Для вивчення спадкових ознак у людини використовують різні біохімічні, морфологічні, імунологічні, електрофізіологічні методи. Лабораторно-генетичні методи діагностики завдяки прогресу генетичних технологій можуть бути виконані на малій кількості матеріалу, який можна пересилати по пошті (декілька крапель крові на фільтрувальному папері або навіть на одній клітині, взятій на ранній стадії розвитку.
Основні методи антропогенетики:
- цитогенетичний;
- близнюковий;
- генеалогічний;
- популяційно-статистичний;
- дерматогліфічний;
- імунологічний;
- біохімічний;
- онтогенетичний;
- метод гібридизації соматичних клітин;
- метод моделювання;
- ДНК-аналіз.
Цитогенетичний метод
Цитогенетичний аналіз дозволяє записувати діагноз спадкового захворювання у вигляді каріотипічної формули.
Цитогенетичний метод (метод хромосомного аналізу) ґрунтується на мікроскопічному дослідженні структури й кількості хромосом. Він набув широкого застосування в 20-х роках ХХ ст., коли було отримано перші відомості про кількість хромосом у людини. У 30-х роках були ідентифіковані перші 10 пар хромосом. У 1956 р. шведські вчені Дж.Тийо і А.Леван вперше довели, що в людини 46, а не 48 хромосом.
Цитогенетичний метод використовують для:
• вивчення каріотипів організмів;
• уточнення числа хромосомних наборів, кількості й морфології хромосом для діагностики хромосомних хвороб;
• складання карт хромосом;
• для вивчення геномного і хромосомного мутаційного процесу;
• вивчення хромосомного поліморфізму в людських популяціях.
Хромосомний набір людини містить велику кількість хромосом, основні відомості про які можна отримати при вивченні їх у метафазі мітозу і профазі – метафазі мейозу. Клітини людини для прямого хромосомного аналізу отримують шляхом біопсії кісткового мозку і гонад або непрямим методом – шляхом культивування клітин периферичної крові (лімфоцити), коли отримують значну кількість метафаз. Непрямим методом досліджують також клітини амніотичної рідини або фібробласти, отримані при амніоцентезі або біопсії хоріона, клітини абортусів, мертвонароджених та ін.
Частіше досліджують хромосоми в лімфоцитах периферичної крові з венозної, гепаринізованої крові (10 мл) через 1 год відстоювання в холодильнику, відсмоктують плазму, а лейкоцити розміщують у живильне середовище 199 або Ігла у співвідношенні 1:1,5. Для стимуляції мітозу додають фітогемаглютинін з розрахунку 0,1 мл на 10 см3 суміші, а також пеніцилін – 100 ОД на 1 см3 суміші. Культуру у флаконах поміщають у термостат при 37˚С на 48 або 72 год. За 6 год до кінця інкубації додають колхіцин з розрахунку 0,5 мкг/мл, який перериває поділ лімфоцитів на стадії метафази. Потім культуру знову поміщають у термостат на 2-4 год, після чого її зливають у центрифужні пробірки і центрифугують 5 хв при 800-1000 об/хв. Після центрифугування надосадову рідину зливають, а до осаду додають 5 мл 0,95%-ного розчину цитрату натрію або 0,56%-ний розчин калій хлориду підігрітими до 37˚С. У цьому розчині клітини витримують 7 хв, коли застосовують калій хлорид, або 15 хв, якщо застосують цитрат натрію. Культуру знову центрифугують 5-7 хв за тої ж швидкості обертів. Перебування культури в гіпотонічному розчині й наступне центрифугування призводить до розриву ядерних оболонок і виходу хромосом у цитоплазму клітин.
Після центрифугування надосадову рідину зливають, а до осаду доливають 1-2 мл фіксатора, який складається з метилового (або етилового) спирту й льодяної оцтової кислоти в співвідношенні 3:1. Фіксацію проводять не менше 40 хвилин. За цей час фіксатор декілька разів зливають і додають свіжий (3-4 рази), поки клітинна суспензія не стане безбарвною. В останній порції фіксатора клітини суспензують і 3-4 краплі клітинної суспензії наносять на підготовлене предметне скельце. Висушують феном у струмені повітря і забарвлюють ядерними барвниками: 2%-ним розчином ацеторсеїну, азуреозином, барвником Унна, розчином Гімзи та ін. Накривають покривним скельцем, видаляють надлишок барвника фільтрувальним папером, розглядають під мікроскопом з імерсією.
Останнім часом всі дослідження в цитогенетиці людини проводять із застосуванням методів диференційного забарвлення хромосом (нові методики забарвлення хромосом), які дозволяють відрізнити кожну хромосомну пару. Існує декілька способів забарвлення: Q, G, C, R. У вирішенні питань діагностики хромосомних хвороб різні методи диференційного забарвлення застосовують у комбінації.
Завдяки диференційному забарвленню хромосом можна виявити незначні хромосомні зміни: невеликі делеції, транслокації та ін.
Хромосомні зміни виявляють, досліджуючи каріотип дорослого організму, у клітинах амніотичної рідини та в клітинах хоріона для діагностики хромосомних захворювань плода.
Методика вивчення каріотипу людини, складання каріограми
Отримавши мікропрепарат із культури лімфоцитів периферичної крові, із клітин амніотичної рідини або клітин хоріона вивчають його візуально. Відбирають у полі зору метафазу з роздільно розміщеними хромосомами, а потім мікропрепарат фотографують. З негатива роблять відбитки на фотопапері. З мікрофотографії вирізають зображення кожної хромосоми ножицями, наклеюють їх гумовим клеєм на білий аркуш паперу в ряд, починаючи від найбільшої першої пари, закінчуючи малими хромосомами 21-ї, 22-ї пар і статевої Y-хромосоми. Так отримують ідіограму.
Побудову каріотипу, тобто впорядковане розміщення кожної пари хромосом за індивідуальними ознаками відмінностей: загальна довжина хромосоми, форма, розташування центромери.
Більшість хромосом за такого методу можна тільки віднести до певних груп згідно з денверською класифікацією.
Цей метод дозволяє діагностувати багато спадкових хвороб, вивчати мутаційний процес, складні перебудови і найменші хромосомні аномалії в клітинах, які вступили у фазу поділу та поза поділом.
Покази до каріотипування:
• пацієнти з множинними уродженими вадами розвитку;
• діти із затримкою фізичного та психомоторного розвитку;
• пацієнти з недиференційованими формами олігофренії (недоумства);
• пацієнти з порушенням статевого диференціювання;
• жінки з порушенням менструального циклу (первинна або вторинна аменорея);
• сім’ї з безпліддям;
• жінки із звичним невиношуванням вагітності (викидні, мертвонароджені).
Метод вивчення статевого хроматину
Поряд з вивченням мітотичних хромосом певного діагностичного значення набуває спостереження інтерфазних клітин. Відмінною ознакою жіночої статі є вміст в інтерфазних ядрах статевого хроматину або тілець Барра.
У 1949 р. Барр і Бертрам при вивченні нервових клітин кішки виявили в ядрах невеличке інтенсивно забарвлене тільце, якому дали назву “сателіт ядра”. Пізніше було доведено, що воно міститься тільки в ядрах клітин самок і його можна розглядати як ознаку, що відрізняє клітини самок від клітин самців. Це тільце отримало назву статевий хроматин або тільце Барра.
Статевий хроматин міститься тільки в ядрах клітин самок тварин, які мають Х-хромосоми. Після забарвлення ця грудочка хроматину розташована поблизу ядерця, біля ядерної оболонки або лежить вільно в каріоплазмі. Локалізація статевого хроматину всередині ядра відносно постійна для клітин певного типу тканин.
Встановлено, що статевий хроматин є не що інше, як одна із Х-хромосом, яка під час інтерфази перебуває в гетеропікнотичному стані. На стадії бластоцисти одна із Х-хромосом, материнського або батьківського походження, інактивується.
Хід визначення статевого хроматину в людини.
1. Стерильним шпателем отримують зішкріб із слизової оболонки порожнини рота (із внутрішньої поверхні щоки).
2. Зскрібок (білуватий наліт) розміщують як можна рівніше посередині предметного скельця.
3. Мазок для фіксації занурюють у 96%-ний етанол.
4. Через 15-20 хв мазок виймають і підсушують на повітрі.
5. На мазок наносять 1-2 краплі розчину ацеторсеїну. Накривають покривним скельцем і препарат мікроскопують. Спочатку на малому збільшенні, а потім під олійною імерсією. Доліджують тільки інтерфазні добре помітні овальної форми ядра.
У жінок статевий хроматин виявляється в 20-60% ядер (рис. 59). Кількість грудочок статевого хроматину завжди на одиницю менше ніж число Х-хромосом. У нормі в жінок у кожному ядрі міститься одне тільце статевого хроматину. Порушення кількості Х-хромосом призводить до зміни кількості статевого хроматину: в індивідуума типу 48 (ХХХХ) їх буде три, за типу 45 (Х0) (синдром Шерешевського-Тернера) статевий хроматин відсутній.
У чоловіків з каріотипом 46 (ХY) статевого хроматину немає. За каріотипу 47 (ХХY) визначається одна грудочка статевого хроматину, в осіб з каріотипом 48 (ХХХY) – дві грудочки.
Статевий хроматин виявляється також у сегментних лейкоцитах у вигляді виросту (так звані “барабанні палички”), у вагінальному епітелії або в клітинах волосяної цибулини.
Для виявлення чоловічого Y-статевого хроматину (F-тільця) мазки фарбують акрихіном і розглядають із допомогою люмінесцентного мікроскопа. Y-хроматин – це часточка, що інтенсивно світиться, яка за величиною й інтенсивністю світіння відрізняється від інших хромоцентрів. Він виявляється в ядрах клітин чоловіків. Кількість Y-тілець відповідає числу Y-хромосом у каріотипі.
Генеалогічний метод
Основний метод генетичного аналізу в людини полягає в складанні й вивченні родоводу. Даний метод вперше запропонував наприкінці XIX ст. Ф.Гальтон.
Генеалогія – це родовід. Генеалогічний метод – метод родоводів, коли простежується ознака (хвороба) у родині з вказівкою родинних зв’язків між членами родоводу. В його основу покладено ретельне обстеження членів родини, складання й аналіз родоводів.
Генеалогічний метод дозволяє встановити:
- спадковий характер ознаки;
- тип успадкування і пенетрантність алеля;
- характер зчеплення генів і здійснювати картування хромосом;
- інтенсивність мутаційного процесу;
- розшифровування механізмів взаємодії генів;
- його застосовують при медико-генетичному консультуванні.
Суть генеалогічного методу полягає у встановленні родинних зв’язків, простеження ознак або хвороби серед близьких і далеких, прямих і непрямих родичів.
Метод складається із двох етапів: складання родоводу і генеалогічного аналізу. Вивчення успадкування ознаки або захворювання в певній сім’ї розпочинається із суб’єкта, який має цю ознаку або захворювання.
Особина, яка першою попадає в поле зору генетика, називається пробандом. Це переважно хворий або носій дослідної ознаки. Діти однієї батьківської пари називаються сибсами пробанда (брати – сестри). Потім переходять до його батьків, далі до братів і сестер батьків і їх дітей, потім до дідусів і бабусь і т.д. Складаючи родовід, роблять короткі нотатки про кожного члена сім’ї, його родинні зв’язки з пробандом. Схема родоводу супроводжується позначеннями під рисунком і отримала назву – легенда.
Всі індивідууми розміщуються строго по поколіннях в один ряд. Якщо родовід дуже великий, то різні покоління розташовують не горизонтальними, а концентричними рядами.
Застосування генеалогічного методу дозволило встановити характер успадкування гемофілії, брахідактиліїї, ахондроплазії та ін. Він широко використовується для уточнення генетичної природи патологічного стану і при складанні прогнозу здоров’я нащадків.
Методика складання родоводів, аналіз
Складання родоводу розпочинають з пробанда – людини, яка звернулася до генетика або до лікаря, містить ознаку, яку необхідно вивчити в родичів по батьківській і материнській лінії.
При складанні родовідних таблиць користуються умовними позначеннями, запропонованими Г.Юстом у 1931 р. Фігури родовідних розміщують горизонтально (або по колу) в один рядок кожне покоління. Зліва позначають римською цифрою кожне покоління, а окремі особи в поколінні – арабськими зліва направо і зверху вниз. Причому найстарше покоління розташовують зверху родоводу і позначають цифрою І, а наймолодше – внизу родоводу.
Братів і сестер згідно з народженням найстаршого розташовують зліва. Кожний член родоводу має свій шифр, наприклад ІІ-4, ІІІ-7. Шлюбна пара родоводу позначається за тим же номером, але з малої літери. Якщо один із подружжя не обстежений, відомості про нього не надаються взагалі.
Після складання родовідної до неї додається письмове пояснення-легенда родовідної.
У легенді мають знайти відображення такі відомості:
• результати клінічного й позаклінічного обстеження пробанда;
• відомості про особистий огляд родичів пробанда;
• зіставлення результатів особистого огляду пробанда з відомостями опитування його родичів;
• письмові відомості про родичів, які проживають в іншій місцевості;
• висновок про тип успадкування хвороби або ознаки.
Аналіз родоводу дає можливість дійти висновку щодо спадкового характеру ознаки, типу успадкування (автосомно-домінантний, автосомно-рецесивний або зчеплений зі статтю), зиготності пробанда (гомо- або гетерозиготний), ступеня пенетрантності й експресивності.
Особливості родоводів за різних типів успадкування
Аналіз родоводів показує, що всі хвороби, детерміновані мутантним геном, підпорядковуються класичним законам Менделя за різних типів успадкування.
За автосомно-домінантного типу успадкування домінантні гени фенотипово виявляються у гетерозиготному стані і тому визначення їх і вивчення характеру успадкування не викликає ускладнень.
Цьому типу успадкування характерні такі закономірності:
1) у кожного носія хворий один із батьків;
2) у хворого, який перебуває в шлюбі зі здоровою жінкою, у середньому, половина дітей хворіє, а друга половина – здорова;
3) у здорових дітей хворих батьків власні діти й онуки здорові;
4) чоловіки і жінки уражуються однаково часто, співвідношення хворих і здорових становить близько 1:1;
5) захворювання проявляються в кожному поколінні, що отримало назву – передача хвороби по вертикалі;
6) гетерозиготні індивіди хворіють;
7) хворі чоловіки і жінки однаково передають захворювання своїм дітям – хлопчикам і дівчаткам;
8) чим важче хвороба проявляється на репродукції, тим більша кількість родинних випадків (нові мутації);
9) гомозиготи можуть народитися від двох хворих батьків. Захворювання у них проходить більш тяжко, ніж у гетерозигот.
Прикладом автосомно-домінантного типу успадкування може бути характер успадкування шестипалості (багатопалості). Шестипалі кінцівки – явище досить рідкісне, але стійко зберігається у багатьох поколіннях деяких родин. Багатопалість стійко повторюється у нащадків, якщо хоча б один із батьків багатопалий, і відсутня в тих випадках, коли в обох батьків кінцівки нормальні. У нащадків багатопалих батьків ця ознака присутня в рівній кількості у хлопчиків і дівчаток. Дія цього гена в онтогенезі з’являється досить рано і має високу пенетрантність.
За автосомно-домінантного типу успадкування ризик появи хвороби в нащадків незалежно від статі становить 50%, але прояв захворювання в певній мірі залежить від пенетрантності, характеризується клінічним поліморфізмом не тільки в різних родинах, але і в членів однієї сім’ї.
Аналіз родоводів показує, що за таким типом успадковуються: синдактилія рук і ніг, синдром Марфана, ахондроплазія, брахідактилія, геморагічна телеангіектазія Ослера, гемахроматоз, гіпербілірубінемія, гіперліпопротеїнемія, різні дизостози, мармурова хвороба, незавершений остеогенез, нейрофіброматоз 1-го типу (хвороба Реклінгаузена), отосклероз, синдром Пеліциуса-Мерцбахера, пельгірівська аномалія лейкоцитів, періодична адинамія, перніціозна анемія, полідактилія, порфірія гостра інтермітуюча, птоз спадковий, ідіопатична тромбоцитопенічна пурпура, таласемія, туберозний склероз, фавізм, синдром Шарко-Марі, синдром Штурге-Вебера, множинні екзостози, ектопія кришталика, еліптоцитоз.
Особливість домінантних хвороб полягає у високій варіабельності термінів початку захворювання навіть у межах однієї родини.
За автосомно-рецесивного успадкування рецесивні гени фенотипово виявляються тільки в гомозиготному стані, що затруднює як виявлення, так і вивчення характеру успадкування.
Цьому типу успадкування властиві такі закономірності:
1) батьки здебільшого клінічно нормальні;
2) якщо хворіють обоє батьків, то всі діти будуть хворі;
3) якщо хвора дитина народилася у фенотипово нормальних батьків, то батьки обов’язково гетерозиготи, ¼ їх дітей буде уражена, ½ – гетерозиготні і ¼ – нормальні;
4) якщо уражені сибси народилися від близькородинного шлюбу, то це доказ рецесивного успадкування захворювання;
5) якщо вступають у шлюб хворий на рецесивне захворювання і генотипово нормальна людина, всі їх діти будуть гетерозиготами і фенотипово здорові;
6) якщо вступають у шлюб хворий і гетерозигота, то половина їх дітей будуть уражені, а половина – гетерозиготні;
7) якщо вступають у шлюб двоє хворих на одне і теж рецесивне захворювання, то всі їх діти будуть хворі;
8) обидві статі хворіють з однаковою частотою;
9) гетерозиготи фенотипово нормальні, але є носіями однієї копії мутантного гена;
Аналіз родоводів свідчить, що фенотипове виявлення рецесивних генів відбувається тільки в тих сім’ях, коли ці гени мають обоє батьків хоча би в гетерозиготному стані.
Сегрегація нащадків відповідає менделівському співвідношенню – 1(здоровий):2(гетерозиготи):1(хворий). Ризик появи хворої дитини в такому шлюбі становить 25%. Рецесивні гени в людських популяціях залишаються не виявленими. Проте в шлюбах між близькими родичами або в ізолятах (невеликі групи людей), де відбуваються шлюби за близьких родинних зв’язків, прояв рецесивних генів зростає. За таких умов імовірність переходу в гомозиготний стан і фенотипового виявлення малопоширених рецесивних генів різко збільшується.
Оскільки більшість рецесивних генів має негативне біологічне значення, супроводжується біохімічним дефектом, і зумовлює ослаблення життєвої стійкості та появу різних виродливостей і спадкових хвороб, то для здоров’я нащадків родинні шлюби мають різко негативний характер.
Спадкові хвороби переважно передаються за автосомно-рецесивним типом, за якого діти від батьків-гетерозигот можуть успадкувати хворобу в 25% випадків (за повної пенетрантності). Зважаючи, що повна пенетрантність трапляється рідко, то і відсоток успадкування захворювання менший.
Основні захворювання, які успадковуються за автосомно-рецесивним типом: абеталіпопротеїнемія, агаммаглобулінемія, агранулоцитоз, адреналова гіперплазія, акаталазія, алкаптонурія, альбінізм, амавротична ідіотія, аміно-ацидурії, аміотонія уроджена, анемія автоімунна гемолітична, анемія гіпохромна мікроцитарна, анемія несфероцитарна гемолітична, аненцефалія, атаксія-телеангіектазія, хвороба Верльгофа, галактоземія, синдроми Галевордена-Шпатца, Гартнупа, Кріглера-Наджара, Лоуренса-Муна-Барде-Бідля, Шільдера, Гоше, Краббе, Рефсума, Фанконі, гіпербілірубінемія, гермафродитизм, гепатоцеребральна дистрофія, гіпоадренокор-тицизм, гіпоальдостеронізм, гіпогаммаглобулінемія, глікогенна хвороба, гліцинемія, дистонія м’язова деформуюча, євнухоїдизм, лактатацидоз, метахроматична лейкодистрофія, мікседема, порфірія уроджена, пігментний ретиніт, прогерія, ренальна агенезія, ренальний канальцевий ацидоз, серпоподібноклітинна анемія, спонгіозна дегенерація центральної нервової системи, церебральний склероз, талесемія, атаксія Фрідрейха, фруктозурія, церебральний холестериноз, кольорова сліпота, хондродистрофія.
Ряд захворювань успадковується за Х-хромосомним (зчепленим зі статтю) типом, коли мати є носієм мутантного гена, а половина її синів хворі. Розрізняють Х-зчеплене домінантне і Х-зчеплене рецесивне успадкування.
Для Х-зчепленого домінантного типу успадкування характерно:
1) хворі чоловіки передають своє захворювання дочкам, але не синам;
2) хворі гетерозиготні жінки передають захворювання половині своїх дітей незалежно від їх статі;
3) уражені гомозиготні жінки передають захворювання всім своїм дітям.
Такий тип успадкування трапляється не часто. Захворювання у жінок проходить не так тяжко, як у чоловіків. Досить важко розрізнити між собою Х-зчеплене домінантне й автосомно-домінантне успадкування. Застосування нових технологій (ДНК-зонди) допомагає більш точно виявити тип успадкування.
Х-зчепленому рецесивному типу успадкування властиві такі закономірності:
1) майже всі уражені – чоловіки;
2) ознака завжди передається через гетерозиготну матір, яка фенотипово здорова;
3) хворий чоловік ніколи не передає захворювання своїм синам;
4) всі дочки хворого батька будуть гетерозиготними носіями;
5) жінка-носій передає захворювання 50% синів, ні одна з дочок не буде хворою, але половина дочок – носії спадкового гена.
Більше 300 ознак зумовлені мутантними генами розташованими в Х-хромосомі.
До захворювань, які успадковуються за рецесивним, зчепленим зі статтю типом відносяться: агаммаглобулінемія, альбінізм (деякі форми), анемія гіпохромна, синдроми Віскотта-Олдрича, Пельціуса-Мерцбахера, Фарбі, Гутнера, Лоу, Шольца, гемофілія А, гемофілія В, гіперпаратиреоїдизм, глікогеноз VI типу, нестача глюкозо-6-фосфатдегідрогенази, нецукровий нефрогенний діабет, іхтіоз, періодичний параліч, пігментний ретиніт, псевогіпертрофічна форма міопатії, фосфат-діабет, кольорова сліпота.
При Y-зчепленому успадкуванні ознака проявляється лише у чоловіків, батько передає ознаку всім синам. Прикладами є гіпертрихоз вушних раковин, іхтіоз.
Популяційно-статистичний метод
Метод ґрунтується на спостереженні спадкових ознак у великих групах населення. Він дозволяє розрахувати в популяції частоту нормальних і патологічних генів і генотипів: гетерозигот, гомозигот домінантних і рецесивних, частоту нормальних і патологічних фенотипів.
У 1908 році математик Г.Харді в Англії і лікар-антрополог В.Вайнберг у Німеччині сформулювали закон підтримки генетичної рівноваги в ідеальній популяції. Ними було запропоновано для відображення розподілу генотипів у панміктичній популяції застосувати формулу бінома Ньютона: (a+b)2 = a2 + 2ab + b2.
Частота генотипів і фенотипів розраховується за формулою Харді-Вайнберга: p2+2pq+q2=(p+q)2=1, де p – частота домінантного гена; q – частота рецесивного гена; q2 – частота гомозигот за рецесивним геном; p2 – частота гомозигот за домінантним геном; 2pq – частота гетерозигот.
Популяційно-статистичний метод застосовують для вивчення:
1) частоти генів у популяціях, включаючи частоту спадкових хвороб;
2) мутаційного процесу;
3) ролі спадковості й середовища у виникненні хвороб, особливо хвороб із спадковою схильністю;
4) ролі спадковості й середовища у формуванні фенотипового поліморфізму людини за нормальними ознаками;
5) значення генетичних чинників в антропогенезі, зокрема в расоутворенні.
Близнюковий метод
Для клінічної генетики у вивченні закономірностей успадкування патологічної ознаки особливо важливого значення набув близнюковий метод, який запровадив англійський учений Ф. Гальтон (1876).
Його використовують для встановлення ступеня спадкової зумовленості досліджуваних ознак.
Метод ґрунтується на трьох положеннях:
1. Монозиготи мають ідентичні генотипи, а дизиготи – різні генотипи.
2. Середовище, в якому розвиваються близнюки і яке впливає на прояв ознак, може бути однаковим і неоднаковим для одної і тої ж пари близнюків.
3. Всі властивості організму визначаються взаємно за участю генотипу і середовища.
Як відомо, близнюки можуть розвиватися з одного заплідненого яйця (монозиготні, МЗ), або з двох запліднених одночасно різних яйцеклітин (дизиготні, ДЗ).
Монозиготні близнюки (ідентичні, однояйцеві) характеризуються абсолютною схожістю генотипу і фенотипу: однакової статі, мають ідентичні групи крові, схожі між собою зовні. Вони мають 100% спільних генів. Монозиготні близнюки виникають з однієї яйцеклітини, заплідненої одним сперматозоїдом з наступним поділом зиготи на два зародки.
Дизиготні близнюки (неідентичні, двояйцеві) мають різні генотипи, можуть відрізнятися за статтю і за зовнішніми ознаками, але в них 50% загальних генів. Дизиготні близнюки виникають внаслідок запліднення двох і більше яйцеклітин. Це може відбутися за одночасного утворення двох яйцеклітин у двох фолікулах або утворення двох яєць в одному фолікулі.
На підставі порівняльного вивчення ознак у близнюків вираховують показники конкордантності (частота схожості) і дискордантності (частота відмінностей).
У МЗ конкордантність значно вища, ніж у ДЗ, проте ступінь схожості для різних ознак істотно коливається.
З метою оцінки ролі спадковості в розвитку тієї чи іншої ознаки проводять розрахунки за формулою:
Н = % подібності МЗ – % подібності ДЗ,
100 – % подібності ДЗ
де Н – коефіцієнт спадковості (англ. heredity – спадковість), МЗ – монозиготи, ДЗ – дизиготи.
Якщо значення коефіцієнта Н близьке або дорівнює одиниці, то ознака цілком визначається генотиповим чинником; якщо коефіцієнт Н близький або дорівнює нулю – визначальна роль належить фенотиповим чинникам. При коефіцієнті Н, який коливається в межах 0,5, можна вважати вплив спадковості і середовища на формування ознаки приблизно рівнозначним.
За допомогою близнюкового методу вивчають значення спадковості й середовища у формуванні фізіологічних особливостей організму й у розвитку спадкової патології. Якщо ознака формується під впливом середовища, то різниця (дискордантність) між монозиготами і дизиготами буде незначною. Якщо ознака залежить від генотипу, то схожість між монозиготами буде більшою, ніж між дизиготами. За цим принципом була доведена генетична схильність до різних хвороб. Близнюковий метод використовують для перевірки ефективності терапевтичних заходів при різних захворюваннях, а також при вивченні експресивності й пенетрантності генів, які викликають спадкові хвороби.
Близнюковий метод дає цінну інформацію при вивченні морфологічних і фізіологічних ознак, ролі генотипу і модифікації у формуванні обміну речовин у людини та ін.
Метод дерматогліфіки
Дерматогліфіка – один із найдавніших генетичних методів дослідження. Це наука, що вивчає успадковану зумовленість малюнків, що утворюють лінії шкіри на кінчиках пальців, долонях і підошвах людини.
Назва методу дерматогліфіки походить від двох грецьких слів: δέρμα – шкіра і γλνφος – гравіювати. В його основу покладено вивчення рельєфу шкіри кінчиків пальців рук, долонь і стоп. Дерматогліфіка ґрунтується на трьох особливостях візерунків шкіри: їх індивідуальності, незмінності і можливості зіставлення. Рисунок шкірних візерунків на пальцях, долонях і стопах чітко індивідуальний – на Землі не існує двох індивідуумів з ідентичним рисунком. На це вперше вказав англійський генетик Ф.Гальтон, двоюрідний брат Ч.Дарвіна, що запропонував англійській карній поліції за відбитками пальців ідентифікувати злочинців.
Джерела вчення про дерматогліфіку варто шукати ще в анатомічних дослідженнях М.Мальпігі (1686) і Я.Пуркіньє (1823), що перші дали чітку класифікацію варіантів пальцьових візерунків, виділили візерункові типи. У подальшому питаннями дерматогліфіки займалися англійські дослідники Каммінс, Кенеді, Бонневі, Мідло, американець Уайдлер та ін. З російських учених вагомий внесок зробили В.І.Лебедєв, П.І.Семеновський, М.В.Волоцький, Т.Д.Гладкова та ін.
Дерматогліфіка займається вивченням рельєфу на пальцях, долонях і підошвах. Виявилося, що в кожного народу, у кожної раси малюнки на кінчиках пальців мають свої особливості. Дерматогліфи росіян, українців і білорусів близькі між собою (що свідчить про загальний корінь походження), але за окремими характеристиками пальцьових візерунків повного збігу немає.
Дерматогліфічні дослідження мають важливе значення в криміналістиці, у визначенні зиготності близнюків, у діагностиці низки спадкових захворювань, а також в окремих випадках спірного батьківства.
Долонний рельєф дуже складний. У ньому виділяють ряд полів, подушечок і долонних ліній. Подушечок на долоні 11, їх поділяють на три групи:
1. П'ять кінцевих (апікальних) подушечок на кінцевих фалангах пальців.
2. Чотири міжпальцьові подушечки розташовуються проти міжпальцьових проміжків.
3. Дві долонні проксимальні подушечки – тенар і гіпотенар.
На найбільш виступаючих ділянках подушечок помітні шкірні гребінці. Це лінійні стовщення епідермісу, що являють собою модифіковані лусочки шкіри.
Вивчення малюнка шкірних гребінців тільки на подушечках кінцевих фаланг пальців є предметом дактилогліфіки. Нею займаються не тільки генетики, але й криміналісти (дактилоскопія). Завдання дерматогліфіки значно ширші. Гребінці спостерігаються й на інших шести подушечках, а також на велярній поверхні середньої та основної фаланг пальців (пальмоскопія). Вивчення їх також є предметом дерматогліфіки.
Дактилоскопія, чи дактилогліфіка, має більш стародавню історію, ніж пальмоскопія (вивчення шкірного рельєфу долоні). Ф.Гальтон вже в 1892 р. створив першу наукову класифікацію візерунків пальцьових подушечок. Надалі її доповнили й удосконалили Уайдлер (1904), У.Каммінс і Мідло (1943).
Методикою дослідження, запропонованою останніми авторами, користуються і сьогодні. Долоня дистально обмежена п’ястково-фалангеальними згинальними складками, а проксимально – зап’ястковою або браслетною згинальною складкою.
На долоні і пальцьових подушечках шкірні гребінці розташовані у формі потоків. У місцях з’єднання останніх утворюються трирадіуси або дельти. На долоні людини розрізняють чотири пальцьових трирадіуси (a, b, c, d) – біля основи ІІ-V пальців. Дистальні радіанти цих трирадіусів охоплюють основу пальців, а проксимально – утворюють головні лінії долоні (A, B, C, D)
Долоня умовно поділяється на 14 полів, починаючи від тенара (поле 1) і закінчуючи І міжпальцьовим проміжком (поле 13).
На долоні розрізняють і осьові трирадіуси, розташовані між тенаром і гіпотенаром.
На кінчиках пальців і на долонних підвищеннях розрізняють папілярні візерунки: завитки, петлі й дуги (рис.65).
По поздовжній осі долоні між тенаром і гіпотенаром, де сходяться три системи гребінцевих ліній – тенарна, гіпотенарна і браслетна, виділяють карпальний трирадіус, що позначається малою латинською буквою t. Дистальніше на долоні знаходиться центральний осьовий трирадіус, що позначається тією же буквою t із двома апострофами (t"), а між ними проміжний, що позначається буквою t' з одним апострофом. Ці трирадіуси часто варіюють і не завжди бувають одночасно в того самого суб'єкта.
Подушечка першого пальця поєднується з підвищенням тенара.
Гребінцеві візерунки вивчають під лупою. Відбитки візерунків за допомогою типографської фарби роблять на чистому білому, краще крейдованому папері або целофані.
Як на кінчиках пальців, так і на долонних підвищеннях можуть спостерігатися різні папілярні візерунки у вигляді завитків, петель та дуг відкритих в ульнарний чи радіарний бік. Те ж саме спостерігається на тенарі, і на гіпотенарі. Однак тут частіше бувають дуги.
На середній і основній фалангах пальців гребінцеві лінії ідуть поперек пальців, утворюють різні візерунки – прямі, серпоподібні, хвилеподібні, дугоподібні – і їхні поєднання.
Більше всього робіт присвячено вивченню візерунків на кінчиках пальців. Гальтон виділив 3 форми папілярних візерунків: завитки (whorl), петлі (loop) і дуги (arch). Їх позначають початковими буквами цих слів W, L, A. Петлі можуть бути відкритими як в ульнарний, так і в радіарний бік. Їх напрямок позначають першою буквою цих слів. Символ U позначає петлю, відкриту в ульнарний бік, символ R — петлю, відкриту в радіарний бік. Таким чином, виділяють 4 основних типи пальцьових папілярних візерунків— WRUA. У дугах потоки гребінцевих ліній не перетинаються, і тому у дузі немає трирадіуса чи дельти. У петлі є одна дельта, а в завитку — дві дельти. Рідше трапляються складені чи складні візерунки, що мають один чи більше трирадіусів. Гальтон їх включав до складу завитків.
Ф.Гальтон запропонував записувати пальцьові візерунки початковими латинськими буквами кожної форми візерунка в рядок, починаючи від 5-го пальця лівої руки і закінчуючи п'ятим пальцем правої руки. Уайдлер запропонував запис робити у вигляді дробу. У чисельнику позначають символи для правої руки, а в знаменнику – для лівої, тільки запис починається з першого пальця і закінчується п'ятим. Наприклад, на правій руці на першому пальці завиток, на другому – дуга, на третьому – петля, відкрита в радіарний бік, на четвертому – завиток, а на п'ятому – петля, відкрита в ульнарний бік; на лівій – на першому і четвертому пальцях – завитки, а на інших трьох – ульнарні дуги.
Загальноприйнятими показниками особливостей шкірних візерунків на пальцях є:
1. Загальний гребінцевий рахунок (загальне число папілярних ліній) — сума підрахованих на всіх 10 пальцях папілярних ліній між центром візерунка і дельтою.
2. Індекс інтенсивності візерунка – сума дельт на 10 пальцях обох рук.
3. Частота окремих візерунків – відношення числа візерунків того чи іншого типу (дуги, петлі радіарні, петлі ульнарні, завитки) до загального числа врахованих візерунків.
У групових дослідженнях часто користуються вивченням кількісного значення візерунка, тобто числа гребінців від дельти до центра візерунків (гребінцевий рахунок). У середньому на одному пальці буває 15-20 гребінців, на всіх 10 пальцях для чоловіків ця цифра дорівнює 144,98 ± 51,08, а для жінок – 127,23 ± 52,51. Шкірні візерунки спадково зумовлені й не змінюються протягом усього життя людини.
При вивченні шкірного рельєфу долоні досліджують:
1. Хід головних долонних ліній А, В, С, D.
2. Долонні візерунки на тенарі і гіпотенарі.
3. Пальцьові візерунки (форму візерунків, гребінцевий рахунок).
4. Осьові трирадіуси.
Аналогічні дослідження проводять і на підошвах ніг. Багато робіт присвячено вивченню кореляції між характеристиками шкірних візерунків, з одного боку, і деякими особливостями людини (ріст, колір очей, групи крові), – з іншого. Ці роботи показали, що зв'язок між ними або відсутній, або дуже незначний.
Подібність або розходження тих чи інших елементів шкірного візерунка є вагомим аргументом при визначенні ступеня генетичної близькості між окремими індивідуумами і популяціями. Індивідуальні особливості шкірних візерунків спадково зумовлені. Це доведено багатьма генетичними дослідженнями, зокрема дослідженнями на близнюках.
Характер успадкування типів візерунків ще остаточно не встановлений. Генетичний аналіз успадкування кількісних параметрів (загальний гребінцевий рахунок) свідчить на користь автосомних полігенних впливів. Пропонувалися теорії мономерного і полімерного рецесивного типів успадкування, однак подальшого підтвердження ці теорії не одержали. Усе-таки деякі деталі успадковуються чітко. Так, напрямок головної долонної лінії D у батьків і їхніх дітей однаковий. Рідкісна радіарна дуга на гіпотенарі, як правило, передається і дітям. У шлюбах людей із великою кількістю завитків не було дітей, що не мали хоча б одного завитка. Якщо в обох батьків від 14 до 20 дельт, то в їхніх дітей було не менше 7 дельт.
Ідентифікація зиготності близнюків проводиться за різними категоріями подібності дерматогліфічних елементів.
Вивчають:
1. Білатеральну симетрію — подібність між відповідними шкірними візерунками пальців правої і лівої рук того самого близнюка.
2. Гомолатеральну симетрію — подібність у цьому відношенні гомологічних пальців правої і лівої рук пари близнюків.
3. Дзеркальність (гетеролатеральна симетрія) — подібність гомологічних пальців і долонь правої руки однієї особи та лівої – іншої.
Для більш точної діагностики зиготності треба досліджувати можливо більшу кількість ознак.
А.Стокс вважає, що якщо з 10 гомологічних пар пальців не менш 7 має подібні візерунки (конкордантні), то цю пару близнюків можна вважати монозиготними, при подібності 4-5 пар пальців – дизиготними.
За кількісними показниками дерматогліфіки коефіцієнт кореляції між монозиготними близнюками наближається до 1, у той час як у парах дизиготних близнюків він не перевищує 0,3-0,5.
М.В.Волоцький вважає, що для визначення зиготності близнюків має значення так званий тотальний спосіб, тобто визначення дельтового рахунку. Вивчення дельтового індексу показало, що цей метод має найменшу кількість помилок.
Необхідно досліджувати також і долонні візерунки, лінії А, В, С, D, осьові трирадіуси, малюнок на тенарі, гіпотенарі, міжпальцьових подушечках, аналізувати гребінцевий рахунок та ін.
Деякі вчені надають великого значення в діагностиці близнюків гребінцевій ширині, тобто числу гребенів на 1 см. Вважається, що якщо середнє значення для 10 пальців відрізняється в пари близнюків більш ніж по двох гребінцях, то це вказує на дизиготність близнюків.
Застосування дерматогліфіки у визначенні батьківства вимагає певної обережності. Встановлено, що якщо в дитини є подвійна петля, то вона повинна бути й у батьків. Але якщо в батьків є подвійна петля, а в дитини її немає, то й доказ батьківства тут неможливий, тому що вона не завжди успадковується. Мюллер і Нюренберг у свій час запропонували правило, що допомагає орієнтуватися при вирішенні питання про спірне батьківство. Вони вважають, що в спадщину передаються еліптичні, циркулярні та проміжні форми візерунків. На противагу цьому, інші автори вважають, що більш важливим є порівняння аналогічних ліній і типів візерунків у батьків і дітей. Треба проводити аналіз багатьох елементів, а не окремих візерунків. Мають значення і маленькі візерункові ознаки.
Угорський учений Шандор Окреса методом целофанодактилографії показав, що візерунок кожної дитини несе в собі деталі візерунка гомологічного пальця батька.
В останні роки у зв'язку з вивченням хромосомних захворювань дерматогліфіка одержала новий напрямок. У даний час належного значення надається і згинальним борознам долоні й пальців, а також куту між трирадіусами й іншим деталям.
Статеві хромосоми впливають на шкірний рисунок.
Риси рельєфу шкіри успадковуються, що і використовують для діагностики спадкових захворювань.
Наприклад, при хворобі Дауна спостерігається дистальне зміщення осьового трирадіуса, поперечна 4-пальцьова складка долоні і на пальцях переважають дуги. При синдромі Едвардса (трисомія по 16-18-й парі хромосом) виявляють дуги на всіх пальцях, а також пальцьові петлі між ІІІ і IV пальцями (рис.68). У хворих на ß-таласемію в пальцьових візерунках переважають завитки.
У хворих на хромосомні захворювання (хворобою Дауна, синдромом Клайнфельтера, Шерешевського-Тернера) спостерігаються значні відхилення дерматогліфів від середньопопуляційних. Трохи меншу виразність мають дерматогліфічні відхилення в осіб із такими дефектами розвитку, як уроджені вади серця і магістральних судин, “заяча губа”, незарощення м'якого і твердого піднебіння (“вовча паща”) та ін. Зміну дерматогліфів можна використовувати в діагностичних цілях.
2.
