Основы медицинской генетики. Человек как объект генетики. Медико-генетические исследования

Генетика человека изучает явления наследственности и изменчивости в популяции людей, наследование нормальных и патологических признаков, влияние генетическое конституции на возникновение и развитие заболеваний. Объектом медицинской генетики является человек. Основоположником был советский ученый Бачков. Перед смертью он издал учебник «Медицинская генетика». По мнению ученых, один из лучших учебников.

Человек – сложная система для генетических исследований. У человека большие размеры генома 3* 10^9, большое число групп сцепления – 23, и значительное наследственное разнообразие. Если допустить, что каждая пара хромосом только по паре аллелей, то и тогда гетерозиготные особи могут давать 8 388 608 потенциально отличающихся гамет. Много полигенных и мультифакториальных признаков. Сложный характер экспрессии нормальных и патологических признаков, что затрудняет процесс идентификации их генов. Невозможность использования гибридологического метода основанного на скрещивании организмов с последующим анализом полученного потомства. У человека большая продолжительность жизни, и, как следствие, медленная смена поколений. Продолжительность жизни одного поколения равна примерно 25-30 годам. Минимальный период жизни до наступления половой зрелости составляет 13-15 лет, что позволяет проследить одному исследователю лишь 2-3 поколения. Сюда же относится большая фенотипическая изменчивость людей, как отражение генетического разнообразия. Не смотря на все это, человек является одним из наиболее изученных генетических объектов. Отсутствие эксперементальных скрещиваний компенсируется возможностью анализировать большое число семей и выявлять характер наследования интересующих признаков. Успешно развиваются методы гибридизации культивируемых соматических клеток человека. Клонирование генов человека, что позволяет проводить генетический анализ клеток. Все это имело очень важное значение до завершения программы GENOME, которая занесла коррективы во все разделы генетики. В рамках завершившихся ислледований, по международной программе GENOME, (В настоящее время рук. Фрэснис Коллинс, общий инициатор Джеймс Уотсон). В настоящее время существует множество дочерних программ. Программа GENOME, в которой работали ученые разных стран, составила генетические карты многих хромосом, и определили, что у человека 60-70 тыс. генов.

В генетике человека различают понятия наследственности и наследуемости. Наследственность – свойство организмов обеспечивать структурную и функциональную преемственность между поколениями. Под наследованием понимают передачу генетической информации от одного поколения организмов к другому. Самый старый метод – клинико-генеалогический. Человек, с которого составляется родословная называется пробанд. При анализе родословной можно выяснить характер наследования заболевания и тип нас ледования. У человека выясняют следующие типы моногенного наследования:

1. Аутосомно-доминантные

2. Аутосомно-рецессивные

3. Сцепленные с полом

В настоящее время успешное применение методов биохимии, физиологии, морфологии, а также интесивное развитие методов ДНК-диагностики, позволяет быстро и эффективно диагностировать различные формы наследственной патологии человека. Первый метод, который будет использоваться – биохимический.

Биохимический метод является основным в диагностике многих моногенных болезней, приводящих к нарушению обмена веществ, энзимопатии и т.д. Объекты диагностики – биологические жидкости: кровь, моча, пот, амниотическая жидкость. С помощью данного метода можно определить в биохимических жидкостях продукты метаболизма, ферменты, холестерин, глюкозу и т.д. Практически во всех случаях, биохимическая диагностика включает два уровня: первичный и уточняющий. Целью первичного уровня диагностики является исключение здоровых индивидов из дальнейшего обследования. Для этого используется два вида программ диагностики: массовые и селективные. Массовые программы применяют для диагностики у новорожденных таких заболеваний как фенилкетонурия, врожденный гипотериоз, а дальше можно перечислять для здравоохранения США (у них 14 болезней определяют при рождении). Для диагностики фенилкетонурии, кровь новорожденного берут на 3-5 день после рождения. Капли крови помещают на хромотографическую или фильтровальную бумагу и посылают в лабораторию для определения фенилаланина. Для определения врожденного гипотериоза в крови ребенка на 3 день после рождения определяется уровень тироксина. Просеивающая программа массовой диагностики наследственных болезней применяется не только среди новорожденных. Они могут быть организованы для выявления тех болезней, которые могут быть распространены в определенных популяциях. Например, в США, организована просеивающая биохимическая программа по выявлению носителей идиотии Тай-Закса среди евреев. Причина идиотии – родственные браки. На Кипре и Италии организована биохимическое исследование гетерозиготных носителей талассемии. Селективные диагностические программы – программы, которые предусматривают проверку биохимических аномалий обмена у пациентов с подозрением на генные наследственные болезни. В селективных программах используются простые качественные реакции (фенилкетонурия определяется на мокрую пеленку хлорид железа(3), или тест с динитрофенилгидразином, выявление кетокислот в моче). С помощью тонкослойной хроматографии мочи и крови. В результате этого анализа можно обнаружить нарушение обмена аминокислот и мукополисахаридов. Широкое применение биохимический метод нашел в пренатальной врожденной диагностике врожденных пороков развития (ВПР). Биохимические методы включают: определение альфа-метапротеоина. Эти методы просеивающие для выявления дефекта невральной трубки, т.к. при этом дефекте повышается альфа-метапротеина.

Более современным является цитогенетический метод. Цитогенетический метод, основанный на изучении количества и структуры хромосом в норме и при патологии. Показания:

1. Пренатальная диагностика плода в семьях, отягощенных заболеваниями, сцепленными с Х-хромосомой,

2. Недифференцированная олигофрения,

3. Привичные выкидыши и мертворождения.

4. Множественные ВПР у младенцев

5. Бесплодие у мужчин. (Причина в нездоровом образе жизни)

6. Нарушение менструального цикла у женщин

7. Перинатальная диагностика у женщин старше 35 лет.

Данный метод стал применяться в медицинской практике с 1956 года, когда Тио и Леван определили, что кариотип человека 46 хромосом. Первая классификация хромосом, предложенная в Денвере, заложила основу норму оценки патологии человека, но наиболее современной считается международная система цитогенетической номенклатуры хромосом человека (ISCN). Она принята в Вашингтоне 1995. Согласно данной номенклатуре, в хромосоме длинное плечо обозначается (р), а короткое (q). В каждом фрагменте пронумерованы последовательно от центнромеры к теломере. Участки и эу- и гетерохроматина окрашены по-разному. Объектами исследования для цитогенетического исследования служат метафазные хромосомы, которые можно изучать с помощью прямых и непрямых методов. Прямые методы – методы получения препаратов делящихся клеток без культивирования. Их используют для изучения клеток костного мозга и клеток опухолей. В дородовой диагностике стали применяться методы изготовления прямых препаратов хромосом из клеток ворсин хориона. Эти клетки получают при трансабдоминальной хорион-биопсии. Под контролем УЗИ прокалывают стенку живота и матки, и берут часть хориона.

Непрямые методы - методы получения препаратов хромосом из культивированных в искусственных питательных средах, например, при культивировании лимфоцитов переферической крови. С помощью непрямых методов проводится кароитипирование, определение количества и качества хромосом, генетический пол организма, диагностику геномных мутаций и хромосомных аберраций. Определяется синдром Дауна (трисомия 21 хромосомы), Синдром Патау 3х 13. Синдром Эдвардса 3х 18. Синдром кошачьего крика (делеция 5 хромосомы). Синдром Вольфа- Хиршхорна (частичная делеция 4 хромосомы). Для изучения половых хромосом, в частности У хромосомы проводят в красителях, в частности иприт под УФ микроскопом. Это очень эффективный метод, т.к. под излучением У-хромосома – ярко подсвеченная точка в клетке. Число светящихся телец равно числу У хромосом в организме. Окончательный диагноз хромосомной болезни выставляется только после исследования кариотипа. Экспресс-метод определения – телец Бара. Берется буккальный соскоб со слизиостой оболочки ротовой полости, и далее определеяется тельце Барра. Цитогенетический метод для пренатальной диагностики наследственных заболеваний. Кроме хорион-биопсии, проводят амниоцентез, когда забирают амниотическую жидкость с клетками кожи плода, а затем клеточный материал исследуют на хромосомные аберрации и геномные мутации, а также пол плода. Молекулярно-генетические методы. Программа GENOM позволила определить не только заболевание человека, но и показать возможности развития болезни, и возмонжости развития больных детей. Генетический паспорт разрабатывается только в США (паспорт, где будет указываться весь геном человека). В 21 векее будет проходить превентивная медицина (возможности развития болезна). Методы ДНК-диагностики позволяют осуществлять точную доклиническую (до симптомов) диагностику заболеваний, проводить пренатальную диагностику болезней. ДНК-диагностика может быть проведена на самых ранних этапах развития плода, независимо от клинических проявлений болезни. Этот метод, подчас, является решающим для решения вопроса о судьбе конкретной беременности. Например, проводят, кордоцентез. Под контролем УЗИ берут кровь из пуповины плода, и проводят исследования, в т.ч. и молекулярно-генетические. В настоящее время берут кровь из вены матери, и определяют возможность развития заболевания. Молекулярно-генетические методы предназначены для выявления особенностей в структуре ДНК. У каждого человека во всех соматических клетках струтктура ДНК абсолютно идентична. Чаще всего выделяют ДНК из лейкоцитов периферической крови и клеток ворсин хориона. Программа GENOME позволяет определять специфические нуклеотидные последовательности ДНК и РНК. На основании программы GENOME, по которой известна первичная структура нормального и мутантного аллеля искомого гена, то для обнаружения повреждений, используется в практике диагностики наследственных болезней. Кроме ДНК-технологий находят свое применение для расшифровки генома человека методы в судебной медицине. Весь спектр методов изучения генетики человека широко используется для диагностики и профилактики наследственных патологий в медико-генетических консультациях. Несмотря на наличие заболевания, вопрос о прерывании беременности решает женщина. Диагностика для будущих пар проводится в МГЦ. Главная цель генетического консультирования – предупреждение рождения больных детей с тяжелыми и плохо поддающимися лечению заболеваниями, которые приводят к физической или психической неполноценности. Это главная цель. Задачи медико-генетического консультирования:

1. Ретро- и проспективное консультирование семей и больных с наследственной и врожденной патологией

2. Пренатальная диагностика врожденных и наследственных заболеваний ультразвуковыми, цитогинетическими, биохимическими, и молекулярно-генетическими методами.

3. Помощь врачей различных специальностей в постановке диагноза наследственного или врожденного заболевания

4. Объяснение пациенту и его семье в доступной форме о величине риска иметь больное потомство, и оказание им помощи в принятии решения.

5. Ведение территориального регистра семей и больных с врожденной и наследственной патологией и их непосредственное наблюдение

6. Пропаганда медико-генетических знаний среди населения. Чаще всего за консультацией в МГЦ обращаются семьи, в которых уже есть больные дети с наследственными или врожденными заболеваниями, и родителей беспокоит вопрос дальнейшего деторождения. Или, обращаются семьи, в которых один из супругов болен, и родителей интересует прогноз здоровья их будущих детей. или, обращаются пациенты, у которых больны ближайшие родственники. Кроме перечисленных случаев, доктор должен направить в МГЦ семьи при следующих показаниях: наличие аналогичных заболеваний или симптомов у нескольких членов семьи. Первичное бесплодие супругов, первичное невынашивание беременности, отставание в умственном и физическом развитии, рождение ребенка с ВПР, первичная аминорея, особенно в сочетании с недоразвитием вторичных половых признаков (это может быть синдром Морриса), наличие кровного родства между супругами. Консультации по поводу прогноза здоровья потомства можно азделить на две группы:

1. Проспективное конспектирование

2. Ретроспективное консультирование

Проспективное консультирование – это консультирование супружеских пар до рождения ребенка, или молодых людей до вступления в брак. Показания самые разные. Ретроспективное консультирование – консультирование семей, в которых уже имеется больной ребенок. Медико-генетическое консультирование можно разделить на три этапа:

1. Уточнение диагноза заболевания. Для этого тщательно обследуют пациента и его родственников. Применяют цитогенетические, биохимические, и другие специальные методы исследования.

2. Определение генетического прогноза для потомства. Установив диагноз наследственного заболевания, закономерности его передачи, и определив, является ли данная патология следствием новой мутации, или возникла как результат скрытого носительства патологической мутации, проводят расчет риска повторного рождения больного ребенка.

3. На третьем, заключительном этапе консультирования, обратившимся за консультацией в МГЦ, знакомят с генетическим прогнозом для потомства, и дают им соответствующие рекомендации.

Генетический риск – до 5% расценивается как низкий, и не является противопоказанием деторождения. Риск от 6-20% принято считать средним. В этом случае, рекомендации относительно планирования дальнейших беременностей зависят от тяжести наследственного или врожденного заболевания, и возможности его пренатальной диагностики. Генетический риск свыше 20% относится к категории высокого риска, и при отсутствии методов пренатальной диагностики соответсвтвующей патологии, дальнейшее деторождение в семье не рекомендуется. Таким образом, давая заключение, необходимо учитывать не только величину риска рождения больного ребенка, но и тяжесть заболевания, эффективность его лечения, возможности пренатальной диагностики. Учитывая комбинацию этих признаков в каждом конкретном случае, дается оптимальный совет. Необходимо объяснять родителям случайность распределения генов и отсутствие их вины в рождении больного ребенка, а также сообщить им, что вероятность появления аномалий во время каждой беременности 4-6% (это общий популяционный риск). Давая свои рекомендации семье, врач не имеет права настаивать на воздержании от деторождения прерыванием беременности, или о необходимости супругов расстаться. Все решения дальнейшего планирования семьи принимаются только супругами.