Популяционно-статический метод изучения генетики человека. Закон Харди-Вайнберга. Значение популяционно-статического метода для медицины.

Популяционная генетика- раздел генетики ,который изучает генетический состав популяции , а также факторы влияющие на изменение этого состава.

Популяция – это совокупность особей одного вида, которые проживают в течении длительного времени на определенном ареале, свободно скрещиваются, дают плодовитое потомство и отдельные от других популяций того же вида той или иной формой изоляции.

Основная закономерность , позволяющая исследовать генетическую структуру популяций , была установлена в 1908 г независимо друг от друга английским математиком Г.Харди и немецким врачом В.Вайнбергом. Этот закон позволяет установить математическую зависимость между частотами генов и генотипов в популяции.

Рассмотрим пару аллельных аутосомных генов ( А и а). Например , если ген А встречается с частотой (p), в ген а с частотой (q), то соотношение частот этих аллелей в популяции окажется равным 1.

P+q=1

A a

Первое положение закона Харди-Вайнберга: Сумма частот встречаемости доминантного и рецессивного аллелей одного гена величина постоянная и равна 1.

Возведя в квадрат мы получим (p+q)^2 = p^2 +2pq +q^2=1

AA Aa aa

Генотип AA встречается с частотой (p^2) , генотип Aa встречается с частотой (2pq) , генотип aa встречается с частотой (q^2). Распределение частот встречаемости различных генотипов соответствует коэффициентам бинома Ньютона второй степени.

Второе положение закона: Сумма частот встречаемости различных генотипов по одному аллелю в данной популяции величина постоянная и равна 1.

Аналогичный способ расчета можно применить для трехаллельной системы , например, для исследования групп крови.

pI^A +qI^B+ r I^0 =1, возводим в квадрат и получаем

(pI^A +qI^B+ r I^0)^2=1 раскрываем скобки

P^2I^AI^B+ q^2I^AI^B +2pqI^AI^0+2prI^AI^0=1

Это количественная оценка всех гомозиготных и гетерозиготных генотипов по системе ABO.

Закономерности полученные Харди и Ванбергом справедливы для равновесия популяций , для которых характерно:

1. Свободное скрещивание или отсутствие специального побора пар по каким-либо отдельным признакам.

2. Отсутствие оттока аллелей вызываемого отбором или миграцией за пределы данной популяции.

3. Отсутствие притока аллелей вызываемого мутационным процессом или миграцией особей в данную популяцию из вне.

4. Равная плодовитость гомозиготных и гетерозиготных особей.

5. Поколения не должны перекрываться во времени.

6. Численность популяции должны быть значительно большой.

В действительности реальная популяция может лишь приближаться к этим условиям. Известные генетики Ниль и Шелл считают, что, хотя ни в одной конкретной популяции эта совокупность условий не может быть соблюдена, в большинстве случаев расчеты по закону Харди- Вайнберга настолько близки к действительности , что этот закон вполне пригоден для анализа генетической структуры популяции. Для медицинской генетики имеет особенно большое значение то ,что этот закон может быть использован для анализа человеческой популяции. Так как человеческая популяция является достаточно большой. Гомозиготные и гетерозиготные особи одинаково плодовиты. Для большинства людей характерна панмиксия или свободное вступление в брак. Существует случайный и неслучайный подбор супружеских пар. Например, случайны подбор осуществляется по группам крови , цвету глаз, умению владеть преимущественно правой или левой рукой. Неслучайный подбор пар может осуществляться по некоторым заболеваниям например, ро глухонемоте. Панмиксия нарушается в изолятах, обусловленных национальными, расовыми, географическими , религиозными, сословными и другими подразделениями общества. Существенно панмиксия может быть нарушена имбридингом – близкородственным браком, то повышает вероятность рождения больных детей.

На генетический состав человеческой популяции существенно влияет мутационный процесс. Многие мутантные гены снижают продолжительность жизни человека и она умирает не оставив потомства, или имеют меньше детей, чем у нормальных людей. В результате происходит элиминация мутантного аллеля. Его частота снижается. К таким генам относятся летальные и полулетальные гены. Значительная часть хромосомных аномалий элиминируется еще на ранних стадиях внутриутробного развития. Однако не каждый патологический ген устраняется естественным отбором и рождаются дети с различными наследственными заболеваниями.

Другим не мене важным фактором влияющим на частоту аллелей в малочисленных популяциях и изолятах является дрейф генов , при этом полезные и адаптивные аллели могут случайно дрейф генов , при этом полезные и адаптивные аллели могут случайно элиминироваться из популяции , а менее полезные или даже неблагоприятные могут достигнуть значительных концентраций.

Нужно отметить ,что новые гены могут быть принесены в популяцию в виде гамет, принесенных иммигрантами из других популяций. Этот процесс получил название притока генов. Мутационный процесс и поток генов поставляют в популяцию новые аллели и следовательно служат источником изменчивости в популяции.

В человеческих популяциях действуют и естественный отбор , который является единственным эволюционным фактором, вызывающим направленное изменение генофонда путем элиминации из популяции менее приспособленных индивидов или снижения их плодовитости.

В человеческой популяции постоянно действуют такие факторы эволюции как мутационный процесс, миграция , отбор , дрейф генов, что приводит к изменению частот генов , но значение их не так выражено.

Учитывая все перечисленное закон Харди- Вайнберга можно сформулировать следующим образом.

В неограниченно больших популяциях, при отсутствии давления естественного отбора , мутаций , миграций и наличия панмиксии имеет место постоянное число генотипов и фенотипов.

Значение популяционо- статистического метода для медицины велико. Применяя его на практие можно определить какова встречаемость патологических генов и генотипов в популяциях различных стран, изучить особенности распространения наследственных заболеваний , в различных популяционных структурах и главное прогнозировать распространенность этих болезней в последующих поколениях. В ходе исследований выявляются не только больные , но и семьи в которых высок риск повторного появления детей с той же патологией. Такие семьи подлежать диспансерному наблюдению и среди них проводятся мероприятия, направленные на снижение частоты этих заболеваний в потомстве.

Закон Харди-Вайнберга позволяется установить по отдельности частоты доминантных гомозигот и гетерозигот , хотя они фенотипически при полном доминировании неотличимы. Зная обшее количество детей, родившихся за определенный период и количество детей у которых проявился рецессивный признак можно установить всю генетическую структуру популяции.

Применяя на практике этот метод было установлено, что наследственные болезни в человеческой популяции распространенны по регионам земного шара неравномерно. Установлено ,что серповидно клеточная анемия распространена среди негров и жителей Средиземноморья , врожденный вывих бедра чаще встречается у аборигенов Севера, различные виды прогрессирующего слабоумия у лиц еврейской и армянской национальности. Популяционно– статистический метод установил, что частота встречаемости даже повсеместно распространенных заболеваний колеблется в разных популяциях.

Например, муковисцидоз чаще проявляется среди восточных народов, проявляемость фенилкетонурии выше среди славянских групп народов, чем у германских и романских.