Гибридизация соматических клеток.

Введение

Согласно законам наследования все основные признаки и свойства организмов контролируются и определяются единицами наследственной информации - генами, локализованными в специфических структурах клетки - хромосомах. Веществом, в котором "записана" наследственная информация, у подавляющего большинства организмов являются нуклеиновые кислоты - дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), а у некоторых вирусов рибонуклеиновая кислота (РНК). Предметом исследования генетики служит природа материальных носителей наследственности, механизмы их проявления, изменения и воспроизведения, возможные пути и методы их искусственного синтеза, формирование сложных свойств и признаков целостного организма, взаимосвязь наследственности и изменчивости, отбора и эволюции. Изучение наследственности и изменчивости методами генетики осуществляется на всех уровнях организации живой материи: молекулярном, клеточном, на уровне целостного организма и популяции (совокупности особей одного вида, длительно занимающей определенное пространство и воспроизводящей себя во многих поколениях).

Современная генетика, руководствуясь принципами общности в организации всего живого, диалектически взаимодействует с физикой, химией, математикой и другими естественными науками, является основой современной биологии.

Общие черты методов изучения наследственности человека, наследственные заболевания, их профилактика

Материальные основы наследственности человека: 46 хромосом, из них 44 аутосомы и 2 половые хромосомы, много тысяч расположенных в них генов.

Цель изучения наследственности человека -- выявление генетических основ заболеваний, поведения, способностей, таланта.

Методы изучения генетики человека, зависимость их использования от биологических, психологических и социальных особенностей (позднее появление потомства, его малочисленность, неприменимость метода гибридологического анализа)

1.Генеалогический метод состоит в изучении родословных на основе менделеевских законов наследования и помогает установить характер наследования признака (доминантный или рецессивный).

Так устанавливают наследование индивидуальных особенностей человека: черт лица, роста, группы крови, умственного и психического склада, а также некоторых заболеваний. Например, при изучении родословной королевской династии Габсбургов в нескольких поколениях прослеживаются выпяченная нижняя губа и нос с горбинкой.

Этим методом выявлены вредные последствия близкородственных браков, которые особенно проявляются при гомозиготности по одному и тому же неблагоприятному рецессивному аллелю. В родственных браках вероятность рождения детей с наследственными болезнями и ранняя детская смертность в десятки и даже сотни раз выше средней. Генеалогический метод чаще других используется в генетике психических болезней. Его сущность состоит в прослеживании в родословных проявлений патологических признаков с помощью приемов клинического обследования с указанием типа родственных связей между членами семей.

Этот метод используется для установления типа наследования болезни или отдельного признака, определения местоположения генов на хромосомах, оценки риска проявления психической патологии при медико-генетическом консультировании. В генеалогическом методе можно выделить 2 этапа — этап составления родословных и этап использования генеалогических данных для генетического анализа.

Составление родословной начинают с человека, который был обследован первым, его называют пробандом. Обычно это бывает больной или индивид, у которого есть проявления изучаемого признака (но это не обязательно). Родословная должна содержать краткие сведения о каждом члене семьи с указанием его родства по отношению к пробанду. Родословную представляют графически, используя стандартные обозначения, как это показано на рис. 16. Поколения указывают римскими цифрами сверху вниз и ставят их слева от родословной. Арабскими цифрами обозначают индивидов одного поколения последовательно слева направо, при этом братья и сестры или сибсы, как их называют в генетике, располагаются в порядке даты их рождения. Все члены родословной одного поколения располагаются строго в один ряд и имеют свой шифр (например, III-2).

По данным о проявлении заболевания или какого-то изучаемого свойства у членов родословной с помощью специальных методов генетико-математического анализа решается задача установления наследственного характера заболевания. Если установлено, что изучаемая патология имеет генетическую природу, то на следующем этапе решается задача установления типа наследования. Следует обратить внимание на то, что тип наследования устанавливается не по одной, а по группе родословных. Подробное описание родословной имеет значение для оценки риска проявления патологии у конкретного члена той или иной семьи, т.е. при проведении медико-генетического консультирования.

При изучении различий между индивидами по любому признаку возникает вопрос о причинных факторах таких различий. Поэтому в генетике психических заболеваний широко используется метод оценки соотносительного вклада генетических и средовых факторов в межиндивидуальные различия по подверженности тому или иному заболеванию. Этот метод основан на предположении, что фенотипическое (наблюдаемое) значение признака у каждого индивида является результатом влияния генотипа индивида и тех условий среды, в которых происходит его развитие. Однако у конкретного человека определить это практически невозможно. Поэтому вводятся соответствующие обобщенные показатели для всех людей, позволяющие затем в среднем определить соотношение генетического и средового влияния на отдельного индивида.

Близнецовый метод

Близнецовый метод в антропогенетике и медицинской генетике - метод оценки соотносительной роли наследственности и среды в становлении фенотипа, основанный на сопоставлении однояйцовых и двуяйцовых близнецов или однояйцовых близнецов, воспитанных раздельно.

Метод исследования, предложенный Ф. Гальтоном в 1875 г, характеризующийся сравнением психологических и иных качеств монозиготных близнецов, имеющих идентичный генный набор, и дизиготных, генотипы которых различны. Данный метод, основанный на предпосылке, что средовое влияния, оказываемое на близнецов, имеет примерное равенство, предназначен для выявления влияния генотипа и среды на изучаемое психологическое качество.

Близнецовый метод  ‒ стратегия исследования, предложенная Ф. Гальтоном в 1875 г. Характеризуется сравнением психологических качеств монозиготных близнецов, имеющих идентичный генный набор, и дизиготных, генотипы которых различны. Данный метод, основанный на предпосылке, что средовое влияния, оказываемое на близнецов, имеет примерное равенство, предназначен для выявления влияния генотипа и среды на изучаемое психологическое качество. При контролировании данного свойства генотипом сходство монозиготных близнецов должно быть большим, чем сходство дизиготных близнецов.

Психогенетика - сравнительно новая самостоятельная научная дисциплина. Основной задачей психогенетических исследований является изучение причины происхождения индивидуальных различий и выяснение роли наследствен ых исредовых факторов, лежащих в основе разительного несходства людей по самым разнообразным характеристикам (скорость реакции, память, успешность обучения, уровень интеллекта и т.д.). Как и во всех остальных направлениях психологии в психогенетике используются разнообразные экспериментальные методы изучения реакций и поведения, но в случае психогенетических исследований особенно остро стоит вопрос надежности полученных результатов. То есть существует потребность надежного разделения результатов воздействия генотипа и окружающей среды на реакции исследуемого объекта. Основы метода близнецовых исследований. Как известно, у большинства млекопитающих в одном помете рождается более одного детеныша. Это связано с тем, что во время овуляции происходит созревание нескольких яйцеклеток одновременно.

Для оценки роли наследственности в развитии того или иного признака производят расчет по формуле:

Н = (% сходства ОБ - % сходства ДБ) / (100 - % сходства ДБ)
где:
Н- коэффицент наследственности
ОБ– однояйцевые близнецы
ДБ– двуяйцевые близнецы

•При Н = 1 признак полностью определяется наследственным компонентом
•При Н = 0 признак определяется влиянием среды
•При Н = близкий к 0,5 признак определяется примерно одинаковым влиянием наследственности и среды на формирование признака.

3.Цитогенетический метод

Цитогенетический методоснован на микроскопическом исследовании хромосом. Поскольку все их 23 пары у человека детально изучены, можно фиксировать изменение числа или структуры хромосом. Устанавливая связь этого с конкретными заболеваниями, получают надежные методы диагностики, выявления наследственных болезней еще у новорожденных, что очень важно. При раннем выявлении ряда заболеваний, передающихся по наследству, лечение окажется эффективным.

Цитологические методы связаны с проведением окрашивания цитологического материала и последующей микроскопией. В эту группу методов входят:

1) метод определения Х-хроматина интерфазных хромосом путем окрашивания нефлюоресцентными или флюоресцентными красителями;

2) метод определения Y-хроматина интерфазных хромосом окрашиванием флюоресцентными красителями;

3) рутинный метод окрашивания метафазных хромосом для определения количества и групповой принадлежности хромосом, идентификации 1, 2, 3, 9, 16 хромосом и Y-хромосомы;

4) метод дифференциального окрашивания метафазных хромосом для идентификации всех хромосом по особенностям поперечной исчерченности. В этом методе чаще всего для микроскопии используются лимфоциты, фибробласты, клетки костного мозга, половые клетки, клетки волосяной луковиц.

4.Биохимический метод.Он позволяет выявить либо аномальные белки-ферменты, либо промежуточные продукты обмена, свидетельствующие о наличии болезни. Сегодня установлено более 1 тыс. заболеваний и нарушений обмена веществ у человека, имеющих наследственную природу.

Биохимическую диагностику наследственных нарушений обмена проводят в два этапа. На первом этапе отбирают предположительные случаи заболеваний, на втором —более точными и сложными методами уточняют диагноз заболевания. Применение биохимических исследований для диагностики заболеваний в пренатальном периоде или непосредственно после рождения позволяет своевременно выявить патологию и начать специфические медицинские мероприятия.

В эту группу входят методы, применяемые в основном при дифференциальной диагностике наследственных нарушений обмена веществ при известном дефекте первичного биохимического продукта данного гена.

Все биохимические методы делят на качественные, количественные и полуколичественные. Для исследования берутся кровь, моча или амниотическая жидкость.

Качественные методы более простые, недорогие и менее трудоемкие, поэтому применяются для массового скрининга (например, исследование новорожденных в роддоме на фенилкетонурию).

Количественные методы более точные, но и более трудоемкие и дорогостоящие. Поэтому их применяют лишь по специальным показаниям и в случаях, когда скрининг, проведенный качественными методами, дал положительный результат.

Показания для применения биохимических методов:

1) умственная отсталость неясной этиологии;

2) снижение зрения и слуха;

3) непереносимость некоторых пищевых продуктов;

4) судорожный синдром, повышенный или пониженный тонус мышц.

ДНК-диагностика

Это наиболее точный метод диагностики моногенных наследственных заболеваний.

Преимущества метода:

1) позволяет определить причину заболевания на генетическом уровне;

2) выявляет минимальные нарушения структуры ДНК;

3) малоинвазивен;

4) не требует повторения. В основе метода лежит увеличение копий фрагментов ДНК

различными способами.

Рис. 3.а—синдром трисомии по Х-хромосомам (лишняяХ-хромосома у женщины); б— синдром Тернера- Шершевского(нехватка одной Х-хромосомы у женщины)

5.Предметом популяционно-статистического (популяционно-генетического) метода является изучение частоты генов и генотипов в популяции. То есть, данным методом изучают наследственные признаки в больших группах населения, в одном или нескольких поколениях. Сравнительные данные о наследственной патологии в изолятах и крупных городах или странах позволяют получить представление о распространении мутантного гена. Существенным моментом при использовании этого метода является статистическая обработка получаемых данных. Основой популяционно-статистического метода является закон генетического равновесия Харди-Вейнберга сформулированный в 1908 г. Он отражает закономерность, в соответствии с которой при определенных условиях соотношение частоты доминантного гена, его рецессивного аллеля и генотипов в генофонде популяции сохраняется неизменным в ряду поколений этой популяции. На основании этого закона, имея данные о частоте встречаемости в популяции рецессивного фенотипа, обусловленного гомозиготным генотипом, можно рассчитать частоту встречаемости указанного рецессивного аллеля в генофонде данного поколения. Распространив эти сведения на ближайшие поколения можно рассчитать частоту появления индивидов с рецессивным признаком, а также определить частоту распространения гетерозиготных носителей рецессивного гена. Формула Харди-Вейнберга полностью применима к идеальной панмиксической (со свободным скрещиванием) популяции, где сохраняется определенное соотношение частот генов в поколениях. При статистической обработки генетического материала необходимо учитывать степень достоверности исходных данных, поскольку могут быть не уточнены стертые формы наследственной патологии, а фенокопии отнесены к наследственно детерминированным признакам. В некоторых случаях, когда болезнь ограничена полом, данные о болезнях мужчин и женщин следует обрабатывать раздельно. Совместное применение популяционно-статистического, клинико-генеалогического и близнецового методов - оптимальный вариант изучения наследственной предрасположенности к какой-либо болезни. Такой подход называется генетико-эпидемиологическим.

6. Дерматографический метод основан на исследовании кожного рисунка концевых фаланг пальцев рук, ладоней и стоп. Метод широко используется в криминалистике и генетических исследованиях. Борозды и гребешки на коже ладонной поверхности кисти идут параллельно, образуя разнообразные узоры. Место схождения трех непересекающихся Y-образной формы папиллярных линий называется трирадиусом или дельтой. Из многих показателей дерматоглифики наиболее часто применяются: тип папиллярного рисунка концевых фаланг кистей (дуги, петли, завитки), число борозд папиллярного узора, пальцевые и осевые трирадиусы, сгибательная складка ладони. В норме на коже ладонной поверхности кисти имеются три сгибательных складки, угол осевого трирадиуса менее 57є, преобладают радиальные петлевые узоры. При хромосомных болезнях отмечаются отклонения показателей дерматоглифики от нормы. Так, при болезни Дауна поперечная складка наблюдается в 40-60 % случаев (в норме частота встречаемости ее в популяции составляет 1 %), осевой трирадиус смещается в дистальном направлении (вследствие этого угол его увеличивается до 81є), доминируют ульнарные петлевые узоры. Дерматографический метод очень прост. Черная типографская краска тонким слоем наносится на шлифованное стекло и раскатывается резиновым валиком. Ладонная поверхность руки накладывается на краску и переносится на глянцевую бумагу. Применение дерматоглифики в совокупности с другими методами исследованиями позволяет произвести целенаправленный отбор лиц, подлежащих более сложному генетическому анализу.

Гибридизация соматических клеток.

Соматическими называют клетки, составляющие тело (сому) многоклеточных организмов и не принимающие участия в поло­вом размножении. Входя в состав разнообразных тканей тела, соматические клетки каждой ткани обладают специфическими структурными, метаболическими и химическими особенностями, которые приобретаются в процессе дифференцировки. Соматические и половые клетки имеют общее происхождение, так как образуются из генетически одинаковых эмбриональных клеток, которые содержат всю генетическую информацию, необходимую для образования клеток различных типов в ходе развития организма.

                        
Соматические клетки содержат весь объем генетической информации. Это дает возможность изучать многие вопросы генетики человека, которые невозможно исследовать на целом организме. Благодаря методам генетики соматических клеток человек как бы стал одним из экспериментальных объектов. Чаще всего используют клетки соединительной ткани (фибробласты) и лимфоциты крови. культивирование клеток вне организма позволяет получить достаточное количество материала для исследования. что не всегда возможно взять у человека без ущерба для здоровья.

Находящиеся в культуре клетки какой-либо ткани можно подвергать изучению различными методами: цитологическим, биохимическим, иммунологическим. такое исследование может быть в ряде случаев более точным, чем на уровне целостного организма, так как метаболические процессы удается выделить из сложной цепи взаимосвязанных реакций. происходящих в организме.

В 1960 г. французский биолог Ж. Барский, выращивая вне организма в культуре ткани клетки двух линий мышей, обнаружил, что некоторые клетки по своим морфологическим и биохимическим признакам были промежуточными между исходными родительскими клетками. Эти клетки оказались гибридными. Такое спонтанное слияние клеток в культуре ткани происходит довольно редко. В дальнейшем оказалось, что частота гибридизации соматических клеток повышается при введении в культуру клеток РНК-содержащего вируса парагриппа Сендай, который как вообще все вирусы, изменяет свойства клеточных мембран и делает возможным слияние клеток. Под влиянием такого вируса в смешанной культуре двух типов клеток образуются клетки, содержащие в общей цитоплазме ядра обеих родительских клеток – гетерокарионы. После митоза и последующего разделения цитоплазмы из двуядерного гетерокариона образуются две одноядерные клетки, каждая из которых представляет собой синкарион – настоящую гибридную клетку, имеющую хромосомы обеих родительских клеток.

В зависимости от целей анализа исследование проводят на гетерокарионах или синкарионах. Синкарионы обычно удается получить при гибридизации в пределах класса. Это истинные гибридные клетки, так как в них произошло объединение двух геномов. Применение метода генетики соматических клеток дает возможность изучать механизмы первичного действия генов и взаимодействия генов.

Метод моделирования

Метод моделирования изучает болезни человека на животных, которые могут болеть этими заболеваниями.Теоретическую основу биологического моделирования в генетике дает закон гомологических рядов наследственной изменчевости, открытый Н.И. Вавиловым, согласно которому генетически близкие виды и роды характерезуются сходными рядами наследственной изменчивости. Исходя из этого закона, можно предвидеть, что в переделах класса млекопитающих (и даже за его пределами), можно обнаружить многие мутации, вызывающие такие же изменения фенотипических признаков, как и у человека. для моделирования определенных наследственных аномалий человека подбирают и изучают мутантные линии животных, имеющих сходные нарушения.

Были и описаны и изучены многие генные мутации у животных, имеющих сходство с соответствующими наследственными аномалиями человека. Гемофилия А и В встречается у собак, и обусловлена как и у человека, рецессивными генами, локализованными на Х-хромосоме. У хомяков и крыс обнаружены патологические мутации, проявляющиеся как гемофилия, сахарный диабет, ахондроплазия, мышечная дистрофия и некоторые другие. Эпилептоидные припадки встречаются у некоторых кроликов, крыс под влиянием сильного звукового раздражителя.

Мутантные линии животных путем возвратного скрещивания переведены в генетически близкие, в результате получены линии, различающиеся только по аллелям одного локуса. Это дает возможность уточнить механизм развития данной аномалии. Мутантные линии животных не являются точным воспроизведением наследственных болезней человека. Однако, даже частичное моделирование, то есть воспроизведение не всего заболевания в целом, а только патологического процесса или даже его фрагмента, позволяет в ряде случаев обнаружить механизмы первичного отклонения от нормы.

                                                  Заключение

Генеалогический метод - составление и изучение родословных у нескольких поколений. Например, установлено, что развитие некоторых способностей у человека (музыкальность, математическое мышление) определяется наследственными факторами. Генеалогическим методом выявлена наследственная природа таких заболеваний, как нарушение углеводного обмена (сахарный диабет), врожденная глухота, шизофрения, гемофилия, дальтонизм.

Близнецовый метод - изучение развития признаков у однояйцевых близнецов, в особенности если они живут в разных условиях. Однояйцевые близнецы всегда одного пола, имеют одинаковый генотип. Этим методом изучается роль генотипа и среды в формировании признаков организма.

Цитогенетический метод - изучает кариотип человека для выявления хромосомных и геномных мутаций. Этим методом выявляется болезнь Дауна. Ее причина - наличие в кариотипе человека одной лишней хромосомы (по 21 паре), что приводит к патологии: у больных узкие глаза, плоское лицо и резко выраженная умственная отсталость. Рождение детей с синдромом Дауна - результат отклонений в ходе мейоза.

Популяционно-статистический метод – изучение частоты генов и генотипов в популяции .То есть, данным методом изучают наследственные признаки в больших группах населения ,в одном или нескольких поколениях.

Дерматоглифический метод - основан на исследовании кожного рисунка концевых фаланг пальцев рук, ладоней и стоп. Широко используется в криминалистике и генетических исследованиях.

Гибридизация соматических клеток. Соматические клетки содержат весь объем генетической информации. Это дает возможность изучать многие вопросы генетики человека. Благодаря методам генетики соматических клеток человек как бы стал одним из экспериментальных обьектов.

Биохимический метод позволяет выявить либо аномальные белки – ферменты, либо промежуточные продукты обмена, свидетельствующие о наличии болезни.

Метод моделирования изучает болезни человека на животных, которые могут болеть этими заболеваниями. Теоретическую основу биологического моделирования в генетике дает закон гомологических рядов наследственной изменчивости открытый Н.И.Вавиловым, согласно которому генетически близкие виды и роды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости.

                                              Список литературы

1. Генетика . Под ред. Т.Т. Логутовой. 2004.

2. Общая генетика.Под редакцией Дубинин Н.П.1987.

3. Краткий курс генетики.Замотайлов С.С. 2004.

4. Основы генетики.Под ред. Дубникова А.С. 1997.