может давать ошибки.
2. Иммуногенетический метод. Более сложный, он основывается на анализе групп крови, белков сыворотки крови лейкоцитарных антигенов, чувствительности к фенилтиокарбамиду и др, Если у обоих близнецов по этим признакам различий нет, их считают монозиготными.
Для монозиготных близнецов вероятность сходства по всем показателям равна.
3. Достоверным критерием зиготности близнецов является приживляемость
кусочков кожи. Установлено, что у дизиготных близнецов такая пересадка всегда заканчивается отторжением, в то время как у монозиготных пар отмечается высокая приживляемость трансплантантов.
4. Метод дерматоглифики заключается в изучении папиллярных узоров пальцев, ладоней и стоп. Эти признаки строго индивидуальны и не изменяются в течение всей жизни человека. Не случайно, что эти показатели используются в криминалистике и в судебной медицине для опознания личности и установления отцовства. Сходство дерматогли-фических показателей у монозиготных близнецов значительно выше, чем у дизиготных.
5. Близнецовый метод вкл ючает также сопоставление групп моно- и дизиготных близнецов по изучаемому признаку.
Если какой-либо признак встречается у обоих близнецов одной пары, то она называется конкордантной, если же у одного из них, то пара близнецов называется дискордантной (конкордантность - степень сходства, дискордантность - степень различия).
При сопоставлении моно- и дизиготных близнецов определяют коэффициент парной конкордантностн, указывающий на долю близнецовых пар. в которых изучаемый признак проявился у обоих партнеров. Коэффициент конкордантностн (К п) выражается в долях единицы или в процентах и определяемся по формуле:
Кп = С \ С+Д где С - число конкордантных пар. Д - число дискордантных пар.
Сравнение парной конкордантностн у моно- и дизиготных близнецов дает ответ о соотносительной роли наследственности и среды в развитии того или иного признака или болезни. При этом исходят из предположения о том, что степень конкордантностн достоверно выше у монозиготных, чем у дизиготных близнецов, если наследственные факторы имеют доминирующую роль в развитии признака.
Если значение коэффициента конкордантностн примерно близко у монозиготных и дизиготных близнецов, считают, что развитие признака определяется главным образом негенетическими факторами, т.е. условиями среды.
Если в развитии изучаемого признака участвуют как генетические, так и негенетические факторы, то у монозиготных близнецов наблюдаются определенные внутрипарные различия. При этом различия между моно- и дизиготными близнецами по степени конкордантностн будут уменьшаться. В этом случае считают, что к развитию признака имеется наследственная предрасположенность.
Для количественной оценки роли наследственности и среды в развитии того или иного признака используют различные формулы.
Чаще всего пользуются коэффициентом наследуемости, который вычисляется по формуле:
Н = КМБ - КДБ (в процентах) или (в долях единицы),
где Н - коэффициент наследуемости. К - коэффициент парной конкордантностн в группе монозиготных (МБ) или дизиготных (ДБ) близнецов.
В зависимости от значения Н судят о влиянии генетических и средовых факторов на развитие признака. Например, если значение Н близко к 0, считают, что развитие признака обусловлено только факторами внешней среды. При значении Н от 1 до 0,7 - наследственные факторы имеют доминирующее значение в развитии признака или болезни – это группы крови, цвет глаз, резус – фактор, а среднее значение Н от 0,4 до 0,7 свидетельствует о том, что признак развивается под действием факторов внешней среды при наличии генетической предрасположенности.
Например, конкордантность МБ по заболеваемости шизофрении равна 70%, а у ДБ – 13%. Вычисляем по формуле Н = КМБ – КДБ / 100 – КДБ = 70 -13 \ 100 – 13 = 0,65 или 65 %. В данном случае преобладают генетические факторы, но существенную роль играют и условия среды.
С помощью близнецового метода было выявлено значение генотипа и среды в патогенезе многих инфекционных болезней. Так, при заболевании корью и коклюшем ведущее значение имеют инфекционные факторы, а при туберкулезной инфекции - существенное влияние оказывает генотип. Исследования, проводимые на близнецах, помогут ответить на такие вопросы как: влияние наследственных и средовых факторов на продолжительность жизни человека, развитие одаренности, чувствительность к лекарственным препаратам. В клинической фармакологии нет более эффективного метода способа оценки действия новых лекарственных препаратов и схем лечения, чем сравнение терапевтических результатов на однояйцовых близнецах. Также оценивают эффективность разных педагогических приёмов в процессе обучения.
Биохимические методы
Биохимические показатели отражают сущность болезни более адекватно, чем клинические симптомы. Эти методы направлены на выявление биохимического фенотипа организма. Им принадлежит ведущая роль в диагностике моногенных наследственных болезней. Принципы биохимической диагностики менялись на разных этапах развития генетики:
- до 50-х годов – искали метаболиты в моче (алкаптонурия, фенилкетонурия);
- 50- 70-е – выявление энзимопатий и метаболитов;
- с 70-х – белки.
В настоящее время все эти объекты являются предметом биохимических исследований.
Так как биохимических методов очень много, поэтому при их использовании дол-жна быть определенная система Þ схема обследования строится на:
· клинической картине болезни;
· генеалогических сведениях;
· поэтапном исключении определенных классов болезней (просеивающий метод).
Биохимические методы многоступенчаты.
Объекты биохимических исследований:
ü плазма и сыворотка крови;
ü форменные элементы крови;
ü культуры клеток (фибробласты, лимфоциты).
При использовании просеивающего метода в биохимической диагностике выделяют уровни: первичный и уточняющий.
Цель первичной диагностики – выявление здоровых индивидов и отбор индивидов для последующей диагностики. На этом этапе используется моча и небольшое количество крови.
Программы первичной биохимической диагностики бывают массовыми и селективными.
- Тельце Барра (X-половой хроматин) - свёрнутая в плотную (гетерохроматиновую) структуру неактивная X-хромосома, наблюдаемая в интерфазных ядрах соматических клеток самок плацентарных млекопитающих, включая человека. Хорошо прокрашивается осно́вными красителями.
Из двух X-хромосом генома любая в начале эмбрионального развития может инактивироваться, выбор осуществляется случайно. У мыши исключением являются клетки зародышевых оболочек, также образующихся из ткани зародыша, в которых инактивируется исключительно отцовская X-хромосома.
Таким образом, у самки млекопитающего, гетерозиготной по какому-либо признаку, определяемому геном X-хромосомы, в разных клетках работают разные аллели этого гена (мозаицизм). Классическим видимым примером такого мозаицизма является окраска черепаховых кошек - в половине клеток активна X-хромосома с «рыжим», а в половине - с «чёрным» аллелем гена, участвующего в формировании меланина. Коты черепаховой окраски встречаются крайне редко и имеют две X-хромосомы (анеуплоидия).
У людей и животных с анеуплоидией, имеющих в геноме 3 и более X-хромосом (см., напр., синдром Клайнфельтера), число телец Барра в ядре соматической клетки на единицу меньше числа X-хромосом.
Связанные понятия
Хромосомные перестройки (хромосомные мутации, или хромосомные аберрации) - тип мутаций, которые изменяют структуру хромосом. Классифицируют следующие виды хромосомных перестроек: делеции (утрата участка хромосомы), инверсии (изменение порядка генов участка хромосомы на обратный), дупликации (повторение участка хромосомы), транслокации (перенос участка хромосомы на другую), а также дицентрические и кольцевые хромосомы. Известны также изохромосомы, несущие два одинаковых плеча. Если перестройка изменяет...
Процесс реализации генетически обусловленной программы формирования специализированного фенотипа клеток, отражающего их способность к тем или иным профильным функциям. Дифференцировка меняет функцию клетки, её размер, форму и метаболическую активность.
Сцепленное наследование - феномен скоррелированного наследования определённых состояний генов, расположенных в одной хромосоме.
Конъюга́ция у инфузо́рий - половой процесс инфузорий, сопровождающийся переносом ядер между клетками партнёров при их непосредственном контакте. Наличие такого своеобразного полового процесса является уникальной чертой инфузорий. Половой процесс у инфузорий, в отличие от полового процесса в привычном представлении, не сопровождается образованием гамет, поэтому у них нет и зиготы. Кроме того, конъюгация инфузорий не сопровождается размножением, то есть увеличением числа клеток, поэтому конъюгация...
Те́льце Каха́ля (ТК) (англ. Cajal body, CB) - образование в ядре клетки, присутствующее у некоторых ядерных организмов. Типичный размер телец Кахаля составляет 1-2 мкм, и в одной клетке может содержаться от 0 до 10 ТК. Клетки многих типов не имеют ТК, но ТК имеются в ядрах нейронов и раковых клеток. Основная функция телец Кахаля заключается в процессинге малых ядерных и малых ядрышковых РНК, а также сборке рибонуклеопротеиновых комплексов.
Параспе́клы (англ. Paraspeckles), или паракрапинки, - класс ядерных телец, располагающихся в интерхроматиновом пространстве клеточного ядра в клетках млекопитающих. Они состоят из белков и РНК и формируются при взаимодействии длинной некодирующей РНК, известной как NEAT1/Men ε/β, и белков семейства DBHS (от англ. Drosophila Behavior Human Splicing), а именно P54NRB/NONO, PSPC1 и PSF/SFPQ. Параспеклы играют важную роль в регуляции экспрессии генов, обеспечивая удержание в ядре молекул РНК, содержащих...
Эписта́з - тип взаимодействия генов, при котором проявление одного гена находится под влиянием другого гена (генов), неаллельного ему. Ген, подавляющий фенотипические проявления другого, называется эпистатическим (ингибитором, супрессором); ген, чья активность изменена или подавлена, называется гипостатическим.
Технологическая карта практического занятия
Тема « Генетика пола у человека. Тельца Барра и их диагностическое значение ».
Преподаватель биологии ГБПОУ ККБМК - Черткова Лина Петровна
Продолжительность 90 мин (2 часа)
Цели учебного занятия:
Образовательная: закрепить, расширить и углубить знания по теме.
Развивающая: продолжить развитие умения применять теоретические знания на практике; способствовать развитию логического мышления; умения анализировать, выделять главное.
Воспитательная: способствовать воспитанию чувства осознанной ответственности за свое здоровье и здоровье окружающих.
Требования к умениям, знаниям:
Знать:
строение и виды метафазных хромосом, кариотипирование, Денверскую классификацию хромосом.
Уметь:
Выявлять морфологические отличия между отдельными хромосомами и группами хромосом;
Использовать знания цитологических основ наследственности для решения задач;
Владеть алгоритмом решения задач
Образовательные технологии: технология дифференцированного подхода в обучении; личностно-развивающего, проблемно-ситуационного обучения , информационно-коммуникативные технологии.
Методы и приемы обучения: объяснительно-иллюстрационный (объяснения, инструктаж); методы, определяющие логику обучения: (сравнение, обобщение, систематизация); методы, стимулирующие и мотивирующие учебно-познавательную деятельность (решение задач), частично поисковые.
Средства обучения:
Учебно-наглядные, раздаточный материал: методические указания к практическому занятию.
Технические средства обучения: раздаточный материал по теме · рисунок: «Хромосомный набор мужчины и женщины; схемы дифференциированно окрашенных хромосом.
Литература:
- Медицинская генетика: учебник / под ред. Н П.Бочкова. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2014.
- Конспект лекций
Дополнительные источники:
1. Акуленко Л. В., Угаров И. В. Биология с основами медицинской генетики. Москва, изд. группа "ГЭОТАР-Медиа", 2011 г.
2. Интернет-ресурс: www.msu-genetics.ru
Межпредметные связи: анатомия и физиология человека, биология.
Внутрипредметные связи между разделами: «Цитологические и биохимические основы наследственности», «Методы изучения наследственности и изменчивости человека в норме и патологии», «Наследственность и патология».
Основные понятия: кариотип, хромосома, метацентрические, субметацентрические и акроцентрические хромосомы, хроматин, эухроматин, гетерохроматин, половой хроматин (тельца Бара).
Хронологическая карта занятия
Этапы учебного занятия | Использование оборудования | Время |
|
Организационный момент. | проверка присутствующих, внешнего вида студентов, проверка готовности студентов к занятию. | 2 мин |
|
Постановка целей, начальная мотивация. | объявление: темы, её проблемных вопросов; цели занятия. | 2 мин |
|
Определение исходного уровня знаний. | Терминологический диктант (работа на листах контроля) | 5 мин |
|
Преподаватель контролирует работу студентов в тетрадях. | 60 мин |
||
Проверка тетрадей. | Преподаватель проверяет правильность выполнения заданий | 5 мин |
|
Обобщение, систематизация знаний | 10мин |
||
Подведение итогов. | Выставление оценок с комментариями преподавателя | 5 мин |
|
Домашнее задание | Подготовка к следующему занятию. | 1мин |
|
Итого | 90 мин |
Конспект занятия
- Организационный момент
- Объявление темы и целей занятия, начальная мотивация и актуализация.
Вступительное слово преподавателя: Проблема происхождения половых различий, механизм определения пола и поддержание определённого соотношения полов в популяции увлекательна и вместе с тем очень важна для теоретической биологии. Вопросы о том, почему мальчики и девочки рождаются примерно в равном количестве, по какой причине это же соотношение полов наблюдается у большинства животных из поколения в поколение, не могли не волновать ученых. Было высказано множество догадок, но ни одна из них не получила научного подтверждения до тех пор, пока развитие генетики и цитологии не раскрыло механизм наследования и определения пола.
Постановка проблемы.
Большинство животных и двудомные растения являются раздельнополыми организмами, причем, внутри вида количество особей мужского пола приблизительно равно количеству особей женского пола. Другими словами, каждому виду, имеющему четкое деление на мужские и женские особи, свойственно соотношение 1:1.
От чего же зависит рождение мужских и женских особей? Как объяснить это явление?
Можно предложить, что один пол дает два типа гамет (гетерозиготный), а другой – один (гомозиготный).
От того, какой тип гамет гетерозиготного пола встретится при оплодотворении с гаметой гомозиготного пола, зависит пол развивающегося потомка. Такое же предложение высказал Г. Мендель.
Это предложение было подтверждено в начале ХХ века, когда Т. Моргану и его сотрудникам удалось установить, что самцы и самки различаются по набору хромосом. Чем?
- Самостоятельная практическая работа студентов. Организуется самостоятельная работа с материалами учебника для поиска ответа на поставленный вопрос.
Задание 1. Заполнить схему
Генетика пола человека
Задание 2. Заполнить таблицу
Таксономические группы, организмы | Тип зиготы | Половые хромосомы |
||
Женский организм | Мужской организм | яйцеклетки | сперматозоиды |
|
Человек, млекопитающие, пресмыкающиеся, моллюски, муха дрозофила | ХХ | Х Y | Х и Х | Х и Y |
Птицы, некоторые рыбы, бабочки | Х Y | ХХ | Х и Y | Х и Х |
Прямокрылые | ХХ | Х О | Х и Х | Х и О |
Моль | Х О | ХХ | Х и О | Х и Х |
Наличие половых хромосом ХХ и ХY не только объясняет наличие мужского и женского полов, но и обуславливает рождение равного числа детей обоего пола.
Однако вопреки теоретически ожидаемому равенству, среди рождающихся мальчиков и девочек не наблюдается строгого соотношения 1:1. обычно мальчиков рождается больше, чем девочек. Например, на 100 девочек среди белого населения рождается 106 мальчиков. В среднем возрасте на 100 новорождённых девочек приходится 103 мальчика, к юношескому возрасту на 100 девушек – 100 юношей, к 50 годам на 100 женщин – 85 мужчин, а к 85 – летнему возрасту на 100 женщин всего 50 мужчин.
Это так называемое вторичное изменение соотношения полов объясняется их разной жизнеспособностью. Как у человека, так и у животных мужской пол оказывается менее устойчивым к неблагоприятным факторам окружающей среды, и продолжительность жизни мужских особей, поэтому короче, чем женских.
Выступление студента с сообщением “Определение пола у человека” (презентация)
Определение пола у человека
В конце 40-х годов ученый М.Барр обнаружил различия в строении интерфазных ядер соматических клеток у самок и самцов кошек: в ядрах клеток самок была обнаружена своеобразная хроматиновая глыбка, названная половым хроматином, или тельцем Бара. Одна Х-хромосома всегда оказывается в активном состоянии и имеет обычный вид. Другая, если она имеется, бывает в покоящемся состоянии, в виде этого самого тельца Бара. Поэтому число телец Бара всегда на единицу меньше числа наличных Х-хромосом, т.е. у самца (ХY ) их нет, а у самки (ХХ ) - только одно. Такая закономерность оказалось характерной для млекопитающих, в том числе и для человека.
Наличие полового хроматина легко определяется методом исследования эпителиальных клеток в соскобе слизистой щеки. Эпителиальные клетки, содержащиеся в соскобе, подвергаются окраске и рассматриваются под микроскопом. Следовательно, отличить клетки мужчин от клеток женщин можно как непосредственно – путём анализа хромосомного набора соматических клеток, так и косвенно – по наличию полового хроматина.
При помощи этого метода диагностируют в настоящее время и некоторые аномалии пола, например: синдром Клайнфельтера (♂ , ХХY), синдром Тернера (♀ ХО). (Cм. презентацию ).
Задание 3. Решение задач.
1. У человека ген гемофилии сцеплен с Х-хромосомой. Девушка, отец которой гемофилик, выходит замуж за здорового мужчину. Определить вероятность рождения больного ребёнка в браке.
2. У человека ген дальтонизма сцеплен с Х-хромосомой. У матери-носителя и здорового отца родился сын-дальтоник. Какова вероятность рождения больного ребёнка, если этот сын в будущем создаст семью с девушкой-носителем?
3. Дочь дальтоника выходит замуж за сына другого дальтоника, причем жених и невеста различают цвета нормально. Постройте родословную данной семьи и определите, каким будет зрение у детей? Известно, что ген дальтонизма передается как рецессивный, сцепленный с Х хромосомой признак.
4. Перепончатопалость передается через Y-хромосому. Определить возможные фенотипы детей от брака перепончатопалого мужчины и нормальной женщины.
5. Пробанд имеет нормальные по окраске зубы. У его сестры зубы коричневые. У матери пробанда зубы коричневые, у отца – нормальной окраски. Семь сестер матери пробанда с коричневыми зубами, а четыре брата с нормальными. Одна тетя пробанда по линии матери, имеющая коричневые зубы, замужем за мужчиной с нормальными зубами. У них трое детей: дочь и сын с коричневыми зубами и дочь с нормальными зубами. Два дяди пробанда по линии материи женаты на женщинах без аномалии в окраске зубов. У одного из них два сына и дочь, у другого – две дочери и сын. Все они с нормальными зубами. Коричневые зубы имел дедушка пробанда по линии матери, а у бабушки по линии матери были нормальные зубы. Два брата дедушки по линии матери с нормальной окраской зубов. Прабабушка (мать деда по линии матери) и прапрабабушка (мать этой прабабушки) имели коричневые зубы, а их мужья имели белую окраску зубов.
Постройте родословную, определите тип наследования признака, генотип пробанда и вероятность рождения детей с аномалией в семье пробанда при условии, что он вступит в брак с женщиной, гетерозиготной по данному признаку.
4. Проверка дневников . Преподаватель проверяет правильность выполнения заданий
5. Подведение итогов. Выставление оценок с комментариями преподавателя
6. Домашнее задание.
Х-хроматин (тельце Барра) представляет собой хромоцентр величиной около 1 мкм, красящийся всеми основными ядерными красителями более интенсивно, чем остальные хроматиновые структуры ядра. Фельген-положительная реакция свидетельствует о большой концентрации в нем ДНК.
Локализация Х-хроматина в ядре различна. В большинстве тканей он находится на внутренней поверхности ядерной оболочки и может иметь треугольную, плоско-выпуклую, трапециевидную, U-образную или гантелевидную форму. Иногда Х-хроматин имеет вид утолщения или зубца ядерной мембраны, соединенного с ядрышком тонкой хроматиновой нитью. В веретеновидных и палочковидных ядрах Х-хроматин располагается на одном из полюсов ядра.
Реже Х-хроматин
располагается на ядрышке или в нуклеоплазме, при этой локализации он обладает сферической формой и трудно отличим от других хромоцентров, имеющих такой же размер, но неспецифических для пола. Поэтому в целях диагностики половой принадлежности клеток большинство исследователей учитывают хромоцентры, расположенные только у ядерной мембраны.
Положение Х-хроматина
может меняться в одних и тех же клетках в зависимости от их функционального состояния, а также в процессе онтогенеза.
Х-хроматин обнаружен в клетках различных тканей у многих млекопитающих; у грызунов (хомяки, крысы, мыши, морские свинки) хроматиновые структуры ядер представлены большим количеством хромоцентров, затрудняющих выявление Х-хроматина. У человека половые различия в строении ядер установлены практически во всех тканях и органах.
Происхождение Х-хроматина . В процессе клеточного цикла хромосомы претерпевают закономерные преобразования, которые состоят в спирализации и деспирализации хромосом и их репродукции. В интерфазе максимально деспирализованные хромосомы образуют ядро с относительно гомогенным содержимым. Репродукция (синтез ДНК) хромосом происходит только в деспирализованном состоянии в период S-интерфазы.
Спирализуясь, хромосомы вступают в профазу митоза и достигают наибольшей спирализации в метафазе митоза и мейоза. При этом они обладают минимальной специфической активностью. Вместе с тем установлено, что хромосомы всегда неравномерно спирализованы по длине и разделяются на гетерохроматические и эухроматические районы. Морфологически эти районы различаются по интенсивности окраски и структурной организации.
Эухроматические районы в интерфазном ядре деспирализуются, в то время как гетерохроматические имеют тенденцию оставаться в спирализованном компактном состоянии в виде хромоцентров с высоким содержанием ДНК. Спирализованность гетерохроматических районов сопровождается неактивным состоянием генов, содержащихся в них. Эта особенность свойственна также некоторым эухроматнческим районам с высоко функционально дифференцированными генами. Будучи спирализованными в стадии интерфазного ядра, эухроматические районы становятся также генетически неактивными.
Гетерохроматизация - универсальный механизм генетической инактивации хромосомных участков независимо от того, относятся ли они к гетерохроматическим или к эухроматнческим районам. Следовательно, хромоцентры, обнаруживаемые в интерфазном ядре, могут быть образованы как гетерохроматином, так и эухроматином. Одним из таких хромоцентров является Х-хроматин.
Еще Ваrr и Bertram высказали предположение о связи феномена Х-хроматина с Х-хромосомами. С тех пор Х-хромосомная природа Х-хроматина подтверждена и уточнена данными многочисленных исследователей.
Х-хроматин образован одной из Х-хромосом женской клетки, находящейся в гетерохроматизированном состоянии. Будучи спирализованной, эта хромосома генетически неактивна. В разных клетках сомы у женских особей, по принципу случайности, Х-хроматнн образует Х-хромосома, полученная либо от отца, либо от матери. Следовательно, клетки женского организма мозаичны по функции Х-хромосомы: в одних активна отцовская, в других материнская хромосома. Образование полового хроматина в женских клетках обусловлено генетически.
Это подтверждается тем, что в раннем периоде развития эмбриона человека , когда по виду гонад еще нельзя определить пол, яйцевые оболочки зародыша мужского пола не имеют Х-хроматина, несмотря на воздействие гормонов матери. У зародыша женского пола Х-хроматин появляется на 16-й день развития, когда в эмбрионе насчитывается 2500-5000 клеток.