Методы медицинской генетики

В последние годы, несмотря на возможности близнецового метода для понимания роли наследственности и среды, он не имеет столь широкого практического применения, как ранее. Это обусловлено появлением более  точных современных методик, дающих однозначный ответ относительно генетической предрасположенности к конкретному заболеванию.

Принцип близнецового метода прост и заключается в сравнении  моно- и дизиготных близнецов. Близнецы - потомство, состоящее из одновременно родившихся особей у одноплодных млекопитающих (человека и животных). Монозиготные близнецы развиваются из одной оплодотворенной яйцеклетки и имеют 100% общих генов, т.е. выявляемые между ними различия не связаны с наследственным фактором. Дизиготные близнецы развиваются из разных яйцеклеток, оплодотворенных разными спермиями. Они имеют 50% общих генов, как обычные сибсы, но, благодаря одновременному рождению и совместному воспитанию имеют общие средовые факторы, следовательно, степень их различия определяется степенью несходства генотипов. Результатом сравнения этих двух групп близнецов является расчет показателей соответствия (конкордантности) и несоответствия (дискордантности), а также вычисление частоты возникновения заболевания /признака в каждой группе близнецов.

Таким образом, близнецовый  метод включает следующие этапы⁸:

1) составление выборки, 

2) определение типа зиготности,

3) собственно оценка результатов сопоставления пар.

Близнецовый метод считается  достаточно объективным и чувствительным. Однако имеется ряд трудностей связанных, во-первых, с относительно низкой частотой рождения близнецов в популяции (1,1-1,2 % всех рождений). Из них одна треть приходится на монозиготных близнецов, а две трети - на дизиготных. Однако в связи с несколько повышенной смертностью среди близнецов, по сравнению с таковой у одиночно рожденных, доля близнецов среди населения составляет всего 0,9 %. Это осложняет подбор достаточного количества пар с исследуемым признаком. Во-вторых, сложности возникают с идентификацией монозиготности близнецов.

Идентификацию близнецов  лучше проводить через несколько  лет после рождения, так как  в детском возрасте некоторые  признаки недостаточно отчетливо выражены. В акушерской практике тип близнецов  определяется по количеству (одна, две) околоплодной оболочек и плацент. Монозиготные близнецы, как правило, однополые, и  если они развиваются в общем  хорионе, то монозиготность доказана. Используются также методы, основанные на иммунологической идентичности близнецов по эритроцитарным антигенам и по сывороточным белкам. Наиболее достоверный критерий монозиготности предоставляет трансплантационный тест с применением перекрестной пересадки кожи близнецов.

Близнецовый метод используется для выяснения наследственной обусловленности  признаков и хорошо демонстрирует  взаимоотношения между генотипом  и внешней средой. С помощью  этого метода удалось оценить  значимость генетической предрасположенности  к многим заболеваниям, пенетрантность, экспрессивность и условия проявления тех или иных видов патологии. Близнецовые данные оказываются полезными для количественной оценки степени генетической детерминированности отдельных признаков, в связи с чем, близнецовый метод можно считать одним из важных методов количественной генетики.

При составлении выборки  необходимо соблюдать ряд условий⁹:

1) обязательно обследовать  обоих членов близнецовой пары (из выборки исключаются пары  в случае невозможности обследования  одного из близнецов);

2) иметь статистически  достаточное количество пар близнецов,  причем соотношение пар близнецов  NDZ/NMZ должно совпадать с таковым  для изучаемой популяции, так  как и процент многоплодия,  и указанное соотношение варьируют  у разных рас и народов. Рассчитать  количество ди- (NDZ) и монозиготных (NMZ) пар достаточно легко:

а) NDZ = 2 х (количество разнополых пар), так как рождение однополых  и разнополых дизиготных близнецов  равновероятно, отсюда NMZ = NDZ + Mz - NDZ;

б) или по формуле Вайнберга

3) учитывать соответствие  возраста и пола близнецов  в сравниваемых выборках. Для  установления типа зиготности можно использовать следующие методы¹⁰:

метод оценки количества плодных  оболочек (плаценты и хориона) и метод  полисимптомного сходства, предложенный Сименсом и Фершуером в 1924 г. и основанный на сравнении партнеров по внешним морфологическим признакам. Но самым надежным диагностическим тестом является метод оценки частоты встречаемости моногенных полиморфных признаков, впервые примененный Смитом и Пенроузом при анализе зиготности близнецов по группам крови. Для установления типа зиготности этим методом можно использовать анализ эритроцитарных и лейкоцитарных антигенов, белков сыворотки крови, ПДРФ-маркеров, восприятие вкуса фенилтиокарбамида, а также содержание различных веществ в слюне, моче, поте. Сущность этого метода заключается в вычислении по теореме Байеса вероятности дизиготности и монозиготности пары близнецов одного пола при наличии у них одинаковых маркеров. Вероятность наличия у дизиготных близнецов одинаковых показателей в n-системах, равна произведению вероятностей по каждому тесту (Pd = Pdl x Pd2 x Pdn), а то, что они монозиготны - Рт = (1 — Pd). Результаты расчетов вероятностей встречаемости признаков показали, что сходство дизиготных близнецов по пяти локусам от двух гетерозиготных родителей ожидается лишь в 1,4%.

Оценка результатов сопоставления  пар включает расчет конкордантности пар, а также доли наследственной обусловленности признака¹¹.

Конкордантность (С) — показатель идентичности близнецов пары по определенному признаку; соответствует доле сходных (конкордантных) по изучаемому признаку пар среди обследованных пар близнецов для каждой группы).

Дискордантность (D) по признаку, как правило, рассчитывается для дизиготных близнецов, как доля дискордантных (т.е. признак выявлен только у одного из двух партнеров) по изучаемому признаку пар среди всех обследованных дизиготиых пар близнецов или по формуле:

DDZ=100%-CDZ.

Аналогично можно рассчитать и дискордантность для монозиготных близнецов.

Существуют таблицы конкордантности близнецов по различным признакам и заболеваниям, составленные эмпирически. Чем больше наследственная компонента, тем больше различаются по конкордантности моно- и дизиготные близнецы. Для определения доли наследственной обусловленности признака рассчитывается коэффициент наследуемости (Н) по формуле Хольцингера:

Н = ( Кмз- К дз) / 100 – Кдз х 100%

С = 1- Н

Кмз - коэффициент конкордантности монозиготных близнецов по изучаемому признаку

 Кдз - коэффициент конкордантности дизиготных близнецов по изучаемому признаку

 С – доля среды в формирование изучаемого признака.

Если Н > 0,7 (70%), то решающая роль в проявлении признака принадлежит  наследственным факторам, если показатель Н находится в интервале 0,3—0,7 (30—70%), то на проявление признака оказывают  влияние как наследственные, так  и внешнесредовые факторы с тем или иным преимуществом. Основная роль факторов внешней среды в проявлении признака предполагается, если Н < 0,3 (30%).

В таблице 1 представлена величина коэффициента конкордантности по нормальным и патологическим признакам для монозиготных (МБ) и дизиготных (ДБ) близнецов.

 

Таблица 1 - Величины коэффициента конкордантности по нормальным и патологическим признакам для монозиготных (МБ) и дизиготных (ДБ) близнецов (по Вельтищеву Ю.Е, 2001)

Признаки	МЗ	ДЗ	Признаки	МЗ	ДЗ
Цвет глаз, волос	99,5 97,0	28,0 23,0	Туберкулез	66,7	23,0
Форма губ, ушей	100,0 98,0		Ревматизм	47,3	17,3
Папиллярные линии	92,0	40,0	Воспаление среднего уха	30,1	9,9
Срок начала ходьбы Склонность к занятиям спортом	67	29,9	Косолапость Врожденный вывих бедра	45,5 41,4	18,2 2,8
Сходство мимики	89,6	3,7	Корь	97,4	95,7
Маниакально-депрессивный психоз	73,1	15,2	Коклюш	97,7	92,0
Шизофрения	67,0	12,1	Ветряная оспа	92,8	89,2
Эпилепсия Сахарный диабет	60,8 84,0	12,3 37,0	Скарлатина	56,4	41,2

 

Близнецовые исследования, (определение коэффициента наследуемости  и конкордантности пар) сыграли значительную роль при изучении генетики поведения, многих инфекционных и, так называемых, мультифакториальных заболеваний.

Довольно часто в генетике человека используется не классический близнецовый метод, а его модификации, например, для изучения возможностей улучшения определенных характеристик  интеллекта путем психологической  тренировки — метод контроля по партнеру, для исследования сахарного  диабета - метод близнецовых семей. Наследование психологических особенностей личности и интеллекта удобно анализировать  на разлученных близнецах, которые  были разделены в младенческом или  раннем возрасте и воспитывались  раздельно, не имея влияния общей  среды и специфического взаимодействия между собой¹².

Однако не всегда возможно получить достоверные данные при  изучении признаков близнецовым методов, это связано с систематическими различиями между близнецами и не близнецами по ряду признаков (по массе, частоте врожденных аномалий, индексу IQ) и психологическими и социальными особенностями развития близнецов в постнатальный период. Эти факторы и являются ограничениями использования данного метода.

Таким образом, близнецовый  метод, также как и анализ родословной, позволяет установить наследственный характер признаков, и это единственный метод, выявляющий соотносительную  роль (удельный вес) генетических (наследственных) и средовых факторов в формировании признака. Несмотря на трудоемкость близнецового метода и возможность ошибок при определении монозиготности, высокая объективность выводов делает его одним из широко применяемых методов генетических исследований у человека.

 

3. Популяционно-статистический метод

 

Метод находит широкое  применение в клинической генетике, т.к. внутрисемейный анализ заболеваемости  неотделим  от  изучения  наследственной  патологии  как  в  станах  с  большим населением, так и в относительно изолированных популяционных группах.

Сущность метода заключается  в изучении (с помощью методов вариационной статистики) частот  генов  и  генотипов  в  различных  популяционных  группах,  что  дает  необходимую информацию о частоте  гетерозиготности и степени полиморфизма у человека¹³. В частности,  в гетерозиготном  состоянии в популяциях  находится значительное  количество  рецессивных аллелей, что обуславливает развитие различных наследственных заболеваний, частота которых зависит от  концентрации  рецессивного  гена  в популяции и значительно повышается  при заключении  близкородственных браков.  Мутации могут передаваться  потомству во  многих поколениях,  что приводит  к  генетической  гетерогенности,  лежащей в основе  полиморфизма популяций. 

Согласно  закону  Харди-Вайнберга в популяции  сохраняется  постоянное соотношение  чатоты  генотипов   из   поколения в поколение,  если  никакие факторы не нарушают это равновесие.

Формула Харди-Вайнберга:

P = p²+2pq + q², где

Р - частота, с которой встречается доминантный ген "А";

g- частота, с которой  встречается рецессивный аллель "а".

Сумма Р+g всегда равна 1.

Статистический  анализ  распространенности  отдельных  генов и контролируемых  ими признаков  в популяционных  группах позволяет определить  адаптивную ценность конкретных  генотипов.   Среди  людей  невозможно  найти  генетически  одинаковых  лиц (за  исключением монозиготных  близнецов,  для  которых  предполагается 100%  общих  генов),  хотя  общность генов хорошо прослеживается у близких и дальних родственников.

Проведение популяционных  исследований предполагает знание многих демографических характеристик  изучаемого региона:

- численность популяции; 

- уровень рождаемости  и смертности;

- возрастной структуры  населения; 

- национальный состав;

- географические условия  региона; 

- климатические характеристики  проживания популяции; 

- религиозные убеждения  и др.

Распределение наследственных заболеваний неравномерно среди  различных популяций, рас и народностей, поэтому знание частот генов и  гетерозиготного носительства имеет  большое значение не только для ранней диагностики наследственной патологии, но и разработки профилактических и лечебных мероприятий среди населения с учетом соответствующих генетических характеристик того или иного региона.

 

5. Дерматоглифический метод

 

Сущность  метода  состоит  в  анализе  кожных  узоров (рисунков)  на  ладонях  и  стопах¹⁴.

Метод  наиболее  информативен  при  хромосомных  синдромах, когда выявляются  дистальный осевой  трирадиус,  избыток дуг на  пальцах,  отсутствие  дистальной  межфаланговой складки, радиальные  петли на I, IV  и V  пальцах,  четырехпальцевая (обезьянья)  складка (при болезни Дауна на коже ладоней у ребенка отмечается в 40-60% случаев). 

В настоящее время метод  применяется в основном в судебной медицине.

 

4. Цитогенетический метод

 

Развитие современной  цитогенетики человека связано с  именами цитологов Д.Тио и А.Левана. В 1956 г. они первыми установили, что у человека 46 хромосом, что положило начало широкому изучению митотических и мейотических хромосом человека.