Die Methode kann nicht zur Untersuchung der Humangenetik verwendet werden. Genetik. Grundlegende Forschungsmethoden in der Genetik. Chromosomen- und Genkrankheiten

Der Einsatz dieser Methode ist möglich, wenn direkte Verwandte bekannt sind – die Vorfahren des Besitzers des Erbmerkmals ( Proband) mütterlicherseits und väterlicherseits in mehreren Generationen bzw. die Nachkommen des Probanden ebenfalls in mehreren Generationen. Bei der Erstellung von Stammbäumen in der Genetik wird ein bestimmtes Notationssystem verwendet. Nach der Zusammenstellung des Stammbaums wird dieser analysiert, um die Art der Vererbung des untersuchten Merkmals festzustellen.

Bei der Erstellung von Stammbäumen angewendete Konventionen:
1 - Mann; 2 - Frau; 3 - Geschlecht ist unbekannt; 4 – Besitzer des untersuchten Merkmals; 5 - heterozygoter Träger des untersuchten rezessiven Gens; 6 - Heirat; 7 - Heirat eines Mannes mit zwei Frauen; 8 - blutsverwandte Ehe; 9 - Eltern, Kinder und ihre Geburtsreihenfolge; 10 - zweieiige Zwillinge; 11 - eineiige Zwillinge.

Dank der genealogischen Methode konnten die Vererbungsarten vieler Merkmale beim Menschen bestimmt werden. So erbt der autosomal-dominante Typ Polydaktylie (erhöhte Anzahl von Fingern), die Fähigkeit, die Zunge zu einer Röhre zusammenzurollen, Brachydaktylie (kurze Finger aufgrund des Fehlens von zwei Fingergliedern), Sommersprossen, frühe Kahlheit, verwachsene Finger, Spaltbildung Lippe, Gaumenspalte, Katarakt am Auge, Knochenbrüchigkeit und viele andere. Albinismus, rote Haare, Anfälligkeit für Polio, Diabetes mellitus, angeborene Taubheit und andere Merkmale werden autosomal-rezessiv vererbt.

Das dominierende Merkmal ist die Fähigkeit, die Zunge in eine Röhre zu rollen (1), und ihr rezessives Allel ist das Fehlen dieser Fähigkeit (2).
3 - Stammbaum für Polydaktylie (autosomal-dominante Vererbung).

Eine Reihe von Merkmalen werden geschlechtsgebunden vererbt: X-chromosomale Vererbung – Hämophilie, Farbenblindheit; Y-chromosomal - Hypertrichose des Randes der Ohrmuschel, Schwimmhäute an den Zehen. Es gibt eine Reihe von Genen, die in homologen Regionen der X- und Y-Chromosomen lokalisiert sind, beispielsweise für allgemeine Farbenblindheit.

Der Einsatz der genealogischen Methode hat gezeigt, dass bei einer verwandten Ehe im Vergleich zu einer nicht verwandten Ehe die Wahrscheinlichkeit von Missbildungen, Totgeburten und früher Sterblichkeit bei den Nachkommen deutlich zunimmt. Bei blutsverwandten Ehen werden rezessive Gene häufig homozygot, was zur Entwicklung bestimmter Anomalien führt. Ein Beispiel hierfür ist die Vererbung der Hämophilie in den Königshäusern Europas.

- Hämophilie; - weibliche Trägerin.

• Zwilling

Diese Methode wird in der Humangenetik verwendet, um den Grad der erblichen Abhängigkeit der untersuchten Merkmale zu bestimmen. Zwillinge können eineiig sein (sie entstehen in den frühen Stadien der Zygotenfragmentierung, wenn sich vollwertige Organismen aus zwei oder seltener aus einer größeren Anzahl von Blastomeren entwickeln). Eineiige Zwillinge sind genetisch identisch. Wenn zwei oder seltener mehrere Eizellen heranreifen und dann von verschiedenen Spermien befruchtet werden, entstehen zweieiige Zwillinge. Zweieiige Zwillinge sind einander nicht ähnlicher als zu unterschiedlichen Zeiten geborene Brüder und Schwestern. Die Häufigkeit von Zwillingen beim Menschen beträgt etwa 1 % (1/3 eineiig, 2/3 zweieiig); Die überwiegende Mehrheit der Zwillinge sind Zwillinge.
Da das Erbgut eineiiger Zwillinge das gleiche ist, hängen die zwischen ihnen entstehenden Unterschiede vom Einfluss der Umwelt auf die Genexpression ab. Der Vergleich der Ähnlichkeitshäufigkeit einer Reihe von Merkmalen bei eineiigen und zweieiigen Zwillingspaaren ermöglicht es, die Bedeutung erblicher und umweltbedingter Faktoren für die Entwicklung des menschlichen Phänotyps einzuschätzen.

Zwillinge sind gleichzeitig geborene Kinder. Sie sind eineiig(identisch) und zweieiig(brüderlich).

Eineiige Zwillinge entwickeln sich aus einer Zygote (1), die im Spaltungsstadium in zwei (oder mehr) Teile geteilt wird. Daher sind solche Zwillinge genetisch identisch und immer vom gleichen Geschlecht. Eineiige Zwillinge zeichnen sich durch einen hohen Grad an Ähnlichkeit aus ( Konkordanz) aus vielen Gründen.

Zweieiige Zwillinge entwickeln sich aus zwei oder mehr Eizellen, die gleichzeitig ovuliert und von verschiedenen Spermien befruchtet wurden (2). Daher haben sie unterschiedliche Genotypen und können das gleiche oder verschiedene Geschlechter haben. Im Gegensatz zu eineiigen Zwillingen zeichnen sich zweieiige Zwillinge durch Diskordanz – Unähnlichkeit in vielerlei Hinsicht – aus. Daten zur Zwillingskonkordanz für einige Merkmale sind in der Tabelle aufgeführt.

Wie aus der Tabelle hervorgeht, ist der Konkordanzgrad eineiiger Zwillinge für alle oben genannten Merkmale deutlich höher als der zweieiiger Zwillinge, jedoch nicht absolut. In der Regel entsteht eine Diskordanz bei eineiigen Zwillingen als Folge von Störungen in der intrauterinen Entwicklung eines von ihnen oder unter dem Einfluss der äußeren Umgebung, wenn diese unterschiedlich war.

Dank der Zwillingsmethode wurde die erbliche Veranlagung einer Person für eine Reihe von Krankheiten bestimmt: Schizophrenie, Epilepsie, Diabetes mellitus und andere.

Beobachtungen eineiiger Zwillinge liefern Material zur Aufklärung der Rolle von Vererbung und Umwelt bei der Entwicklung von Merkmalen. Darüber hinaus bezieht sich die äußere Umgebung nicht nur auf physische Umweltfaktoren, sondern auch auf soziale Bedingungen.

• P bevölkerungsstatistisch

Populationsgenetische Methoden werden in der Humanforschung häufig eingesetzt. Die Analyse der Morbidität innerhalb der Familie ist untrennbar mit der Untersuchung der erblichen Pathologie verbunden, sowohl in einzelnen Ländern als auch in relativ isolierten Bevölkerungsgruppen. Die Untersuchung der Häufigkeit von Genen und Genotypen in Populationen ist Gegenstand der populationsgenetischen Forschung. Dies liefert Informationen über den Grad der Heterozygotie und des Polymorphismus menschlicher Populationen und deckt Unterschiede in der Allelhäufigkeit zwischen verschiedenen Populationen auf.
Glauben Sie, dass es Hardys Gesetz ist? Weinberg weist darauf hin, dass die Vererbung als solche die Häufigkeit von Allelen in einer Population nicht verändert. Dieses Gesetz eignet sich gut zur Analyse großer Populationen, in denen freie Kreuzung stattfindet. Die Summe der Allelfrequenzen eines Gens nach Hardys Formel? Weinberg p+q=1, im Genpool der Population ist ein konstanter Wert. Die Summe der Genotyphäufigkeiten der Allele eines bestimmten Gens p2+2pq+q2=1 ist ebenfalls ein konstanter Wert. Bei vollständiger Dominanz reicht es aus, die Quadratwurzel des resultierenden Wertes zu ziehen, nachdem wir die Anzahl der rezessiven Homozygoten in einer bestimmten Population ermittelt haben (q2 ist die Anzahl der homozygoten Individuen für das rezessive Gen mit dem Genotyp aa), und wir werden das finden Häufigkeit des rezessiven Allels a. Die Häufigkeit des dominanten Allels A beträgt p = 1 - q. Nachdem auf diese Weise die Häufigkeiten der Allele a und A berechnet wurden, ist es möglich, die Häufigkeiten der entsprechenden Genotypen in der Population zu bestimmen (p2 = AA; 2pq = Aa). Laut einer Reihe von Wissenschaftlern beträgt beispielsweise die Häufigkeit von Albinismus (autosomal-rezessiv vererbt) 1:20.000 (q2). Daher beträgt die Häufigkeit des Allels a im Genpool q2 =l/20000 = /l4l und dann beträgt die Häufigkeit von Allel A

p=1-q. p=1. p=1 – 1/141=140/141.

In diesem Fall beträgt die Häufigkeit heterozygoter Träger des Albinismus-Gens (2pq) 2(140/141) x (1/141) = 1/70 oder 1,4 %
Die statistische Analyse der Verteilung einzelner Erbmerkmale (Gene) in menschlichen Populationen in verschiedenen Ländern ermöglicht es, den Anpassungswert bestimmter Genotypen zu bestimmen. Einmal auftretende Mutationen können über viele Generationen hinweg an die Nachkommen weitergegeben werden. Dies führt zu Polymorphismus (genetische Heterogenität) in menschlichen Populationen. Unter der Bevölkerung der Erde ist es fast unmöglich (mit Ausnahme eineiiger Zwillinge), genetisch identische Menschen zu finden. Im heterozygoten Zustand enthalten Populationen eine erhebliche Anzahl rezessiver Allele (genetische Belastung), die zur Entwicklung verschiedener Erbkrankheiten führen. Die Häufigkeit ihres Auftretens hängt von der Konzentration des rezessiven Gens in der Bevölkerung ab und nimmt bei blutsverwandten Ehen deutlich zu.

• Dermotoglyphisch

Im Jahr 1892 F. Galton schlug als eine der Methoden zur Untersuchung des Menschen eine Methode zur Untersuchung der Hautleistenmuster der Finger und Handflächen sowie der Beugepalmarfurchen vor. Er stellte fest, dass diese Muster ein individuelles Merkmal eines Menschen sind und sich im Laufe des Lebens nicht ändern. Derzeit wurde die erbliche Natur von Hautmustern nachgewiesen, obwohl die Art der Vererbung noch nicht vollständig geklärt ist. Das Merkmal wird wahrscheinlich auf polygene Weise vererbt. Dermatoglyphenstudien sind wichtig für die Identifizierung von Zwillingen. Eine Studie an Menschen mit Chromosomenerkrankungen ergab bei ihnen spezifische Veränderungen nicht nur in den Mustern der Finger und Handflächen, sondern auch in der Beschaffenheit der Hauptbeugungsfurchen auf der Haut der Handflächen. Weniger untersucht sind dermatoglyphische Veränderungen bei Genkrankheiten. Diese Methoden der Humangenetik werden hauptsächlich zur Feststellung der Vaterschaft eingesetzt.

Untersuchung von Abdrücken des Hautmusters der Handflächen und Füße. Aufgrund der bestehenden individuellen Unterschiede bei den Fingerabdrücken werden aufgrund der Entwicklungsmerkmale des Individuums mehrere Hauptklassen unterschieden.Bei einer Reihe erblicher degenerativer Erkrankungen des Nervensystems wurden merkwürdige Veränderungen der Fingerabdrücke und Handflächenmuster festgestellt.Charakteristisch für die Down-Krankheit ist die Affenfalte (Vierfingerfalte), eine Linie, die in Querrichtung über die gesamte Handfläche verläuft.Derzeit wird die Methode hauptsächlich in der Rechtsmedizin eingesetzt. e.

• Biochemisch

Erbkrankheiten, die durch Genmutationen verursacht werden, die die Struktur oder Geschwindigkeit der Proteinsynthese verändern, gehen normalerweise mit Störungen des Kohlenhydrat-, Protein-, Lipid- und anderen Stoffwechsels einher. Vererbte Stoffwechselstörungen können diagnostiziert werden, indem die Struktur des veränderten Proteins oder seine Menge bestimmt, defekte Enzyme identifiziert oder Stoffwechselzwischenprodukte in extrazellulären Körperflüssigkeiten (Blut, Urin, Schweiß usw.) nachgewiesen werden. Beispielsweise ermöglichte die Analyse der Aminosäuresequenzen mutationsbedingt veränderter Hämoglobin-Proteinketten die Identifizierung mehrerer erblicher Defekte, die einer Reihe von Krankheiten zugrunde liegen, darunter: Hämoglobinosen. So unterscheidet sich bei der Sichelzellenanämie beim Menschen das abnormale Hämoglobin aufgrund der Mutation vom Normalwert dadurch, dass nur eine Aminosäure (Glutaminsäure durch Valin) ersetzt wird.
In der Gesundheitspraxis gibt es neben der Identifizierung homozygoter Träger mutierter Gene auch Methoden zur Identifizierung heterozygoter Träger einiger rezessiver Gene, was insbesondere in der medizinisch-genetischen Beratung wichtig ist. So wird bei phänotypisch normalen Heterozygoten für Phenylketonurie (ein rezessives mutiertes Gen; bei Homozygoten ist der Stoffwechsel der Aminosäure Phenylalanin gestört, was zu geistiger Behinderung führt) nach der Einnahme von Phenylalanin ein erhöhter Phenylalaninspiegel im Blut festgestellt. Bei Hämophilie kann der heterozygote Träger eines mutierten Gens nachgewiesen werden, indem die Aktivität des durch die Mutation veränderten Enzyms bestimmt wird.

• Zytogenetisch

Die zytogenetische Methode wird zur Untersuchung des normalen menschlichen Karyotyps sowie zur Diagnose von Erbkrankheiten im Zusammenhang mit genomischen und chromosomalen Mutationen verwendet. Darüber hinaus wird diese Methode zur Untersuchung der mutagenen Wirkung verschiedener Chemikalien, Pestizide, Insektizide, Medikamente usw. verwendet.
Während der Zellteilung im Metaphasenstadium weisen die Chromosomen eine klarere Struktur auf und stehen für Studien zur Verfügung. Der menschliche diploide Satz besteht aus 46 Chromosomen: 22 Autosomenpaaren und einem Geschlechtschromosomenpaar (XX bei Frauen, XY bei Männern). Typischerweise werden menschliche periphere Blutleukozyten untersucht und in ein spezielles Nährmedium gegeben, wo sie sich teilen. Anschließend werden Präparate vorbereitet und die Anzahl und Struktur der Chromosomen analysiert. Die Entwicklung spezieller Färbemethoden hat die Erkennung aller menschlichen Chromosomen erheblich vereinfacht und in Kombination mit der genealogischen Methode und Methoden der Zell- und Gentechnik die Korrelation von Genen mit bestimmten Chromosomenabschnitten ermöglicht. Die integrierte Anwendung dieser Methoden liegt der Kartierung menschlicher Chromosomen zugrunde. Für die Diagnose von Chromosomenerkrankungen im Zusammenhang mit Ansuploidie und Chromosomenmutationen ist eine zytologische Kontrolle erforderlich. Am häufigsten sind Morbus Down (Trisomie auf dem 21. Chromosom), Klinefelter-Syndrom (47 XXY), Shershevsky-Syndrom? Turner (45 XO) usw. Der Verlust eines Abschnitts eines der homologen Chromosomen des 21. Paares führt zu einer Blutkrankheit? chronisch-myeloischer Leukämie.
Zytologische Untersuchungen der Interphase-Kerne somatischer Zellen können das sogenannte Barry-Körperchen oder Sexualchromatin nachweisen. Es stellte sich heraus, dass Sexchromatin normalerweise bei Frauen vorhanden ist und bei Männern fehlt. Es ist das Ergebnis einer Heterochromatisierung eines der beiden X-Chromosomen bei Frauen. Wenn man dieses Merkmal kennt, ist es möglich, das Geschlecht zu bestimmen und eine abnormale Anzahl von X-Chromosomen festzustellen.
Viele Erbkrankheiten lassen sich bereits vor der Geburt eines Kindes erkennen. Die Methode der Pränataldiagnostik besteht in der Gewinnung von Fruchtwasser, wo sich fetale Zellen befinden, und der anschließenden biochemischen und zytologischen Bestimmung möglicher erblicher Anomalien. Dies ermöglicht Ihnen, bereits im Frühstadium der Schwangerschaft eine Diagnose zu stellen und über eine Fortsetzung oder einen Abbruch zu entscheiden.

• Somatische Zellhybridisierung

Mit diesen Methoden werden die Vererbung und Variabilität somatischer Zellen untersucht, was die Unmöglichkeit der Anwendung hybridologischer Analysen auf den Menschen ausgleicht. Diese Methoden, die auf der Reproduktion dieser Zellen unter künstlichen Bedingungen basieren, analysieren genetische Prozesse in einzelnen Zellen des Körpers und nutzen sie dank der Nützlichkeit des genetischen Materials zur Untersuchung der genetischen Muster des gesamten Organismus.

In der humangenetischen Forschung kommen folgende Techniken zum Einsatz:

1. Kultivierung – ermöglicht es Ihnen, eine ausreichende Menge an genetischem Material für verschiedene Studien zu erhalten;
2. Klonen – Gewinnung von Nachkommen einer Zelle;
3. Die Auswahl somatischer Zellen mithilfe künstlicher Medien wird verwendet, um Zellen mit Eigenschaften auszuwählen, die für den Forscher von Interesse sind.
4. Die somatische Zellhybridisierung basiert auf der Fusion kokultivierter Zellen verschiedener Typen.

Hybridzellen, die zwei vollständige Genome enthalten, „verlieren“ bei der Teilung normalerweise Chromosomen vorzugsweise einer der Arten. Dadurch ist es möglich, Zellen mit dem gewünschten Chromosomensatz zu erhalten, was es ermöglicht, die Verknüpfung von Genen und deren Lokalisierung auf bestimmten Chromosomen zu untersuchen.

Dank der Methoden der somatischen Zellgenetik ist es möglich, die Mechanismen der primären Wirkung und Interaktion von Genen, die Regulierung der Genaktivität, zu untersuchen. Die Entwicklung dieser Methoden hat die Möglichkeit einer genauen Diagnose von Erbkrankheiten in der pränatalen Phase eröffnet.

Somatische Zellgenetik untersucht die Vererbung und Variabilität somatischer Zellen, d.h. Körperzellen, keine Geschlechtszellen. Somatische Zellen verfügen über die gesamte genetische Information; sie können zur Untersuchung der genetischen Eigenschaften eines gesamten Organismus verwendet werden.

Aus Material werden menschliche Körperzellen für die Genforschung gewonnen Biopsien(intravitale Exzision von Geweben oder Organen), wenn ein kleines Gewebestück zur Untersuchung entnommen wird. Dies geschieht in der Regel bei Operationen, bei denen festgestellt werden muss, ob eine bestimmte Formation, beispielsweise ein Tumor, bösartiger oder gutartiger Natur ist.

Derzeit werden folgende Methoden der somatischen Zellgenetik eingesetzt: : einfache Kultivierung, Hybridisierung, Klonen und Selektion. Einfache Kultivierung- Dies ist die Reproduktion von Zellen auf Nährmedien, um sie in ausreichenden Mengen für zytogenetische, biochemische, immunologische und andere Methoden zu gewinnen.

Bei somatische Zellhybridisierung Sie können Zellen von verschiedenen Menschen sowie menschliche Zellen mit Zellen von Mäusen, Ratten, Meerschweinchen, Affen und anderen Tieren kreuzen. Solche Studien ermöglichen die Etablierung von Verknüpfungsgruppen und die Verwendung von Chromosomenumlagerungen zur Identifizierung der Sequenz von Genpositionen und zur Erstellung genetischer Karten menschlicher Chromosomen.

Klonen- Dies ist die Produktion der Nachkommen einer Zelle (Klon). Alle durch das Klonen entstehenden Zellen haben den gleichen Genotyp.

Auswahl ist die Auswahl von Zellen mit vorgegebenen Eigenschaften. Diese Zellen werden dann in speziellen Nährmedien gezüchtet und vermehrt. Sie können beispielsweise ein Nährmedium ohne Laktose verwenden, dem jedoch andere Zucker zugesetzt werden, und aus einer großen Anzahl von darin platzierten Zellen können einige wenige sein, die ohne Laktose leben können. Dann wird aus solchen Zellen ein Klon gewonnen.

• Simulationsmethode

Untersucht menschliche Krankheiten bei Tieren, die an diesen Krankheiten leiden können. Es basiert auf dem Vavilov-Gesetz über homologe Reihen erblicher Variabilität. Beispielsweise können geschlechtsgebundene Hämophilie bei Hunden, Epilepsie bei Kaninchen, Diabetes mellitus, Muskeldystrophie bei Ratten und Lippen-Kiefer-Gaumenspalten bei Mäusen untersucht werden.

Modelle in der Biologie werden verwendet, um biologische Strukturen, Funktionen und Prozesse auf verschiedenen Ebenen der Organisation von Lebewesen zu simulieren: molekular, subzellulär, zellulär, organsystemisch, organismisch und populationsbiozönotisch. Darüber hinaus ist es möglich, verschiedene biologische Phänomene sowie die Lebensbedingungen von Individuen, Populationen und Ökosystemen zu modellieren.

In der Biologie werden hauptsächlich drei Arten von Modellen verwendet: biologische, physikalisch-chemische und mathematische (logisch-mathematische). Biologische Modelle reproduzieren in Labortieren bestimmte Zustände oder Krankheiten, die bei Menschen oder Tieren vorkommen. Dies ermöglicht es uns, die Mechanismen des Auftretens einer bestimmten Erkrankung oder Krankheit, ihren Verlauf und Ausgang experimentell zu untersuchen und ihren Verlauf zu beeinflussen. Beispiele für solche Modelle sind künstlich induzierte genetische Störungen, infektiöse Prozesse, Vergiftungen, die Reproduktion von hypertensiven und hypoxischen Zuständen, bösartige Neubildungen, Über- oder Unterfunktionen bestimmter Organe sowie Neurosen und emotionale Zustände. Um ein biologisches Modell zu erstellen, werden verschiedene Methoden zur Beeinflussung des genetischen Apparats, Infektion mit Mikroben, Einführung von Toxinen, Entfernung einzelner Organe oder Einführung ihrer Abfallprodukte (z. B. Hormone) sowie verschiedene Auswirkungen auf das zentrale und periphere Nervensystem eingesetzt , Ausschluss bestimmter Stoffe aus der Nahrung, Unterbringung in einem künstlich geschaffenen Lebensraum und viele andere Möglichkeiten. Biologische Modelle werden häufig in der Genetik, Physiologie und Pharmakologie verwendet.

Die Modellierungsmethode in der Biologie ist ein Mittel, um immer tiefere und komplexere Beziehungen zwischen biologischer Theorie und Erfahrung herzustellen. Im letzten Jahrhundert stieß die experimentelle Methode in der Biologie an gewisse Grenzen und es wurde klar, dass eine Reihe von Studien ohne Modellierung nicht möglich sind. Wenn wir uns einige Beispiele für Einschränkungen im Rahmen des Experiments ansehen, werden diese hauptsächlich wie folgt aussehen: (19 S. 15)

Experimente können nur an aktuell existierenden Objekten durchgeführt werden (die Unmöglichkeit, das Experiment auf den Bereich der Vergangenheit auszudehnen);

Eingriffe in biologische Systeme sind manchmal so beschaffen, dass es unmöglich ist, die Ursachen der eingetretenen Veränderungen (aufgrund des Eingriffs oder aus anderen Gründen) zu ermitteln;

Einige theoretisch mögliche Experimente sind aufgrund des geringen Entwicklungsstandes der Experimentiertechnik nicht durchführbar;

Eine große Gruppe von Experimenten mit Menschenversuchen sollte aus moralischen und ethischen Gründen abgelehnt werden.

Aber Modellierung wird in der Biologie nicht nur deshalb häufig eingesetzt, weil sie Experimente ersetzen kann. Es hat eine große eigenständige Bedeutung, die sich nach Ansicht einiger Autoren (19, 20,21) in einer Reihe von Vorteilen ausdrückt:

1. Mithilfe der Modellierungsmethode für einen Datensatz können Sie eine Reihe verschiedener Modelle entwickeln, das untersuchte Phänomen auf unterschiedliche Weise interpretieren und das fruchtbarste davon für die theoretische Interpretation auswählen.

2. Bei der Erstellung eines Modells können Sie verschiedene Ergänzungen zur untersuchten Hypothese vornehmen und deren Vereinfachung erhalten;

3. Bei komplexen mathematischen Modellen kann ein Computer eingesetzt werden;

4. Es eröffnet sich die Möglichkeit zur Durchführung von Modellversuchen (Synthese von Aminosäuren nach Miller) (19 S. 152).

All dies zeigt deutlich, dass die Modellierung in der Biologie eigenständige Funktionen erfüllt und zu einem immer notwendigeren Schritt im Prozess der Theoriebildung wird. Allerdings behält die Modellierung ihren heuristischen Wert nur dann, wenn die Anwendungsgrenzen eines Modells berücksichtigt werden.

• Immungenetisch

Die immunogenetische Methode umfasst serologische Methoden, Immunelektrophorese usw., mit denen Blutgruppen, Proteine ​​​​und Enzyme im Gewebeblutserum untersucht werden. Mit seiner Hilfe können Sie eine immunologische Inkompatibilität feststellen, Immunschwäche, Mosaikbildung bei Zwillingen usw. erkennen.
Ein wichtiger Zweig der medizinischen Genetik ist die Immungenetik, insbesondere die Genetik der Blutgruppen. Derzeit sind viele grundlegende Blutgruppensysteme bekannt. Von diesen sind das AB0- und das Rh-System am besten untersucht. Betrachten wir beispielsweise das Rh-Blutsystem. Im menschlichen Genotyp gibt es ein dominantes Gen, das die Bildung eines speziellen Proteins im Körper bestimmt, das sogenannteRhesusfaktor. Eine Person, die für dieses Merkmal homozygot (Rh+ Rh+) ​​oder heterozygot (Rh+ rh–) ist, ist Rh-positiv, d. h. hat dieses Protein im Blut. Und im Falle der Homozygotie für das rezessive Allel (rh– rh–) fehlt der Rh-Faktor im Blut. Und wenn es in das Blut einer solchen Person gelangt (während einer Bluttransfusion oder einer Schwangerschaft), entwickelt sich in seinem Körper – wie bei jedem fremden Protein – eine Schutzreaktion und es werden spezifische Antikörper gebildet. Statistiken zeigen, dass etwa 85 % der Europäer Rhesus-positiv sind und nur 15 % Rhesus-negativ sind.

In Ehen von Rh-negativen Frauen (Genotyp rh– rh–) mit Rh-positiven homozygoten Männern (Genotyp Rh+ Rh+) ​​ist der Fötus (Genotyp Rh+ rh–) aufgrund der Dominanz der Rh-Positivität Rh-positiv und sondert den Rh-Faktor ab , gegen die die Mutter im Körper Antikörper produziert, die wiederum das fetale hämatopoetische System zerstören. Infolgedessen leiden während der Schwangerschaft sowohl der Körper der Mutter als auch des Fötus.

Eine ähnliche Situation kann bei der Heirat einer Rh-negativen Frau mit einem Rh-positiven Mann auftreten, der für dieses Merkmal heterozygot ist (Genotyp Rh+ rh–). In diesem Fall verringert sich jedoch die Wahrscheinlichkeit eines Rh-Konflikts um die Hälfte, weil Es kann sich herausstellen, dass der Fötus Rh-negativ ist (Genotyp rh– rh–), und dann entsteht kein Konflikt mit dem Körper der Mutter.

Neben der Wahrscheinlichkeit der Rhesus-Konfliktsituation selbst, die allein durch die Genotypen der Eltern bestimmt wird, ist auch die Schwere der sich entwickelnden Reaktion wichtig. In manchen Fällen verläuft ein Rh-Konflikt fast unbemerkt, in anderen kann er zum Tod eines Kindes führen. Typischerweise werden schwerwiegendere Folgen in der zweiten und den folgenden Schwangerschaften beobachtet.

Zur Behandlung von Neugeborenengelbsucht, die durch Rh-Inkompatibilität verursacht wird, erhält das Baby derzeit nach der Geburt eine vollständige Bluttransfusion.

Um den genetischen Apparat des Menschen zu untersuchen, wenden Wissenschaftler spezielle Methoden an.

Die Methoden zur Untersuchung der Humangenetik sind vielfältig. Schauen wir uns einige davon an. Zur Untersuchung der Humangenetik werden folgende Methoden eingesetzt:

• genealogisch;
• Bevölkerung;
• Zwilling;
• zytogenetisch;
• biochemisch;
• dermatoglyphisch;
• Methode der somatischen Zellgenetik;
• Methode zur Untersuchung der Stoffwechselpathologie.

Genealogische Methode

Bei der genealogischen Methode werden Stammbäume erstellt und analysiert. Sie ermöglichen uns festzustellen, wie verschiedene Krankheiten übertragen werden. Für königliche Familien wurden bereits vor mehreren Jahrhunderten Stammbäume erstellt. Zur Untersuchung der Genetik werden sie jedoch erst seit Beginn des letzten Jahrhunderts eingesetzt. Ein Beispiel ist eine Studie darüber, wie Hämophilie in der Familie von Königin Victoria von England vererbt wird. Ein Stammbaum wird am häufigsten für eine kranke Person oder für einen Träger des untersuchten Merkmals erstellt. Derjenige, für den der Stammbaum erstellt wird, wird Proband genannt, seine Geschwister werden Geschwister genannt. Mit der genealogischen Methode zur Untersuchung des Stammbaums können Sie feststellen, nach welcher Art ein Merkmal vererbt wird. Für große Familien ist es besser, die Stammbaummethode zu verwenden. Es trägt dazu bei, die hybridologische Methode zu ersetzen, die bei Tieren und Pflanzen weit verbreitet ist, für den Menschen jedoch inakzeptabel ist.

Populationsmethode

Die Populationsmethode untersucht die Häufigkeit des Vorkommens von Genen in menschlichen Populationen. Damit wird die Möglichkeit beurteilt, Kinder mit bestimmten Merkmalen zu bekommen. Es ermöglicht außerdem, die Häufigkeit des Vorkommens rezessiver Gene bei heterozygoten Menschen herauszufinden und die Ausbreitung von Erbkrankheiten zu verfolgen.

Zwillingsmethode

Methoden zur Untersuchung der Humangenetik nutzen auch Materialien, die bei der Beobachtung von Zwillingen gesammelt wurden. Dazu untersuchen sie eineiige Zwillinge, die unter unterschiedlichen Bedingungen leben. Aufgrund der hundertprozentigen Ähnlichkeit der Gene eineiiger Zwillinge hilft die Zwillingsmethode herauszufinden, wie Umweltfaktoren den Genotyp und die geistigen Eigenschaften einer Person beeinflussen.

Zytogenetische Methode

Die zytogenetische Forschungsmethode untersucht die Struktur der Chromosomen, bestimmt ihre Anzahl und Form und diagnostiziert auch Erbkrankheiten, die durch Veränderungen ihrer Anzahl und Chromosomenstruktur entstehen. Hierzu wird ein Mikroskop verwendet. Um die Chromosomen besser erkennen zu können, werden sie mit speziellen Methoden gefärbt. Die zytogenetische Methode ermöglicht beispielsweise die Identifizierung des Klinefelter-Syndroms. Bei dieser Krankheit gibt es ein zusätzliches X-Chromosom.

Biochemische Methode

Mit einer biochemischen Methode werden Ort und Art von Mutationen in Genen bestimmt. Dies hilft, Kinder mit Erbkrankheiten wie der Sichelkrankheit anhand der Aminosäurezusammensetzung des Hämoglobins zu identifizieren.

Dermatoglyphische Methode

Mit der dermatoglyphischen Methode können wir anhand des Linienmusters auf den Handflächen der Eltern die Möglichkeit einer Erbkrankheit bei Kindern feststellen. Dies liegt daran, dass bei Menschen mit erblichen Chromosomenerkrankungen das Hautmuster besondere Unterschiede aufweist.

Methode der somatischen Zellgenetik

Diese genetischen Forschungsmethoden untersuchen die Vererbung und Variabilität somatischer (nicht reproduktiver) Zellen und kompensieren die Unfähigkeit, die hybridologische Methode anzuwenden. Für die Forschung werden Zellen unter künstlichen Bedingungen vermehrt und die darin ablaufenden genetischen Prozesse analysiert. Da das in Körperzellen enthaltene Erbgut vollständig ist, können die gewonnenen Erkenntnisse auf den gesamten Organismus übertragen werden.

Methode zur Untersuchung der Stoffwechselpathologie

Humangenetische Forschungsmethoden nutzen die Untersuchung von Stoffwechselpathologien, um Menschen zu identifizieren, die entsprechende Erbkrankheiten haben. Sobald das Baby geboren ist, wird ihm Blut aus der großen Zehe entnommen. Diese Methode hilft herauszufinden, ob ein Neugeborenes an Phenylketonurie leidet, einer Erbkrankheit, die mit einem gestörten Aminosäurestoffwechsel einhergeht und zu geistiger Behinderung führt. Dank einer frühzeitigen Diagnose manifestiert sich die Krankheit bei Einhaltung einer speziellen Diät nicht.

Unterschiede zwischen Humangenetik und allgemeiner Genetik

Um die Vererbung von Merkmalen beim Menschen zu untersuchen, werden dieselben Forschungsmethoden wie bei Tieren angewendet. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Methoden zur Untersuchung der Humangenetik die hybridologische Methode ausschließen, die für die Genetik von Tieren und Pflanzen von grundlegender Bedeutung ist.

1. Genealogische Methode.

Die Methode basiert auf der Ermittlung eines Merkmals über mehrere Generationen hinweg, das Hinweise auf familiäre Bindungen gibt (Erstellung eines Stammbaums).

Die Informationssammlung beginnt beim Probanden.

Proband ist eine Person, deren Stammbaum zusammengestellt werden muss. Die Brüder und Schwestern des Probanden werden Geschwister genannt.

Die Methode umfasst zwei Phasen:

1. Sammlung von Informationen über die Familie.

2. Genealogische Analyse.

Zur Erstellung eines Stammbaums werden spezielle Symbole verwendet. Die Methoden ermöglichen es uns, die Art der Vererbung eines Merkmals festzustellen: autosomal-dominant, autosomal-rezessiv, geschlechtsgebunden.

Mit autosomal-dominantem Erbgang das Gen erscheint in einem heterozygoten Zustand bei Individuen beiderlei Geschlechts; sofort in der ersten Generation; eine große Anzahl von Patienten, sowohl vertikal als auch horizontal. Bei diesem Typ werden Sommersprossen, Brachydaktylie, Katarakte, brüchige Knochen, chondrodystrophischer Kleinwuchs und Polydaktylie vererbt.

Mit autosomal-rezessivem Erbgang Das Mutationsgen erscheint nur im homozygoten Zustand bei Individuen beiderlei Geschlechts. In der Regel werden kranke Kinder von gesunden Eltern geboren (das Gen befindet sich in einem heterozygoten Zustand). Das Symptom tritt nicht in jeder Generation auf. So werden folgende Merkmale vererbt: Linkshändigkeit, rote Haare, blaue Augen, Myopathie, Diabetes mellitus, Phenylketonurie.

Mit X-chromosomal dominanter Vererbung Betroffen sind Personen beiderlei Geschlechts, häufiger kommt es bei Frauen vor. So werden folgende Symptome vererbt: Pigmentdermatose, Keratose (Haarausfall), Blasenbildung an den Füßen, brauner Zahnschmelz.

Mit einem X-chromosomal-rezessiven Nachlass Betroffen sind überwiegend Männer. Die Hälfte (50 %) der Jungen in der Familie ist krank; 50 % der Mädchen sind heterozygot für das mutierte Gen. Auf diese Weise werden Hämophilie A, Duchenne-Muskeldystrophie und Farbenblindheit vererbt.

Mit Y-chromosomaler Vererbung Nur Männer sind krank. Solche Anzeichen werden als Holländer bezeichnet: Syndaktylie, Hypertrichose.

2. Zytogenetische Methode.

Die Methode basiert auf der mikroskopischen Untersuchung von Chromosomen und der Analyse des normalen und pathologischen menschlichen Karyotyps. Die Untersuchung des Chromosomensatzes erfolgt an Metaphaseplatten von Lymphozyten und Fibroblasten, die unter künstlichen Bedingungen kultiviert wurden. Die Chromosomenanalyse erfolgt mittels Mikroskopie. Zur Identifizierung von Chromosomen wird eine morphometrische Analyse der Chromosomenlänge und des Verhältnisses ihrer Arme (Zentromerindex) durchgeführt, anschließend erfolgt eine Karyotypisierung gemäß der Denver-Klassifikation. Mit dieser Methode können wir erbliche menschliche Krankheiten, Chromosomenstrukturen und Translokationen feststellen und genetische Karten erstellen.

Im Jahr 1969 entwickelte T. Kasperson eine Methode zur differenziellen Färbung von Chromosomen, die es ermöglichte, Chromosomen anhand der Art der Verteilung der gefärbten Segmente zu identifizieren. Die Heterogenität der DNA in verschiedenen Bereichen entlang der Länge des Chromosoms führt zu einer unterschiedlichen Färbung von Segmenten (hetero- und euchromatische Bereiche). Diese Methode ermöglicht den Nachweis von Aneuploidien, Chromosomenumlagerungen, Translokationen, Polyploidien (Trisomie 13, 18, 21 – Autosomen; Deletionen). Deletionen auf Chromosom 5 bilden das „Cry of the Cat“-Syndrom; am 18. - Verletzung der Skelettbildung und geistige Behinderung.

Wenn die Störung die Geschlechtschromosomen betrifft, wird die Methode der Untersuchung des Geschlechtschromatins verwendet. Sexchromatin (Barr-Körper) ist ein spiralförmiges X-Chromosom, das im weiblichen Körper am 16. Tag der Embryonalentwicklung inaktiviert wird. Der Barr-Körper ist scheibenförmig und befindet sich in den Zellkernen der Interophase von Säugetieren und Menschen unter der Kernmembran. Sexchromatin kann in jedem Gewebe nachgewiesen werden. Am häufigsten werden Epithelzellen der Mundschleimhaut untersucht (Bukkalgeschabung).

Im Karyotyp einer normalen Frau gibt es zwei X-Chromosomen, und eines davon bildet den Sexualchromatinkörper. Die Anzahl der Geschlechtschromatinkörper beim Menschen und anderen Säugetieren ist um eins geringer als die Anzahl der X-Chromosomen eines Individuums. Bei einer Frau mit dem XO-Karyotyp enthalten die Zellkerne kein Sexualchromatin. Bei Trisomie (XXX) werden 2 Körper gebildet, d.h. Bestimmen Sie mithilfe von Sexualchromatin die Anzahl der Geschlechtschromosomen in Blutausstrichen. In den Kernen von Neutrophilozyten sehen Sexchromatinkörper wie Trommelstöcke aus, die sich aus dem Kern von Leukozyten erstrecken.

Normalerweise beträgt der Chromatin-positive Kern bei Frauen 20–40 %, bei Männern 1–3 %. Y-Chromatin kann auch im bukkalen Epithel nachgewiesen werden. Es ist ein intensiv leuchtendes großes Chromozentrum, das sich an jedem Punkt im Kern befindet. Normalerweise enthalten 20–90 % der Zellkerne bei Männern Y-Chromatin.

3. Bevölkerungsstatistische Methode.

Mit dieser Methode können Sie die Häufigkeit der heterozygoten Übertragung eines pathologischen Gens in menschlichen Populationen berechnen. Verteilung von Gen- und Chromosomenanomalien. Das Verfahren nutzt demografische und statistische Daten, deren mathematische Verarbeitung auf dem Hardy-Weinberg-Gesetz basiert.

Die Untersuchung der Häufigkeit der Genverteilung ist wichtig für die Analyse der Verteilung erblicher menschlicher Krankheiten. Es ist bekannt, dass die überwiegende Zahl rezessiver Allele in einem heterozygoten Zustand vorliegt. Das Hardy-Weinberg-Gesetz ermöglicht es uns, die Häufigkeit der Übertragung eines pathologischen Gens zu bestimmen. Beispiel: Die Häufigkeit von Albinismus (aq 2) beträgt 1:20000, d.h. q 2 aa = 1/20000, was bedeutet q = √ 1/20000 = 1/141

p + q = 1, dann p = 1- q = 1 1/141= 140/141; Häufigkeit von Heterozygoten (Träger des Albinismus-Gens) 2 pq Aa = 2 x140/141 x 1/141 = 1/70.

4. Zwillingsmethode.

Die Methode basiert auf der Untersuchung von Zeichen, die sich unter dem Einfluss der Lebensbedingungen bei eineiigen und zweieiigen Zwillingen verändern. Bei genetischen Studien an Zwillingen ist es notwendig, beide Typen vergleichend zu untersuchen. Nur so lässt sich der Einfluss unterschiedlicher Umweltbedingungen auf die gleichen Genotypen (bei Eineiigen) sowie die Ausprägung unterschiedlicher Genotypen bei gleichen Umweltbedingungen (bei Zweizygoten) beurteilen.

Die Ähnlichkeit von Merkmalen bei Zwillingen wird als Konkordanz bezeichnet, die Unterschiede in den Merkmalen als Diskordanz. Der Vergleich des Ähnlichkeitsgrads in zwei Zwillingsgruppen ermöglicht es uns, die Rolle der Vererbung und der Umwelt bei pathologischen Symptomen zu beurteilen. Die Methode basiert auf einer vergleichenden Untersuchung der Merkmale von Zwillingen. Es ermöglicht Ihnen, eine Liste von Krankheiten mit erblicher Veranlagung zu identifizieren und die Rolle der Umwelt und der Vererbung bei der Manifestation der Krankheit zu bestimmen. Hierzu nutzen Sie den Vererbungskoeffizienten (H) und den Einfluss der Umwelt (E), die nach der Holzinger-Formel berechnet werden:

Í =(%MZ - %DZ/100 - %DZ) x 100

MZ – Konkordanz eineiiger Zwillinge, DZ – zweieiiger Zwillinge.

Ist der Wert H = 1, wird das Merkmal zu einem größeren Teil (100 %) unter dem Einfluss erblicher Faktoren gebildet; H = 0 – das Merkmal wird von der Umgebung beeinflusst (100 %); H = 0,5 – gleicher Einfluss von Umwelt und Vererbung.

Beispielsweise beträgt die Konkordanzrate für eineiige Zwillinge hinsichtlich der Inzidenz einer Schizophrenie 70 % und für zweieiige Zwillinge 13 %. Dann ist H = 70-13 / 100-13 = 57/87 = 0,65 (65 %). Daher liegt der Anteil der Vererbung bei 65 % und der der Umwelt bei 35 %.

Mit der Methode untersuchen sie:

1. Die Rolle von Vererbung und Umwelt bei der Bildung der Merkmale eines Organismus;

2. Spezifische Faktoren, die den Einfluss der äußeren Umgebung verstärken oder schwächen;

3. Zusammenhang von Merkmalen und Funktionen;

5. Biochemische Methoden.

Diese Methoden dienen der Diagnose von Stoffwechselerkrankungen, die durch Veränderungen in der Aktivität bestimmter Enzyme (Genmutationen) verursacht werden. Mit diesen Methoden wurden etwa 500 molekulare Krankheiten entdeckt.

Bei verschiedenen Arten von Krankheiten ist es möglich, entweder das abnormale Protein-Enzym selbst oder Stoffwechselzwischenprodukte zu bestimmen.

Die Methoden umfassen mehrere Phasen:

1) Identifizierung mit einfachen, zugänglichen Methoden (Expressmethoden), qualitative Reaktionen von Stoffwechselprodukten in Urin und Blut.

2) Klärung der Diagnose. Hierzu werden präzise chromatographische Methoden zur Bestimmung von Enzymen, Aminosäuren, Kohlenhydraten etc. eingesetzt.

3) Der Einsatz mikrobiologischer Tests basiert auf der Tatsache, dass einige Bakterienstämme auf Medien wachsen können, die nur bestimmte Aminosäuren und Kohlenhydrate enthalten. Befindet sich im Blut oder Urin ein für Bakterien benötigter Stoff, so ist auf einem so vorbereiteten Substrat ein aktives Wachstum von Bakterien zu beobachten, was bei einem gesunden Menschen nicht der Fall ist.

Mit biochemischen Methoden werden Hämoglobinopathien, Stoffwechselstörungen von Aminosäuren (Phenylkentonurie, Alkaptonurie), Kohlenhydraten (Diabetes mellitus, Galaktosämie), Lipiden (amaurotische Idiotie), Kupfer (Konovalov-Wilson-Krankheit), Eisen (Hämochromatose) usw. nachgewiesen.

6. Dermatoglyphen-Methode.

Dermatoglyphen sind ein Zweig der Genetik, der erblich bedingte Hautreliefs an Fingern, Handflächen und Fußsohlen untersucht. Diese Körperteile haben epidermale Vorsprünge – Grate, die komplexe Muster bilden. Hautmuster sind streng individuell und genetisch bedingt. Der Prozess der Bildung des Kapillarreliefs findet während der 3-6-monatigen intrauterinen Entwicklung statt. Der Mechanismus der Kammbildung hängt mit der morphogenetischen Beziehung zwischen der Epidermis und dem darunter liegenden Gewebe zusammen.

Gene, die für die Bildung von Mustern auf den Fingerspitzen sorgen, sind an der Regulierung der Flüssigkeitssättigung der Epidermis und Dermis beteiligt.

Gen A – verursacht das Auftreten eines Bogens auf der Fingerkuppe, Gen W – das Auftreten einer Locke, Gen L – das Auftreten einer Schleife. Somit gibt es drei Haupttypen von Mustern auf den Fingerspitzen (Abb. 5.5). Häufigkeit des Auftretens von Mustern: Bögen – 6 %, Schleifen – etwa 60 %, Locken – 34 %. Ein quantitativer Indikator für Dermatoglyphen ist die Kammzahl (die Anzahl der Papillarlinien zwischen dem Delta und der Mitte des Musters; Delta sind die Konvergenzpunkte der Papillarlinien, die eine Figur in Form des griechischen Buchstabens Delta Δ bilden).

Im Durchschnitt gibt es 15 - 20 Grate an einem Finger, an 10 Fingern bei Männern - 144,98; für Frauen - 127,23 Kämme.

Die palmare Entlastung (Palmoskopie) ist komplexer. Es zeigt eine Reihe von Ballenfeldern und Handflächenlinien. An der Basis der Finger II, III, IY, Y befinden sich Fingertriradien (a, b, c, e), an der Basis der Handfläche - palmar (t). Der Palmarwinkel - a t d überschreitet normalerweise nicht 57 0 (Abb. 5.6).

Hautmuster sind erblich. Die Kammstruktur der Haut wird polygen vererbt.

Die Bildung dermatoglyphischer Muster kann durch einige schädliche Faktoren in den frühen Stadien der Embryogenese beeinflusst werden (z. B. führt die intrauterine Exposition gegenüber dem Rötelnvirus zu Musterabweichungen ähnlich der Down-Krankheit).

Die Dermatoglyphen-Methode wird in der klinischen Genetik als zusätzliche Bestätigung der Diagnose von Chromosomensyndromen mit Karyotypveränderungen eingesetzt.

7. Immunologische Methoden.

Die Methoden basieren auf der Untersuchung der Antigenzusammensetzung von Zellen und Körperflüssigkeiten – Blut, Speichel, Magensaft. Die am häufigsten verwendeten Antigene sind Erythrozyten, Leukozyten und Blutproteine. Verschiedene Arten von Erythrozytenantigenen bilden Blutgruppensysteme – AB0, Rh – Faktor. Bei Bluttransfusionen sind Kenntnisse über die Eigenschaften der Blutimmungenetik erforderlich.

8. Ontogenetische Methode.

Die ontogenetische Methode ermöglicht es uns, die Manifestationsmuster von Merkmalen während der Entwicklung zu untersuchen. Ziel der Methode ist die Früherkennung und Vorbeugung von Erbkrankheiten. Die Methode basiert auf biochemischen, zytogenetischen und immunologischen Methoden. In den frühen Stadien der postnatalen Ontogenese treten Krankheiten wie Phenylketonurie, Galaktosämie und Vitamin-D-resistente Rachitis auf, deren rechtzeitige Diagnose zu vorbeugenden Maßnahmen beiträgt, die die Pathologie der Krankheiten reduzieren. Krankheiten wie Diabetes, Gicht und Alkaptonurie treten in späteren Stadien der Ontogenese auf. Von besonderer Bedeutung ist die Methode bei der Untersuchung der Aktivität heterozygoter Gene, die die Identifizierung rezessiver X-chromosomaler Erkrankungen ermöglicht. Die heterozygote Beförderung wird durch Untersuchung der Krankheitssymptome aufgedeckt (bei Anophthalmie - Verkleinerung der Augäpfel); Verwendung von Stresstests (erhöhte Phenylalaninspiegel im Blut bei Patienten mit Phenylketonurie); mittels mikroskopischer Untersuchung von Gewebeblutzellen (Ansammlung von Glykogen während der Glykogenose); mittels direkter Bestimmung der Genaktivität.

9. Methode der somatischen Zellgenetik.

Basierend auf der Untersuchung von Erbmaterial in Zellklonen aus Geweben, die außerhalb des Körpers auf Nährmedien gezüchtet wurden. In diesem Fall ist es möglich, Gene in reiner Form zu erhalten und Hybridzellen zu erhalten. Dies ermöglicht uns die Analyse der Verknüpfung von Genen und ihrer Lokalisierung, Mechanismen der Geninteraktion, Regulierung der Genaktivität und Genmutationen.

Der Einsatz anthropogenetischer Methoden ermöglicht eine rechtzeitige Diagnose einer Erbkrankheit.

Dies sind hybridologische, genealogische, zytogenetische, biochemische, dermatoglyphische, zwillingliche, bevölkerungsstatistische, gentechnische Methoden und Modellierungsmethoden.

Hybridologische Methode (Kreuzungsmethode) ist seit vielen Jahren ein fester Bestandteil. Entwickelt von G. Mendel. Dabei handelt es sich um die Kreuzung (Hybridisierung) von Organismen, die sich in einem oder mehreren erblichen Merkmalen voneinander unterscheiden.

Mithilfe der Kreuzung lässt sich Folgendes feststellen: 1) ob das untersuchte Merkmal (und das ihm entsprechende Gen) dominant oder rezessiv ist; 2) Genotyp des Organismus; 3) Interaktion von Genen und die Art dieser Interaktion; 4) Verknüpfung von Genen mit Geschlecht usw.

Die Methode hat einen Nachteil: Sie kann nicht in der Humanforschung eingesetzt werden, da es nicht möglich ist, Homo Sapiens in einem Experiment zu kreuzen.

Genealogische Methode besteht aus der Analyse von Stammbäumen und ermöglicht die Bestimmung der Art der Vererbung eines Merkmals (dominant, rezessiv, autosomal oder geschlechtsgebunden) sowie seiner monogenen oder polygenen Natur. Basierend auf den erhaltenen Informationen wird die Wahrscheinlichkeit der Manifestation des untersuchten Merkmals bei den Nachkommen vorhergesagt, was für die Prävention von Erbkrankheiten von großer Bedeutung ist; den Mutationsprozess zu untersuchen, insbesondere in Fällen, in denen es notwendig ist, neu aufgetretene Mutationen von solchen zu unterscheiden, die familiärer Natur sind, d. h. in früheren Generationen aufgetreten sind. Die genealogische Methode bildet in der Regel die Grundlage für Schlussfolgerungen in der medizinisch-genetischen Beratung (sofern es sich nicht um Chromosomenerkrankungen handelt).

Auf diese Weise wird die Vererbung individueller Merkmale eines Menschen festgestellt: Gesichtszüge, Größe, Blutgruppe, geistige und psychische Verfassung sowie einige Krankheiten. Betrachtet man beispielsweise den Stammbaum des Königshauses Habsburg, lässt sich eine hervorstehende Unterlippe und eine Hakennase über mehrere Generationen hinweg nachweisen.

Zytogenetische Methode besteht aus der Untersuchung der Anzahl, Form und Größe der Chromosomen bei Tieren und Pflanzen. Es ist sehr wertvoll für die Untersuchung sowohl des normalen Karyotyps (morphologische Merkmale des Chromosomensatzes) als auch für die Diagnose von Erbkrankheiten und Mutationen.

Wenn zum Beispiel während der Meiose (Teilung der Geschlechtszellen) homologe Chromosomen nicht auseinanderlaufen, dann enthält die Zygote drei homologe (für die gleichen Merkmale verantwortliche) Chromosomen statt zwei. Wird diese Chromosomenaberration (Trisomie) im 21. Chromosomenpaar festgestellt, kommt es zum Down-Syndrom: mongolisches Gesicht, unregelmäßig geformte Ohren, Kleinwuchs, kurze Arme, geistige Behinderung.

Biochemische Methode ermöglicht es Ihnen, Störungen der inneren Chemie des Körpers zu erkennen, die auf den Träger eines abnormalen Gens hinweisen können. Erkrankungen, die auf Stoffwechselstörungen beruhen, stellen einen wesentlichen Teil der genetischen Erbkrankheit dar. Dazu gehören Diabetes mellitus, Phenylketonurie, Galaktosämie (gestörte Aufnahme von Milchzucker) und andere. Mit dieser Methode können Sie die Krankheit frühzeitig erkennen und behandeln. Für Neugeborene ist nun ein Screening auf biochemische Marker genetischer Erkrankungen obligatorisch.

Dermatoglyphische Methode.Themenstudien - Zeichnungen auf den Handflächen, Fußsohlen und Fingern. Bei Chromosomenerkrankungen verändern sich die Muster, beispielsweise die Affenfalte auf der Handfläche beim Down-Syndrom.

Zwillingsmethode - ermöglicht es uns, den Einfluss der Umwelt auf eineiige Zwillinge zu bestimmen, die genetisch identisch sind. Dadurch können wir die Rolle äußerer Bedingungen bei der Umsetzung der Genwirkung zuverlässig beurteilen.

Populationsmethode. Besteht aus der Bestimmung der Häufigkeit eines Gens in einer Population gemäß dem Hardy-Weinberg-Gesetz. Basierend auf dieser Methode wird die Verteilung von Individuen unterschiedlicher Genotypen beurteilt und die Dynamik der genetischen Struktur von Populationen unter dem Einfluss verschiedener Faktoren analysiert. Zum Beispiel manifestiert sich das Gen für Farbenblindheit häufiger bei Männern – bis zu 7–8 % (bei Frauen – 0,5 %, obwohl 13 % Träger des Gens sind).

Gentechnische Methode– Mit seiner Hilfe verändern Wissenschaftler die Genotypen von Organismen: Sie entfernen und ordnen bestimmte Gene neu, führen andere ein, kombinieren Gene verschiedener Arten im Genotyp eines Individuums usw.

Modellierungsmethode – untersucht menschliche Krankheiten bei Tieren. Diese Methode basiert auf dem Vavilov-Gesetz.

Genealogische Methode 1883 von F. Galton vorgeschlagen. Dies ist eine Methode zur Analyse von Stammbäumen (Verfolgung der Vererbung eines normalen oder pathologischen Merkmals in einer Familie, Angabe der Art der familiären Bindungen zwischen Mitgliedern des Stammbaums). In der medizinischen Genetik heißt es klinisch und genealogisch , da pathologische Anzeichen verfolgt und klinische Forschungsmethoden angewendet werden.

Die Essenz der Methode : Identifizierung familiärer Bindungen und Verfolgung des untersuchten Merkmals bei nahen, entfernten, direkten und indirekten Verwandten.

Phasen der Methode :

1. Sammeln von Informationen über Verwandte vom Probanden (einer Person, die einen Genetiker konsultiert hat).

2. Erstellung eines Stammbaums.

3. Stammbaumanalyse.

Die Methode wird verwendet, um die erbliche Natur eines Merkmals, die Art der Vererbung, die Genotypen von Stammbaummitgliedern und die Genpenetranz festzustellen.

Zur Erstellung von Genealogien wird ein Symbolsystem verwendet, das 1931 vom englischen Wissenschaftler Just vorgeschlagen wurde (Abb. 17).

Bei der Erstellung von Stammbäumen sind folgende Regeln zu beachten:

· Es ist notwendig, die Anzahl der Generationen aus der gesammelten Geschichte herauszufinden;

· Stammbaum beginnt mit dem Probanden;

· jede Generation ist links mit römischen Ziffern nummeriert;

· Symbole, die Personen derselben Generation bezeichnen, sind auf einer horizontalen Linie angeordnet und in arabischen Ziffern nummeriert.

Die Stammbaumanalyse zeigt Folgendes Arten der Vererbung Merkmale: autosomal-dominant; autosomal-rezessiv; X-chromosomal (geschlechtsgebunden) dominant; X-chromosomal (geschlechtsgebunden) rezessiv; holandrisch (verbunden mit dem Y-Chromosom).

Autosomal-dominanter Erbgang:

· Ein krankes Kind wird mit einer Wahrscheinlichkeit von 100 % von kranken Eltern geboren, wenn diese homozygot sind; 75 %, wenn sie heterozygot sind.

Abbildung 17. Symbolik, die bei der Erstellung von Stammbäumen verwendet wird

Autosomal-rezessiver Erbgang:

· Männer und Frauen sind gleichermaßen betroffen.

· Die Wahrscheinlichkeit, ein krankes Kind von gesunden Eltern zu bekommen, beträgt 25 %, wenn diese heterozygot sind; 0 %, wenn beide oder einer von ihnen homozygot für das dominante Gen ist.

· Manifestiert sich häufig in blutsverwandten Ehen.

X-chromosomal (geschlechtsgebunden) dominanter Erbgang:

· Kranke Menschen kommen in jeder Generation vor.

· Frauen sind stärker betroffen.

· Wenn ein Vater krank ist, sind alle seine Töchter krank.

· Ein krankes Kind wird mit einer Wahrscheinlichkeit von 100 % von kranken Eltern geboren, wenn die Mutter reinerbig ist; 75 %, wenn die Mutter heterozygot ist.

· Die Wahrscheinlichkeit, ein krankes Kind von gesunden Eltern zu bekommen, beträgt 0 %.

X-chromosomischer (geschlechtsgebundener) rezessiver Vererbungstyp:

· Patienten kommen nicht in jeder Generation vor.

· Überwiegend sind Männer betroffen.

· Die Wahrscheinlichkeit, dass gesunde Eltern einen kranken Jungen zur Welt bringen, liegt bei 25 %, für ein krankes Mädchen bei 0 %.

Holandrische (Y-chromosomale) Vererbungsart:

· Kranke Menschen kommen in jeder Generation vor.

· Nur Männer werden krank.

· Wenn ein Vater krank ist, sind alle seine Söhne krank.

· Die Wahrscheinlichkeit, von einem kranken Vater einen kranken Jungen zu bekommen, liegt bei 100 %

Zwillingsmethode(1876 von F. Galton vorgeschlagen, um genetische Muster bei Zwillingen zu untersuchen.

Die Essenz der Methode : Vergleich von Merkmalen verschiedener Zwillingsgruppen anhand ihrer Ähnlichkeiten (Konkordanz) oder Unterschiede (Diskordanz).

Phasen der Methode:

1. Zusammenstellung einer Stichprobe von Zwillingen aus der gesamten Bevölkerung.

2. Diagnose der Zygotie von Zwillingen.

3. Ermittlung der relativen Rolle von Vererbung und Umwelt bei der Bildung eines Merkmals.

Um die Rolle von Vererbung und Umwelt bei der Bildung und Entwicklung eines Merkmals zu beurteilen, verwenden sie Holzinger-Formel:

N = ( KMB%-KDB%)/100%-KDB%

wobei N der Anteil erblicher Faktoren ist,

KMB% und - Konkordanz eineiiger Zwillinge in Prozent

KDB% – Konkordanz zweieiiger Zwillinge in Prozent

Wenn H größer als 0,5 ist, spielt der Genotyp eine große Rolle bei der Bildung des Merkmals; wenn H kleiner als 0,5 ist, spielt die Umwelt eine große Rolle.

Zytogenetische Methode ist die Untersuchung des Karyotyps mittels Mikroskopie.

Phasen der Methode:

1. Gewinnung und Kultivierung von Zellen (Lymphozyten, Fibroblasten) auf künstlichen Nährmedien.

2. Zugabe von Phytohämagglutinin zum Nährmedium zur Anregung der Zellteilung.

3. Stoppen der Zellteilung im Metaphasestadium durch Zugabe von Colchicin.

4. Behandlung von Zellen mit einer hypotonischen Lösung NaCl, wodurch die Zellmembran zerstört wird und es zu einer „Streuung“ der Chromosomen kommt.

5. Färbung von Chromosomen mit spezifischen Farbstoffen.

6. Mikroskopieren und Fotografieren von Chromosomen.

7. Erstellung eines Idiogramms und dessen Analyse.

Die Methode ermöglicht:

· genomische und chromosomale Mutationen diagnostizieren;

Bestimmen Sie das genetische Geschlecht des Organismus.

Biochemische Methoden. Die Ursache der meisten erblichen monogenen Erkrankungen sind Stoffwechseldefekte im Zusammenhang mit Enzymopathien (Störungen in der Struktur von Enzymen, die an Stoffwechselreaktionen beteiligt sind). Gleichzeitig reichern sich Stoffwechselzwischenprodukte im Körper an, sodass durch deren Bestimmung oder die Aktivität von Enzymen mit biochemischen Methoden die Diagnose erblicher Stoffwechselerkrankungen (Genmutationen) möglich ist. Quantitative biochemische Methoden (Stresstests) ermöglichen die Identifizierung heterozygoter Träger eines pathologisch rezessiven Gens.

Dermatoglyphische Analyse ist die Untersuchung der menschlichen Kammhaut (Haut der Fingerspitzen, der Handinnenseite und der Fußsohlenseite), bei der die Papillarschicht der Dermis stark ausgeprägt ist.

Die Methode wird angewendet:

a) um die Zygotie von Zwillingen festzustellen;

b) als Expressmethode zur Diagnose der angeborenen Komponente einiger Erbkrankheiten.

Typischerweise wird bei einer genomischen Pathologie eine Kombination bestimmter Indikatoren festgestellt: radiale Schlingen am 4. und 5. Finger, vierstellige Furche, Haupthandflächenwinkel von 60° bis 80° usw.

Chemische Methoden basierend auf hochwertigen farbchemischen Reaktionen. Wird zur vorläufigen Diagnose erblicher Stoffwechselerkrankungen eingesetzt. Als Screening-Test Diagnose einer Phenylketonurie Es wird die Methode angewendet, bei der in einer 10 %igen Lösung von PeCl 3 oder 2,4-Dinitrophenylhydrazin getränkte Papierstreifen mit dem Urin des Kindes benetzt werden. Wenn Phenylbrenztraubensäure im Urin vorhanden ist, erscheint eine grünliche Farbe auf dem Filterpapier.

Bestimmung von X- und Y-Geschlechtschromatin. Für die Forschung werden bukkale Epithelzellen oder Leukozyten verwendet. A"-Chromatin wird durch Anfärben des Präparats bestimmt Acetorcein, und U-Chromatin – wenn gefärbt Acrylchinipriet. Diese Methoden ermöglichen es, die Anzahl der Geschlechtschromosomen in einem Karyotyp zu identifizieren (die Anzahl der A"-Chromosomen ist immer um eins größer als die Anzahl der A1-Chromatin-Klumpen, die Anzahl der Y-Chromosomen ist gleich der Anzahl der Y-Chromosomen. Chromatinklumpen); Feststellung des genetischen Geschlechts eines Individuums, Diagnose chromosomaler Erkrankungen des Geschlechts (in Kombination mit anderen Methoden).

Methoden der pränatalen (pränatalen) Diagnostik Erbkrankheiten ermöglichen es, erbliche Defekte des Fötus bereits in den frühen Stadien der Schwangerschaft zu erkennen. Mit ihrer Hilfe ist es möglich, die Erkrankung bereits lange vor der Geburt des Kindes festzustellen und ggf. einen Schwangerschaftsabbruch vorzunehmen.

Die Hauptindikatoren für die Pränataldiagnostik sind:

· Fest etablierte Erbkrankheit in der Familie.

· Das Alter der Mutter liegt bei über 35 Jahren, das Alter des Vaters bei über 40 Jahren.

· Vorliegen einer geschlechtsbedingten Erkrankung in der Familie.

· Das Vorhandensein struktureller Chromosomenumlagerungen bei einem der Eltern (insbesondere Translokationen und Inversionen).

· Heterozygotie beider Elternteile für ein Allelpaar bei einer autosomal-rezessiven Erkrankung.

· Die schwangere Frau hat in der Vergangenheit längere Zeit in gefährlichen Industrien gearbeitet oder an Orten mit hoher Hintergrundstrahlung usw. gelebt.

· Wiederholte Spontanaborte oder die Geburt eines Kindes mit angeborenen Fehlbildungen, Diabetes mellitus, Epilepsie, Infektionen bei einer schwangeren Frau, medikamentöse Therapie.

Pränataldiagnostische Verfahren lassen sich unterteilen in:

1) Vorführung: ermöglichen es uns, Frauen zu identifizieren, die ein erhöhtes Risiko haben, ein Kind mit einer angeborenen Pathologie oder Erbkrankheit zu bekommen. Die Methoden sind weit verbreitet und relativ kostengünstig. Zu den Siebmethoden gehören:

Bestimmung der α-Fetoprotein (AFP)-Konzentration;

Bestimmung des Spiegels von humanem Choriongonadotropin (hCG);

Bestimmung des Gehalts an ungebundenem Östriol;

Nachweis von schwangerschaftsassoziiertem Plasmaprotein A;

Isolierung fetaler Zellen oder DNA aus dem Körper der Mutter.

2) Nicht-invasiv: Methoden zur Untersuchung des Fötus ohne Operation. Derzeit umfasst dies auch den fetalen Ultraschall (USA). Ultraschall kann sowohl zur Screening- als auch zur Abklärungsmethode eingesetzt werden. Die gesammelten Beweise zeigen, dass Ultraschall dem Fötus keinen Schaden zufügt. In einigen Ländern wird bei allen schwangeren Frauen eine Ultraschalluntersuchung durchgeführt. Dadurch kann die Geburt von 2-3 Kindern mit schweren angeborenen Fehlbildungen pro 1.000 Neugeborenen verhindert werden, was etwa 30 % aller Kinder mit einer solchen Pathologie entspricht.

3) Angreifend: Methoden, die auf der Analyse des genetischen Materials fetaler Zellen oder Gewebe basieren. Sie werden nach strengen Vorgaben durchgeführt. Zu den invasiven Methoden gehören:

Biopsie von Chorion und Plazenta (für zytogenetische, biochemische Untersuchungen und DNA-Analyse);

Amniozentese (Entnahme von fetalem Fruchtwasser zur Diagnose von Gen-, Chromosomen- und Genommutationen);

Cordozentese (Blutentnahme aus der Nabelschnur zur Früherkennung erblicher Blutkrankheiten);

Fetoskopie (Einführung eines faseroptischen Endoskops in die Amnionhöhle zur Untersuchung des Fötus, der Plazenta, der Nabelschnur usw.);