Студент должен иметь представления
Государственное БЮДЖЕТНОЕ образовательное учреждение высшего профессионального образования
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И СОЦИАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КАФЕДРА МЕДИЦИНСКОЙ БИОЛОГИИ, ГЕНЕТИКИ И ЭКОЛОГИИ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Для студентов медико-профилактического факультета
ТЕМА: Человек как объект генетического исследования. Методы изучения наследственности человека.
Составители: Л.Н. Самыкина;
И.В. Федосейкина;
О.Я. Сказкина .
Самара 2011
Методические указания предназначены для преподавателей, ведущих занятия со студентами 1-го курса лечебного, педиатрического, медико-профилактического факультетов. Указания составлены с учетом требований единой методической системы университета, в соответствии с действующей программой по биологии и системой менеджмента качества СамГМУ (потребитель)*.
Рецензенты
Заведующий кафедрой общей гигиены СамГМУ,
Доктор медицинских наук, профессор И.И. Березин
Заведующий кафедрой педагогики, психологии и
психолингвистики
Доцент А.Н. Краснов.
Актуальность темы.
Медицинская генетика - это наука, изучающая особенности наследственности и изменчивости человека. Существуют определенные трудности изучения генетики человека. Вследствие сложности генотипа и малочисленности потомства довольно сложно определить характер наследования заболевания. Все люди живут в разных социальных условиях и на формирование признаков человека большое влияние оказывает окружающая среда. Поэтому для исследования генетики человека применяются специальные методы, такие как клинико-генеалогический, дерматоглифический, популяционно-статистический, биохимический, онтогенетический, метод моделирования на лабораторных животных и многие другие. Все методы можно условно разделить на классические и современные. К классическим относятся: клинико-генеалогический и близнецовый. Эти методы имеют большое значение в диагностике наследственных заболеваний и прогнозирования рождения в семьях детей с наследственной патологией. Внедрение этих методов на определенном этапе развития генетики помогло утвердить в сознании практических врачей, ту истину, что практически любой признак человеческого организма определен генетической конституцией, реализующийся в конкретных условиях среды.
Благодаря клинико-генеалогическому методу был установлен наследственный характер для таких заболеваний как: миопия, гемофилия, дальтонизм, миоплегия (параличи мышц), фенилкетонурия, цистинурия и т.д. Выделены заболевания с наследственной предрасположенностью: язвенная болезнь, гипертоническая болезнь, эпилепсия и многие другие. Определены типы наследования для многих наследственных заболеваний. Использование на практике клинико-генеалогического метода позволяет установить моногенный или полигенный характер наследования признака, прогнозировать появление изучаемого признака в потомстве и предупреждать появление наследственных заболеваний.
Применение близнецового помогло выявить значимость наследственных и средовых факторов в развитии признаков человека.
Медико-генетическое консультирование является важнейшей областью прикладной генетики человека. Для уточнения диагноза, с которым направляется пациент, врачи консультации используют все средства современной медицины. Наряду с обычными клиническими исследованиями используют такие методы как цитогенетический, биохимический дерматоглифический, онтогенетический и многие другие.
Цитогенетический метод является основным для диагностики хромосомных болезней связанных с изменением числа хромосом и их структуры, и благодаря нему изучены все геномные и хромосомные аномалии. Кроме того, этот метод можно использовать и для диагностики фенокопирования (когда внешний вид ребенка с синдромом Дауна может быть следствием врожденного токсоплазмоза, а не трисомии по 21 хромосоме).
Благодаря биохимическому методу установлено свыше 600 болезней обмена веществ, в том числе фенилкетонурия, галактоземия, гликогенозы, мукополисахаридозы, липидозы.
Для проведения современных методов, используемых в генетике человека, подчас, требуется сложная диагностическая аппаратура, а от врача глубокие знания не только медицинских дисциплин, но и цитологии, биохимии, физики и информатики.
Современные исследования применимы и для каждого конкретного пациента и для целых популяций. Моделями исследований могут служить изолированные популяции, что позволяет анализировать причины концентрации наследственных болезней и изучать условия их формирования. Для правильной оценки частоты встречаемости разных наследственных заболеваний необходимо применять комплексный подход и использовать не только популяционно-статистический метод, но и весь арсенал современных методов исследования. Базируясь на этих методах создаются национальные программы (например по профилактике фенилкетонурии в Скандинавских странах или идиопатии Тея-Сакса в Америке), скрининг программы, направленные на оздоровление населения и предотвращение рождения детей с тяжелой патологией. Появление ребенка с выраженной врожденной патологией, особенно если оно сопровождается значительным нарушением физических и умственных способностей всегда является трагедией для семьи. Воспитание и содержание таких детей подчас требует больших физических и финансовых затрат, но в большинстве случаев так и не заканчивается реабилитацией больных. Поэтому и с моральной и с материальной стороны выгоднее направлять средства на современную диагностику и предотвращение наследственных заболеваний.
В последние годы большое значение получила дородовая или пренатальная диагностика. Врачи-генетики совместно с акушерами-гинекологами используют методы амниоцентеза (пункцию околоплодного пузыря), исследование ворсинок хориона и ультразвуковое исследование плода, что позволяет современно диагностировать наследственную патологию, а также снизить риск повторного рождения ребенка с тяжелыми аномалиями.
Даже небольшое перечисление наследственных заболеваний, говорит о необходимости знаний генетики практическими врачами. Генетическая подготовка поможет практическому врачу правильно оценить полученную информацию, вовремя выявить среди пациентов нуждающихся в дополнительной специализированной помощи, своевременно направить таких людей в медико-генетическую консультацию, где им будет оказана квалифицированная помощь специалистами в этой области медицины. Врачи должны хорошо знать наследственную патологию, ее клинические проявления, основные признаки (симптомы), характерные для этих заболеваний, или группы симптомов, стигмы, определяющих пороки развития.
2. Цель занятия: ( Результат процесса) Знать особенности человека, как объекта генетического исследования и основные методы, используемые в генетике человека.
Студент должен иметь представления
О новейших методах изучения генетики человека.
Студент должен знать:
- методы генетики человека: популяционно-статистический, биохимический, иммунологический, онтогенетический, цитогенетический, дерматоглифический, молекулярно-генетический.
- особенности человека, как объекта генетического исследования
- методы генетики человека
- классические методы: (клинико- генеалогический и близнецовый)
- этапы генеалогического метода
- принципы составления родословной
- анализ родословной
- критерии наследования признаков
- близнецовый метод
- критерии зиготности близнецов
Студент должен уметь, составить родословную и провести ее анализ:
а) определить тип наследования
б) определить генотип пробанда
в) дать прогноз в отношении пробанда и его будущих детей
г) пользуясь формулой, определить коэффициент наследственности
д) решать ситуационные задачи, применяя закон Харди-Вайнберга
е) определять генетическую структуру популяции
ж) рассчитывать частоты встречаемости аллелей нормального и патологического генов в популяции.
3. Место проведения: Кафедра медицинской биологии, генетики и экологии.
Время: 135 минут.
5. Информационное обслуживание:
а) кодоскоп;
б) слайды «символы, используемые при составлении родословной», «критерии наследования при аутосомно-доминантном типе наследования», «критерии наследования при аутосомно-рецессивном типе наследования», «критерии наследования, когда доминантный ген, сцеплен с X хромосомой.», « критерии наследования когда рецессивный ген сцеплен с X хромосомой», «близнецовый метод»;
в) методические указания по данной теме;
г) задачник по медицинской генетики.
6. Истоки:
Теоретический материал следующих разделов биологии:
- общая биология;
- анатомия и физиология человека.
7. Выход:
В практической деятельности врача при диагностировании заболеваний у человека и для проведения профилактических мероприятий.
8. Контрольно-учебная карта внеаудиторной подготовки к занятию.
Цель этапа путем самостоятельной работы с учебной литературой освоить ключевые вопросы темы.
| Ключевые вопросы темы | Цель | Вопросы для самоконтроля |
| 1. Человек, как объект генетического исследования. | Отметить особенности изучения генетики человека. | Недостатки и преимущества человека, как объекта генетического исследования. |
| 2. Методы изучения генетики человека. | Знать основные методы генетики человека | - генеалогический - близнецовый - биохимический - дерматоглфический - популяционно-статистический - цитогенетический - онтогенетический - метод гибридизации соматических клеток - метод определения вероятности генетически обусловленных событий. |
| 3.Генеалогический метод. Принципы составления родословной. 4.Анализ родословной | Подчеркнуть роль генеалогического метода в определении наследственной природы заболевания и его значение для прогнозирования будущего потомства. Установить алгоритм анализа родословной | - методика составления родословной - графическая символика используемая для построения родословной - порядок сбора анамнестических данных о пробанде и его ближайших родственниках .анализ составленной родословной: а) выяснение наследственной природы заболевания б) установление типа наследования в) определение генотипа пробанда г) прогноз в отношении пробанда и его будущих детей |
| 5. Критерии для определения типов наследования признаков. | Пользуясь критериями наследования научится определять тип наследования, для установления возможного генотипа пробанда | Типы наследования: а)аутосомно-доминантный б)аутосомно-рецессивный в) доминантный ген сцеплен с X хромосомой г) рецессивный ген сцеплен с X хромосомой д) ген сцеплен с У хромосомой. |
| 6. Близнецовый метод. 7. Популяционно-статистический метод. 8. Биохимический метод. 9. Цитогенетический метод. 10.Иммуногенетический метод. 11.Онтогенетический метод. 12. Молекулярно –генетические методы. 13.Профилактика наследственных заболеваний. | Знать значение близнецового метода для определения роли наследственности и окружающей среды в формировании признака. Знать: а) сущность закона Харди-Вайнберга б) значение для изучения генетической структуры популяции, прогнозирование распространения патологических генов в популяции. Уметь применять закон Харди – Вайнберга для расчета частот аллелей нормальных и патологических генов в популяции, для определения генетической структуры. Знать значение биохимического метода для диагностики наследственных заболеваний обмена веществ, для установления гетерозиготного носительства и прогнозирования будущего потомства. Знать: а) сущность цитогенетического метода. б) значение для уточнения диагноза при подозрении на хромосомные болезни, а также для пренатальной диагностики хромосомных болезней. показать значение иммуногенетического метода в диагностике иммунодифицитных состояний, установлении отцовства и определения предрасположенности к наследственным заболеваниям. Знать сущность метода для определения дифференциальной активности генов в онтогенезе. Показать перспективность молекулярно – генетических методов для диагностики наследственных заболеваний. Знать основные направления профилактики наследственных наследственной патологии. Отметит ведущее значение медико-генетического консультирования для диагностики и предупреждения наследственных заболеваний. | - определение зиготности близнецов - вычисление коэффициента наследственности (Н) - практическое применение близнецового методав медицине, фармацевтической промышленности, педагогике. - Понятие «популяция» - Вывод, формулировка и условия выполнения закона Харди-Вайнберга - применение закона Харди – Вайнберга в практической медицине: - изучение распространения патологических генов и генотипов в популяции - прогнозирование частоты наследственных заболеваний у потомков. Показание к применению биохимического метода: - диагностика наследственных дефектов а) аминокислотного обмена б) углеводного обмена в) липидного обмена - Установление гетерозиготного носительства - использование биохимического метода в пренатальной диагностике наследственной патологии - введение скрининг программы по профилактике наследственной патологии. - понятие о кариотипе человека - показания к применению цитогенетического метода - методика приготовления препаратов для прямого исследования хромосом - косвенный экспресс- метод определения полового хроматина - значение цитогенетического метода для диагностики хромосомных болезней. 1. Антигены эритроцитов человека. 2. Антигены лейкоцитов человека. Дифференциальная активность генов в различные периоды онтогенеза. «время действия генов» «поле действия генов» значение метода в диагностике наследственных заболеваний. 1. создание клонотек. 2. секвенирование генов. 3. полимеризация, цепная реакция. 4. создание молекулярных зондов. 5. выявление мутантных сайтов гена с помощью рестриктаз. 1. Медико-генетическое консультирование; 2. пренатальная дигностика; а) инвазивные методы, б) неинвазивные методы, 3. неонатальный скрининг наследственных заболеваний; 4.Периконценционная профилактика; 5. Мероприятия по улучшению состояния окружающей среды. |
9. ПРОЦЕСС*. ПЛАН ПРОВЕДЕНИЯ ЗАНЯТИЯ.
| Название этапа | Описание этапа | Цель этапа | Время (мин) |
| 1.Организационный момент | Отметка присутствую-щих | Мобилизация внимания студентов | |
| 2. Вводное слово преподавателя | Определение: - темы занятия - актуальности темы - цели занятия | Создание мотивации у будущих врачей о значимости использования классических и современных методов для диагностики и профилактики наследственной патологи. | |
| 3.Контроль исходного уровня. | -Входной тестовый контроль -Фронтальный опрос по ключевым вопросам темы: 1. Человек как объект генетического исследования. 2. Методы изучения генетикичеловека 3. Генеалогический метод. Принципы составления родословной. 4. анализ родословной. 5. Критерии для определения типов наследования. 6. Близнецовый метод. 7. Современный методы применяемые в генетике человека 8. Популяционно – статистический метод. 9.Цитогенетический метод. 10Иммуногенетический метод. 11Онтогенетический метод. 12Молекулярно – генетические методы. 13. Профилактика наследственных заболеваний. | Оценка исходных знаний студентов по изучаемой теме. | |
| 4. Педагогический показ | ¨ Решение обучающих ситуационных задач по молекулярной генетики ¨ ( приложение) | Умение применять теоретические знания при решении задач по молекулярной биологии | |
| 5. Решение ситуа-ционных задач | Выдать каждому сту- денту индивидуальную задачу. | Применение теоретических знаний для решения задач. | |
| 6. Контроль конеч-ного уровня знаний | Проверка протокола. | Выявление степени усвоения учебной темы. Оценка знаний студентов. | |
| 9. Заключение | Подведение итогов занятия. | Ориентация студентов на самостоятельную домашнюю подготовку. |
Основная литература.
1.А.А. Слюсарев. Биология с общей генетикой. Москва .Медицина 1987г.
2.А.П. Пехов Биология и общая генетика. Москва. Издательство Российского университета дружбы народов 1994г.
3. В.Н. Ярыгин. Биология в 2-х томах. Москва Высшая школа 1997г.
4 Н.Грин. У. Стаут. Д. Тейлор. Биология в 3-х томах. Москва. Мир. 1996г.
5.Лекции по биологии.
Дополнительная литература.
1. Е.Т. Ильин, Е.А. Богомазов, П.Б. Гофман-Кадошников Генетика для врачей. Москва. Медицина 1990г.
2. Н.П. Бочков, А.Ф. Захаров, В.И. Иванов Медицинская генетика Москва. Медицина 1984 г.
3. Ф. Фогель, А. Мотульски Генетика человека. Москва . Мир .1989 г.
4. Лобашов М.Е. Генетика .Издательство Ленинградского университета 1969г.
10. ПРИЛОЖЕНИЕ.
ИНФОРМАЦИЯ
Медицинская генетика изучает закономерности наследственности и изменчивости человека под углом зрения патологии, а именно причины возникновения наследственных болезней , характер наследования в семье, распространение в популяциях , изменения на клеточном и молекулярном уровнях. Задачей медицинской генетики является изучение наследственной изменчивости - геномных, хромосомных, генных мутаций, а также выяснение условие их возникновения, биохимические изменения и клинические проявления. Фенотип человека формируется на различных этапах его онтогенеза и является прежде всего продуктом реализации генотипа. Но немаловажную роль в формировании признаков человека оказывает его социальная природа, условия окружающей среды. В зависимости от вклада наследственности или окружающей среды в возникновении заболеваний различают 3 группы заболеваний.
I. Наследственные болезни, появление которых целиком связано:
1. С нарушением структуры одного гена ( моногенные болезни), например, гемофилия, акаталазия, пигментная ксеродерма, фенилкетонурия , ахондроплазия, муковесцидоз и т.д.
2. С нарушением структуры хромосом, к которым относятся: делеции, транелокации , дупликации и инверсии хромосом Примерами делеций у человека являются : делеция сегмента 5 хромосомы, которая приводит к развитию синдрома «кошачьего крика», делеция сегмента 21 хромосомы к развитию хронического миелолейкоза, делеция 15 хромосомы к развитию синдрома Прадера- Вилли (который проявляется отставанием в умственном и физическом развитии, недоразвитием гонад, ожирением и мышечной гипотонией).
3. С изменением числа хромосом. ( увеличение или уменьшение числа половых хромосом или аутосом) Некоторые трисомии и моносомии у человека хорошо изучены и широко известны. Например, трисомии по 21, 13, 18, 8 , 9 аутосомам и по половым хромосомам, моносомия по половой X хромосоме.
II. Мультифакториальные заболевания или заболевания с наследственной предрасположенностью в появлении которых играет роль и наследственность и факторы окружающей среды, (гипертоническая болезнь, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, сахарный диабет и т.д.)
III. Заболевания, обусловленные исключительным воздействием факторов среды. К таким заболеваниям относятся травмы, бактериальные или вирусные инфекции, но и при этих заболеваниях их течение и исход во многом зависят от генетических особенностей организма.
У человека следует различать наследственную, врожденную и приобретенную патологию. К врожденной патологии относят не только наследственные болезни, но и любые другие болезни, проявляющиеся при рождении. К ним можно отнести, например, пороки лицевого черепа, расщелины неба (волчья пасть) или верхней губы (заячья губа), пороки сердца или других органов. Причиной этих аномалий может быть и патологический, мутантный ген и воздействие на плод, повреждающих факторов, особенно в критические периоды онтогенеза, таких как, вирус коревой краснухи, токсоплазмоз, авитаминоз, воздействие на плод радиации, химических веществ или некоторых лекарственных препаратов. В последнем случае возникают только фенокопии наследственных заболеваний, но сами заболевания не наследуются.
В настоящее время насчитывают около 3000 наследственных заболеваний, в том числе и заболеваний с наследственной предрасположенностью.
Человек как, объект медицинской генетики, достаточно хорошо изучен. Однако, при изучении наследственности человека существует определенные трудности: а) большое количество хромосом. (46 в диплоидном наборе), б) большое число групп сцеплений, в) малое число потомков в семьях, что затрудняет выявление наследственных заболеваний, г) медленная смена поколений, (продолжительность жизни исследуемого и исследователя примерно одинаковы, что не позволяет проследить патологический признак во многих поколениях), д) длительный дорепродуктивный период е) на человеке невозможно проводить специальные эксперименты,
ж) невозможно создать всем людям одинаковых условий существования
з) много полигенных признаков и ж) множество признаков проявляется с
низкой эспрессивностью и не всегда имеет место 100 % пенетрантность.
К факторам, облегчающим исследование генетики человека можно отнести: а) наличие у человека множества менделирующих признаков, наследование которых хорошо изучено, б) во всех соматических клетках содержится идентичный набор хромосом., в) человек существо и социальное и биологическое, поэтому подчиняется закону гомологических рядов, г) человеческая популяция очень велика и можно изучать заболевания анализируя готовые, существующие браки.
В генетике человека используются особые методы исследования такие как: 1) клинике- генеалогический, 2) близнецовый, 3) популяционно-статистический, 4) биохимический, 5) онтогенетический 6) цитогенетический, 7) метод определения вероятности генетически обусловленных событий, 8) метод определения вероятностей при неполной пенетрантности гена 9) метод гибридизации соматических клеток, 10) дерматоглифический, 11) имуногенетический, 12)метод моделирования наследственных заболеваний человека на животных, 13) метод сцепления генов.
К современным методам изучения генетики человека относятся: популяционно-статистический, дерматоглифический, биохимический, онтогенетический, цитогенетический, иммуногенетический, методы изучения генетики соматических клеток и ДНК, методы определения генетически обусловленных событий, метод сцепления генов, метод моделирования наследственных заболеваний на лабораторных животных.