Генетика людини

3.3. Генеалогічний метод

Генеалогічний метод полягає у складанні родоводів та дослідженні успадкування окремих ознак у ряді поколінь. Він є одним із найбільш універсальних та використовуваних методів у генетиці людини. Генеалогічний метод дає змогу вирішити цілий ряд теоретичних та прикладних проблем:

• чи є дана ознака спадковою (по наявності її у родичів);
• тип і характер успадкування (домінантне чи рецесивне, аутосомне чи зчеплене зі статтю);
• зиготність осіб родоводу (гетерозиготні чи гомозиготні);
• частота або вірогідність фенотипічного прояву гена;
• вірогідність народження дитини зі спадковою патологією.

Генеалогічний метод складається із таких етапів: збору даних про всіх родичів обстежуваного, складання родоводу, аналізу родоводу та висновків.

3.3.1. Збір даних

Звичайно родовід складається за однією або декількома ознаками. Залежно від мети дослідження, родовід може бути повним або частковим, однак краще скласти якнайповніший родовід по висхідному, низхідному та бічним напрямам. Складність збору даних полягає в тому, що обстежуваний носій ознаки (пробанд) повинен добре знати своїх родичів та стан їх здоров’я по лінії матері та батька не менше як у 3 поколіннях, що зустрічається дуже рідко. Але опитування, як правило, недостатньо. Для деяких членів родоводу доводиться призначати повне медичне обстеження для уточнення стану їх здоров’я.

3.3.2. Складання родоводу

Для складання родоводів вживаються умовні позначення (мал. 20).

Мал. 20. Умовні позначення для складання родоводів

При цьому необхідно дотримуватися певних правил: складання родоводу починається з пробанда, кожне покоління зліва нумерується римськими цифрами, символи, що позначають особин одного покоління, розташовуються по горизонталі та нумеруються арабськими цифрами в порядку їх народження Основою родоводу є пробанд, з якого починається генетичне дослідження родини.

3.3.3. Аналіз родоводу

При аналізі родоводу перш за все визначається природа досліджуваної ознаки. Якщо ця ознака зустрічається у ряді поколінь, то можна вважати, що вона має спадкову природу. Після цього необхідно визначити тип успадкування ознаки. Для цього використовуються прийоми генетичного аналізу, а також різні статистичні методи обробки даних багатьох родоводів.

Розглянемо приклади генетичного аналізу родоводів з простими типами успадкування ознак – аутосомно-домінантним, аутосомно-рецесивним та зчепленим зі статтю.

Аутосомно-домінантний тип успадкування характеризується тим, що ген досліджуваної ознаки знаходиться в певній аутосомі і проявляється як в гомозиготному, так і в гетерозиготному стані. У родоводі він визначається такими властивостями: досліджувана ознака наявна в кожному поколінні, до того ж незалежно від статі, прояв ознаки спостерігається також по горизонталі – у братів та сестер (мал. 21).

Мал. 21. Родовід із аутосомно-домінантним типом успадкування (брахідактилія, або короткопалість)

Народження дітей з аутосомно-домінантною ознакою може мати таку вірогідність залежно від зиготності батьків за алелями, які контролюють ознаку:

• 100%, якщо хоча б один із батьків гомозиготний за домінантним алелем;
• 75%, якщо обоє батьків гетерозиготні;
• 50%, якщо один із батьків гетерозиготний, а інший – гомозиготний за рецесивним алелем.

Аутосомно-домінантні ознаки чітко проявляються лише за умови гомозиготності. У гетерозигот наявний проміжний фенотип за досліджуваною ознакою. Якщо це хвороба, то вона при гетерозиготності може проявлятися не в кожному поколінні.

При аутосомно-рецесивному типові успадкування ген досліджуваної ознаки розташований в аутосомі, а проявляє свою дію тільки в гомозиготному стані. Цей тип успадкування характеризується такими особливостями: досліджувана ознака наявна не в кожному поколінні, дитина з ознакою може народитися у батьків, які позбавлені цієї ознаки (гетерозиготні батьки), ознака зустрічається з однаковою частотою незалежно від статі та спостерігається по горизонталі (мал. 22).

Мал. 22. Родовід із аутосомно-рецесивним типом успадкування (альбінізм)

Вірогідність успадкування аутосомно-рецесивної ознаки залежно від зиготності батьків за алелями, які контролюють ознаку, може бути такою:

25%, якщо обоє батьків гетерозиготні;

50%, якщо один із батьків гетерозиготний, а інший гомозиготний за цим рецесивним алелем;

100%, якщо обоє батьків гомозиготні за рецесивним алелем.

У випадку спадкової хвороби аутосомно-рецесивного типу вірогідність успадкування звичайно складає 25%. Через тяжкість захворювання такі хворі або не доживають до настання статевої зрілості, або не одружуються.

Успадкування, зчеплене зі статтю, може бути Х-зчепленим домінантним, Х-зчепленим рецесивним та Y-зчепленим. Це означає, що ген, який контролює досліджувану ознаку, знаходиться в статевих хромосомах – Х або Y.

Х-зчеплений домінантний тип успадкування має такі властивості: жінок з такою ознакою в два рази більше, ніж чоловіків; ознака зустрічається в кожному поколінні; батько-носій ознаки передає її всім своїм дочкам, а синам не передає; мати-носій ознаки може передати її половині своїх дітей незалежно від статі; у дітей ознака проявиться тоді, коли її нестиме хоча б один із батьків; діти батьків, які позбавлені ознаки, теж не матимуть її. Прикладом такої ознаки може бути коричневе забарвлення емалі зубів (мал. 23).

Мал. 23. Родовід із Х-зчепленим домінантним типом успадкування (коричневе забарвлення емалі зубів)

Х-зчеплений рецесивний тип успадкування характеризується наступними властивостями: ознака наявна не в кожному поколінні; дитина з ознакою може народитися у батьків, позбавлених її; ознака проявляється переважно у чоловіків і, як правило, по горизонталі; батько, позбавлений ознаки, не є носієм алеля цієї ознаки і звичайно не передає її дочкам.

Розглянемо приклади цього типу успадкування.

Якщо одружуються жінка, позбавлена ознаки, та чоловік з ознакою, то всі їх діти будуть без ознаки. При цьому дочки одержать від батька Ххромосому з алелем ознаки (рецесивним) і будуть гетерозиготними носіями, бо другу Х-хромосому (з домінантним алелем) вони одержать від матері.

У чоловіка без ознаки та жінки-носія алеля ознаки вірогідність народження хлопчика з ознакою складає 50% від усіх хлопців та 25% від усіх дітей.

Вірогідність народження дівчаток з ознакою дуже мала і можлива лише тоді, коли батько має ознаку, а мати гетерозиготний носій гена ознаки. При цьому половина дівчат буде з ознакою, а друга половина нестиме алель в гетерозиготному стані.

Класичним прикладом успадкування ознак за Х-зчепленим рецесивним типом може бути хвороба гемофілія, яка характеризується посиленими кровотечами через недостатню кількість в організмі чинників згортання крові (мал. 24).

Мал. 24. Родовід із Х-зчепленим рецесивним типом успадкування (гемофілія)

Y-зчеплене успадкування. Y-хромосома людини містить зовсім небагато генів, які передаються від батька тільки синам. Таке успадкування називається голандричним. При цьому ознака наявна в усіх поколіннях і у всіх чоловіків.

Прикладом голандричного успадкування може бути успадкування гіпертрихозу (наявність волосся по краю вушних раковин; мал. 25).

Мал. 25. Родовід із Y-зчепленим типом успадкування (гіпертрихоз)

3.4. Близнюковий метод

Близнюковий метод – один з найбільш ранніх методів вивчення генетики людини, але він не втратив свого значення і в наш час.

Близнятами називаються одночасно народжені особини у одноплідних тварин (кінь, велика рогата худоба тощо) та людини. Близнята бувають монозиготними або дизиготними.

Монозиготні близнята розвиваються із однієї яйцеклітини, заплідненої одним сперматозооном, тому вони називаються також однояйцевими. Такі близнята однієї статі та генетично абсолютно однакові, але можуть відрізнятися по фенотипу, що зумовлюється дією чинників зовнішнього середовища. Монозиготні близнята мають однакові групи крові за системами AB0, MN, Rh та іншими, однаковий колір очей, однотипні візерунки на пальцях, а також лінії та візерунки на долонях тощо. Усі ці фенотипічні ознаки використовуються як критерії визначення зиготності близнят.

Дизиготні близнята розвиваються із двох одночасно дозрівши яйцеклітин, запліднених двома сперматозоонами, і тому вони називаються також різнояйцевими. Такі близнята можуть бути однієї статі чи різностатевими, але спадково настільки різними, як і діти цієї подружньої пари, що народилися в різний час.

На сьогодні в середньому на кожні 100 пологів припадає одне народження близнят. Демографи розрахували, що на Землі проживає близько 50 млн. пар близнят. Приблизно одну третину всіх близнят складають монозиготні, а дві третини – дизиготні. Кількість монозиготних близнят у різних регіонах земної кулі – величина відносно постійна з невеликими коливаннями (0,37– 0,40%). Це свідчить про те, що поява монозиготних близнят майже не залежать від умов зовнішнього середовища. Частота народження дизиготних близнят різна у різних країнах і має значні коливання: від 0,23% (Японія) до 2,23% (Південна Африка). Причини такої різниці невідомі, проте цей факт свідчить про вплив середовищних чинників. У старших за віком подружжях народження дизиготних близнят зустрічається частіше. Дослідження показали, що певну роль у народженні близнят має спадкова схильність до багатоплідної вагітності. Відомі випадки повторного народження близнят у одній сім’ї. Протягом останніх десятиріч кількість близнят, особливо дизиготних, знижується.

Людські близнята – цінний матеріал для вивчення важливої загальнобіологічної проблеми – ролі генетичних факторів та умов оточуючого середовища у розвитку ознак. У генетиці людини умовами середовища вважають сукупність біосферних та соціальних чинників.

Якщо досліджувана ознака наявна в обох близнюків однієї пари, то ця пара є конкордатною за даною ознакою. При співставленні монозиготних та дизиготних близнят визначають коефіцієнт парної конкордантності, який показує долю близнюкових пар, де досліджувана ознака проявилася в обох партнерів. Коефіцієнт конкордантності (C) виражається в процентах або в долях одиниці та визначається за формулою:

C = [Сn : (Сn + Dn)] ·100% (в процентах), C = Сn : (Сn + Dn) (в долях одиниці), де Сn – кількість конкордатних пар, Dn – кількість неконкордантних пар.

Порівняння парної конкордантності монозиготних та дизиготних близнят дає уявлення про співвідношення ролі генотипу та середовища у розвитку тієї чи іншої ознаки. Коли значення коефіцієнтів конкордантності монозиготних та дизиготних близнят близькі, то вважається, що розвиток ознаки визначається переважно умовами оточуючого середовища. Якщо ж ступінь конкордантності у монозиготних близнят вище, ніж у дизиготних, це свідчить про домінуючу роль генетичних факторів у розвитку ознаки. (Табл. 6).

Таблиця 6. Конкордантність (в %%) за деякими ознаками серед монозиготних (МБ) та дизиготних (ДБ) близнят людини

З наведеної таблиці видно, що, якщо один партнер має ту чи іншу ознаку (у тому числі захворювання), то вірогідність наявності цієї ознаки у іншого партнера у монозиготних близнюків значно вища, ніж у дизиготних. Цікаво також, що при захворюванні на одні інфекційні хвороби (кір, коклюш, вітряна віспа тощо) домінуюче значення мають інфекційні чинники (оточуюче середовище), а при захворюванні на інші (туберкульоз, ревматизм, запалення середнього вуха тощо) суттєвий вплив має генотип.

Для кількісної оцінки співвідношення впливу генотипу та середовища на досліджувану ознаку найчастіше користуються коефіцієнтом успадковуваності, який вираховується за формулою Хольцинґера:

h² = [(C_MZ% – C_DZ%)·100%] : [100% – C_DZ%] ( в процентах), h² = (C_MZ – C_DZ) : (1 – C_DZ) (в долях одиниці), де h² – коефіцієнт успадковуваності, C_MZ – конкордантність (доля близнюкових пар, в яких досліджувана ознака наявна в обох партнерів; в частинах одиниці, або в процентах) монозиготних близнят, C_DZ – конкордантність дизиготних близнят.

Величина коефіцієнта успадковуваності свідчить про співвідношення впливу генетичних та середовищних факторів на розвиток ознаки. Якщо результат розрахунків наближається до 100% (71-100%), то основна роль у розвитку ознаки належить спадковості, і навпаки, чим ближче результат до 0 (040%), тим більше роль середовищних чинників. При значенні коефіцієнта успадковуваності в межах 41-70% ознака розвивається під дією факторів оточуючого середовища, але за наявності генетичної зумовленості.

Генетичні дослідження, здійснювані на близнятах, дають змогу відповісти на цілий ряд важливих питань: вплив спадкових та середовищних чинників на тривалість життя людини, розвиток обдарованості, чутливість до лікувальних препаратів тощо.