Презентация "Методы изучения генетики человека" (11 класс) по биологии – проект, доклад

Лекция 9.

Человек как объект генетики. Методы изучения генетики человека.

Особенности человека как объекта генетики.

Что создает трудности: Нельзя скрещивать по желанию экспериментатора. Число потомков невелико Редкая смена поколений Много признаков Много хромосом

Однако большая заинтересованность перевешивает все трудности.

Основные методы изучения генетики человека.

Генеалогический Цитогенетический (уже был – см. выше) Биохимический Близнецовый (уже был – см. выше) Популяционно-статистический Дерматоглифический Генетики соматических клеток ДНК диагностики

Краткое напоминание задач близнецового и цитогенетического методов

Близнецовый метод изучает соотносительную роль генотипа и среды путем сравнения близнецов

Н = КМБ - КДБ 100% - КДБ

Н – показатель наследуемости признака КМБ – показатель конкордантности в %% у монозиготных близнецов КДБ – показатель конкордантности в %% у дизиготных близнецов

Цитогенетический метод изучает хромосомы

Генеалогический метод – метод анализа родословных

1.

Генеалогический метод

был предложен в 1883 г. Ф. Гальтоном. Метод позволяет установить: 1) является ли данный признак наследственным (по проявлению его у родственников); 2) тип и характер наследования (доминантный или рецессивный, аутосомный или сцепленный с полом); 3) зиготность лиц родословной (гомо- или гетерозиготы); 4) пенетрантность гена (частота его проявления); 5) вероятность рождения ребенка с наследственной патологией (генетический риск).

Сэр Фрэнсис Гальтон (англ. Francis Galton; 16 февраля 1822 — 17 января 1911)

Кузен Ч.Дарвина Занимался вопросами наследственности,, биометрией, дерматоглификой, статистикой и тестированием; первым начал изучение близнецов. Создал евгенику.

Символы, используемые при составлении родословных

Этапы генеалогического метода

родословную начинают строить с пробанда - лица, с которого начинается исследование семьи. каждое поколение нумеруется римскими цифрами слева; особи одного поколения располагаются на горизонтальной линии и нумеруются арабскими цифрами.

I II III 1 2 1 2 3

Различают 5 основных типов наследования

AD AR XD XR Y

Аутосомно-доминантный тип (AD) наследования характеризуется следующими признаками:

1) болеют в равной степени мужчины и женщины; 2) больные есть в каждом поколении - наследование «по вертикали». 3) вероятность наследования 100% (если хотя бы один родитель гомозиготен), 75% (если оба родителя гетерозиготны) и 50% (если один родитель гетерозиготен).

Примеры у человека: Синдром Марфана Ахондроплазия Гиперхолестеринемия

Аутосомно-рецессивный (AR) тип наследования

Характерен пропуск поколений Равно мужчины и женщины «По горизонтали» Вероятность у детей 25%, если у родителей признак не проявился

Примеры у человека: Фенилкетонурия Муковисцидоз Адрено-генитальный синдром

Голандрический тип (Y) наследования

Передается по мужской линии без пропуска поколений

Пример у человека: Гипертрихоз ушной раковины

Х-сцепленный доминантный (XD)

Без пропуска поколений – по вертикали Женщины поражены в 2 раза чаще От отца передается всем дочерям; от матери 50% сыновей и дочерей.

Примеры у человека: Рахит, резистентный к витамину Д Коричневая эмаль зубов

Х-сцепленный рецессивный (XR)

Передается от деда через мать-носительницу к внуку У мужчин проявляется значительно чаще, чем у женщин Примеры у человека: Гемофилия Дальтонизм Мышечная дистрофия Эктодермальная дисплазия

Митохондриальное (цитоплазматическое) наследование

Передается по материнской линии пример: митохондриальная миопатия

У растений также гены хлоропластов.

Дерматоглифический метод (тоже предложен Гальтоном) Метод помогает в диагностике наследственных синдромов

2.

Дерматоглифический метод

Изучает особенности гребешковой кожи и основные сгибательные линии ладоней и подошв

Три основных вида пальцевых узоров

дуга петля завиток

Варианты сгибательных складок

Особенности дерматоглифики при некоторых синдромах

Синдром Эдвардса – дуги на всех пальцах Синдром Дауна – одна сгибательная складка Синдром Тернера – все завитки на пальцах Синдром Рубинштейна-Тэйби – сложный узор на тенаре

Биохимический метод

3.

Используется для изучения ферментопатий – мутаций, нарушающих работу ферментов. В крови и моче больных выявляются определенные химические соединения.

Примеры ферментопатий

фенилаланин тирозин меланин

гомогентизиновая кислота

малеилацетат и так далее фенилкетонурия альбинизм тирозиноз тироксин гипотиреоз Алкаптонурия*

* Первое описанное наследственное нарушение обмена веществ (Арчибальд Гаррод в начале ХХ века)

Рассмотрим подробнее обмен фенилаланина и развитие фенилкетонурии (АR) OMIM 261600 и 261630

Фенилкетоновые тела

Пищевые белки

При фенилкетонурии (ФКУ) нарушено превращение фенилаланина в тирозин (классическая форма)

Фенилаланин гидроксилаза

Аутосомно-рецессивное наследование ФКУ

Дети с рождения должны соблюдать специальную диету с ограничением по фенилаланину

Из интернета. Мама взрослого сына с ФКУ цитирует генетика Байкова:

«В столице удалось сохранить скрининг (поголовное обследование) новорожденных на ФКУ, а вот в провинции — вообще беда: известны случаи, когда семье предлагают сразу отказаться от ребенка: все равно вырастить его здоровым возможности нет.»

Неонатальный скрининг – «просеивание» всех младенцев на наличие биохимических дефекты

В настоящее время детей тестируют на выявление фенилкетонурии, муковисцидоза, врожденного гипотиреоза, адреногенитального синдрома и галактоземии

При выборе заболеваний для неонатального скрининга, в соответствии с рекомендациями ВОЗ, учитывались такие факторы, как тяжесть проявления заболеваний, частота распространения данных заболеваний, а также простота и достоверность применяемых методов диагностики, наличие доступных и эффективных средств лечения.

4. Популяционно-статистический метод

Популяционно-статистический метод генетики

Изучает и сравнивает популяции людей. Основан на законе Харди-Вайнберга

Закон генетической стабильности популяций

Сформулирован в 1908 году независимо английским математиком Г. Харди и немецким врачом В. Вайнбергом. Закон утверждает, что если численность панмиктической (свободно скрещивающейся) популяции велика, в ней отсутствуют мутации, миграция и отбор (по изучаемому гену), то частоты генотипов AA, Aa и aa в популяции остаются одинаковыми из поколения в поколение: p2(AA): 2pq (Aa): q2(aa), где А и а — аллели аутосомного гена, p — частота аллеля А, q — частота аллеля а.

Отклонения от равновесия Харди-Вайнберга свидетельствует о действии на популяцию одного или нескольких факторов: Отбора Мутаций Дрейфа генов Миграций Изоляции

Частота некоторых аутосомно- рецессивных заболеваний в европейской популяции

Популяции отличаются по частоте встречаемости мутаций генов

5. Генетика соматических клеток

Метод генетики соматических клеток

Клетки выращивают в культуре. Этим методом удалось картировать гены человека. Метод своеобразен:

Анеуплоидная клетка мыши

Клетка человека слияние

Гибридная клетка (синкарион)

В ходе клеточных делений в гибридной клетке утрачиваются все хромосомы человека, кроме одной (например, № 17)

Посев на селективную среду, выжить на которой можно только, если есть определенный человеческий ген (например, ген А)

Клетки выжили, значит ген А лежит в хромосоме 17

Это один из методов картирования генов

Основные методы составления генетических (хромосомных)карт

На основе скрещиваний - не у человека! (гибридологический метод) - % кроссоверных потомков – морганида (сентиморган) На основе родословных Методами генетики соматических клеток Методом ДНК зондов (фрагментов ДНК с известной последовательностью) Методами секвенирование генома

Опыты Моргана по сцеплению у дрозофилы. Расстояние генов В и V – 17 морганид

Родословная, показывающая сцепление гена синдрома «ногтей-надколенника» np с группой крови В (хромосома 9)

Был кроссинговер

По частоте кроссинговера определили расстояние между этими генами в хромосоме 1,5%

IВ np

Картирование FISH-методом

Флуоресцентная метка

ДНК-зонд

Участок хромосомы, комплементарный зонду

Метафазные хромосомы с меткой

6. ДНК- диагностика

ДНК диагностика выявляет генные мутации

подтверждающая, про подозрении на болезнь пресимптоматическая, до проявления болезни носительства, для выявления гетерозиготных носителей пренатальная - дородовая. Принципиально различают прямую и косвенную ДНК диагностику моногенных наследственных болезней.

Прямая, когда ген и его мутации хорошо известны

Косвенная – по тесно сцепленному маркеру – рядом лежащему участку ДНК

Некоторые термины, использующиеся при анализе ДНК

Клонирование – выделение гена и его размножение в составе хромосомы бактерии, фага или плазмиды Секвенирование – определение последовательности участка ДНК Полимеразная цепная реакция, ПЦР – метод получения большого числа копий участка ДНК Генная дактилоскопия – выявление мелких вариаций в строении ДНК

Схема полимеразной цепной реакции и прибор для ее проведения

Пренатальная (дородовая) диагностика

Использует для исследования ткани плода или зародышевых оболочек Использует цитогенетические, биохимические, ДНК методы Различают: Предимплантационную диагностику; Биопсию хориона (взятие ворсин хориона); Кордоцентез (взятие пуповинной крови); Амниоцентез (взятие околоплодной жидкости); Плацентацентез (ткани плаценты); Биопсию тканей плода (например, кожи)

Неинвазивная – УЗИ, кровь матери

Инвазивная -

Биопсия хориона на 8 – 10 неделе беременности

Ультразвуковое исследование

Предимплантационная диагностика

При экстракорпоральном оплодотворении берутся бластомеры на стадии морулы и изучаются до имплантации зародыша

Конец. спасибо за внимание!