Кариотип и геном человека. Методы генетики человека (кариотип человека)
Кариотип человека — 46 хромосом: 22 пары аутосом + половые XX (женщина) или XY (мужчина). Гаметы содержат 23 хромосомы. Геном — генетический материал гаплоидного набора: ≈ 3,1 млрд пар нуклеотидов (в диплоидной клетке — вдвое больше), около 20–25 тысяч генов, кодирующие участки — лишь ~1,5 %. Международная программа «Геном человека» (1990–2003) полностью прочитала последовательность ДНК человека, что дало основу медицинской генетики, диагностики и фармакогенетики.
Современное определение генотипа: полногеномное секвенирование (чтение всей ДНК), генотипирование (проверка известных вариантов генов), ПЦР-анализ — многократное копирование нужного фрагмента ДНК с помощью ДНК-полимеразы и праймеров, позволяющее выявить мутацию, вирус или инфекцию по крошечному образцу.
| Метод определения генотипа | Как работает | Для чего |
|---|---|---|
| ПЦР (полимеразная цепная реакция) | В пробирку вносят ДНК, праймеры (короткие затравки к концам нужного участка), нуклеотиды и термостабильную ДНК-полимеразу. Цикл: нагрев до ~94 °C — цепи ДНК расходятся; охлаждение до ~55 °C — присоединяются праймеры; ~72 °C — полимераза достраивает цепи. Каждый цикл удваивает число копий: за 30 циклов — около миллиарда | Обнаружение мутации, вируса или бактерии по ничтожному количеству ДНК; подготовка образца к другим анализам |
| Генотипирование | Проверяют заранее известные варианты отдельных участков генома — ПЦР-тестами или на ДНК-чипах, где тысячи закреплённых коротких фрагментов ДНК связываются с комплементарными участками образца | Носительство наследственных болезней, предрасположенности, установление родства |
| Полногеномное секвенирование | ДНК режут на короткие фрагменты, размножают и читают их последовательность; компьютер собирает прочтения в целый геном и сравнивает с эталонным | Поиск редких и новых мутаций — причин наследственных болезней |
Как читают родословную. Признак доминантный, если проявляется в каждом поколении и у больного родителя больны примерно половина детей; рецессивный — если может «пропускать» поколения и рождается у здоровых родителей. Сцепленный с X рецессивный признак поражает преимущественно мужчин, передаётся через здоровых женщин-носительниц; Y-сцепленный — только от отца к сыновьям. На схеме мужчин обозначают квадратами, женщин — кругами, людей с изучаемым признаком — закрашенными фигурами, брак — горизонтальной линией; стрелкой отмечают пробанда — человека, с которого начинают составлять родословную.
Кариотип и геном человека. 46 хромосом: 44 аутосомы и 2 половые (XX или XY). Геном содержит около 20 тысяч генов, при этом кодирующая белки часть составляет лишь около 1,5 % ДНК; остальное — регуляторные и повторяющиеся последовательности. Международная программа «Геном человека» (1990–2003) шла так: хромосомы картировали, ДНК разрезали на перекрывающиеся фрагменты, прочитали их и собрали в единую последовательность, а затем нашли в ней гены.
Как изучают кариотип. Из крови выделяют лимфоциты и заставляют их делиться в культуре, затем колхицином останавливают митоз в метафазе, когда хромосомы наиболее спирализованы; клетки обрабатывают гипотоническим раствором, чтобы хромосомы легли свободнее, окрашивают, фотографируют и раскладывают хромосомы по парам в порядке уменьшения размера — получается кариограмма (аутосомы делят на 7 групп, A–G, по размеру и положению центромеры). Число X-хромосом видно и по половому хроматину: в клетках женщины одна из двух X-хромосом инактивирована и видна как тельце Барра; у мужчин его нет, при кариотипе XXY оно одно, при X0 — отсутствует.
| Метод | Суть | Что выясняют |
|---|---|---|
| Генеалогический | Составление и анализ родословных (пробанд, поколения, символы ♀ ♂) | Тип наследования признака (доминантный/рецессивный, аутосомный/сцепленный с полом), вероятность проявления у потомков |
| Близнецовый | Сравнение однояйцевых (одинаковый генотип) и разнояйцевых близнецов | Вклад наследственности и среды в признак (конкордантность) |
| Цитогенетический | Изучение кариотипа под микроскопом (в метафазе) | Хромосомные и геномные мутации: синдромы Дауна, Шерешевского — Тёрнера, Клайнфельтера, «кошачьего крика» |
| Биохимический | Анализ ферментов и продуктов обмена | Наследственные болезни обмена веществ (фенилкетонурия, галактоземия), выявление гетерозиготных носителей |
| Популяционно-статистический | Частоты генов и генотипов в популяциях (закон Харди — Вайнберга) | Распространение наследственных болезней, частота носителей |
| Молекулярно-генетический | Секвенирование ДНК, ПЦР, ДНК-чипы, генотипирование | Обнаружение конкретной мутации, предрасположенность к болезням, установление родства |
| Метод определения генотипа | Как работает | Для чего |
|---|---|---|
| Полногеномное секвенирование | ДНК режут на короткие фрагменты, размножают и читают их последовательность; компьютер собирает прочтения в целый геном и сравнивает с эталонным | Поиск редких и новых мутаций — причин наследственных болезней |
| Метод | Что делают | Что узнают |
|---|---|---|
| Генеалогический | Составляют родословную с обозначением пробанда, прослеживают признак в поколениях | Тип наследования: доминантный или рецессивный, аутосомный или сцепленный с полом; риск для потомства |
| Близнецовый | Сравнивают однояйцевых (генетически идентичных) и разнояйцевых близнецов, в том числе выросших порознь | Соотношение вклада наследственности и среды в развитие признака |
| Цитогенетический | Изучают кариотип метафазных хромосом, окрашивая их | Хромосомные и геномные мутации: трисомии, делеции, транслокации |
| Биохимический | Определяют содержание метаболитов и активность ферментов | Наследственные болезни обмена (фенилкетонурия, галактоземия) — ещё до появления симптомов |
| Популяционно-статистический | Считают частоты аллелей и генотипов (закон Харди — Вайнберга) | Распространённость аллелей и болезней в популяции, частота носительства |
| Молекулярно-генетический | ПЦР, секвенирование, ДНК-зонды | Точную мутацию, носительство, ДНК-профиль человека |
Кариотип и геном человека. 46 хромосом: 44 аутосомы и 2 половые (XX или XY). Выяснилось, что генов значительно меньше, чем ожидали, а ДНК любых двух людей совпадает примерно на 99,9 %; различия — в основном однонуклеотидные замены, по которым ищут связь генов с болезнями.
Близнецы и конкордантность. Однояйцевые близнецы развиваются из одной зиготы, разделившейся на ранних стадиях дробления, — у них одинаковые генотип и пол.
Особенности человека как объекта генетики: нельзя проводить направленные скрещивания, мало потомков, большая продолжительность поколения, невозможно создать стандартные условия среды, много признаков с полигенным наследованием. Поэтому генетика человека опирается на наблюдение (родословные, близнецы, популяции) и на молекулярные методы.
Закрепите теорию: 7 терминов и 7 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.
Пройти урок arrow_forward