Методы изучения наследственности человека. Презентация по биологии "Современные методы изучения человека" (8 класс) Цитогенетический метод исследования генетики человека презентация

Слайд 4

Примеры родословных

Слайд 5

Александра Фёдоровна Император Николай II Царевич Алексей Принц Чарльз Королева Великобритании Елизавета II здоровые возможные носители гемофилия здоровые Королева Виктория Испанская королевская семья

Слайд 6

Примеры родословных

Слайд 7

Генеалогический метод - не только даёт возможность объяснить появление нежелательного признака, но и служит целям диагностики степени риска в генетических ситуациях

Слайд 8

Близнецовый метод

Хотя с помощью генеалогического метода исследования можно выяснить много о характере наследования различных признаков у человека, нельзя четко ответить на вопрос: наследственна ли та или иная аномалия или она представляет собой модификационную изменчивость на определенные условия внешней среды?

Слайд 9

Близнецовый метод

Близнецы Неидентичные (разнояйцовые) Идентичные (однояйцовые) А Б

Слайд 10

Сходство однояйцевых и разнояйцевых близнецов (%)

Близнецовый метод дает возможность выяснить наследственную предрасположенность человека к ряду заболеваний.

Слайд 11

Цитогенетический метод

Основан на изучении хромосомного набора человека. В норме кариотип человека включает 46 хромосом – 22 пары аутосом и две половые хромосомы. Использование данного метода позволило выявить группу болезней, связанных либо с изменением числа хромосом, либо с изменениями их структуры. Такие болезни получили название геномных и хромосомных соответственно. Нерасхождение половых хромосом при мейозе, образование сперматозоидов с лишней половой хромосомой и без половой хромосомы.

Слайд 12

Чаще всего хромосомные болезни являются результатом мутаций, произошедших в половых клетках одного из родителей во время мейоза

Слайд 13

Распределение детей с синдромом Дауна в зависимости от возраста матери.

Слайд 14

Примеры геномных мутаций

Синдром Шерешевского-Тернера (45,ХО) наблюдается у женщин. Он проявляется в замедлении полового созревания, недоразвитии половых желез, отсутствии менструаций, бесплодии. Женщины с синдромом Шерешевского-Тернера небольшого роста, плечи широкие, таз узкий, нижние конечности укорочены, шея короткая со складками.

Слайд 15

Больные с синдромом Клайнфельтера (47,ХХУ) всегда мужчины. Они характеризуются недоразвитием половых желез, дегенерацией семенных канальцев, часто умственной отсталостью, высоким ростом (за счет непропорционально длинных ног).

Слайд 16

Популяционный метод

В основе этого метода лежат задачи изучения генетического состава человеческих популяций. Он позволяет выяснить распространение отдельных генов в человеческих популяциях. Популяционный метод выявляет долю индивидуальной изменчивости людей в пределах той или иной общности (популяции).

Слайд 17

Закон Харди-Вайнберга

Частота гомозиготных и гетерозиготных организмов в условиях свободного скрещивания при отсутствии давления отбора и других факторов (мутация миграции дрейф генов т.д.) остаётся постоянной, т.е. пребывает в состоянии равновесия. Закон Харди – Вайнберга устанавливает математическую зависимость между частотами генов и генотипов. p AA + 2pqAa + q aa = 1 2 2 Частота гена А Частота гена а

Слайд 18

Частота гена леворукости по лицею

Вычисления AA + 2Aa + aa = 1 p² + 2pq + q²= 1 aa = 13/230 ≈ 0,056 ≈ 5,6 % aa = a² , a = √aa ≈ 0,24 AA + 2Aa + aa = (a+A)² = 1 , A + a =1 A = 1-a , A = 1 – 0,24 = 0,76 AA ≈ 0,58 = 58% 2Aa = 1 – AA – aa = 1-0,056-0,58 = 0,364 = 36,4%

Слайд 19

Биохимический метод

Биохимический метод позволяет обнаружить нарушения в обмене веществ, вызванные мутациями генов и, как следствие, изменением активности различных ферментов. Наследственные болезни обмена веществ подразделяются на болезни: углеводного обмена (сахарный диабет), обмена аминокислот, липидов, минералов и др. (альбинизм, фенилкетонурия)

Слайд 20

Биохимический метод

Фенилкетонурия относится к болезням аминокислотного обмена. При этом блокируется превращение незаменимой аминокислоты фенилаланин в тирозин, и фенилаланин превращается в фенилпировиноградную кислоту, которая выводится с мочой. Заболевание приводит к быстрому развитию слабоумия у детей. Ранняя диагностика и диета позволяют приостановить развитие заболевания. Альбинизм. У альбиносов отсутствует фермент тирозиназы белок+медь

Слайд 21

Генетика человека - одна из наиболее интенсивно развивающихся отраслей науки. Она является теоретической основой медицины, раскрывает биологические основы наследственных заболеваний. Знание генетической природы заболеваний позволяет вовремя поставить точный диагноз и осуществить нужное лечение.

Посмотреть все слайды

Биохимический метод основан на изучении метаболизма. Этот метод широко применяется в диагностике наследственных болезней, обусловленных генными мутациями, и при выявлении гетерозиготных носителей заболеваний. С помощью биохимических методов открыто около 500 молекулярных болезней, являющихся следствием проявления мутантных генов. Эти методы отличаются большой трудоемкостью, требуют специального оборудования.

Обнаружение этих заболеваний происходит при помощи исследования биологических жидкостей (крови, мочи, амниотической жидкости) путем качественного или количественного анализа. Причиной этих болезней является изменение активности определенных ферментов. Биохимические исследования позволяют излечивать или компенсировать последствия заболевания с помощью дополнительного введения ферментов, не синтезирующихся в организмах больных. Одновременно из их рациона по возможности исключают продукты, которые не могут быть усвоены из-за отсутствия перерабатывающих ферментов

В последние десятилетия в разных странах разрабатываются и применяются для массовых исследований специальные программы: Первый этап такой программы состоит в том, чтобы среди большого количества обследуемых выделить предположительно больных, имеющих какое-то наследственное отклонение от нормы. Такая программа называется просеивающей, или скрининг-программой. Для этого этапа обычно используется небольшое количество простых, доступных методик (экспересс- методов).

Фенилкетонурия вызвана мутацией гена, расположенного в 12- й хромосоме, и характеризуется снижением активности фермента, превращающего аминокислоту фенилаланин в аминокислоту тирозин. Повышенная концентрация в крови фенилаланина сопровождается увеличением содержания других вредных для организма соединений. В результате гомозиготные по мутантному аллелю дети (около 0,01 %) при отсутствии диеты, исключающей продукты, содержащие фенилаланин, страдают умственной отсталостью.

«Наследственные синдромы и болезни» - Синдром Марфана болезнь Олбрайта дизостозы отосклероз пароксизмальная миоплегия талассемия и др. Полигенные болезни (мультифакториальные). Геномные мутации хромосомные мутации. Аутосомно-доминантные болезни. Геномные мутации. Моногенные болезни. http://l.foto.radikal.ru/0612/08e0016d1d34.jpg. Полигенные болезни не наследуются по законам Менделя.

«Врождённые заболевания» - Дизрупции. У большинства пациен-тов отсутствует одна Х-хромосома. На рис. с-м Патау. Медицинская генетика. Частная синдромология. Дисморфология. У пациентов с глубокой умственной отсталостью до 1% обнаруживается делеция 5р-. Врождённые пороки развития. Наследственное аутосомно-доминантное заболевание.

«Генетические болезни человека» - Мутации – наследственные изменения генетического материала. Генные болезни и аномалии. Наследственные болезни. Скажите, что такое человек. Укажите возможные генотипы родителей. Р: ХСХс х ХСУ G: ХС: Хс: ХС: У F1: ХСХС: ХСХс: ХСУ: ХсУ сын - дальтоник. Схема родословной. Мутации наследственные, т.е. стойко передаются из поколения в поколение.

«Синдром Корнелии Де Ланге» - . Со стороны координаторной сферы-мимопопадание с интецией при выполнении проб. Чаще всего отставание в интеллектуальном развитии соответствует олигофрении в степени имбецильности. При рентгенографии черепа нередко обнаруживаются явления внутричерепной гипертензии. IQ от 40 до 69. Отмечалось пассивное шевеление плода, ягодичное предлежание.

«Наследственные заболевания человека» - Ультразвук; Биопсия хориона; Амниоцетоз. Какие наследственные заболевания вам известны? В таких семьях наблюдается резкое повышение частоты наследственных заболеваний. Методы дородовой (пренатальной) диагностики. Известно около 2000 наследственных заболеваний и уродств. Нуклеотидная последовательность всех хромосом человека расшифрована.

«Хромосомные болезни» - Типичный пример кодоминирования - наследование групп крови системы АВ0 у человека. Использовал точные количественные методы для анализа данных. Частота встречаемости 1:1000 Кариотип – 47, XXY, 48, XXXY и др. Хромосомные. Н/р: Фенилкетонурия, Микроцефалия, Ихтиоз,Прогерия. Правила передачи наследственных признаков.

Всего в теме 30 презентаций

Методы изучения наследственности человека

Преподаватель Смирнова З. М.

Актуальность темы

Успешное применение методов медицинской генетики позволяет быстро и эффективно диагностировать различные формы наследственной патологии человека.

Методы изучения наследственности человека

Исследование генетики человека связано с трудностями, причины которых заключаются в

• невозможности экспериментального скрещивания;
• медленной сменой поколений;
• малым количеством потомков в семье;
• сложный кариотип;
• большое число групп сцепления.

Несмотря на все эти затруднения, генетика человека успешно развивается, благодаря следующим методам

- Генеалогический; - Популяционный;

- Цитогенетический; - Близнецовый;

- Биохимический; - Дерматоглифики.

- ДНК-диагностики;

Генеалогический или

метод составления родословных

Предложен в конце XIX века Ф. Гальтоном.

Метод позволяет выявить

• является ли данный признак наследственным

(по проявлению его у родственников);

• тип наследования заболевания (доминантный, рецессивный, аутосомный или сцепленный с полом),
• гомо- и гетерозиготность различных членов семьи;
• пенетрантность гена (частота его проявления);
• вероятность рождения ребенка с наследственной патологией (генетический риск).

Этапы генеалогического метода

• Сбор данных о всех родственниках обследуемого (анамнез):

- должны быть собраны данные не менее чем о трех поколениях;

- сбор сведений и построение родословной начинается с пробанда – лица, с которого начинается исследование семьи.

2. Построение родословной:

- с помощью стандартных символов делают графическое изображение;

- каждое поколение нумеруется римскими цифрами

слева.

3. Анализ родословной и выводы

Символы,

используемые при составлении родословных

Классификация типов наследования признаков при моногенном наследовании

Типы наследования

аутосомное

сцепленное с полом

Х- сцепленное

У- сцепленное

доминантное

рецессивное

доминантное

рецессивное

Анализ родословной

• Первая задача при анализе родословной – установление наследственного характера признака.
• Если в родословной встречается один и тот же признак (болезнь) несколько раз, то можно думать о его наследственной природе.
• После обнаружения наследственного характера признака необходимо установить тип наследования. Для этого используются принципы генетического анализа и различные статистические методы обработки данных многих родословных.

Основные признаки аутосомно – доминантного типа наследования (А-Д тип)

• Больные в каждом поколении;
• Больной ребенок у больных родителей;
• Проявление признака (болезни) наблюдается по вертикали и по горизонтали;
• Вероятность наследования 100 %, если один родитель гомозиготен;
• 75 %, если оба родителя гетерозиготны;
• 50 %, если один родитель гетерозиготен.

А а

А а

А а Х аа

А а

А а аа

А а

1 2 3 4 5 6 7 8

25% здоровые

75% больные

50% 50%

больные здоровые

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Основные признаки аутосомно –рецессивного наследования (А-Р тип)

• Больные не в каждом поколении;
• Больной ребенок (гомозигота) рождается у здоровых родителей (гетерозигот);
• Болеют в равной степени мужчины и женщины;
• Проявление признака (болезни) наблюдается по горизонтали;
• Вероятность наследования 25 % (если оба родителя гетерозиготны).

А а Х А а

А а А а

F 1

АА А а А а аа

больной

Х-сцепленный доминантный тип наследования

• Больные встречаются в каждом поколении;
• Поражаются и мужчины, и женщины, но больных женщин в 2 раза больше, чем мужчин;
• Больные женщины в среднем передают патологический аллель

50% сыновей и 50% дочерей;

• Больной мужчина передает патологический аллель всем дочерям и не передает сыновьям, поскольку последние получают от отца Y-

хромосому.

Примеры: рахит, резистентный к витамину Д

Темная эмаль зубов

Основные признаки Х-сцепленного рецессивного типа наследования:

• Больные появляются не в каждом поколении;
• Больной ребенок рождается у

здоровых родителей;

• Болеют преимущественно мужчины;
• Вероятность наследования:

у 25 % всех детей, в том числе

у 50 % мальчиков;

• Так наследуются у челов ека гемофилия, дальтонизм и др.

Наследование гемофилии в царских домах Европы

Королева Виктория

Англия

Алиса

Леопольд

Беатриса

Альфонсо-Морис XIII

Испания

Виктория- Евгения

Алек-сандра

Нико-лай II

Трематан Альфонсо

Испания

Вольдемар Генри

Прусия

Х- сцепленный рецессивный тип наследования

• Х-сцепленный рецессивный признак, у женского пола проявляется только при получении ими соответствующего аллеля от обоих родителей ( X h X h ) .

• У мужчин – X h Y он развивается при получении рецессивного аллеля от матери.
• Матери передают рецессивный аллель потомкам любого пола, а отцы – только «дочерям»

X h Y

X H X H

X H X h

X H Y

X H X H ; X H Y; X h X H ; X h Y

F 1

Доминантный ген (норма)

Доминантный ген

Х- сцепленный рецессивный ген

Здоровые

Носители

X h Y

X H Y;

X H Y ;

X h X H ;

X h X H ;

X h X H ;

X H X H

X H Y;

Основные признаки при У- сцепленном (голандрическом) наследовании

• Больные во всех поколениях;
• Болеют только мужчины;
• У больного отца больны все его сыновья;
• Вероятность наследования у мальчиков 100 %.
• Так наследуются у человека некоторые формы ихтиоза, обволошенность наружных слуховых проходов

(гипертрихоз) некоторые формы синдактилии,

перепонка между пальцами ног и др.

XX x XY Z

Признаки цитоплазматической

(митохондриальной) наследственности

• Признак передается потомкам только от матери;

• Мать, несущая признак, передает его всему по­томству;
• Признак одинаково часто встречается у представите­лей обоих полов.

Задание

Определить тип наследования

Цитогенетический метод

Проводится при подозрении на хромосомные нарушения.

Суть метода

заключается в микроскопическом изучении кариотипа (особенность строения и число хромосом), путем записи кариограммы.

Обычно хромосомы в клетках наблюдают во время митоза на стадии метафазной пластинки.

Объектом исследования служат

• клетки костного мозга,
• лимфоциты периферической крови,
• различные клетки эмбрионов.

Показания для цитогенетического обследования:

• множественные пороки развития (пороки рзвития головного мозга, опорно-двигательной системы, сердца и мочеполовой системы);
• умственная отсталость в сочетании с нарушениями физического развития;
• первичное бесплодие у мужчин и у женщин;
• привычное невынашивание беременности, особенно на ранних стадиях;
• нарушение полового развития;
• небольшая масса ребенка, рожденного при доношенной беременности.

Этапы исследования

• Культивирование клеток человека (чаще лимфоцитов) на искусственных питательных средах;

2) Стимуляция митоза фитогемагглютинином (ФГА);

3) Добавление колхицина (разрушает нити веретена деления) для остановки митоза на стадии метафазы;

4) обработка клеток гипотоническим раствором, вследствие чего хромосомы «рассыпаются» и лежат свободно;

5) простое и дифференциальное окрашивание хромосом;

6) изучение хромосом под микроскопом и фотографирование;

7) вырезание отдельных хромосом и построение идиограммы.

Центрифуга

Гипотонический раствор

Фиксация

Эритроциты

Отделение лейкоцитов

Окрашивание

Метод позволяет выявлять геномные и хромосомные мутации

• Кариотип больного обозначают следующим образом:

• количество хромосом,
• набор гетерохромосом,
• номер хромосомы,
• избыток (+) или нехватка (-) генетического материала.

• Например, болезнь Дауна у мальчика: 47,XY,21 + ;
• синдром кошачьего крика у девочки: 46,ХХ,5р-.

Цитогенетический метод

Исследование полового хроматина

• Ядра всех соматических клеток человека имеют 23 пары хромосом.

В норме у женщин кариотип – 46,ХХ, у мужчин – 46, XY.

• Из них 22 пары – аутосомы «работают» только попарно.
• Половые же хромосомы работают в единственном числе.

• Из двух Х-хромосом женщины одна полностью

инактивируется и находится в ядре в конденсированном

состоянии, в виде глыбок (М. Барр и Л. Бертрам в 1949г).

• Эти глыбки получили название «половой хроматин», «Х- хроматин» или «тельца Барра» – небольшое образование по краям ядра.

• В норме у женщин 10-30% клеточных ядер имеют тельце Барра,
• у мужчин в норме отсутствуют.

• Чаще всего для исследования берется соскоб эпителия с

внутренней поверхности щеки (буккальный соскоб).

• Изменение количества полового хроматина

свидетельствует об изменении количества половых хромосом.

• Определение полового хроматина используется как экспресс-метод при пренатальном и постнатальном определении пола и диагностике хромосомных болезней

Показания к исследованию полового хроматина

• наличие клинических признаков синдрома Шерешевского-

Тернера и синдрома Клайнфельтера;

• наличие признаков гермафродитизма;
• низкий рост у девочек, женщин (Х-хроматин);
• аменорея первичная и вторичная;
• высокий рост у мужчин (Y- и Х-хроматин).

Глыбки Х- хроматина

у женщин – норма: 46(ХХ)

у мужчин – синдром Клайнфельтера: 47(ХХУ)

Х- хроматин отсутствует

у мужчин – норма: 46(ХУ)

у женщин – синдром Шерешевского-Тернера: 45(ХО)

Глыбки Х-хроматина (тельца Барра)

в ядрах соматических клеток человека

Нормальный мужчина (XY)

или женщина с синдромом Шерешевского-Тернера (ХО)

Нормальная женщина (ХХ)

или мужчина с синдромом Клайнфельтера (ХХY)

Женщина с трисомией Х (ХХХ)

или мужчина с синдромом Клайнфельтера (ХХХY)

Женщина с полисомией Х (ХХХХ)

или мужчина с синдромом Клайнфельтера (ХХХХY)

FISH – флюоресцентная гибридизация –

цитогенетический метод, который применяют для определения положения специфической последовательности ДНК на метафазных хромосомах или в интерфазных ядрах in situ.

• Денатурация хромосомной ДНК и гибридизация с флуоресцентным зондом.
• Для определения участков хромосом, с которыми связались

флюоресцентные зонды, используют флюоресцентные микроскопы.

FISH – флюоресцентная гибридизация in situ (Fluorescence in situ hybridization)

 готовят ДНК-зонды – определенные по нуклеотидному составу

фрагменты ДНК, помеченные флюоресцирующим красителем,

 ДНК-зонд, находит в исследуемой хромосоме комплементарный

участок ДНК и присоединяется к нему;

 место присоединения ДНК-зонда определяется по специфическому

свечению при микроскопировании гистологических препаратов,

 объектом микроскопирования могут быть метафазные хромосомы и

хроматин ядер неделящихся клеток (интерфазные хромосомы);

 С помощью метода FISH можно определять локализацию генов в

хромосомах и все хромосомные аберрации.

ДНК-зонд

Флуоресцентная метка

Участок хромосомы, комплементарный зонду

FISH исследования интерфазных и метафазных хромосом с помощью ДНК-зондов

Биохимические методы

• Используются для:

- диагностики моногенных наследственных заболеваний с нарушением обмена веществ (энзимопатии);

- диагностики гетерозиготных состояний у взрослых.

• Биохимические методы позволяют выявить аномальные белки-ферменты или промежуточные продукты обмена, свидетельствующие о наличии болезни.

Показания для биохимического исследования:

• умственная отсталость, психические нарушения;

• нарушение физического развития – остановка роста, чрезмерное отложение жира или кахексия;
• судороги, рвота, повышенный или пониженный тонус мышц, желтуха;
• непереносимость отдельных пищевых продуктов и лекарственных препаратов, нарушение пищеварения;
• специфический запах мочи и пота у ребенка.

Биохимические методы

Объектами биохимической диагностики являются: кровь, моча, пунктаты костного мозга, амниотическая жидкость, сперма, пот, кал и др., с целью определения в биологических жидкостях активности ферментов

Биохимическая диагностика:

первичная уточняющая

Цель – исключение здоровых Цель – уточнение индивидов из дальнейшего диагноза заболевания.

обследования.

Используется Используется

массовый скрининг селективный скрининг

Массовая диагностика

• Массовые просеивающие программы применяют для диагностики у новорожденных таких заболеваний как

• фенилкетонурия,
• врожденный гипотериоз,
• муковисцедоз,
• галактоземия.

Например, для диагностики фенилкетонурии кровь новорожденных берут на 3-5 день после рождения. Капли крови помещают на хроматографическую или фильтровальную бумагу и пересылают в лабораторию для определения фенилаланина.

Для определения врожденного гипотиреоза в крови ребенка на 3 день жизни определяют уровень тироксина.

Селективная диагностика

Селективные диагностические программы предусматривают проверку биохимических аномалий обмена у пациентов с подозрением на генные наследственные болезни.

В селективных программах обычно используются более точные методы.

Например, с помощью тонкослойной хроматографии мочи и крови можно диагностировать наследственные нарушения обмена аминокислот и мукополисахаридов.

С помощью электрофореза гемоглобинов диагностируется вся группа гемоглобинопатий.

Жидкостная хроматография, масс-спектрометрия и др. позволяют идентифицировать любые метаболиты, специфические для конкретной наследственной болезни.

Биохимические методы

в пренатальной диагностике

Широкое применение нашел биохимический метод в пренатальной диагностике врожденных пороков развития.

Биохимические методы включают определение уровня альфа- фетопротеина, хорионического ганадотропина в сыворотке крови беременной.

Эти методы являются просеивающими для выявления врожденных пороков развития.

Например, при дефектах невральной трубки

повышается уровень альфа-фетопротеина.0

Молекулярно-генетические методы –

большая и разнообразная группа методов, предназначенная для выявления повреждений в структуре участка ДНК (гена, участка хромосомы) вплоть до расшифровки последовательности нуклеотидов.

Это наиболее точный метод диагностики моногенных наследственных заболеваний.

• В основе методов лежат генно-инженерные манипуляции с ДНК и РНК.
• Исходный этап молекулярно-генетических методов – получение образцов ДНК.
• Источником геномной ДНК – любые ядросодержащие клетки (лейкоциты, хорион, амниотические клетки).

ДНК-диагностика

Молекулярно-генетические методы (рекомбинантной ДНК) – позволяет обнаружить патологический ген в геноме):

• Образцы ДНК пациента под действием рестриктаз разрезаются на более короткие фрагменты.

• Полученные фрагменты разделяют электрофорезом в полиакриламидном геле на фракции, отличающиеся размером (молекулярной массой).
• Получение необходимого числа копий определенных фракций ДНК при помощи полимеразной цепной реакции (ПЦР).
• Тепловая денатурация размноженной фракции двухцепочечной ДНК на одноцепочечные фрагменты.
• Помещение этих фрагментов в среду с радиоактивным зондом (одноцепочечная ДНК, соответствующая патологическому гену).
• Если среди фрагментов ДНК имеется комплементарная зонду патологическая последовательность, то происходит образование двухцепочечной ДНК.
• Регистрация результата при помощи рентгеночувствительной пленки.