Методи вивчення спадковості у людини

Для вивчення спадкових ознак у людини застосовують біохімічні, морфологічні, імунологічні та електрофізіологічні методи. При розв'язанні генетичних завдань використовують методи: цитогенетичний, біохімічний, генеалогічний, популяційно-статистичний, генетико-соматичних клітин та інші.

Як відомо, антропогенетика вдало поєднує традиційні й сучасні методи цитогенетики, біохімії та інших наук.

Зокрема, генеалогічний метод дозволяє вивчати спадковість людини за допомогою родоводів. Вперше він був запропонований та введений в обіг Ф. Гальтоном (XIX ст.). Цей метод ґрунтується на простеженні будь-якої ознаки у ряді поколінь з вказівкою родинних зв'язків між членами родоводу. Він передбачає обстеження членів родини, складання та аналіз родоводів. Це найбільш універсальний метод вивчення спадковості людини, який використовується у разі підозри на спадкову патологію.

Генеалогічний метод дає можливість встановити:

– спадковий характер ознаки;
– тип успадкування і пенетрантність алеля;
– характер зчеплення генів і картування хромосом;
– інтенсивність мутаційного процесу;
– розшаровування механізмів взаємодії генів.

Цей метод дозволяє оминути труднощі, зумовлені неможливістю схрещувань і малою чисельністю дітей у сім'ях. Він вивчає закономірності передачі спадкових ознак індивіда у ряді послідовних поколінь, тип успадкувань, його моногенність чи полігенність. Як правило, генеалогічний метод є відправною точкою медико-генетичного консультування і використовується не тільки для діагностики, а й з метою прогнозування. Його застосування дозволило встановити характер успадкування таких захворювань, як гемофілія, брахідактилія, ахондроплазія тощо. Він широко використовується для уточнення генетичної природи патологічного стану і при складанні прогнозу здоров'я нащадків.

Так, спочатку складають родовідні таблиці, користуючись умовними позначеннями, запропонованими Г. ЇОстом у 1931 р. Потім роблять графічні зображення родоводу (для складання схеми прийняті стандартні символи).

Мета генеалогічного аналізу полягає у встановленні генетичних закономірностей.

На відміну від інших методів, генеалогічне обстеження родоводу має завершуватись генетичним аналізом результатів дослідження. Це дає можливість дійти висновку щодо спадкового характеру ознаки (спадкова чи ні), типу успадкування (аутосомно-домінантний, аутосомно-рецесивний або зчеплений зі статтю), зиготності пробанда (гомо- або гетерозиготний), ступеня пенетрантності й експресивності. Збирання даних починається з пробанда. Ним може бути хвора або здорова людина – носій якоїсь ознаки чи особа, яка звернулась за порадою до лікаря-генетика. Далі збираються відомості про сибсів. Звичайно родовід складається за однією або кількома ознаками. Метод включає два етапи: збір відомостей про сім'ю і генеалогічний аналіз. Для складання родоводу роблять короткі записи про кожного його члена з точною вказівкою на спорідненість щодо пробанда. Генеалогічний метод тим інформативніший, чим більше є достовірних відомостей про здоров'я родичів хворого.

Слід зазначити, що складання родоводу досить проста справа, проте, попри уявну доступність та простоту, цей метод потребує значної ретельності, вміння правильно ставити запитання, високої кваліфікації лікаря.

Генеалогічний метод є основною з'єднувальною ланкою між теоретичною генетикою людини і застосуванням досягнень цієї науки у медичній практиці. Однак, хоч цей метод є одним із найдавніших, його можливості використовуються не повною мірою, оскільки сьогодні перевага надається новим, більш досконалим методам аналізу фенотипу, виявлення гетерозиготних носіїв, обліку впливу факторів середовища тощо.

Слід зазначити, що великі родоводи, до складу яких входить декілька поколінь, велика кількість членів сімей, є досить зручними щодо аналізу якісних ознак. Проглядаючи родовід, значну увагу звертають на розподіл досліджуваної ознаки, оскільки в кожному поколінні можна знайти пропуски щодо певних ознак, які притаманні здебільшого особам однієї статі (рідше – двом, тобто тому, хто з дітей (син (и) чи донька (и)) успадкує певні ознаки).

Якщо в родоводі прояв якоїсь ознаки спостерігається з однаковою частотою як у чоловіків, так і жінок, то припускають, що вона контролюється аутосомними генами. У разі, коли в сім'ї народжується дитина з певною ознакою, яку має один із батьків (тобто передається без пропусків), то це – домінантна ознака. Якщо ж остання успадковується з пропусками в поколіннях, то вважається, що вона контролюється рецесивним геном. У разі, коли ознаки спостерігаються тільки у представників однієї статі, зазвичай у чоловіків, вважають, що гени, які їх контролюють, локалізовані в статевій хромосомі. Доказом того, що ознака перебуває під контролем аутосомного гена, є успадкування її дітьми як від матері, так і від батька.

Як відомо, батько не може передати сипу ген, локалізований у Х-хромосомі, а отже, успадкування певних ознак від батька до сина не підтверджує гіпотезу щодо зчеплення цього гена з X-хромосомою. Відповідно батько не може передати доньці ознаки, які перебувають під контролем У-хромосоми. Він також не в змозі передати певні ознаки дитині, тому що вони контролюються мітохондріальиими генами.

Отже, успадкування дітьми відповідних ознак свідчить про те, що ознаки є зчеплені з певними генами.

Сьогодні дослідники у своєму науковому арсеналі здебільшого використовують інформацію щодо опису невеликих родоводів. Найчастіше вони опрацьовують зібрані матеріали, а потім підсумовують та оцінюють результати, застосовуючи сегрегаційний аналіз. Завдяки останньому вчені перевіряють гіпотезу моногенної домінантної природи ознаки. Дослідити ж припущення щодо її моногенно-рецесивного походження досить складно, оскільки виникають певні труднощі та неточності, які пов'язані з особливостями добору генеалогічного матеріалу.

Наприклад, якщо одружуються чоловік та жінка гетерозиготні за декількома ознаками (моно-, ди-, полі-), то теоретично відомо, що від такого шлюбу варто очікувати 75 % особин з домінантними ознаками (гомозиготною і двома гетерозиготними) та 25 % – з рецесивними (гомозиготними) тощо. Однак якщо досліджувана сім'я має одну чи дві дитини, то серед них не завжди вдається віднайти прояви рецесивних ознак. Сьогодні це явище часто спостерігається в українських сім'ях. При таких доборах формується відповідна похибка, тому генетичні показники не відповідають істинності. Для виявлення похибки обчислюють сегрегаційні частоти (SF), які визначають за формулою Вайнберга:

де А – кількість дітей у сім'ї з урахуванням пробанда; N – кількість сімей даного типу; Т – загальна кількість дітей у сім'ях даного типу з урахуванням пробанда.

Сегрегаційну частоту ознаки порівнюють з теоретично очікуваною, використовуючи статистичний критерій Стьюдента t:

де SF – сегрегаційна емпірична частота ознаки; – теоретично очікувана сегрегаційна частота ознаки; – теоретична помилка.

Компонентний аналіз. Загалом генетична основа багатьох ознак є досить складною. Для генетичної характеристики використовують показник спадковості (у відсотках, %) – це математична величина, яка показує, яка саме частина внутрішнього, групового та фенотипового різноманіття визначається генетичними відмінностями між індивідуумами.

Показник спадковості обчислюють за формулою:

де Р – фенотипове різноманіття у групі; G – генетичний (генотиповий) компонент; Е – фенотиповий (середовищний) компонент.

В генетичному аналізі ознаки поділяють на:

– альтернативні (стать, група крові, резус-фактор);
– безперервні (зріст, вага, артеріальний тиск, рівень інтелекту тощо, які можна виразити кількісно);
– квазінеперервні (хронічні та психічні хвороби);
– квазіальтернативні (рівень інтелекту, виражений у балах IQ,: індивіди з нормальним хромосомним набором – від 80 до 125 балів, хворі з синдромом Дауна – від 40 до 70 балів).