Современные проблемы медицинской генетики

 

1.6.Методы генетики  мутагенеза

 

Мутационный процесс у  человека, как и у всех других организмов, ведет к возникновению  аллелей и хромосомных перестроек, отрицательно влияющих на здоровье.

Генные мутации. Около 1% новорожденных  заболевают вследствие генных мутаций, из которых часть вновь возникшие. Темп мутирования различных генов в генотипе человека неодинаков. Известны гены, которые мутирует с частотой 10–4 на гамету на поколение. Однако большинство других генов мутируют с частотой, в сотни раз меньшей (10–6).

Хромосомные и геномные мутации  в абсолютном большинстве возникают  в половых клетках родителей. Один из 150 новорожденных несет хромосомную  мутацию. Около 50% ранних абортов обусловлено  хромосомными мутациями. Это связано  с тем, что одна из 10 гамет человека является носителем структурных  мутаций. Возраст родителей, особенно возраст матерей, играет важную роль в увеличении частоты хромосомных, а возможно, и генных мутаций.

Полиплоидия у человека встречается  очень редко. Известны случая рождения триплоидов – эти новорожденные рано умирают. Тетраплоидыобнаружены среди абортированных зародышей.

В настоящее время мутационный  процесс у человека характеризуется  тем, что протекает на фоне повышенной концентрации мутагенных факторов, созданной  производственной деятельностью самого человека. Важнейшая задача сегодняшнего дня – выявление мутагенных свойств  загрязнителей, особенно новых химических веществ (лекарств, пестицидов, пищевых  добавок, различных видов топлива  и т.д.), и разработка методов технологии, позволяющих предотвратить возникновение  опасных концентраций этих агентов. Одним из сильнейших мутагенов является радиация (ионизирующие излучения). Доказано, что не существует пороговой дозы ионизирующих излучений. Другими словами, индукция мутаций может быть достигнута при действии любых доз, а при  увеличении дозы пропорционально растет число мутаций. Мутагенным действием  на клетки человека обладают и некоторые  вирусы, причем даже в ослабленной  форме, которая используется для  приготовления вакцин. Известно также, что большинство мутагенов обладают и канцерогенными свойствами, то есть они могут индуцировать развитие злокачественных опухолей.

В то же время существуют факторы, которые снижают частоту  мутаций – антимутагены. К антимутагенам  относятся некоторые витамины–антиоксиданты (например, витамин Е, ненасыщенные жирные кислоты), серосодержащие аминокислоты, а также различные биологически активные вещества, которые повышают активность репарационных систем.

 

1.7.Популяционные  методы

 

Главными чертами человеческих популяций являются: общность территории, на которой живет данная группа людей, и возможность свободного вступления в брак. Факторами изоляции, т. е. ограничения свободы выбора супругов, у человека могут быть не только географические, но и религиозные  и социальные барьеры.

В популяциях человека наблюдается  высокий уровень полиморфизма по многим генам: то есть один и тот  же ген представлен разными аллелями, что приводит к существованию  нескольких генотипов и соответствующих  фенотипов. Таким образом, все члены  популяции отличаются друг от друга  в генетическом отношении: практически  в популяции невозможно найти  даже двух генетически одинаковых людей (за исключением однояйцевых близнецов).

В популяциях человека действуют  различные формы естественного  отбора. Отбор действует как во внутриутробном состоянии, так и  в последующие периоды онтогенеза. Наиболее выражен стабилизирующий отбор, направленный против неблагоприятных мутаций (например, хромосомных перестроек). Классический пример отбора в пользу гетерозигот – распространение серповидноклеточной анемии.

Популяционные методы позволяют  оценить частоты одних и тех  же аллелей в разных популяциях. Кроме того, популяционные методы позволяют изучать мутационный  процесс у человека. По характеру  радиочувствительности человеческая популяция генетически неоднородна. У некоторых людей с генетически обусловленными дефектами репарации ДНК радиочувствительность хромосом повышена в 5…10 раз по сравнению с большинством членов популяцией.

Размещено на Allbest.ru

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Классификация  наследственных заболеваний

 

Все заболевания, связанные  с наследственными факторами, в  зависимости от роли среды в развитии наследственных изменений условно  можно разделить на 3 группы:    

Наследственные  болезни прямого эффекта (болезни с высокой проявляемостью, при которых наследственные факторы имеют решающее значение). К ним относятся:

·        Хромосомные болезни – заболевания, возникающие в результате хромосомных мутаций;

·        Генные болезни – заболевания, вызываемые генными мутациями.     

Болезни с наследственной предрасположенностью – это заболевания, возникающие в результате соответствующей генетической конституции и наличия определенных факторов внешней среды. Только при воздействии средовых факторов реализуется наследственная предрасположенность.

Предрасположенность проявляется  в изменении нормы реакции  организма на действие факторов внешней  среды. Например, у лиц с наследственной предрасположенностью к сахарному  диабету изменена норма реакции  на такие обычные продукты как  крахмал и сахар. Эти соединения являются «чрезвычайным фактором», вызывающим тяжелое расстройство углеводного  и общего обмена веществ. Феномен предрасположенности особенно характерен для полигенных (многофакторных) болезней, таких как атеросклероз, гипертоническая болезнь, бронхиальная астма, шизофрения, язвенная болезнь желудка,  миопия, гиперметропия и др. Радикулит, шизофрения, вегетативная дистония, паралич лицевого нерва также могут быть результатом наследственной предрасположенности, проявившейся под влиянием внешних факторов: чрезмерных физических нагрузок, травм, инфекций и др. Но «фамильная склонность» к тем или иным болезням может и не проявиться, если своевременно прибегнуть к самым простым профилактическим мерам: закаливанию, занятиям физкультурой, наконец, вообще вести рациональный образ жизни, организовать здоровый режим труда и отдыха. Болезни с наследственным предрасположением определяются множественными генами, каждый из которых скорее нормальный, нежели патологический. Условно патологической является, пожалуй, их комбинация, а свое патологическое действие (или проявление) эта группа генов осуществляет во взаимодействии с определенными факторами внешней среды. 

Все это широко распространенные заболевания, которые вносят наибольший вклад в заболеваемость, инвалидизацию и смертность населения.  

Наследственные  заболевания, но опосредованные воздействием внешних факторов –болезни, развивающиеся непосредственно в процессе индивидуального развития, при которых ненаследственный фактор играет решающую роль.

К таким заболеваниям относятся подагра, психические  расстройства и др.

Статистика показывает, что в структуре наследственной патологии преимущественное место принадлежит заболеваниям, относящимся ко второй и третьей группам, то есть связанным с образом жизни и со здоровьем будущих родителей и матери в период беременности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Диагностика  генетических болезней.

 

Аристотель в своей  “Истории животных” упоминает о  возможности предсказать пол  неродившегося плода с помощью таких критериев, как учет стороны, на которой ощущается движение плода, или даже оценка общего состояния матери. В действительности только в сравнительно недавнее время были разработаны точечные методы для изучения плода человека in utero. В середине 1950-х годов несколько лабораторий почти одновременно сообщили, что пол плода может быть определен исследованием полового хроматина в клетках амниотической жидкости. Около 10 лет спустя несколько групп исследователей почти одновременно сообщили о том, что путем изучения клеток амниотической жидкости можно не только определить пол плода, но и, выращивая клетки в культуре, исследовать их хромосомы. Таким образом могут быть оценены особенности хромосом плода. Позднее Надлер (1968) показал, что культивируемые клетки амниотической жидкости могут быть также использованы для дородовой диагностики некоторых биохимических нарушений. Эти публикации проложили путь последующим исследованиям, в результате чего в последние 3-4 года в этой области достигнуты значительные успехи.

Методы, которые используются или могут быть полезны в дородовой  диагностике генетических болезней, можно разделить на те, при помощи которых изучают непосредственно  плод, и методы, по результатам которых  плод изучают косвенно, например, по изменениям в крови и моче матери:  

 

3.1. Методы дородовой  диагностики

 

Пренатальная (дородовая) диагностика Этим термином обозначают медицинские мероприятия, с помощью которых можно установить наличие заболевания у еще не родившегося плода. Столь раннее установление диагноза неоценимо при наличии у плода тяжелых болезней, которые не поддаются лечению и поэтому приводят к инвалидности или смерти ребенка после рождения. Чаще всего пренатальная диагностика направлена на выявление у плода наследственных заболеваний и пороков развития. Существуют различные виды пренатальной диагностики.

Инвазивные методы предполагают медицинское "вторжение" в полость матки. При этом забираются для исследований образцы околоплодных вод, хориона или плаценты, кровь из пуповины плода. К такого рода мероприятиям относятся биопсия хориона, амниоцентез, плацентоцентез и кордоцентез.

 Неинвазивные методы. При их проведении полость матки не затрагивается. Для исследования используют кровь беременной женщины (скрининг материнских сывороточных факторов), мазки из половых путей, а также проводят ультразвуковое сканирование плода, оболочек и плаценты. Более подробно суть этих исследований описана ниже. Пренатальная диагностика отвечает на главный вопрос, поднимаемый при медико-генетическом консультировании: болен плод или нет? В случае наличия у плода болезни родители тщательно взвешивают возможности современной медицины (с помощью врача-консультанта) и свои собственные в плане реабилитации ребенка. В итоге семья принимает решение о судьбе данной беременности: продолжать вынашивание или прервать? Задача врача - предоставить максимально полную информацию о данной болезни, возможностях ее лечения, прогнозе жизни и повторном риске (при последующих беременностях). Показания к проведению пренатальной диагностики устанавливает врач, решение же о ее проведении принимает опять-таки консультируемая семья. Вопрос об инвазивной диагностике решается индивидуально, в то время как безвредные неинвазивные исследования желательно производить у всех беременных женщин.

Биопсия хориона.Это инвазивный метод пренатальной (дородовой) диагностики. Суть метода такова: под контролем ультразвукового сканирования в канал шейки матки беременной женщины вводится тоненькая трубочка (катетер). Врач осторожно продвигает трубку по направлению к плодному яйцу. Перемещение трубки отслеживается на экране ультразвукового аппарата. После соприкосновения конца катетера с хорионом (так называют специальные ворсинки на конце пуповины, которые соединяют ее со стенкой матки), в него с помощью шприца насасывается очень небольшое количество хориональной ткани. Именно эта ткань (а не ткань собственно зародыша) исследуется в лаборатории разными методами. Есть еще один способ забора хориона: при этом образец ткани засасывают в шприц через длинную иглу, введенную в полость матки через брюшную стенку женщины. Естественно, тоже под контролем ультразвукового аппарата. Биопсия хориона дает возможность определять наличие синдрома Дауна и других хромосомных болезней у плода. Результаты получают в течение 3-4 дней после взятия материала. При наличии молекулярно-генетической лаборатории возможна диагностика генных болезней. Попутно можно определить и пол плода. 

Было установлено, что в материнском кровотоке имеется небольшое количество лимфоцитов, содержащих ХУ половые хромосомы, если развивается плод мужского пола. Какое значение имеют эти данные и могут ли они быть использованы в дородовой диагностике, еще не известно. Изучение продуктов обмена веществ в моче матери уже можно рассматривать с точки зрения их ценности в дородовой диагностике.

Методы исследования непосредственно  плода включают рентгенографию для  установления патологии скелета, амниографию, при которой контрастный материал вводится в амниотическую полость и очерчивает плаценту и мягкие ткани плода, и фетографию, когда используется контрастное вещество, имеющее сходство с vernix caseosa, и поэтому очерчивающее мягкие ткани плода. Такие методы, как сонография, с помощью которой можно также установить врожденные нарушения, и элекардиография плода, которая может быть использована в диагностике врожденной блокады сердца in utero, оказываются полезными только в поздние сроки беременности. Фетоскопия – новый прием, который позволяет производить раннее определение врожденных аномалий. Возможность биопсии амниотических оболочек или плаценты находится еще на этапе экспериментального изучения.

Наиболее широко исследуются  амниотическая жидкость и содержащиеся в ней клетки, получаемые путем  амниоцентеза обычно через переднюю брюшную стенку. Эта книга касается почти исключительно результатов подобных исслндований, направленных на дородовую диагностику наследственных болезней. 

Создание методов молекулярной диагностики на уровне генных мутаций  было революционным прорывом в области  обще и прикладной генетики. Классической основой современных молекулярно-генетических методов стала технология блот-гибридизации по (1975).

Основными методическими  приемами, используемыми при молекулярной диагностике, являются: получение (клонирование) зондов фрагментов ДНК с точно  установленными нуклеотидными последовательностями и меченых радиоизотопами или  флуоресцирующими соединениями; разрезание исследуемой молекулы ДНК (больного) на фрагменты с помощью ферментов  – рестриктаз; электрофоретическое разделение полученных фрагментов в геле; гибридизация исследуемых и разделенных в электрическом поле фрагментов и меченого ДНК-зонда; перенос гибридных фрагментов из геля на целлюлозу (что достигается путем “промокания” блоттинга) (to blot по - английски – промокать) количественный анализ интенсивности зон гибридизации методом аутодиографии или измерения флуоресценсии.

Так как количество доступной  для анализа ДНК может быть очень велико (например ДНК, выделенной из клеток амниотической жидкости или всего лишь из одной клетки), выход был найден, благодаря разработке полимеразной цепной реакции (polymerase chain rection или PCP), которая позволяет получить множество – до 1000 копий единственной молекулы ДНК. Это позволяет производить молекулярную диагностику на ДНК, полученной даже из единственной клетки эмбриона или выделенной из сперматозоида.