Методы исследования хромосом
Для изучения кариотипа используется специальный метод — световая микроскопия разно окрашенных метафазных хромосом культивируемых лимфоцитов периферической крови.
Этот анализ используется для диагностики различных хромосомных заболеваний. Позволяет выявить такие нарушения, как:
- Грубые изменения кариотипа — изменение количества хромосом. Например, при синдроме Дауна в клетках ребенка имеется дополнительная хромосома под номером 21.
- Наличие в организме клеток с разным кариотипом. Это явление называется мозаицизмом.
- Хромосомные аберрации — нарушение структуры хромосом, внутрихромосомные и межхромосомные перестройки. К ним относятся делеции (потеря части хромосомы), дупликации (удвоение части хромосомы), инверсии (поворот части хромосомы на 180 градусов), транслокации (перенос части одной хромосомы на другую).
Однако с помощью исследования кариотипа не все генетические нарушения можно выявить. Он не может обнаружить такие изменения, как:
- микроделеции и микродупликации, когда очень маленький участок хромосомы теряется или дублируется;
- заболевания обмена веществ, вызванные нарушением последовательности «букв» генетического кода в отдельных генах;
- митохондриальные заболевания, связанные с нарушением генетического материала митохондрий;
- низкий процент мозаицизма, когда очень мало клеток с нерегулярным кариотипом;
- мутации в отдельных генах, не приводящие к изменению внешнего вида хромосом;
- эпигенетические нарушения, при которых структура хромосом и генов не изменяется, но изменяется их функция.
Для получения дополнительной информации, невидимой под световым микроскопом, используется анализ хромосомных микрочипов (CMA). Его можно использовать для изучения всех клинически значимых частей генома и выявления изменений количества и структуры хромосом, особенно микротрещин (микроделеций и микродупликаций).
При анализе хромосомных микрочипов используется технология полногеномной амплификации и гибридизации экспериментальных фрагментов ДНК с нанесенными на микрочип олигонуклеотидами. Проще говоря, ДНК сначала копируется, и ее необходимо изучить, чтобы увеличить ее количество, а затем она смешивается со специальными ДНК-микрочипами, которые помогают обнаруживать различные аномалии.
Этот метод позволяет выявить делеции и дупликации участков ДНК по всему геному. Разрешение стандартного HMA составляет 100 000 пар оснований — «букв» генетического кода (в некоторых регионах 10 000 пар оснований.).
С помощью HMA вы можете идентифицировать:
- изменение количества хромосом;
- дупликации и делеции, включая микродупликации и микроделеции;
- отсутствие гетерозиготности — потеря одной из двух копий гена. Это явление важно в онкологии, при импринтинговых заболеваниях (когда активность гена зависит от того, от какого родителя он происходит), аутосомно-рецессивных заболеваниях (связанных с рецессивными генами — об этом мы поговорим позже), близкородственных браках;
- гомогенная дизомия, когда в геноме ребенка присутствуют две хромосомы от одного из родителей.
Однако, как и предыдущий метод, анализ хромосомных микрочипов имеет некоторые ограничения. Это не позволяет идентифицировать или ограничивается выявлением аномалий, таких как:
- сбалансированные хромосомные аномалии, когда в хромосомах происходят изменения, не приводящие к добавлению или потере генетического материала. К ним относятся инверсии (поворот участка хромосомы на 180 градусов), реципрокные транслокации (обмен участками между хромосомами), небольшие вставки (вставки в хромосомы);
- мозаицизм, если клеток с нарушениями кариотипа меньше 15%;
- CNV (копия числа вариаций) — повторения небольших участков генома;
- точечные мутации — замена отдельных «букв» генетического кода;
- расширение (увеличение) повторов коротких участков ДНК;
- аномалии метилирования — присоединение к определенным участкам ДНК особых метильных групп, изменяющих активность генов.
Мутации в генах и заболевания, к которым они способны приводить Мутации – это изменения, которые происходят в ДНК как случайным образом, так и под действием разных факторов, например химических веществ, ионизирующих излучений. Они могут затрагивать как отдельные «буквы» генетического кода, так и большие участки генома. Мутации происходят постоянно, и это основной двигатель эволюции. Чаще всего они бывают нейтральными, то есть ни на что не влияют, не приносят ни вреда, ни пользы. В редких случаях встречаются полезные мутации – они дают организму некоторые преимущества. Также встречаются вредные мутации – из-за них нарушается работа важных белков, наоборот, происходят достаточно часто. Генетические изменения, которые происходят более чем у 1% людей, называются полиморфизмами – это нормальная, естественная изменчивость ДНК Полиморфизмы ответственны за множество нормальных отличий между людьми, таких как цвет глаз, волос и группа крови. Все внешние признаки и особенности работы организма, которые человек получает от родителей, передаются с помощью генов. Это важнейшее свойство всех живых организмов называется наследственностью. В зависимости от того, как проявляются гены в тех или иных признаках, их делят на две большие группы. Доминантные гены. Выражаясь простым языком, эти гены более «сильные». Если в клетках присутствует хотя бы одна копия такого гена, его признаки проявятся. Рецессивные гены «слабее» доминантных. Если у человека одна копия гена доминантная и одна рецессивная, – проявится признак доминантной. А для проявления рецессивного признака нужно две соответствующих копий. Например, карий цвет глаз у человека является доминантным. Поэтому у кареглазых родителей с высокой вероятностью родится кареглазый ребенок. Если у одного из родителей глаза карие, а у другого голубые, то вероятность рождения кареглазых детей в такой семье тоже высока. У двух голубоглазых родителей, скорее всего, все дети тоже будут голубоглазыми. А вот у кареглазых родителей может родиться ребенок с голубыми глазами, если у обоих есть рецессивные «гены голубоглазости», и они достанутся ребенку. Конечно, это упрощенная схема, потому что за цвет глаз отвечает не один, а несколько генов, но на практике эти законы наследования зачастую работают. Аналогичным образом потомству могут передаваться и наследственные заболевания. Как выявляют рецессивные мутации?
Для выявления рецессивно передаваемых мутаций используются многочисленные исследования.
Секвенирование по Сэнгеру — это метод секвенирования (определение нуклеотидной последовательности, буквально — «чтение» генетического кода) ДНК, также известный как метод терминации цепи. Анализ используется для подтверждения выявленных мутаций. Это лучший метод определения коротких тандемных повторов и секвенирования отдельных генов. Метод может обрабатывать только относительно короткие последовательности ДНК (до 300-1000 пар оснований) за раз. Однако самый большой недостаток этого метода — большое количество времени, которое требуется для его выполнения.
Если неизвестно, какая мутация должна быть идентифицирована, используются специальные панели.
Панель поиска — проверка на наличие некоторых мутаций, включенных в список конкретной панели поиска. Анализ позволяет одновременно выявить несколько мутаций, которые могут привести к генетическим заболеваниям. Анализ позволяет составлять мутации в панели на основе частоты появления (панели скрининга, направленные на выявление носителя патологической мутации, которая часто встречается в конкретном регионе или в конкретной закрытой популяции) и в соответствии с пораженным органом или система органов (панель «Патология соединительной ткани»). Но у этого анализа есть и ограничения. Анализ не выявляет хромосомных аберраций, мозаицизма и мутаций, не включенных в панель, митохондриальных заболеваний и эпигенетических нарушений.
Не все семьи могут контролировать все возможные рецессивные заболевания. Тогда на помощь приходит секвенирование экзома: тест для определения генетических повреждений (мутаций) в ДНК путем изучения в одном тесте практически всех участков генома, кодирующих белки, изменения в которых вызывают наследственные заболевания.
Секвенирование следующего поколения-NGS — Определение нуклеотидной последовательности в геномной ДНК или агрегате информационной РНК (транскриптоме) путем амплификации (копирования) многих коротких участков генов. Это разнообразие фрагментов генов в конечном итоге охватывает весь набор генов-мишеней или, если необходимо, весь геном.
Анализ выявляет точечные мутации, вставки, делеции, инверсии и перестройки в экзоме. Анализ не выявил серьезной реструктуризации; мутации числа копий (CNV); мутации, участвующие в трехаллельном наследовании; мутации в митохондриальном геноме; эпигенетические эффекты; большие тринуклеотидные повторы; рецессивные X-ассоциированные мутации у женщин с заболеваниями, связанными с нерегулярной инактивацией X, фенокопией и гомогенной дизомией, а также гены со сходными по структуре псевдогенами могут не распознаваться.
Как появилась генетика поведения и зачем в XX веке стерилизовали людей с низким IQ
— Поведенческая генетика — по крайней мере, в некотором смысле близком к современному — считается изобретением в 19 веке англичанина сэра Фрэнсиса Гальтона — врача, изобретателя, рыцаря и двоюродного брата Чарльза Дарвина.
Гальтон был настоящим ученым (человек универсальный — о «Карт») — он много путешествовал, изучал климатологию, метеорологию, биостатистику, психологию и открыл первую в мире антропометрическую лабораторию. Но, кроме того, именно он под впечатлением Дарвина «Происхождение видов» выдвинул гипотезу о том, что не только у животных, но и у людей все виды черт — от роста до умственных способностей — явно наследуются.
Одной из самых важных работ Гальтона была «Наследственный гений», в которой он проанализировал генеалогию британского высшего сословия, английских судей, известных военачальников (от Александра Великого), ученых (цитирующих всю родословную Дарвина, но исключая его самого) выдающиеся выпускники Кембриджа и, например, борцы на севере Англии. В результате он пришел к выводу, что дети из исключительных семей гораздо чаще добиваются успеха в жизни, чем дети из нормальных семей.
Продолжая изучать индивидуальные особенности человека и их развитие, ученый сформулировал основные принципы новой науки — евгеники (учение об отборе человечности, учитывающем устранение «дефектов» в пуле генетики людей и людей улучшение врожденных качеств будущих поколений — прим. «Карт»). Связь Гальтона генетики поведения и евгеники с более поздними формами евгенических теорий, которые, например, поддерживали нацистскую идеологию, позже дискредитировала науку (как раннюю евгенику, так и генетику) на долгие годы.
Однако именно после Гальтона мы перешли от идеи о том, что ничто не передается по наследству (на протяжении веков психологи и педагоги предполагали, что формирование личности полностью определяется окружающей средой и образованием), к идее, что все передается по наследству способности и характер человека полностью предопределены и могут быть точно предсказаны. Результатом этого стало, например, то, что программы обязательной стерилизации для «инвалидов» были одобрены на уровне штата: например, в Северной Каролине с 1929 по 1974 год она проводилась по умолчанию для всех людей с IQ ниже. 70 — и теперь мы понимаем, что результаты тестов IQ не показывают ничего, кроме способности проходить тесты IQ.
Отныне и на протяжении большей части 20-го века поведенческая генетика в основном является примером действительно плохой науки. Псевдонаучные аргументы, необоснованно связывающие гены и поведение, использовались в различных случаях для оправдания антисемитизма, несуществующего интеллектуального превосходства одних рас над другими, воображаемых гендерных различий в сексуальном самовыражении и поведении родителей и т.д.
Черты характера и привычки, передающиеся по наследству
Родительские гены определяют не только внешность ребенка. Ученые считают, что интеллектуальные способности тоже могут передаваться по наследству. Конечно, немаловажную роль в этом играет образование и воспитание ребенка. Художественный вкус, креативность, музыкальность и другие качества также переходят от родителей к ребенку. Что еще передается по наследству: темперамент, мимика, тембр голоса.
К сожалению, наследование — это не только положительные черты. Считается, что ребенок может унаследовать от папы и мамы склонность к алкоголизму, агрессии, фобиям, страхам и суицидальным наклонностям. Правильное воспитание, благоприятная атмосфера, в которой растет ребенок, и родительская забота позволяют нейтрализовать генетические влечения негативного характера.
Здоровье «по наследству»
Описано более 3500 заболеваний человека, обусловленных наследственностью. Ученым известны конкретные гены, «виновники» развития болезни, их мутации и типы нарушений, приводящие к развитию болезни. Унаследованы от родителей: дальтонизм, сахарный диабет 1 типа, витилиго, наследственная кардиомиопатия, фенилкетонурия, бронхиальная астма, муковисцидоз, шизофрения и т.д.
Наследственность — это ещё не всё
Чем больше люди узнают о генах и влиянии наследственности на здоровье, тем чаще они начинают приписывать почти любую возникающую проблему генам, но даже это неверно. Даже если одно и то же заболевание проявлялось в семье в течение нескольких поколений, это не означает, что будущий ребенок обязательно унаследует его и, если так, болезнь может не проявиться.
В медицинских центрах будущим родителям предлагают пройти специальные тесты, помогающие выявить генетические патологии, но врачи предупреждают, что ни один тест не может дать стопроцентного результата. Многое также будет зависеть от образа жизни, который будет вести человек. При неблагоприятных условиях могут активироваться «поврежденные» гены, а здоровый образ жизни, правильное питание и соблюдение рекомендаций врачей могут гарантировать долгие годы полноценной жизни.
В любом случае хорошее наследие — это только часть успеха. Фундамент важен, но в будущем нам придется отвечать за свое здоровье самим. Усилим мы его или, наоборот, ослабим, во многом будет зависеть только от нас.
Читайте также: Массаж скребком Гуаша: как правильно делать