Современная генетика изучает явления наследственности и изменчивости, опираясь на достижения различных отраслей, биологии -- биохимии, биофизики, цитологии, эмбриологии, микробиологии, зоологии, ботаники, растениеводства и животноводства. Генетические исследования значительно обогатили теоретические области биологии, а также зоотехнию, ветеринарию, племенное дело и разведение сельскохозяйственных животных, селекцию и семеноводство растений, медицину.

Основными объектами генетических исследований на молекулярном уровне являются молекулы нуклеиновых кислот--ДНК и РНК, обеспечивающие сохранение, передачу и реализацию наследственной информации. Изучение нуклеиновых кислот вирусов, бактерий, грибов, клеток растений и животных, культивируемых вне организма (in vitro), позволяет установить закономерности действия генов в процессе жизнедеятельности клетки и организма.

Раздел генетики, изучающий явления наследственности на клеточном уровне, получил название цитогенегики. Клетка является элементарной системой, содержащей в полном объеме генетическую программу индивидуального развития особи. Основными объектами исследований с помощью цитологических методов являются клетки растений и животных как а организме (in vivo), так и вне организма, а также вирусы и бактерии. В последние годы проводятся исследования соматических клеток, размножаемых вне организма. Особое внимание уделяется исследованию хромосом и некоторых других органоидов клетки, содержащих ДНК, -- митохондрий, пластид, плазмид, а также рибосом, на которых осуществляется синтез полипептидных цепей -- первичных молекул белка.

Гибридологический метод впервые был разработан и применен Г. Менделем в 1856--1863 гг. для изучения наследования признаков и с тех пор является основным методом генетических исследований. Он включает систему скрещиваний заранее подобранных родительских особей, различающихся по одному, двум или трем альтернативным признакам, наследование которых" изучается. Проводится тщательный анализ гибридов первого, второго, третьего, а иногда и последующих поколений по степени и характеру проявления изучаемых признаков. Этот метод имеет важное значение в селекции растений и животных. Он включает и так называемый рекомбинационный метод, который основан на явлении кроссинговера -- обмена идентичными участками в хроматидах гомологических хромосом в профазе I мейоза. Этот метод широко используют для составления генетических карт, а также для создания рекомбинантных молекул ДНК, содержащих генетические системы различных организмов.

Моносомный метод позволяет установить, в какой хромосоме локализованы соответствующие гены, а в сочетании с рекомбинационным методом -- определить место локализации генов в хромосоме.

Генеалогический метод -- один из вариантов гибридологического. Его применяют при изучении наследования признаков по анализу родословных с учетом их проявления у животных родственных групп в нескольких поколениях. Этот метод используют при изучении наследственности у человека и животных, малоплодие которых имеет видовую обусловленность.

Близнецовый метод применяют при изучении влияния определенных факторов внешней среды и их взаимодействия с генотипом особи, а также для выявления относительной роли генотипической и модификационной изменчивости в общей изменчивости признака. Близнецами называют потомков, родившихся в одном помете одноплодных домашних животных (крупный рогатый скот, лошади и др.).

Различают два типа близнецов -- идентичные (однояйцовые), имеющие одинаковый генотип, и неидентичные (разнояйцовые), возникшие из раздельно оплодотворенных двух или более яйцеклеток.

Мутационный метод (мутагенез) позволяет установить характер влияния мутагенных факторов на генетический аппарат клетки, ДНК, хромосомы, на изменения признаков или свойств. Мутагенез используют в селекции сельскохозяйственных растений, в микробиологии для создания новых штаммов бактерий. Он нашел применение в селекции тутового шелкопряда.

Популяционностатистический метод используют при изучении явлений наследственности в популяциях. Этот метод дает возможность установить частоту доминантных и рецессивных аллелей, определяющих тот или иной признак, частоту доминантных и рецессивных гомозигот и гетерозигот, динамику генетической структуры популяций под влиянием мутаций, изоляции и отбора. Метод является теоретической основой современной селекции животных.

Феногенетический метод позволяет установить степень влияния генов и условий среды на развитие изучаемых свойств и признаков в онтогенезе. Изменение в кормлении и содержании животных влияет на характер проявления наследственно обусловленных признаков и свойств.

Составной частью каждого метода является статистический анализ -- биометрический метод. Он представляет собой ряд математических приемов, позволяющих определить степень достоверности полученных данных, установить вероятность различий между показателями опытных и контрольных групп животных. Составной частью биометрии являются закон регрессии и статистический закон наследуемости, установленные Ф. Гальтоном.

В генетике широко используют метод моделирования с помощью ЭВМ для изучения наследования количественных признаков в популяциях, для оценки селекционных методов -- массового отбора, отбора животных по селекционным индексам. Особенно широкое применение данный метод нашел в области генетической инженерии и молекулярной генетики.

Для изучения генетического аппарата человека ученые используют специальные методы.

Методы исследования генетики человека разнообразны. Рассмотрим некоторые из них. Для изучения генетики человека пользуются такими методами:

• генеалогическим;
• популяционным;
• близнецовым;
• цитогенетическим;
• биохимическим;
• дерматоглифичным;
• методом генетики соматических клеток;
• методом исследования патологии обмена веществ.

Генеалогический метод

При генеалогическом методе составляют и анализируют родословные. Они позволяют установить, как передаются различные заболевания. Родословные составлялись несколько веков назад для царских семей. Но для изучения генетики они применяются только с начала прошлого века. Пример - исследование того, как наследуется гемофилия в семье английской королевы Виктории. Родословная составляется чаще всего для больного человека или для носителя изучаемого признака. Того, для кого составляется родословная, называют пробандом, его родных братьев и сестер - сибсами. Генеалогический метод исследования родословной позволяет установить, по какому типу наследуется признак. Лучше применять метод родословных для многодетных семей. Он помогает заменить гибридологический метод, который широко применяется для животных и растений, но недопустим для людей.

Популяционный метод

Популяционный метод изучает частоту встречаемости генов в человеческих популяциях. Используя его, оценивают возможность рождения детей с определенными признаками. Также он дает возможность узнать, с какой частотой встречаются рецессивные гены у гетерозиготных людей и проследить распространение наследственных заболеваний.

Близнецовый метод

Методы исследования генетики человека используют и материалы, собранные в ходе наблюдений за близнецами. Для этого изучают однояйцевых близнецов, проживающих в разных условиях. Благодаря стопроцентному сходству генов у однояйцевых близнецов близнецовый метод помогает установить, как влияют факторы окружающей среды на генотип и психические свойства человека.

Цитогенетический метод

Цитогенетический метод исследования изучает строение хромосом, определяя их количество и форму, а также диагностирует наследственные болезни, которые возникают в результате изменения их числа и структуры хромосом. Для этого используется микроскоп. Для того чтобы хромосомы было легче распознавать, их окрашивают, используя специальные методы. Цитогенетический метод позволяет, например, выявить синдром Клайнфельтера. При этой болезни имеется лишняя Х-хромосома.

Биохимический метод

С помощью биохимического метода определяют местоположение и характер мутации в генах. Это помогает выявить детей с наследственными заболеваниями, такими как серповидная анемия, по аминокислотному составу гемоглобина.

Дерматоглифичный метод

Дерматоглифичный метод позволяет по рисунку линий на ладонях родителей определить возможность появления наследственной болезни у детей. Это связано с тем, что у людей с наследственными хромосомными патологиями кожный рисунок имеет своеобразные отличия.

Метод генетики соматических клеток

Эти методы исследования генетики занимаются изучением наследственности и изменчивости соматических (неполовых) клеток, компенсируя невозможность применить гибридологический метод. Для исследований размножают клетки в искусственных условиях и анализируют генетические процессы, происходящие в них. Так как наследственный материал, заключенный в соматических клетках, является полноценным, полученные результаты можно применить для целого организма.

Метод исследования патологии обмена веществ

Методы исследования генетики человека используют изучение патологии обмена веществ, чтобы определить людей, у которых есть соответствующие наследственные нарушения. Как только рождается ребенок, у него берут кровь из большого пальца ноги. Этот метод помогает выяснить, нет ли у новорожденного фенилкетонурии - наследственного заболевания, связанного с нарушением обмена аминокислот, приводящего к умственной отсталости. Благодаря ранней диагностике, если придерживаться специальной диеты, болезнь не проявляется.

Отличия генетики человека от общей генетики

Для изучения наследования признаков у человека используют те же методы исследования, что и для животных. Отличие лишь в том, что методы исследования генетики человека исключают гибридологический метод, который является основным в генетике животных и растений.

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цели:

• Образовательные :
  • объяснить причины невозможности применения к человеку экспериментальных методов генетики растений и животных;
  • изучить сущность и значение основных методов антропогенетики: генеалогического, близнецового, цитогенетического;
  • познакомить учащихся с новыми достижениями в области пренатальной и постнатальной диагностики наследственных болезней человека;
• Воспитательные :
  • показать значение материальных основ наследственности и окружающей среды в формировании биологических особенностей и социальных черт личности человека;
  • определить единство биологических закономерностей для всей живой природы от микроорганизма до человека;
  • показать, как знание генетики помогает выяснить причины многих тяжелых заболеваний человека, своевременно ставить диагноз, находить меры профилактики и лечения;
• Развивающие :
  • обеспечить развитие познавательных процессов учащихся в ходе решения проблемных вопросов и исследовательских задач;
  • продолжить развитие общеучебных умений и навыков: работать с дополнительной литературой, составлять доклады;
  • научить анализировать родословные, решать задачи с использованием формулы Хольцингера.

Оборудование: плакаты «Родословная с аутосомно-доминантным типом наследования», «Родословная с аутосомно-рецессивным типом наследования», «Родословная сцепленного с полом рецессивного типа наследования», «Родословная сцепленного с полом доминантного типа наследования», «Родословная голандрического типа наследования»; таблицы «Близнецовый метод», «Кариотип человека»; фотографии «Наследственные заболевания человека»; выставка книг по генетике человека; презентация.

Предварительная работа:

• деление учащихся на группы;
• подготовка каждой группой доклада по одной из тем: «Метод анализа родословных в генетических исследованиях человека», «Близнецовый метод изучения генетики человека. Близнецы», «Цитогенетический метод антропогенетики», «Экспресс-методы и методы пренатальной диагностики»;
• подготовка каждой группой вопросов по предложенным темам.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент

II. Актуализация (слайды 2, 3, 4)

– Изучением наследственности отдельных видов организмов занимается частная генетика. Частную генетику человека называют антропогенетикой. Установлено, что основные генетические закономерности являются общими для всех органических форм. Человек не является исключением. Социальная жизнь человека не свела на нет роль биологических факторов в его жизни, а, напротив, еще более их усложнила и разнообразила. Поэтому исследования в области антропогенетики встречают большие трудности.

– Какие методы изучения генетики растений и животных вы знаете? (Основным методом является гибридологический, который заключается в скрещивании организмов в ряду поколений с последующим изучением потомства. Также используются цитологический, биохимический и др.)

– Применимы ли к человеку методы экспериментальной генетики? (Нет, т.к. невозможно произвольное скрещивание, малое число потомков в каждой семье, поздняя половая зрелость, невозможность жизни потомков в контролируемых условиях)

– Таким образом, применимость к человеку классического генетического анализа как основного метода изучения наследственности и изменчивости исключена из-за невозможности экспериментальных скрещиваний, длительности времени достижения половой зрелости и малого количества потомства на пару. Не смотря на перечисленные трудности, генетика человека изучена на сегодня лучше, чем генетика многих других организмов, благодаря развитию медицины и разнообразным методам исследования.
Тема нашего урока «Методы изучения генетики человека».
Сегодня мы познакомимся с основными методами антропогенетики, их сущностью и значением в выявлении причин многих тяжелых заболеваний и определении мер их профилактики и лечения.

III. Изучение нового материала

1) Исторические данные

Накопление и систематизирование данных о закономерностях наследования некоторых признаков человека началось в XVIII-XIX веках, задолго до открытия Г. Менделем главных законов наследования и становления генетики как науки. Впервые хромосомы человека на цитологических препаратах были описаны в самом конце XIX века, еще до существования хромосомной теории. Тем не менее, многие данные были слишком противоречивы. Так, например, вплоть до середины XIX века по-разному оценивалось количество хромосом человека в кариотипе – от 47 до 49. Именно сейчас мы стоим на пороге познания тайн наследственности человека, единственного вида, обладающего разумом и способного целенаправленно изменять окружающий мир, т.к. новые достижения в области молекулярной генетики и генной инженерии позволяют изучать не только хромосомы, но и даже отдельные гены. Поэтому мы рассмотри методы, которые существуют достаточно давно:

• генеалогический;
• близнецовый;
• цитогенетический.

И новые современные экспрес-методы и методы пренатальной диагностики.

2) Генеалогический метод(слайды 5, 6, 7, 8)

Первым исторически сложившимся методом изучения генетики человека является генеалогический метод, сущность которого заключается в анализе распределения каких-либо признаков среди представителей одной семьи в родословной. Еще в XVIII веке впервые была опубликована работа, посвященная анализу наследования полидактилии (шестипалости) в родословной одной семьи, включающей шесть поколений.
– Определим особенности генеалогического метода, его значение и возможности применения.

Доклад «Метод анализа родословных в генетических исследованиях человека» (дополнение «Архивы», «Анализ собственной родословной»). [Приложение 1 ]

Вопросы: (слайд 11)

– Как составить родословную?
– Кто готов проанализировать свою родословную?
– Почему при аутосомно-рецессивном типе наследования признак появляется в IV поколении?
– Почему при голандрическом типе наследования болеют только мужчины?

Вывод: Таким образом, самый древний из методов генетики человека – генеалогический – не исчерпал своих возможностей и в наше время. Он является основным в практике медико-генетического консультирования. С его помощью уточняется риск развития заболевания, вероятность носительства аномального гена. Зачастую при определении прогноза потомства другие сложные лабораторные методы дают значительно меньше информации. (Cлайд 12)

3) Близнецовый метод(слайды 13, 14, 15, 16)

Для решения многих теоретических проблем и практических медицинских задач, связанных с заболеваниями, требуется определить меру участия наследственности и среды в возникновении патологии. Особое значение в изучении сложно исследуемых признаков и заболеваний имеют генетически идентичные индивиды, которые встречаются в человеческих популяциях – близнецы.
– Определим значение близнецового метода в изучении величины наследуемости.

Доклад «Близнецовый метод изучения генетики человека» (дополнение «Близнецы»). [Приложение 2 ]

Вопросы: (слайд 17)

– Одинаков ли состав белков у двух монозиготных близнецов, если в их клетках не было мутаций?
– Почему у детей иногда появляются признаки несвойственные родителям?
– Почему монозиготные близнецы всегда одного пола, а дизиготные могут быть разного пола?
– Кто такой Гальтон? Почему он стал изучать генетику человека?
– Одинакова ли вероятность рождения близнецов у представителей разных рас?

Вывод: Итак, близнецовый метод позволяет дать первоначальную оценку генетической составляющей в фенотипической изменчивости какого-либо признака. Он применяется для изучения многих широко распространенных заболеваний (сердечно-сосудистых, желудочно-кишечных, психических, злокачественных опухолей и др.). Однако результаты близнецовых исследований являются достаточно неспецифичными и не позволяют определять точные механизмы влияния факторов внешней среды на формирование каких-либо признаков. Поэтому популярность этого метода в последнее время снизилась. (Cлайд 18)

4) Цитогенетический метод(слайды 19, 20, 21, 22)

На данный момент чаще используют цитогенетический метод. Это стало возможным благодаря применению методики культуры различных тканей и метода дифференциальной окраски хромосом. Использование этих методов позволяет точно учитывать аномалии хромосом.
– Определим основные этапы цитогенетического метода и условия его применения.

Доклад «Цитогенетический метод антропогенетики» (демонстрация фотографий наследственной патологии человека). [Приложение 3 ]

Вопросы: (слайд 23)

– Какие биологические материалы можно использовать для получения препаратов хромосом?
– Как изучают хромосомы лимфоцитов, если они не делятся митозом?
– Что такое мутации?
– Какие мутации ведут к возникновению наследственной патологии?
– Какое заболевание у ребенка с представленным кариотипом? Каков его пол?

Вывод: Итак, цитогенетический метод основан на микроскопическом исследовании кариотипа. Позволяет выявить геномные и хромосомные мутации. (слайд 24)

5) Экспресс-методы и методы пренатальной диагностики(слайды 25, 26)

На пороге третьего тысячелетия произошел переход на генный уровень изучения болезней человека. Всего известно пять тысяч наследственных болезней, из них две тысячи – тяжелейшие расстройства. Значительные успехи достигнуты в изучении молекулярных причин наследственных болезней. Теперь стоит задача ранней диагностики заболеваний, чтобы провести своевременную профилактику или прервать беременность в случае тяжелой патологии будущего ребенка.
– Рассмотрим новые экспресс – методы и методы пренатальной диагностики.

Доклад «Экспресс-методы и методы пренатальной диагностики» [Приложение 4 ]

Вопросы: (слайд 27)

– Какие методы пренатальной диагностики наследственных заболеваний показаны всем беременным женщинам?
– Почему степень риска рождения детей с отклонениями от нормы значительно больше у алкоголиков, чем у непьющих родителей?
– Где расположено тельце Барра и как оно выглядит?
– Каковы показания для пренатальной диагностики?

Вывод: Информация о генетических особенностях каждого человека дает возможность еще до рождения ребенка предсказать, к каким наследственным заболеваниям будет предрасположен человек, какие меры профилактики и лечения могут быть приняты. (Cлайд 28)

IV. Закрепление

1) Беседа: (слайд 29)

– Каковы особенности человека как объекта генетических исследований?
– Какие методы применяются для изучения генетики человека?
– В чем суть и каковы возможности генеалогического метода?
– Чем прямые цитогенетические методы отличаются от непрямых?
– Почему внимательное наблюдение за проявлением признаков в ряду поколений может помочь изучать закономерности наследственности и изменчивости?
– Какое значение имеют генетические методы исследования наследственности человека для медицины и здравоохранения?
– Какие важнейшие проблемы решает в настоящее время медицинская генетика?

2) Решение задач:

А) Определите тип наследования по предложенным родословным. (Слайд 30)

Б)Конкордантность монозиготных близнецов по массе тела составляет 80%, а дизиготных – 30%. Каково соотношение наследственных и средовых факторов в формировании признака? (Слайд 31)

Вывод: Таким образом, невозможность применения гибридологического метода на фоне большого интереса к наследственности человека привело к разработке специальных методов изучения генетики человека. Это генеалогический, близнецовый, цитогенетический методы, экспресс-методы и методы пренатальной диагностики.
Они позволяют понять природу наследственных заболеваний, характер их наследования и выяснить вероятность появления в будущих поколениях наследственной патологии, а также быстрее диагностировать и раньше начать лечение больных.
Сейчас диагностируется более трехсот наследственных болезней и их число постоянно растет. В ряде стран, в том числе и в России, уже проводятся исследования, благодаря которым появляется возможность получить генетический паспорт – документ, в котором будут указаны существенные для здоровья и выбора профессии наследственные особенности.

V. Домашнее задание (слайд 32)

Конспект. Задачи:

Конкордантность монозиготных близнецов по росту составляет 65%, а дизиготных – 34%. Каково соотношение наследственных и средовых факторов в формировании признака?

Женщина имеет светлые волосы, ее ребенок также со светлыми волосами. Мать женщины светловолосая, две сестры и два брата – темноволосые. В семье брата – ребенок темноволосый. Составьте родословную. Определите, где возможно, гетерозиготность организмов.

Литература :

1. Биология для поступающих в вузы (способы решения задач по генетике)./ Составитель Н.М. Киреева. – Волгоград: «Учитель», 2000.
2. Заяц Р.Г., Бутиловский В.Э. Общая и медицинская генетика. Лекции и задачи. – Ростов-н/Д: Феникс, 2002.
3. Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Общая биология 10-11 класс. – М.: Дрофа, 2009.
4. Лобашев М.Е., Ватти К.В. Генетика с основами селекции. – М.: Просвещение, 1979.
5. Медицинская генетика: Учебник / Н.П. Бочкова. М.: Высшая школа, 2001.
6. Тимолянова Е.К. Медицинская генетика. – Ростов-н/Д: Феникс, 2003.

Основные понятия и ключевые термины: ГЕНЕТИКА. Гибридологический метод.

Вспомните! Что такое гены?

Знакомьтесь!

Грегор Иоганн Мендель (1822-1884) - австрийский естествоиспытатель, католический священник. В обычном саду провёл опыты, ставшие основой генетики. Результаты исследований Мендель опубликовал в научном труде «Эксперименты с растительными гибридами» в 1866 г., в которой ознакомил мир с законами наследственности.

Каковы задачи современной генетики?

ГЕНЕТИКА (от греч. генетис - происхождение) - наука о закономерностях наследственности и изменчивости организмов. Датой рождения генетики считается 1900 г., когда ботаники - голландский - Хуго де Фриз (1845-1935), немецкий - Карл Корренс (1864-1933) и австрийский - Эрих Чермак (1871-1962), независимо друг от друга, подтвердили закономерности наследственности, установленные Г. Менделем. Задачи современной генетики связаны с ее основными разделами:

Изучение генетических основ селекции для выведения новых пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов (селекционная генетика);

Изучение наследственных заболеваний человека и животных для их профилактики и лечения (медицинская генетика);

Изучение влияния радиации на наследственность и изменчивость организмов для предотвращения вредных мутаций (радиационная генетика);

Изучение генетической структуры и динамики популяций для выяснения закономерностей эволюции организмов (популяционная генетика);

Изучение молекулярных основ наследственности для развития генетической инженерии (молекулярная генетика);

Изучение особенностей наследственности и изменчивости в популяциях людей (генетика человека).

Кроме названных разделов возникли и развиваются иммуногенетика, онтогенетика, психогенетика, фармакогенетика, экогенетики, цитогенетика и др.

Итак, современная генетика стремительно развивается и характеризуется проникновением почти во все области человеческой деятельности, что обусловлено потребностями общества.

В чём суть основных методов генетических исследований?

Древнейшим из методов генетики является гибридологический метод, предложенный Г. Менделем. Гибридологический метод - скрещивание организмов и оценка проявления признаков у гибридов. Потомков, полученных от такого скрещивания, называют гибридами (от лат. hibrida - помесь).

С древнейших времён используется изучение родословных. Генеалогический метод - изучение родословных организмов для определения характера наследования признаков. С его помощью устанавливают генотип особей и определяют вероятность проявления состояний признака у потомков.

С помощью светового микроскопа проводят исследования наследственности на клеточном уровне. Цитогенетические методы - методы исследования особенностей кариотипа организмов. Изучение кариотипа позволяет выявлять мутации, связанные с изменением числа хромосом и структуры отдельных из них.

Биохимические методы используют для изучения наследственных заболеваний, связанных с обменом веществ. С их помощью выявляют наследственные нарушения (например, сахарный диабет, фенилкетонурию), обусловленные генными мутациями.

Близнецовый метод применяют для изучения роли среды и генотипа в формировании фенотипа особей. Особое значение имеют исследования монозиготных (однояйцевых) близнецов, имеющих одинаковые генотипы.

Популяционно-статистический метод - изучение закономерностей наследования и изменчивости на уровне популяций. Этот метод даёт возможность изучать частоты встречаемости аллелей и генотипов в популяциях организмов.

Методы генетической инженерии - это особая группа методов, с помощью которых изучают перемещения, перестройку, сочетание генов и изменение наследственности. К этой группе относятся методы генной инженерии (например, метод искусственного синтеза генов вне организма), методы клеточной инженерии (например, метод гибридизации соматических клеток) и др.

В современной генетике используются самые разнообразные методы, но основным остаётся гибридологический метод.

Каковы основные понятия генетики?

Предметом генетических исследований являются наследственность и изменчивость. Наследственность - способность живых организмов передавать генетическую информацию о своих признаках и особенностях индивидуального развития потомкам. Материальными носителями наследственности являются хромосомы, в состав которых входит

ДНК. Изменчивость - способность живых организмов приобретать новые признаки и их состояния в процессе индивидуального развития. Обеспечивает приспособленность организмов к условиям среды и появление признаков.

Единицами наследственности являются гены. Вспомним, что ген представляет собой участок молекулы нуклеиновой кислоты, кодирующей информацию о белке или РНК и определяющей признаки организмов. Примерами наследственных признаков, которые определяются генами, являются цвет глаз, форма плодов и др. Каждый ген расположен в определённой хромосоме, где занимает определённое место - локус (от лат. locus - участок). Каждая соматическая клетка содержит диплоидный набор гомологичных хромосом, имеющих в своих локусах различные формы одного гена. Аллели (от греч. алелон - взаимный), или аллельные гены, - состояния гена, определяющие проявления признака и расположенные в одинаковых участках гомологичных хромосом (ил. 86). Аллели одного гена определяют различные проявления признака (например, коричневый или голубой цвет глаз, круглую или грушевидную форму плодов у томатов). Одна из гомологичных хромосом несёт аллель от материнского организма, а вторая - от родительского. Аллельные гены могут быть доминантными (аллели, которые в присутствии другого всегда проявляются в форме состояния признака) и рецессивными (аллели, которые подавляются в присутствии доминантных и не проявляются состоянием признака).

В обеих гомологичных хромосомах могут находиться одинаковые или разные аллельные гены. Гомозигота - это клетка тела или особь, гомологичные хромосомы которой содержат одинаковые аллели определённого гена. Гомозиготная особь в потомстве не даёт расщепления и образует один сорт гамет. Гетерозигота - это клетка тела или особь, гомологичные хромосомы которой содержат разные аллели определённого гена. Гетерозиготная особь в потомстве даёт расщепление и образует различные сорта гамет.

Генотип - совокупность всех генов организма, полученных от родителей. Это наследственная программа организма, которая является целостной и взаимодействующей системой генов. Генотип во взаимодействии со средой определяет фенотип. Фенотип - совокупность признаков и свойств организма, которые являются результатом взаимодействия генотипа с условиями внешней среды. Организмы, имеющие одинаковый генотип, могут отличаться друг от друга фенотипом.

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Самостоятельная работа с иллюстрацией

Символ - условный знак, который обозначает другую сущность. Знаком может быть изображение, слово, число, заменяющее другое понятие. Используя дополнительную литературу определите суть символов генетики.

Биология + Модельные организмы

Г. Мендель изучал у гороха посевного (Pisum sativum) наследование таких признаков, как: 1 - поверхность семян; 2 - окраска семян; 3 - окраска цветков; 4 - расположение цветков на побеге; 5 - длина стебля; 6 - форма бобов; 7 - окраска бобов. А какие особенности гороха посевного сделали его удачным объектом генетических исследований?

ОТНОШЕНИЕ Биология + Наука

Сопоставьте фамилии учёных с выдающимися событиями в развитии генетики, заполните таблицу ответов и получите название методов, направленных на внесение изменений в генотип человека с целью лечения заболеваний. Какие новые задачи стоят перед генетикой в XXI в.?

Генетика человека изучает явления наследственности и изменчивости в популяциях людей, особенности наследования признаков в норме и их изменения под действием условий окружающей среды.

Человек как объект генетического анализа . Изучение генетики человека связано с большими трудностями:

1. Невозможность экспериментирования.

Одно из первых условий гибридологического анализа у человека невыполнимо, поскольку экспериментальные браки у человека невозможны. Люди вступают в брак не преследуя никаких «экспериментальных» целей.

1. Сложный кариотип - много хромосом и групп сцепления.

23 пары хромосом затрудняет генетическое и цитологическое картирование, что в свою очередь уменьшает возможности генетического анализа.

1. Длительность смены поколений.

Для смены одного поколения нужно в среднем 30 лет. Следовательно, генетик не может наблюдать более одного двух поколений.

1. Малое количество потомков.

Размер семьи в настоящее время настолько мал, что не позволяет вести анализ расщепления признаков в потомстве в пределах одной семьи.

1. Невозможность создания одинаковых условий жизни.

Для человека понятие «среда» имеет более широкий характер, чем для животных и растений. Помимо таких факторов, как физические упражнения, питание, жилищные условия, климат, средой человека являются условия его социальной жизни, и она не поддается изменению по желанию генетика.

Основные методы исследования генетики человека

1. I. Клинико-генеалогический метод

Генеалогия в широком смысле слова родословная - генеалогический метод - метод родословных. Он был введен конце XIX века Ф.Гальтоном и основан на построении родословных и прослеживание болезни (или признака) в семье или роду с указанием типа родственных связей между членами родословной. В настоящее время является наиболее универсальным и широко применяется при решении теоретических и прикладных проблем.

Метод позволяет установить

1) является ли данный признак наследственным

2) тип наследования и пенетрантность гена

3) предположить генотип лиц родословной

4) определить вероятность рождения ребенка с изучаемым заболеванием

5) интенсивность мутационного процесса

6) используется для составления генетических карт хромосом

Таким образом, цель генеалогического метода сводится к выяснению родственных связей и к прослеживанию признака или болезни среди близких и дальних, прямых и непрямых родственников. Технически он складывается из следующих этапов.

Этапы генеалогического анализа :

1) сбор данных о всех родственниках обследуемого (анамнез)

2) построение родословной

3) анализ родословной и выводы

Сложность сбора анамнеза заключается в том, что пробанд должен хорошо знать большинство своих родственников и состояние их здоровья. Пробанд - человек, обратившийся в медико-генетическую консультацию, в отношении которого строится родословная, и от которого получены сведения в отношении этой же болезни у родственников. Сибсы - братья и сестры пробанда.

Типы наследования:

1. Аутосомно-доминантный

1. больные в каждом поколении

2. больной ребенок у больных родителей

3. болеют в равной степени мужчины и женщины

4. наследование идет по вертикали и по горизонтали

5. вероятность наследования 100%, 75% и 50%.

Данные признаки будут проявляться только при полном доминировании, так наследуются у человека полидактилия, веснушки, курчавые волосы, карий цвет глаз и др. При неполном доминировании будет проявляться промежуточная форма наследования. При неполной пенетрантности гена, больные могут быть не в каждом поколении.

2. Аутосомно-рецессивный

1. больные не в каждом поколении
2. болеют в равной степени мужчины и женщины
3. наследование идет преимущественно по горизонтали
4. вероятность наследования 25, 50 и 100%

Чаще всего вероятность наследования болезни данного типа составляет 25%, так как вследствие тяжести заболевания больные либо не доживают до детородного возраста, либо не вступают в брак. Так наследуются фенилкетонурия, серповидно-клеточная анемия, голубой цвет глаз и т.д.

3. Х-сцепленный рецессивный тип наследования

1. больные не в каждом поколении
2. у здоровых родителей больной ребенок
3. болеют преимущественно мужчины
4. наследование идет в основном по горизонтали
5. вероятность наследования 25% от всех детей и 50% у мальчиков

Примеры: гемофилия, дальтонизм, наследственная анемия, мышечная дистрофия и др.

4. Х-сцепленный с полом доминантный тип наследования сходен с аутосомно-доминантным, за исключением того, что мужчина передает этот признак всем дочерям

Пример: рахита, устойчивый к лечению витамином D, гипоплазия эмали зубов, фолликулярный гиперкератоз.

5. Голандрический

1. больные во всех поколениях
2. болеют только мужчины
3. у больного отца больны все его сыновья
4. вероятность наследования 100% у мальчиков.

Примеры: гипертрихоз ушной раковины, перепонки между вторым и третьим пальцами на ногах; ген, определяющий развитие семенников. Голандрические признаки не имеют существенного значения в наследственной патологии человека.

II . Цитогенетический метод

В настоящее время цитогенетический метод в генетике занимает существенное место. Применение данного метода позволяет изучить морфологическое строение отдельных хромосом и кариотипа в целом, определить генетический пол организма, а также диагностировать различные хромосомные болезни, связанные с нарушением числа хромосом или нарушением их структуры. Метод используется для изучения мутационного процесса и составления генетических карт хромосом. Наиболее часто метод используется в пренатальной диагностике хромосомных болезней.

Цитогенетический метод основан на микроскопическом изучении кариотипа и включает следующие этапы:

Культивирование клеток человека (чаще лимфоциты) на искусственных питательных средах

Стимуляция митозов фитогемагглютинином (ФГА)

Добавление колхицина (разрушает нити веретена деления) для остановки митоза на стадии метафазы

Обработка клеток гипотоническим раствором, вследствие чего хромосомы рассыпаются и лежат свободно

Окрашивание хромосом

Изучение под микроскопом (компьютерные программы).

Цитологические карты хромосом -

Генетические карты хромосом , т.е схемы описывающие порядок расположения генов и других генетических элементов в хромосоме с указанием расстояния между ними. Генетическое расстояние определяется по частоте рекомбинации между гомологичными хромосомами (расстояние между генами прямо пропорционально частоте кроссинговера) и выражается в сантиморганидах (сМ). Одна сантиморганида соответствует частоте рекомбинации, равной 1%.............. Такие генетические карты помимо инвентаризации генов отвечают на вопрос о вовлеченности генов в образование отдельных признаков организма.

Метод позволяет выявлять геномные (например, болезнь Дауна) и хромосомные (синдром кошачьего крика) мутации. Хромосомные аберрации обозначают номером хромосомы, короткого или длинного плеча и избытком (+) или нехваткой (-) генетического материала.

1. III. Близнецовый метод

Метод заключается в изучении закономерностей наследования признаков в парах монозиготных и дизиготных близнецов. Он позволяет определить соотносительную роль наследственности (генотипа) и среды в проявлении различных признаков, как нормальных, так и патологических. Позволяет выявить наследственный характер признака, определить пенетрантность аллеля, оценить эффективность действия на организм некоторых внешних факторов (лекарственных препаратов, обучения, воспитания).

Суть метода заключается в сравнении проявления признака в разных группах близнецов при учете сходства или различия их генотипов

Различают моно- и дизиготных близнецов.

Монозиготные близнецы развиваются из одной оплодотворенной яйцеклетки. Они имеют совершенно одинаковый генотип, т.к. имеют 100% общих генов. И если они отличаются по фенотипу, то это обусловлено воздействием факторов внешней среды.

Дизиготные близнецы развиваются после оплодотворения сперматозоидами нескольких одновременно созревших яйцеклеток. Близнецы будут иметь разный генотип и их фенотипические различия будут обусловлены как генотипом, так и факторами внешней среды.

Процент сходства группы близнецов по изучаемому признаку называется конкордантностью, а процент различия дискордантностью. Так как монозиготные близнецы имеют одинаковый генотип, признак развивается у обоих близнецов, то конкордантность их выше, чем у дизиготных. Сравнение монозиготных близнецов, воспитывающихся в разных условиях, позволяет выявить признаки, в формировании которых существенная роль принадлежит факторам среды, по эти признакам между близнецами наблюдается дискордантность, т.е. различия.

Для оценки ли наследственности и среды в развитии того или иного признака используют формулу Хольцингера:

С МЗ - С ДЗ

Н = --------------------- х 100 Е = 100 - Н

Н - роль наследственности, Е - роль среды

По мере разработки теоретических основ близнецового метода постепенно сформировался особый раздел этих исследований - метод контроля по партнеру. Позволяет оценить лечебный эффект новых фармакологических средств при разных способах введения, исследовать фазы их действия, показать различия фармакокинетики новых и старых препаратов). Метод используется для предрасположенности к различным заболеваниям: ИБС, язвенная болезнь, ревматизм, инфекционные болезни, опухолей.

IV . Популяционно-статистический метод

С его помощью изучают наследственные признаки в больших группах населения, в одном или нескольких поколениях Он позволяет определять частоту встречаемости в популяции различных аллелей гена и разных генотипов по этим аллелям, выяснить распространение в ней различных наследственных признаков, в том числе заболеваний. Он позволяет изучать мутационный процесс, роль наследственности и среды в возникновении болезней, особенно с наследственной предрасположенностью. Существенным моментом использования этого метода является статистическая обработка полученных данных на основе закона генетического равновесия Харди - Вайнберга.

Математическим выражением закона служит формула (рА+qа) 2 где р и q частоты встречаемости аллелей А и а соответствующего гена. Раскрытие этой формулы дает возможность рассчитать частоту встречаемости людей с разным генотипом и в первую очередь гетерозигот - носителей скрытого рецессивного аллеля: р 2 АА + 2рq + q 2 аа.

Однако перед тем как говорить о практическом применении этих формул, следует отметить условия возникновения равновесия генотипов в популяциях:

1) Наличие панмиксии, т.е. случайный подбор супружеских пар

2) Отсутствие притока аллелей, вызываемого мутационным давлением

3) Отсутствие оттока аллелей, вызываемого отбором.

4) Равная плодовитость гетерозигот и гомозигот

5) Поколения не должны перекрываться во времени

6) Численность популяции должна быть достаточно большой.

Известные генетики отмечают, 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 оказывается вполне пригодным для анализа генетической структуры популяций.

Пример……..

Например, гомозиготы по гену НbS в Беларуссии практически не встречаются, а в странах Западной Африки частота их варьирует от 25% в Камеруне до 40% в Танзании. Изучение распространения генов среди населения различных географических зон (геногеография) дает возможность установить центры происхождения различных этнических групп и их миграции, определить степень риска появления наследственных болезней у отдельных индивидуумов.

V . Метод дерматоглифики и пальмоскопии (дактилоскопии)

В 1892 г. был предложен Гальтонов в качестве одного из методов исследования генетики человека - Это метод изучения кожных гребешковых узоров пальцев и ладоней, а также сгибательных ладонных борозд. Указанные узоры являются индивидуальной характеристикой человека и не изменяются в течение его жизни, восстанавливаются после повреждений (ожогов).

Пример (Гальтон, Джоконда)

Сейчас установлено, что признак наследуется по полигенному типу и большое влияние на характер пальцевого и ладонного узоров оказывает мать через механизм цитоплазматической наследственности.

Метод нашел широкое применение в криминалистике, идентификации зиготности близнецов, установлении отцовства. Характерные изменения данных узоров наблюдаются при некоторых хромосомных болезнях (с-м Дауна, Клайнфельтера, Шер.-Тернера).

VI . Биохимические методы

Позволяет изучать наследственные заболевания, обусловленные генными мутациями - причины болезней обмена веществ (фенилкетонурия, серповидно-клеточная анемия). С помощью этого метода описано более 1000 врожденных болезней обмена веществ, для многих из них выявлен дефект первичного генного продукта. Наиболее распространенными среди этих заболеваний являются болезни связанные с дефектностью ферментов, структурных, транспортных или иных белков.

Метод основан на изучении активности ферментных систем: либо по активности самого фермента, либо по количеству конечных продуктов реакции, катализируемой данным ферментом.

Дефекты ферментов определяют путем определения содержания в крови и моче продуктов метаболизма, являющихся результатом функционирования данного белка. Дефицит конечного продукта, сопровождающийся накоплением промежуточных и побочных продуктов нарушенного метаболизма, свидетельствует о дефекте фермента или его дефиците в организме.

С помощью биохимических нагрузочных тестов можно выявлять гетерозиготных носителей патологических генов, например, фенилкетонурии. Обследуемому человеку вводят внутривенно определенное количество аминокислоты фенилаланина и через равные промежутки времени определяют его концентрацию в крови. Если человек гомозиготен по доминантному гену (АА), то концентрация фенилаланина в крови довольно быстро возвращается к контрольному уровню, а если он гетерозиготен (Аа), то снижение концентрации фенилаланина идет вдвое медленнее.

Аналогично проводятся тесты, выявляющие предрасположенность к сахарному диабету, гипертонии и другим болезням.

VII . Методы рекомбинантной ДНК

Позволяют анализировать фрагменты ДНК, находить и изолировать отдельные гены и сегменты генов и устанавливать в них последовательность нуклеотидов. К данному методу относиться метод клонирования ДНК. Термин «клонирование» означает, что ген клонирован, специальными приемами выделен, изучена его структура, клонирование гена означает также, что известен белок, синтез которого контролируется соответствующим геном. На основе клонированных генов создаются «геномные библиотеки» и международные банки данных, Любой специалист в мире может практически беспрепятственно войти в эти банки данных и воспользоваться для исследовательских целей собранной там информацией. Данные геномных библиотек широко используются при реализации программы «геном человека». (Коллекция фрагментов ДНК из всего генома)

Благодаря достигнутым успехам в рамках этой программы появилась возможность реально оценить функции генов в организме человека. Хотя более чем для четверти генов информация пока недоступна, для двух третей генов она или полностью установлена, или может быть примерно указана. Также была получена исключительно интересная информация о вовлеченности генов в образование и функционирование отдельных органов и тканей человеческого тела. Оказалось, что самое большое число генов необходимо для формирования мозга и поддержания его активности, а самое маленькое для создания эритроцитов - всего 8 генов. Эти сведения помогут разобраться в генетических программах развития и функционирования организма человека, в причинах возникновения раковых заболеваний и старения. Выявление молекулярных основ заболеваний поможет перевести на новый уровень методы их ранней диагностики, а значит, вести более утонченно и успешно борьбу с заболеваниями. Такие методы, как, например, адресная доставка лекарств к пораженным клетки, замещение больных генов здоровыми, и многие другие становятся частью арсенала современной медицины.

VIII . Методы генетики соматических клеток

С помощью этих методов изучают наследственность и изменчивость соматических клеток, что в значительной мере компенсирует невозможность применения к человеку гибридологического метода.

Культуры соматических клеток человека получают из материала биопсий (периферическая кровь, кожа, опухолевая ткань, ткань эмбриона, клетки из околоплодной жидкости).

В генетике человека используют следующие четыре метода.

1. Простое культивирование - клетки пригодны для цитогенетических, биохимических, иммунологических и др. исследований.

2. Клонирование - получение потомков одной клетки. Дает возможность проводить в генетически идентичных клетках биохимический анализ наследственно обусловленных процессов.

3. Селекция соматических клеток с помощью искусственных сред используется для отбора мутантных клеток с некоторыми свойствами, отбор гибридных клеток. Метод широко используется для изучения генных мутаций (механизмы, спонтанная и индуцируемая частота).

4. Гибридизация соматических клеток основана на слиянии совместно культивируемых клеток разных типов. При введении в культуру клеток РНК-сод. Вируса Сендай инактивированного при облучении ультрафиолетом - частота гибридизации значительно повышается. Гетерокарионы -2 ядра разных клеток в одной цитоплазме. После митоза образуются две одноядерные клетки - синкарионы - настоящая гибридная клетка, содержащая хромосомы обеих исходных клеток. В дальнейшем происходит постепенное удаление хромосом того организма, клетки которого имеют более медленный темп размножения.

Утрата хромосом носит случайный характер и поэтому среди большого числа гибридов всегда можно найти клетку, сохранившую какую-нибудь одну хромосому человека.

Используя подходящую селективную систему, можно отобрать клетки с определенной ферментативной активностью и локализовать ген этого фермента на конкретной хромосоме.

Метод используется для изучения проблемы сцепления и локализации генов.

Можно изучать механизмы первичного действия и взаимодействия генов, регуляцию генной активности. Метод позволяет широко изучать патогенез наследственных болезней на биохимическом и клеточном уровне.

IX . Создание моделей наследственных болезней человека с помощью трансгенных

животных.

Биологическое моделирование наследственных болезней представляет собой большой раздел экспериментальных биологии и генетики. Принцип биологического моделирования генных мутаций основан на законе гомологичных рядов в наследственной изменчивости, открытом Н.И.Вавиловым. У животных встречаются мутации, вызывающие такой же патологический эффект, как и у человека (мыши, кролики, собаки, хомяки, мыши). Среди наследственных аномалий у животных встречаются такие заболевания как, гемофилия, ахондроплазия, мышечная дистрофия, сахарный диабет и многие другие, составляющие основу наследственной патологии человека.

Методы основаны на введении чужеродных генов в клетки зародышей.

Как и всякая модель мутантные линии трансгенных животных не могут полностью воспроизвести наследственное заболевание, поэтому моделируются какие-то определенные фрагменты с целью изучения первичного механизма действия генов, патогенеза заболевания разработки принципов его лечения.