МЕДИЦИНСКАЯ ГЕНЕТИКА КАК НАУКА

Предмет и объект исследования медицинской генетики.
Предмет медицинской генетики - все формы проявления наследственных патологий человека.
Объект исследования медицинской генетики - человек.

Задачи медицинской генетики.
1. Изучение этиологии наследственных заболеваний.
2. Изучение патогенеза наследствен-ных заболеваний (от гена к фену).
3. Изучение особенностей клиничес-кого проявления наследственного заболевания: симптоматика, син-дромология, характер течения заболевания, сопутствующая патология.

Задачи медицинской генетики.
4. Разработка способов лечебной коррекции наследственной патоло-гии.
5. Разработка мероприятий по профилактике проявления наслед-ственных заболеваний у человека.

Введение
Из 1000 возможных зигот только 300 достигают логического завершения. Остальные 700 подвергаются элиминации на различных стадиях.
Из 300 беременностей 45 завершаются спонтанными абортами, 9 – мертворождением и 246 – живорождением.

Введение
В структуре детской смертности до 5 лет
- моногенные болезни составля-ют 10%,
- болезни мультифакториальной природы - 40%,
- хромосомные болезни - 3-6%,
- средовые воздействия - 44%.

Введение
В Курской области на 10000 новорожденных приходится 600-800 детей с наследственными болез-нями. Из них: у 280 детей - генные болезни, 140 детей - хромосомная патология, 200 детей - болезни с наследственной предрасположенно-стью, у 440 детей - врожденные пороки развития.

По взаимодействию наследствен-ности и средовых влияний выделяют следующие группы болезней:
1. Наследственные болезни, возник-новение которых обусловлено патологическим действием генов, причем, заболевания проявляются независимо от условий среды. Среда может влиять лишь на клиническую выраженность.

По взаимодействию наследствен-ности и средовых влияний выделяют следующие группы болезней:
2. Наследственные факторы являются ведущими в патогенезе заболевания, но для их проявления необходимо действие среды.
3. Этиологическим фактором является среда (например, травмы, отравления, инфекции и т.д.).

Исходя из вышеизложенного
Н.П. Бочковым предложена классификация всей патологии человека:
1. Генные болезни. Реализуются через нарушение метаболизма.
2. Хромосомные синдромы (хромосом-ные мутации и геномные аберрации).
3. Болезни с наследственной предрас-положенностью или мультифактори-альные (моногенные и полигенные).
4. Экзогении.

Клинико-генеалогический метод
метод родословных с прослежива-нием болезней или признаков среди родственников при помощи приемов клинического наблюдения.
Объект исследования – семья и ее родословная.
Сущность метода:
1. сбор генетического анамнеза;
2. построение родословной;
3. написание легенды;
4. анализ, генетическое заключение.

Клинико-генеалогический метод
- лицо мужского пола
- лицо женского пола
- пол неизвестен
- брак
- брак кровно-родственный
- сибсы
- монозиготные близнецы
- дизиготные близнецы

Клинико-генеалогический метод
- умерший
- самопроизвольный выкидыш
- медицинский аборт
- бездетный брак
- пробанд
! – лично обследованный

Клинико-генеалогический метод
Аутосомно-доминантный тип наследования

Клинико-генеалогический метод
Аутосомно-рецессивный тип наследования

Клинико-генеалогический метод
Х-сцепленный доминантный тип наследования

Клинико-генеалогический метод
Х-сцепленный рецессивный тип наследования

Клинико-генеалогический метод
Y-сцепленный тип наследования

Клинико-генеалогический метод
1. Для установления наследственного характера заболевания или признака (нозологические формы, количество пораженных родственников, их степень родства по отношению к пробанду).
2. Для определения типа наследования.
3. При анализе сцепления генов и картировании хромосом.
Показания:

Клинико-генеалогический метод
4. При изучении интенсивности мутаци-онного процесса.
5. При расшифровке механизмов вза-имодействия генов.
6. При медико-генетическом консульти-ровании.
Показания:

Анализ: Метод братьев и сестер (сибсов)
Клинико-генеалогический метод

Клинико-генеалогический метод
Анализ: Метод пробандов

Клинико-генеалогический метод
∑ R × (R-1) p × (1 - p) p1 - p
p = ——————; δ = √ —————; t = ———;
∑ R × (S-1) ∑ S δ
∑ A × (R-1)
p = ——————
∑ A × (S-1)
где S – число всех детей, R – число больных детей, А - число пробандов,
p - сегрегационная частота, δ - дисперсия, t - критерий Стьюдента, p1 - ожидаемая сегрегационная частота (для аутосомно-доминантного типа наследования - 0,5; для аутосомно-рецессивного - 0,25)
Математический анализ

Близнецовый метод
основывается на существовании двух типов близнецов - моно и ди-зиготных.
Монозиготные близнецы - есть результат расхождения бластомеров на самых ранних этапах антенатального развития, их генотипы имеют 100% сходство.
Дизиготные близнецы - результат формирования двух зигот и следовательно наследственность у них мало чем отличается от родных братьев и сестер (общих генов 50%).

Близнецовый метод
Монозиготные близнецы

Близнецовый метод
Дизиготные близнецы

Близнецовый метод
Тройня

Близнецовый метод
Сущность метода: любой признак - результат взаимодействия генотипа и среды, в которой происходит реализация генетической программы. E + G = 1 ,где Е - вклад среды, G - вклад наследственности. Сравниваем реализацию генетической программы с учетом действия средовых факторов среди моно и дизиготных близнецов.
В организме человека по характеру фенотипического проявления все признаки могут быть подразделены на качественные и количественные.

Близнецовый метод
Коэффициент наследуемости вычисля-ется по формулам для признаков: количественных качественных
(rмз - rдз) (Смз - Cдз)
H = ————— H = —————
(1 - rдз) (100 - Cдз)
- где r - коэффициент близнецовой корреляции у монозиготных и дизиготных пар.
- где С - показатель конкордантности (сходства признаков близнецов) отражает удельный вес в процентах близнецовых пар, конкордатных по данному признаку.

Близнецовый метод
Конкордантность у близнецов по ряду нозологических форм (В.П. Ефроимсон):

Популяционно-статистический метод
(обоснован Харди и Вайнбергом) позволяет оценивать частоты генотипов (в т.ч. патологических) и получать генетическую структуру популяции.
Объект исследования - популяция.
Основной закон - p+q =1,
(p+q)♀ x (p+q)♂ = 1
p2+2pq+q2=1 или АА+2Аа+аа=1
, где p - частота доминантного аллеля (А),
q - частота рецессивного аллеля (а),
2pq - частота гетерозиготных состояний (Аа)

Популяционно-статистический метод
Условия идеальной популяции:
1. Численность не менее 500 особей.
2. Популяция не должна испытывать влияния мутагенных факторов.
3. Популяция должна существовать относительно изолированно от остальных особей данного вида.
4. Гомо- и гетерозиготы должны быть одинаково плодовиты и жизнеспособны.

Популяционно-статистический метод
Пример: из 84000 детей, родившихся в течение 10 лет в родильных домах одного города, у 210 обнаружен патологический рецессивный признак, который проявляется только в гомозиготном состоянии.
Таким образом, частота проявления признака составляет
q2=210/84000=0.0025, q = 0.0025 = 0.05,
а доминантный аллель р = 1 – 0.05 = 0.95
Следовательно, частоты генотипов:
гомозиготы РР - р2=0.952=0.9025 (90.25%)
гетерозиготы Рq - 2рq=2*0.95*0.05=0.095
или 9,5%
гомозиготы qq - q2=0.052=0.0025 или 0.25%

Популяционно-статистический метод
Пример: в районе с населением 50000 человек при полной регистрации заболеваемости муковисцидозом обнару-жено 24 больных.
Муковисцидоз – аутосомно-рецессивное заболевание, следовательно, его частота в популяции составляет q2=24/50000=0.00048
, а частота гена q= 0.00048= ~0.02, частота
доминантного аллеля р=1-0.02=0.98.
Исходя из вышеизложенного частота гетерозигот по гену муковисцидоза в популяции 2рq=2*0.98*0.02=0.0392 (3.92%), - гомозигот q2=0.022=0.0004 или 0.04%

Цитогенетический метод
- метод исследования хромосомного набора человека.
Объект исследования – хромосомы.
Кариотип – число, размер, форма и структура хромосом.
Существуют прямой и непрямой методы исследования.

Цитогенетический метод
- анализ кариотипа в быстро делящихся клетках, чаще ⎯ в клетках хориона, костного мозга, опухолевых клетках.
Сущность: делают пункцию исследуемой ткани, к небольшому количеству полученного материала (от 5 мг ткани) добавляют гипотонический раствор для осмотического разрыва клеточной мембраны, вводят колхицин (для остановки митоза на стадии метафазы). Затем фиксируют смесью метанола с уксусной кислотой, готовят препараты, красят основным красителем.
Прямой цитогенетический метод

Цитогенетический метод
- проводят забор крови в количестве 5 мл., культивируют лимфоциты человека (при необходимости - амниоциты, клетки хориона) в смеси среды Игла (199) с сывороткой крупного рогатого скота и фитогемагглютинином (стимулятор клеточного деления) при темпе-ратуре 37о С на 48 - 72 часа. Добавляют колхицин, гипотони-ческий раствор, фиксируют, красят.
Непрямой цитогенетический метод

Цитогенетический метод
Дифференциальный способ C- и G-окрашивания хромосом позволил выделить гетеро- и эухроматиновые участки. Начали составляться карты хромосом по их неоднородности. При дифференциальной окраске применя-ют трипсин (в результате чего эухро-матиновые участки обесцвечиваются, а гетерохроматиновые остаются темными). На стадии метафазы анализируется более 200 сегментов (бендов), на стадии прометафазы - 850-1200 сегментов (сегмент -несколько миллионов пар оснований).

Цитогенетический метод

Цитогенетический метод

Цитогенетический метод

Цитогенетический метод

Цитогенетический метод
.

Цитогенетический метод

Цитогенетический метод
1. Подозрение на хромосомную болезнь по клинической симптоматике (для под-тверждения диагноза).
2. Наличие у ребенка множественных врожденных пороков развития.
3. Многократные (более двух) спонтан-ные аборты, мертворождения или рождения детей с врожденными пороками развития.
4. Нарушение репродуктивной функции неясного генеза у женщин и мужчин (первичная аменорея, первичное бесплодие).
Показания для обследования:

Цитогенетический метод
5. Существенная задержка умственного и физического развития у ребенка.
6. Наличие 5 и более дизморфий разви-тия (дисплазий).
7. Подозрение на синдромы, характери-зующиеся хромосомной нестабильно-стью.
8. Лейкозы (для дифференциальной диагностики, оценки эффективности лечения и прогноза течения).
9. Оценка мутагенных воздействий (радиационных, химических).
Показания для обследования:

Биохимический метод
Объект исследования – биологичес-кие жидкости, культуры клеток организма.
Выделяют три основных метода: качественный, полуколичественный, количественный.
Качественный метод используется для экспресс диагностики, для обнаружения того или иного метаболита.

Биохимический метод
Количественным методом определяют концентрацию аминокислот, транспорт-ных и структурных белков, липидов, углеводов, неорганических веществ в организме человека; оценивают активность ферментов. Этот метод позволяет оценивать количественное содержание биохимических продуктов.
Для своевременной диагностики гете-розиготного носительства и скрытых форм наследственных болезней обмена используются нагрузочные тесты.

Биохимический метод
1. высокоразрешающей жидкостной хроматографией,
2. газово-жидкостной хроматографией,
3. масс спектрометрией,
4. различными видами электрофореза,
5. радиоиммунным методом,
6. иммуноферментным анализом,
7. иммунофлюоресцентным анализом.
Количественный метод обеспечивается:

Биохимический метод
1. Выявление метаболического блока в организме человека через количественную характеристику мета-болитов и исследование кинетики метаболитов в организме.
2. Исследование измененных белков путем количественной оценки содержания белков, их функциональ-ной активности.
Стратегия проведения биохимических
исследований:

Биохимический метод
Автоматические анализаторы
белков и аминокислот

Биохимический метод
Аппаратура для электрофореза

Молекулярно-генетический метод
это группа методов, предназначенная для выявления вариаций в структуре ДНК вплоть до расшифровки первичной последовательности осно-ваний и локализации гена.
Объект исследования - ДНК

Молекулярно-генетический метод
Метод дает возможность диагностировать заболевания еще до их развития (например миопатия Дюшена развивается в юношеском, хорея Гентингтона - в зрелом возрасте). Позволяет обеспечивать ДНК диагностику мультифакториаль-ных болезней (например, сосудистых дистоний). Позволяет установить мутации, их локализацию, изменения, возникающие в ДНК и анализировать его первичный биохимический продукт.

1. Секвенирование - определение нуклеотидной последовательности.
а. химическое (метод Максама-Гильберта) - химическое расщепление ДНК по одному основанию;
б. дидезоксисеквенирование (метод Сенджера) - искусственно синтези-руют нужные цепи ДНК - меченные олигонуклеотидные праймеры, гибриди-зируют с однонитевой исследуемой ДНК с последующим электрофорезом в геле.
Группы молекулярно-генетичесих
методов:

1 этап - рестрикция ДНК на фрагменты. Используются специаль-ные ферменты - рестриктазы, разрывающие 2-цепочечную ДНК в пределах строго определенных для каждого фермента последователь-ностей (4-6 пар оснований).
2 этап - разделение фрагментов ДНК на поверхности агарозного или полиакриламидного геля, денатурация ДНК.
2. Блот-гибридизация по Саузерну
Группы молекулярно-генетичесих
методов:

3 этап - блоттинг или перенос ДНК на нитроцеллюлозный или нейлоно-вый фильтр в буферном растворе.
4 этап - гибридизация со специальными нуклеотидными последовательностями, меченными радиоизотопной, иммунологической или флуоресцентной меткой. Инкубация, отмывка, визуализация, анализ.
2. Блот-гибридизация по Саузерну
Группы молекулярно-генетичесих
методов:

Группы молекулярно-генетичесих
методов:
Блот-гибридизация по Саузерну

Группы молекулярно-генетичесих методов:
Сущность: использование термофиль-ной ДНК-полимеразы, выделенной из бактерий, живущих в горячих источниках, и поэтому устойчивой к действию высоких температур.
Этапы ПЦР:
а. Двунитевая ДНК переводится в однонитевую кратковременным нагревом до температуры 95 - 98 градусов.
б. Гибридизация ДНК с праймерами (температура 30 - 50 градусов).
3. Полимеразная цепная реакция

в. Синтез последовательностей, комплиментарных матричной ДНК (температура 60 - 70 градусов). г. Денатурация образовавшихся структур (температура 80 - 90 градусов).
д. Многократное повторение рассмотренного цикла.
3. Полимеразная цепная реакция
Группы молекулярно-генетичесих
методов:

Стадии ПЦР:
1. Амплификация или умножение определенного участка ДНК. В амплификационную смесь входят два олигонуклеотидных праймера-затравки (для начала и конца считывания), олигонуклеотиды, полимераза, буфер (25-30 циклов, один цикл длится до нескольких минут).
3. Полимеразная цепная реакция
Группы молекулярно-генетичесих
методов:

Стадии ПЦР:
2. Рестрикция ДНК на фрагменты.
3. Разделение фрагментов ДНК.
4. Визуализация и идентификация фрагментов ДНК.
3. Полимеразная цепная реакция
Группы молекулярно-генетичесих
методов:

Полимеразная цепная реакция

Полимеразная цепная реакция
ДНК-РНК амплификатор