Генетика человека в заданиях ЕГЭ: практикум

Эта статья завершает серию «Генетика человека». В ней собрано всё, что нужно для заданий ЕГЭ по элементу 3.5 кодификатора: сводные таблицы методов и болезней, словарь терминов, алгоритмы определения метода, типа наследования, вида мутации и кариотипа, расчёты, типы заданий части 1 и сюжеты части 2 с образцами ответов, разбор ошибочного ответа, тренировочный блок, проверочный лист и карта серии со ссылками на подробные статьи.

• 1. Что проверяет экзамен
• 2. Сводная таблица методов генетики человека
• 3. Сводная таблица наследственных болезней
• 4. Кариотипы, которые нужно узнавать с ходу
• 5. Сравнения, которые часто спрашивают
• 6. Словарь серии
• 7. Алгоритмы
• 8. Расчёты, которые нужно уметь делать
• 9. Рисунки и схемы в заданиях
• 10. Шаблоны ответов на вопросы «почему»
• 11. Типы заданий части 1 с разбором
• 12. Задания части 2: образцы полных ответов
• 13. Задачи линии 28 с болезнями человека
• 14. Разбор ошибочного ответа
• 15. Типичные формулировки и что за ними стоит
• 16. Проверочный лист перед сдачей ответа
• 17. Тренировочный блок
• 18. Тренировочный блок 2: «верно или неверно»
• 19. Как оценивают ответы части 2
• 20. Связь с другими элементами кодификатора
• 21. Тренировочный блок 3: соответствия и последовательности
• 22. Мини-родословные для тренировки
• 23. Числа, которые нужно помнить
• 24. Хронология генетики человека
• 25. Краткий конспект серии
• 26. Карта серии «Генетика человека»
• 27. Итог серии: главное в двенадцати пунктах
• 28. Как связаны темы серии
• 29. План повторения за неделю
• 30. Учёные, чьи имена связаны с темой
• 31. Самые частые ошибки на экзамене
• 32. Интересные факты серии
• 33. Частые вопросы
• 34. ЕГЭ
• 35. Для олимпиад: комбинированные задачи
• 36. Итоговые задания по всей серии
• Литература

1. Что проверяет экзамен

Элемент 3.5 кодификатора ЕГЭ по биологии [1] звучит так: «Кариотип человека. Международная программа исследования генома человека. Методы изучения генетики человека: генеалогический, близнецовый, цитогенетический, популяционно-статистический, молекулярно-генетический. Современное определение генотипа: полногеномное секвенирование, генотипирование, в том числе с помощью ПЦР-анализа. Наследственные заболевания человека. Генные и хромосомные болезни человека. Болезни с наследственной предрасположенностью. Значение медицинской генетики в предотвращении и лечении генетических заболеваний человека. Стволовые клетки».

Отсюда шесть блоков знаний:

1. Кариотип и геном: число и типы хромосом, запись кариотипа, половые хромосомы, программа «Геном человека».
2. Методы генетики человека: суть, возможности и ограничения каждого, как узнать метод по описанию исследования.
3. Современное определение генотипа: секвенирование, генотипирование, ПЦР.
4. Наследственные болезни: генные, хромосомные, с наследственной предрасположенностью; примеры, типы наследования, механизмы.
5. Медицинская генетика: консультирование, профилактика, диагностика, лечение.
6. Стволовые клетки: свойства, виды, значение.

Тема связана с другими элементами: законами Менделя и сцепленным наследованием (задачи линии 28 с болезнями человека), изменчивостью и мутациями (виды мутаций при болезнях), мейозом (нерасхождение хромосом), биосинтезом белка (серповидноклеточная анемия), онтогенезом (дифференцировка, стволовые клетки).

2. Сводная таблица методов генетики человека

Подробно: генеалогический — в статье «Генеалогический метод: анализ родословных», близнецовый и популяционный — в статье «Близнецовый и популяционно-статистический методы», цитогенетический и молекулярный — в статье «Цитогенетический и молекулярно-генетический методы».

3. Сводная таблица наследственных болезней

Подробно: «Генные болезни человека», «Хромосомные болезни человека», «Болезни с наследственной предрасположенностью».

4. Кариотипы, которые нужно узнавать с ходу

Правило телец Барра: их число на единицу меньше числа X-хромосом. Пол у человека определяется наличием Y-хромосомы (гена SRY), а не числом X. Подробно о кариотипе — в статье «Кариотип человека и программа «Геном человека»».

5. Сравнения, которые часто спрашивают

Однояйцевые и разнояйцевые близнецы

Генные и хромосомные болезни

Эмбриональные и индуцированные стволовые клетки

Генотипирование и секвенирование

6. Словарь серии

• Кариотип — совокупность признаков хромосомного набора соматической клетки (число, размер, форма хромосом).
• Кариограмма (идиограмма) — упорядоченное изображение хромосом клетки.
• Аутосомы — хромосомы, одинаковые у мужчин и женщин (22 пары); половые хромосомы — X и Y.
• Тельце Барра (половой хроматин) — инактивированная X-хромосома в интерфазном ядре.
• Геном — вся наследственная информация (последовательность ДНК) гаплоидного набора вида.
• Пробанд — человек, с которого начинают составление родословной.
• Сибсы — родные братья и сёстры.
• Конкордантность — доля пар близнецов, в которых признак есть у обоих (среди пар, где он есть хотя бы у одного).
• Дискордантность — признак есть лишь у одного близнеца пары.
• Наследуемость — доля изменчивости признака в популяции, связанная с генетическими различиями.
• Секвенирование — определение последовательности нуклеотидов ДНК.
• Генотипирование — определение аллелей в заранее выбранных позициях генома.
• ПЦР — полимеразная цепная реакция, многократное копирование участка ДНК.
• Праймер — короткий фрагмент ДНК, с которого полимераза начинает синтез.
• Экзом — совокупность кодирующих участков (экзонов) всех генов.
• Генные болезни — вызванные мутацией одного гена.
• Хромосомные болезни — вызванные изменением числа или строения хромосом.
• Болезни с наследственной предрасположенностью — вызванные сочетанием многих генов и факторов среды.
• Нерасхождение хромосом — попадание обеих гомологичных хромосом (или хроматид) в одну клетку при делении.
• Пенетрантность — доля носителей генотипа, у которых признак проявляется.
• Экспрессивность — степень выраженности признака.
• Фенокопия — ненаследственное изменение, похожее на наследственное.
• Тератоген — фактор, вызывающий пороки развития у зародыша.
• Медико-генетическое консультирование — определение прогноза рождения ребёнка с наследственной болезнью и помощь семье в принятии решения.
• Пренатальная диагностика — выявление болезней плода до рождения.
• Скрининг — массовое обследование для выявления группы высокого риска.
• Стволовые клетки — недифференцированные клетки, способные к самообновлению и дифференцировке.
• Тотипотентность / плюрипотентность / мультипотентность — способность дать целый организм / все клетки тела / несколько типов клеток.
• Дифференцировка — приобретение клеткой специализации за счёт избирательной работы генов.

7. Алгоритмы

Как определить метод по описанию исследования

1. Говорится о семье и нескольких поколениях? — генеалогический.
2. Сравнивают однояйцевых и разнояйцевых близнецов? — близнецовый.
3. Говорится о частоте признака или аллеля среди населения, в регионах, о носителях? — популяционно-статистический.
4. Рассматривают хромосомы, считают их, определяют тельца Барра? — цитогенетический.
5. Определяют нуклеотидную последовательность, проводят ПЦР, ищут мутацию в гене? — молекулярно-генетический.
6. Определяют концентрацию вещества или активность фермента? — биохимический.

Как определить тип наследования по родословной

1. Признак только у мужчин и у всех сыновей больного отца? — Y-сцепленный.
2. У здоровых родителей больной ребёнок? — рецессивный. У больных родителей здоровый ребёнок? — доминантный.
3. Рецессивный: больна дочь здорового отца — аутосомный; болеют почти только мужчины через здоровых матерей — X-сцепленный.
4. Доминантный: больной отец передал сыну — аутосомный; больной отец — все дочери больны, сыновья здоровы — X-сцепленный.
5. Обосновать по конкретным людям родословной; определить генотипы; рассчитать вероятность.

Как определить группу болезни

1. Изменено число хромосом или видна перестройка в кариотипе? — хромосомная (вид мутации: геномная или хромосомная).
2. Мутация одного гена, наследование по Менделю? — генная.
3. Много генов и среда, «семейная», но не по Менделю, роль образа жизни? — с наследственной предрасположенностью.

Как прочитать кариотип

1. Общее число хромосом.
2. Половые хромосомы — пол (Y есть — мужской).
3. Лишние/недостающие хромосомы («+», «−»).
4. Перестройки (del, dup, inv, t).
5. Синдром, вид мутации, механизм возникновения, число телец Барра.

Как запомнить

• Тёрнер — «одна X»: 45,X, женщина, телец Барра нет, низкий рост.
• Клайнфельтер — «лишняя X у мужчины»: 47,XXY, мужчина, одно тельце Барра, высокий рост, бесплодие.
• Даун, Эдвардс, Патау — 21, 18, 13: числа убывают, тяжесть растёт; это самые бедные генами аутосомы, поэтому только их трисомии совместимы с рождением.
• Тельца Барра = X − 1.
• Ферменты — рецессивно, рецепторы и структурные белки — часто доминантно.
• «Мама передаёт, сын болеет» — X-сцепленный рецессивный тип.
• ПЦР: 95 — 55 — 72 (денатурация — отжиг — элонгация), копий 2ⁿ.
• Стволовая клетка = самообновление + дифференцировка.

8. Расчёты, которые нужно уметь делать

9. Рисунки и схемы в заданиях

• Кариограмма. Хромосомы, разложенные по парам и пронумерованные. Сосчитайте хромосомы, найдите половые (обычно в конце, справа внизу), проверьте пары 13, 18, 21 — нет ли трёх хромосом. Иногда отмечено, что одна хромосома короче гомолога, — это делеция.
• Родословная. Квадраты — мужчины, круги — женщины, закрашенные — больные; горизонтальная линия — брак, вертикальная — потомство; римские цифры — поколения. Сначала найдите пары «здоровые родители — больной ребёнок» и «больные родители — здоровый ребёнок».
• Фото метафазной пластинки — хромосомы, разбросанные в беспорядке; в задании может требоваться определить, на какой стадии клетка (метафаза митоза) и почему хромосомы двухроматидные.
• Схема ПЦР — три температуры и удвоение числа молекул; спрашивают этапы и роль праймеров и полимеразы.
• Схема близнецов — одна зигота, разделившаяся на два зародыша (однояйцевые), или две зиготы (разнояйцевые).
• Схема нерасхождения — мейоз с неправильным распределением хромосом; нужно определить, в каком делении ошибка и какие гаметы образуются.
• Схема дифференцировки стволовой клетки — стволовая клетка, от неё стрелки к клеткам крови или к производным трёх зародышевых листков.
• Эритроциты — нормальные двояковогнутые и серповидные; спрашивают, какая мутация и как она изменила белок.

Главное правило работы с рисунком: сначала опишите, что на нём изображено, затем сделайте вывод. Проверяющий засчитывает элементы ответа, связанные с рисунком, только если вы явно на него опираетесь.

10. Шаблоны ответов на вопросы «почему»

• Почему у мужчин чаще проявляются X-сцепленные рецессивные признаки? — Одна X-хромосома (гемизиготность); рецессивный аллель проявляется без второго; у женщин нужен второй такой же аллель.
• Почему в близкородственных браках чаще рождаются больные дети? — Общие предки, выше вероятность у обоих супругов одного рецессивного аллеля, переход в гомозиготное состояние.
• Почему однояйцевые близнецы важны для генетики? — Одинаковый генотип: различия между ними обусловлены средой.
• Почему у женщин с кариотипом 45,X нет телец Барра? — Единственная X-хромосома активна; тельце Барра — это инактивированная лишняя X.
• Почему мутацию гена нельзя увидеть в микроскоп? — Изменение затрагивает один или несколько нуклеотидов — слишком мало для световой микроскопии; видны лишь изменения в миллионы пар нуклеотидов.
• Почему болезнь с наследственной предрасположенностью может не проявиться? — Нужно сочетание неблагоприятных генов и факторов среды; при здоровом образе жизни порог не превышается.
• Почему при ПЦР нужна термостабильная полимераза? — Смесь многократно нагревают до 95 °C для денатурации; обычная полимераза разрушилась бы.
• Почему клетки с одинаковыми генами разные? — Дифференциальная активность генов: в разных клетках работают разные гены, образуются разные белки.
• Почему кроветворные стволовые клетки используют при лейкозах? — Самообновление и дифференцировка во все клетки крови; восстанавливают кроветворение после химиотерапии.
• Почему риск синдрома Дауна растёт с возрастом матери? — Ооциты долго находятся в профазе мейоза I; ослабевают связи хромосом; чаще нерасхождение.

11. Типы заданий части 1 с разбором

Тип 1. Определить метод

Задание. Каким методом установлено, что синдром Клайнфельтера связан с кариотипом 47,XXY? Ответ: цитогенетическим.

Задание. Каким методом определили частоту носителей муковисцидоза в Европе? Ответ: популяционно-статистическим.

Тип 2. Число хромосом

Задание. Сколько аутосом в соматической клетке мужчины? Ответ: 44.

Задание. Сколько хромосом в сперматозоиде человека? Ответ: 23 (22 аутосомы и X или Y).

Тип 3. Тельца Барра

Задание. Сколько телец Барра в клетках при кариотипе 47,XXX? Ответ: 2.

Тип 4. Выбор трёх верных утверждений

Задание. Выберите три верных утверждения о генеалогическом методе: 1) основан на составлении родословных; 2) позволяет определить кариотип; 3) позволяет установить тип наследования; 4) применяют для изучения близнецов; 5) позволяет рассчитать вероятность рождения больного ребёнка; 6) основан на секвенировании ДНК. Ответ: 135.

Тип 5. Соответствие болезни и группы (типа наследования)

Задание. Установите соответствие: А) гемофилия; Б) синдром Дауна; В) фенилкетонурия; Г) гипертоническая болезнь; Д) синдром Тёрнера. 1) генная; 2) хромосомная; 3) с наследственной предрасположенностью. Ответ: А1, Б2, В1, Г3, Д2.

Тип 6. Соответствие метода и возможности

Задание. Установите соответствие: А) выявление трисомии; Б) оценка роли среды и наследственности; В) определение типа наследования; Г) выявление замены нуклеотида. 1) генеалогический; 2) близнецовый; 3) цитогенетический; 4) молекулярно-генетический. Ответ: А3, Б2, В1, Г4.

Тип 7. Последовательность

Задание. Установите последовательность этапов цикла ПЦР: 1) отжиг праймеров; 2) денатурация ДНК; 3) элонгация. Ответ: 213.

Задание. Установите последовательность этапов получения кариотипа: 1) окраска хромосом; 2) культивирование лимфоцитов; 3) остановка деления колхицином; 4) обработка гипотоническим раствором; 5) анализ и составление кариограммы. Ответ: 23415.

Тип 8. Стволовые клетки

Задание. Выберите три признака стволовых клеток: 1) способность к самообновлению; 2) высокая специализация; 3) способность к дифференцировке; 4) отсутствие ядра; 5) у взрослого находятся в красном костном мозге; 6) не делятся. Ответ: 135.

Тип 9. Найти термин

Задание. Как называют человека, с которого начинают составление родословной? Ответ: пробанд. Задание. Как называют долю пар близнецов, в которых признак проявился у обоих? Ответ: конкордантность.

Тип 10. Вероятность

Задание. Какова вероятность (%) рождения больного ребёнка у родителей — носителей гена муковисцидоза? Ответ: 25.

Задание. Мать — носительница гемофилии, отец здоров. Какова вероятность (%) рождения сына с гемофилией среди всех детей? Ответ: 25.

12. Задания части 2: образцы полных ответов

Сюжет 1. Кариотип по описанию

Задание. В клетках мужчины найдено одно тельце Барра и 47 хромосом. Определите кариотип и синдром. Как могла возникнуть такая мутация? Каким методом её выявляют? Ответ. 1) Кариотип 47,XXY — синдром Клайнфельтера (одно тельце Барра — две X; пол мужской — есть Y). 2) Геномная мутация — анеуплоидия (полисомия по X). 3) Возникла при нерасхождении половых хромосом в мейозе у одного из родителей: яйцеклетка XX + сперматозоид Y или яйцеклетка X + сперматозоид XY. 4) Выявляют цитогенетическим методом (кариотип) и тестом на половой хроматин.

Сюжет 2. Близнецовый метод

Задание. Конкордантность однояйцевых близнецов по сахарному диабету 1-го типа около 40 %, разнояйцевых — около 7 %. Какой вывод можно сделать? Ответ. 1) Однояйцевые конкордантны значительно чаще — наследственность играет существенную роль. 2) Конкордантность однояйцевых много ниже 100 %, значит, важны факторы среды. 3) Диабет 1-го типа — болезнь с наследственной предрасположенностью; наследуется предрасположенность, а не болезнь.

Сюжет 3. Механизм генной болезни

Задание. Объясните, как замена одного нуклеотида приводит к серповидноклеточной анемии. Ответ. 1) Замена нуклеотида в гене β-цепи гемоглобина меняет кодон. 2) В белке глутаминовая кислота заменяется на валин. 3) Изменённый гемоглобин при недостатке кислорода образует волокна, эритроцит становится серповидным. 4) Серповидные эритроциты разрушаются и закупоривают сосуды — анемия и нарушения кровообращения.

Сюжет 4. Фенилкетонурия и диета

Задание. Почему детей с фенилкетонурией переводят на диету? Будут ли их дети здоровы? Ответ. 1) Не работает фермент превращения фенилаланина в тирозин; фенилаланин накапливается и повреждает мозг. 2) Диета с ограничением фенилаланина предотвращает накопление и нарушения развития. 3) Генотип не меняется: больной (aa) передаст аллель a всем детям; дети будут больны, только если второй родитель — носитель или больной.

Сюжет 5. Возраст матери

Задание. Почему с возрастом матери растёт риск рождения ребёнка с синдромом Дауна? Ответ. 1) Ооциты вступают в мейоз до рождения женщины и остаются в профазе I до овуляции. 2) С годами ослабевают связи между хромосомами и контроль деления. 3) Чаще происходит нерасхождение 21-х хромосом; образуется яйцеклетка с 24 хромосомами; после оплодотворения — зигота 47,+21.

Сюжет 6. Методы определения генотипа

Задание. Чем ПЦР-анализ отличается от полногеномного секвенирования? Ответ. 1) ПЦР-анализ многократно копирует и проверяет заранее выбранный участок ДНК (известную мутацию) — это генотипирование. 2) Полногеномное секвенирование определяет последовательность всех нуклеотидов генома. 3) ПЦР быстрее и дешевле, но не находит неизвестные мутации; секвенирование находит любые варианты.

Сюжет 7. Стволовые клетки

Задание. Почему стволовые клетки красного костного мозга используют для лечения лейкозов? Ответ. 1) Это кроветворные стволовые клетки, способные к самообновлению и дифференцировке во все клетки крови. 2) После химиотерапии, уничтожающей опухолевые и нормальные клетки крови, пересаженные клетки донора восстанавливают кроветворение. 3) Необходима совместимость донора и реципиента по антигенам HLA.

Сюжет 8. Профилактика

Задание. Назовите меры профилактики наследственных болезней. Ответ. 1) Медико-генетическое консультирование. 2) Отказ от близкородственных браков. 3) Пренатальная диагностика. 4) Скрининг новорождённых и раннее лечение. 5) Защита от мутагенов, отказ от алкоголя и курения.

Сюжет 9. Пренатальная диагностика

Задание. Какие методы пренатальной диагностики вы знаете? Для чего их применяют? Ответ. 1) УЗИ — выявление пороков развития и маркёров хромосомных болезней. 2) Биохимический скрининг крови матери и неинвазивный тест по ДНК плаценты — оценка риска хромосомных болезней. 3) Инвазивные методы (биопсия ворсин хориона, амниоцентез) — получение клеток плода для определения кариотипа и генных мутаций. 4) Цель — выявить тяжёлые наследственные болезни до рождения, подготовить лечение, дать семье возможность принять решение.

Сюжет 10. Наследственная предрасположенность и близнецы

Задание. Почему для изучения роли наследственности в развитии шизофрении сравнивают однояйцевых и разнояйцевых близнецов, а не родителей и детей? Ответ. 1) Родители и дети различаются по возрасту и условиям жизни, их сходство может быть связано и с генами, и с общей средой. 2) Близнецы растут одновременно в одной семье, среда у однояйцевых и разнояйцевых сходна. 3) Однояйцевые имеют одинаковый генотип, разнояйцевые — в среднем половину общих аллелей. 4) Различие в конкордантности показывает роль генов.

Сюжет 11. Закон Харди — Вайнберга

Задание. Частота муковисцидоза у новорождённых — 1 на 2500. Определите частоту носителей. Почему носителей гораздо больше, чем больных? Ответ. 1) q² = 1/2500, q = 0,02, p = 0,98. 2) 2pq ≈ 0,039 — около 1 из 25. 3) Рецессивный аллель у гетерозигот не проявляется и не устраняется отбором; при малом q гетерозигот (2pq) гораздо больше, чем гомозигот (q²).

Сюжет 12. ПЦР

Задание. Что такое ПЦР? Опишите этапы одного цикла. Почему число копий растёт экспоненциально? Ответ. 1) Полимеразная цепная реакция — многократное копирование заданного участка ДНК в пробирке. 2) Денатурация при ≈ 95 °C — цепи расходятся; отжиг праймеров при ≈ 50–65 °C — праймеры присоединяются к концам участка; элонгация при ≈ 72 °C — термостабильная полимераза достраивает цепи. 3) Каждый цикл удваивает все имеющиеся копии, после n циклов — 2ⁿ.

Сюжет 13. Транслокационная форма

Задание. У ребёнка с синдромом Дауна 46 хромосом. Объясните. Нужно ли обследовать родителей? Ответ. 1) Транслокационная форма: лишний материал 21-й хромосомы присоединён к другой акроцентрической хромосоме. 2) Общее число хромосом 46, но генов 21-й хромосомы — три дозы. 3) Один из родителей может быть носителем сбалансированной транслокации (45 хромосом); 4) нужно исследовать кариотип родителей: при носительстве риск повторения высокий.

Сюжет 14. Дифференцировка

Задание. Как доказали, что ядро специализированной клетки содержит все гены организма? Ответ. 1) Дж. Гёрдон пересаживал ядра клеток кишечника головастика в яйцеклетки лягушки без ядра. 2) Из части таких яйцеклеток развились нормальные головастики и лягушки. 3) Значит, при дифференцировке гены не теряются, а меняется их активность; это подтвердило и клонирование овцы Долли.

Сюжет 15. Мутагены и потомство

Задание. Почему облучение будущих родителей опасно для потомства, а облучение беременной — для плода? Ответ. 1) Ионизирующее излучение — мутаген; мутации в половых клетках родителей могут передаться потомкам. 2) Во время беременности излучение действует на делящиеся клетки зародыша, нарушая развитие органов (тератогенное действие). 3) Особенно опасно в период закладки органов (3–8-я недели).

Сюжет 16. Генная терапия

Задание. Что такое генная терапия? Передадутся ли её результаты потомкам больного? Ответ. 1) Введение в клетки больного работающей копии гена (с помощью вирусного вектора) для исправления наследственной болезни. 2) Применяемая генная терапия — соматическая: изменяются клетки тела (крови, печени, нейроны), но не половые клетки. 3) Поэтому мутантный аллель по-прежнему может передаться детям.

13. Задачи линии 28 с болезнями человека

Задача 1. Родословная

Условие. По родословной (описание: здоровые I-1 и I-2; их дети — здоровая дочь II-1, больной сын II-2, здоровый сын II-3; II-1 замужем за здоровым мужчиной II-4, у них больной сын III-1 и здоровая дочь III-2) определите тип наследования признака, генотипы II-1, II-2, III-1 и вероятность рождения больного ребёнка у III-2 и здорового мужчины.

Решение. 1) У здоровых родителей больной сын — признак рецессивный. 2) Болеют только мужчины, признак передаётся через здоровую женщину II-1 её сыну — X-сцепленный рецессивный тип. 3) Генотипы: II-1 — X^AX^a (у неё больной сын); II-2 — X^aY; III-1 — X^aY. 4) III-2 — X^AX^A или X^AX^a с вероятностью 1/2 каждый; вероятность больного ребёнка у неё и здорового мужчины — 1/2 × 1/4 = 1/8 (12,5 %).

Задача 2. Две болезни

Условие. У здоровых родителей родился сын-дальтоник с фенилкетонурией. Определите генотипы родителей и вероятность рождения здорового ребёнка (без обеих болезней).

Решение. Фенилкетонурия — аутосомно-рецессивная (A/a), дальтонизм — X-сцепленный рецессивный (X^D/X^d). Сын aaX^dY получил a от обоих родителей и X^d от матери. Мать AaX^DX^d, отец AaX^DY. Вероятность без фенилкетонурии — 3/4; без дальтонизма — 3/4 (больны лишь 1/4 детей — сыновья X^dY). Здоровый по обоим признакам — 3/4 × 3/4 = 9/16 (≈ 56 %).

Задача 3. Группы крови и резус

Условие. Мать имеет II группу крови и резус-отрицательна, отец — III группу и резус-положителен (гомозиготен). Первый ребёнок имеет I группу. Определите генотипы родителей и возможные группы крови детей.

Решение. Ребёнок I группы (I⁰I⁰) получил I⁰ от каждого родителя: мать I^AI⁰dd, отец I^BI⁰DD. Возможные группы детей: I, II, III, IV — по 1/4. Все дети резус-положительны (Dd); при резус-отрицательной матери возможен резус-конфликт при следующих беременностях.

Задача 4. Нерасхождение и признак

Условие. У женщины с нормальным свёртыванием крови, отец которой болел гемофилией, и здорового мужчины родился сын с синдромом Клайнфельтера, больной гемофилией. Объясните.

Решение. Женщина X^HX^h (X^h от отца). Сын X^hX^hY: обе X — с аллелем h, у отца ребёнка X^H, значит, обе X от матери. Две одинаковые X^h — результат нерасхождения сестринских хроматид во втором делении мейоза у матери; яйцеклетка X^hX^h оплодотворена сперматозоидом с Y.

Задача 5. Ахондроплазия и нормальный рост

Условие. Мужчина с ахондроплазией (аутосомно-доминантный признак, гомозиготы погибают до рождения) женат на женщине с ахондроплазией. Каково ожидаемое соотношение фенотипов среди живорождённых детей?

Решение. Оба Aa. Зиготы: 1 AA : 2 Aa : 1 aa; AA погибают. Среди живорождённых: 2/3 с ахондроплазией (Aa), 1/3 нормального роста (aa).

Задача 6. Гемофилия и группа крови

Условие. Женщина со II группой крови (гетерозигота) и нормальной свёртываемостью, отец которой был болен гемофилией, вышла замуж за мужчину с III группой крови (гетерозигота) без гемофилии. Какова вероятность рождения сына с I группой крови и гемофилией?

Решение. Женщина I^AI⁰X^HX^h, мужчина I^BI⁰X^HY. I группа (I⁰I⁰) — 1/2 × 1/2 = 1/4. Сын с гемофилией (X^hY) — 1/2 (X^h от матери) × 1/2 (Y от отца) = 1/4. Вместе: 1/4 × 1/4 = 1/16.

Задача 7. Альбинизм у близнецов

Условие. У здоровых родителей родились разнояйцевые близнецы. Какова вероятность, что оба — альбиносы, если оба родителя — носители? А если близнецы однояйцевые?

Решение. Разнояйцевые — независимые зачатия: 1/4 × 1/4 = 1/16. Однояйцевые — один генотип: вероятность, что оба альбиносы, — 1/4.

Задача 8. Сцепление с X и кроссинговер

Условие. Женщина, отец которой страдал гемофилией и был дальтоником, а мать была здорова и не несла этих аллелей, замужем за здоровым мужчиной. Среди её сыновей 90 % либо здоровы, либо больны обеими болезнями, а 10 % больны только одной. Объясните.

Решение. Женщина X^HDX^hd (сцепленные аллели от отца в одной хромосоме). Некроссоверные гаметы X^HD и X^hd — 90 %, кроссоверные X^Hd и X^hD — 10 %; расстояние между генами около 10 сантиморган (условно). Фенотип сыновей определяется материнской X.

14. Разбор ошибочного ответа

Задание. У ребёнка выявлено 47 хромосом, три 21-х хромосомы. Определите вид мутации, синдром и механизм возникновения.

Ответ ученика: «Это хромосомная мутация — синдром Дауна. Она возникает из-за того, что у матери в митозе не разошлись хромосомы. Её можно вылечить с помощью диеты».

Что не так:

1. Изменение числа хромосом — геномная мутация (анеуплоидия, трисомия), а не хромосомная. Хромосомные — изменения строения хромосом.
2. Нерасхождение, ведущее к трисомии у всех клеток ребёнка, происходит в мейозе при образовании гамет у одного из родителей (чаще у матери), а не в митозе у матери. Нерасхождение в митозе зародыша дало бы мозаицизм.
3. Синдром Дауна не лечится диетой; диета — способ лечения болезней обмена, например фенилкетонурии. При синдроме Дауна проводят лечение проявлений (операции на сердце, гормоны при гипотиреозе) и раннюю помощь в развитии.
4. В ответе не указан метод выявления — цитогенетический.

Полный ответ: 1) Геномная мутация — трисомия по 21-й хромосоме, синдром Дауна. 2) У одного из родителей (чаще у матери) в мейозе не разошлись 21-е хромосомы, образовалась гамета с 24 хромосомами. 3) При слиянии с нормальной гаметой (23) образовалась зигота с 47 хромосомами. 4) Выявляется цитогенетическим методом.

15. Типичные формулировки и что за ними стоит

• «Определите вид мутации» — нужно назвать геномную, хромосомную или генную и уточнить: анеуплоидия (трисомия, моносомия), полиплоидия, делеция, транслокация, замена нуклеотида.
• «Объясните механизм возникновения» — описать нерасхождение хромосом: у кого, в каком делении мейоза, какая гамета образовалась, с какой гаметой слилась, какая зигота получилась.
• «Каким методом можно выявить» — один из методов генетики человека; для хромосомных болезней — цитогенетический, для генных — биохимический или молекулярно-генетический.
• «Обоснуйте тип наследования» — сослаться на конкретных людей родословной и правило: «у здоровых родителей I-1 и I-2 больной сын II-3 — признак рецессивный».
• «Определите генотипы» — для каждого названного человека записать генотип и, если нужно, пояснить, почему он такой.
• «Какова вероятность» — дать число (в долях или процентах) и показать расчёт; уточнить, среди всех детей или среди сыновей.
• «Какое значение имеет» — назвать практическое применение: диагностика, профилактика, лечение, оценка риска.
• «Почему конкордантность однояйцевых не равна 100 %» — генотип одинаков, значит, влияет среда; болезнь — с наследственной предрасположенностью.
• «Объясните, почему у ребёнка 46 хромосом, но синдром Дауна» — транслокационная форма.
• «Почему клетки одного организма различаются» — дифференциальная активность генов.

Ещё десять коротких вопросов

1. Сколько хроматид в метафазе митоза в клетке человека с синдромом Тёрнера? — 90.
2. Сколько хромосом в яйцеклетке, образовавшейся при нерасхождении пары 21-х хромосом? — 24 или 22.
3. Какой пол у человека с кариотипом 47,XXY? — мужской.
4. Как называется метод определения числа X-хромосом по клеткам слизистой щеки? — определение полового хроматина.
5. Какой белок нарушен при гемофилии A? — фактор свёртывания VIII.
6. Какой фермент не работает при альбинизме? — тирозиназа.
7. Как называется опухоль из разных тканей, которую образуют плюрипотентные клетки? — тератома.
8. Как называют массовое обследование новорождённых? — неонатальный скрининг.
9. Как называется ненаследственное изменение, похожее на наследственное? — фенокопия.
10. Как называют совокупность кодирующих участков всех генов? — экзом.

16. Проверочный лист перед сдачей ответа

• Правильно ли назван вид мутации: геномная (число хромосом) или хромосомная (строение)?
• Указан ли механизм: нерасхождение в мейозе, какое деление, у кого?
• Правильно ли посчитаны хромосомы и тельца Барра?
• Обоснован ли тип наследования конкретными людьми родословной?
• Записаны ли генотипы всех требуемых людей и схема скрещивания?
• Указан ли метод генетики, если его спрашивают?
• Не перепутаны ли генные болезни (метод — биохимический, молекулярный) и хромосомные (цитогенетический)?
• Не написано ли, что наследуется сама мультифакториальная болезнь, а не предрасположенность?
• Для стволовых клеток названы оба свойства: самообновление и дифференцировка?
• Ответ состоит из отдельных пронумерованных элементов, каждый из которых можно засчитать?

17. Тренировочный блок

Ответьте сами, а затем проверьте себя по ответам в конце блока.

1. Сколько пар аутосом у человека?
2. Как называется метод, при котором сравнивают частоту болезни у однояйцевых и разнояйцевых близнецов?
3. Какой кариотип у женщины с синдромом Тёрнера?
4. Сколько телец Барра у мужчины с кариотипом 48,XXXY?
5. Какой тип наследования у гемофилии?
6. Как называют короткий фрагмент ДНК, с которого полимераза начинает синтез в ПЦР?
7. Какой фермент используют в ПЦР?
8. Какая аминокислота заменена в гемоглобине S?
9. Назовите три болезни с наследственной предрасположенностью.
10. Как называют клетки, способные дать начало целому организму?
11. Где у взрослого находятся кроветворные стволовые клетки?
12. Какова вероятность, что здоровый сибс больного муковисцидозом — носитель?
13. Какой метод выявляет синдром «кошачьего крика»?
14. Почему сын не может унаследовать от отца дальтонизм?
15. Что такое фенокопия?
16. Когда завершилась международная программа «Геном человека»?
17. Какой метод позволит найти неизвестную мутацию в любом гене?
18. Почему болезни ферментов обычно рецессивные?

18. Тренировочный блок 2: «верно или неверно»

1. У человека 23 пары гомологичных хромосом у мужчины.
2. Тельце Барра — инактивированная X-хромосома.
3. Пробанд — общий предок родословной.
4. Конкордантность однояйцевых близнецов по группе крови равна 100 %.
5. Наследуемость показывает, насколько признак определён генами у конкретного человека.
6. Синдром Тёрнера — моносомия по X.
7. Генные мутации выявляют цитогенетическим методом.
8. ПЦР позволяет многократно размножить участок ДНК.
9. Экзом составляет большую часть генома.
10. При фенилкетонурии накапливается тирозин.
11. Серповидноклеточная анемия — пример цепи «ген — белок — признак».
12. Гемофилией болеют в основном мужчины.
13. Риск синдрома Дауна не зависит от возраста матери.
14. Болезни с наследственной предрасположенностью наследуются по законам Менделя.
15. Фолиевая кислота снижает риск дефектов нервной трубки.
16. Медико-генетическое консультирование решает за семью вопрос о рождении детей.
17. Скрининг новорождённых проводят по капле крови.
18. Плюрипотентные клетки могут дать плаценту.
19. Кроветворные стволовые клетки находятся в красном костном мозге.
20. ИПСК получают из клеток взрослого человека.

19. Как оценивают ответы части 2

Ответы части 2 оценивают по элементам: каждый правильный и полный элемент приносит балл. Поэтому:

• записывайте ответ по пунктам, каждый пункт — отдельная мысль;
• используйте точные термины: «геномная мутация», «нерасхождение хромосом в мейозе», «X-сцепленный рецессивный»;
• в задачах обязательно приводите схему скрещивания с генотипами родителей, гаметами и потомством;
• обосновывайте выводы фактами из условия: «так как у здоровых родителей II-1 и II-2 родился больной сын III-1…»;
• не пишите лишнего, что противоречит правильному ответу: ошибка в дополнительной информации может снизить балл;
• проверяйте ответ по проверочному листу выше.

20. Связь с другими элементами кодификатора

• Законы Менделя и сцепленное наследование — основа расчёта риска моногенных болезней и задач линии 28.
• Генетика пола — X-сцепленные болезни, определение пола, анеуплоидии по половым хромосомам.
• Изменчивость и мутации — генные, хромосомные и геномные мутации как причины болезней; мутагены.
• Мейоз — нерасхождение хромосом, кроссинговер.
• Биосинтез белка — как замена нуклеотида меняет белок.
• Онтогенез — дробление, зародышевые листки, дифференцировка, стволовые клетки, тератогены.
• Популяция и закон Харди — Вайнберга — частоты аллелей и носителей.
• Биотехнология и генная инженерия — ПЦР, генная терапия, получение белков для лечения.

21. Тренировочный блок 3: соответствия и последовательности

1. Соответствие кариотипа и числа телец Барра: А) 46,XY; Б) 46,XX; В) 47,XXX; Г) 48,XXXY. 1) 0; 2) 1; 3) 2.
2. Соответствие болезни и способа лечения: А) фенилкетонурия; Б) гемофилия; В) лейкоз; Г) СМА. 1) диета; 2) введение фактора свёртывания; 3) пересадка костного мозга; 4) генная терапия или антисмысловой олигонуклеотид.
3. Последовательность развития зародыша: 1) бластоциста; 2) зигота; 3) морула; 4) гаструла.
4. Последовательность этапов консультирования: 1) оценка риска; 2) уточнение диагноза; 3) решение семьи; 4) анализ родословной; 5) объяснение.
5. Соответствие клетки и потенциала: А) бластомер стадии двух клеток; Б) эмбриональная стволовая клетка; В) нервная стволовая клетка; Г) клетка-сателлит мышцы. 1) тотипотентная; 2) плюрипотентная; 3) мультипотентная; 4) унипотентная.
6. Последовательность событий при серповидноклеточной анемии: 1) замена аминокислоты в β-цепи; 2) замена нуклеотида в гене; 3) образование волокон гемоглобина; 4) изменение формы эритроцита; 5) закупорка сосудов.
7. Соответствие метода и периода беременности: А) биопсия ворсин хориона; Б) амниоцентез; В) неинвазивный пренатальный тест. 1) с 10 недель; 2) 11–14 недель; 3) с 15–16 недель.

22. Мини-родословные для тренировки

Определите тип наследования по описанию; ответы — после каждой родословной.

1. Больной отец, здоровая мать; больны все дочери, все сыновья здоровы; у больной дочери и здорового мужа больны половина сыновей и половина дочерей.
   Ответ

   X-сцепленный доминантный.

2. Здоровые родители, больная дочь и здоровый сын; у больной дочери и здорового мужа все дети здоровы.
   Ответ

   Аутосомно-рецессивный (больна дочь здорового отца — не X-сцепленный).

3. Признак есть у деда, отца и сына; у дочерей и внучек — нет; у всех сыновей больных мужчин есть.
   Ответ

   Y-сцепленный (голандрический).

4. Здоровые родители, двое больных сыновей; брат матери болен; сёстры здоровы.
   Ответ

   X-сцепленный рецессивный; мать — носительница, получившая аллель от своей матери.

5. Больные мать и отец, здоровая дочь, больной сын; признак в каждом поколении у мужчин и женщин.
   Ответ

   Аутосомно-доминантный (у больных родителей здоровая дочь — доминантный; здоровая дочь больного отца — не X-сцепленный доминантный).

6. Больная мать; больны все её дети обоих полов; дети больного сына здоровы, дети больной дочери больны.
   Ответ

   Митохондриальный (цитоплазматический): передаётся только по материнской линии всем детям.

23. Числа, которые нужно помнить

24. Хронология генетики человека

• 1866 — Лэнгдон Даун описывает синдром, позже названный его именем.
• 1875 — Гальтон предлагает изучать близнецов.
• 1902 — Гаррод: алкаптонурия — рецессивный признак.
• 1908 — закон Харди — Вайнберга.
• 1934 — Фёллинг открывает фенилкетонурию.
• 1949 — Полинг: серповидноклеточная анемия — «молекулярная болезнь»; Барр открывает половой хроматин.
• 1956 — Тио и Леван: 46 хромосом.
• 1959 — трисомия 21, кариотипы 45,X и 47,XXY.
• 1961 — гипотеза Лайон; Тилл и Маккаллок открывают кроветворные стволовые клетки.
• 1963 — тест Гатри для скрининга новорождённых.
• 1977 — секвенирование по Сэнгеру.
• 1983–1985 — ПЦР.
• 1989 — найден ген муковисцидоза.
• 1990 — начало программы «Геном человека», первая генная терапия.
• 1998 — эмбриональные стволовые клетки человека.
• 2001–2003 — черновая и «законченная» последовательности генома.
• 2006–2007 — индуцированные плюрипотентные клетки.
• 2022 — полная сборка генома без пробелов.
• 2023 — первое одобренное лечение редактированием генома (серповидноклеточная анемия).

25. Краткий конспект серии

1. Кариотип и геном

Кариотип — признаки хромосомного набора; у человека 46 хромосом: 22 пары аутосом и XX или XY. Хромосомы нумеруют по убыванию размера, делят на группы A–G, по форме — на метацентрические, субметацентрические, акроцентрические. Кариотип получают из лимфоцитов, остановленных колхицином в метафазе, с дифференциальной окраской; записывают по ISCN (47,XY,+21). Число 46 установили Тио и Леван в 1956 г. Пол определяет ген SRY. Программа «Геном человека» (1990–2003) прочитала около 3,1 млрд пар нуклеотидов; генов белков около 20 тысяч; полная сборка — 2022 г.

2. Генеалогический метод

Составление и анализ родословных: пробанд, сибсы, поколения римскими цифрами. Аутосомно-доминантный — в каждом поколении, у больных родителей может быть здоровый ребёнок; аутосомно-рецессивный — у здоровых родителей больной ребёнок, чаще в родственных браках; X-сцепленный рецессивный — больны в основном мужчины, через матерей-носительниц; X-сцепленный доминантный — у больного отца все дочери больны; Y-сцепленный — от отца всем сыновьям. Ловушки: неполная пенетрантность, новые мутации, фенокопии.

3. Близнецовый и популяционно-статистический

Однояйцевые близнецы генетически одинаковы, разнояйцевые — как сибсы. Конкордантность; формула Хольцингера; наследуемость — характеристика популяции. Закон Харди — Вайнберга: p² + 2pq + q² = 1; по частоте больных рассчитывают частоту носителей. Частоты болезней в популяциях различаются из-за отбора (HbS и малярия), эффекта основателя, изоляции.

4. Цитогенетический и молекулярно-генетический

Цитогенетический — кариотип, половой хроматин, FISH, микроматрицы; выявляет геномные и хромосомные мутации. Молекулярно-генетический — выделение ДНК, рестриктазы, электрофорез, ПЦР (денатурация, отжиг, элонгация; 2ⁿ копий), генотипирование и секвенирование экзома и генома; толкование вариантов; фармакогенетика.

5. Генные болезни

Мутация одного гена; механизмы — утрата функции (рецессивные), недостаточность дозы, доминантно-негативный эффект, приобретение функции (доминантные). Фенилкетонурия (диета), муковисцидоз (модуляторы), серповидноклеточная анемия (Глу → Вал), гемофилия, миодистрофия Дюшенна, СМА, болезнь Гентингтона (повторы CAG), ахондроплазия. Лечение — от диеты до редактирования генома.

6. Хромосомные болезни

Нерасхождение в мейозе, чаще у матери в мейозе I; риск растёт с возрастом матери. Синдромы Дауна (47,+21; транслокационная и мозаичная формы), Эдвардса, Патау, Тёрнера (45,X), Клайнфельтера (47,XXY); «кошачий крик» (5p−), микроделеции (Ди Джорджи, Прадера — Вилли и Ангельмана — импринтинг). Большинство хромосомных нарушений ведёт к гибели зародыша.

7. Болезни с наследственной предрасположенностью

Много генов + среда; модель порога; эмпирический риск; полногеномные исследования и полигенный риск. Диабет, ишемическая болезнь сердца, ожирение, болезнь Альцгеймера (APOE ε4), рак (BRCA1/2 — моногенная часть), аутоиммунные болезни (HLA), пороки развития (фолиевая кислота). Профилактика — образ жизни.

8. Медицинская генетика

Консультирование (диагноз, родословная, риск, объяснение, решение семьи); три уровня профилактики; скрининг носителей и новорождённых (в России 36 болезней); пренатальная и предимплантационная диагностика; тератогены; лечение; этика и уроки евгеники.

9. Стволовые клетки

Самообновление и дифференцировка; тотипотентные, плюрипотентные, мультипотентные, унипотентные. Эмбриональные (бластоциста) и индуцированные (Яманака) плюрипотентные клетки; кроветворные стволовые клетки красного костного мозга; пересадка костного мозга; органоиды; опыты Гёрдона — клетки имеют одинаковые гены, но разную их активность.

26. Карта серии «Генетика человека»

1. Кариотип человека и программа «Геном человека» — хромосомы человека, запись кариотипа, половые хромосомы, окраска, расшифровка генома, пангеном.
2. Генеалогический метод: анализ родословных — обозначения, типы наследования, алгоритм, вероятности, знаменитые родословные.
3. Близнецовый и популяционно-статистический методы — конкордантность, наследуемость, закон Харди — Вайнберга, география болезней.
4. Цитогенетический и молекулярно-генетический методы — кариотип, FISH, микроматрицы, ПЦР, генотипирование, секвенирование.
5. Генные болезни человека — фенилкетонурия, муковисцидоз, серповидноклеточная анемия, гемофилия, лечение.
6. Хромосомные болезни человека — нерасхождение, синдромы Дауна, Тёрнера, Клайнфельтера, микроделеции.
7. Болезни с наследственной предрасположенностью — модель порога, полигенный риск, гены и среда.
8. Медицинская генетика — консультирование, профилактика, скрининг, пренатальная диагностика, этика.
9. Стволовые клетки — виды, эмбриональные и индуцированные, кроветворение, клеточная терапия.
10. Генетика человека в заданиях ЕГЭ: практикум — эта статья.

Связанные статьи других серий: «Наследование, сцепленное с полом», «Геномные мутации», «Популяция и закон Харди — Вайнберга», «Задачи по генетике: практикум по линии 28».

27. Итог серии: главное в двенадцати пунктах

1. Кариотип человека — 46 хромосом (22 пары аутосом + XX или XY); в гаметах — 23.
2. Пол определяет Y-хромосома (ген SRY); число телец Барра на единицу меньше числа X.
3. Программа «Геном человека» (1990–2003): около 3,1 млрд пар нуклеотидов, около 20 тысяч генов белков, 1,5 % — кодирующие.
4. Генеалогический метод — тип наследования и риск; близнецовый — роль наследственности и среды; популяционно-статистический — частоты аллелей; цитогенетический — кариотип; молекулярно-генетический — мутации в ДНК.
5. Генотип сегодня определяют секвенированием (экзом, геном) и генотипированием (чипы, ПЦР-анализ).
6. Генные болезни — мутация одного гена, наследование по Менделю; хромосомные — изменение числа или строения хромосом; мультифакториальные — много генов + среда.
7. Аутосомно-рецессивные: фенилкетонурия, альбинизм, муковисцидоз, серповидноклеточная анемия; X-сцепленные рецессивные: гемофилия, дальтонизм, миодистрофия Дюшенна; аутосомно-доминантные: болезнь Гентингтона, ахондроплазия.
8. Синдромы Дауна (47,+21), Тёрнера (45,X), Клайнфельтера (47,XXY) возникают при нерасхождении хромосом в мейозе; риск анеуплоидий растёт с возрастом матери.
9. При мультифакториальных болезнях наследуется предрасположенность; профилактика — образ жизни.
10. Медицинская генетика: консультирование, скрининг, пренатальная диагностика, лечение (диета, замещение белка, генная терапия); решение принимает семья.
11. Стволовые клетки самообновляются и дифференцируются; тотипотентные, плюрипотентные, мультипотентные; кроветворные — в красном костном мозге.
12. Все клетки тела имеют одинаковые гены; различия — в их активности.

28. Как связаны темы серии

Все темы серии — звенья одной цепочки. Кариотип и геном — это «что наследуется». Методы генетики человека — «как это изучают»: родословные, близнецы, популяции, хромосомы и ДНК. Наследственные болезни — «что бывает при нарушениях»: изменение одного гена (генные), числа или строения хромосом (хромосомные), сочетание многих генов со средой (мультифакториальные). Медицинская генетика — «как помочь»: применить методы для диагностики, оценки риска, профилактики и лечения. Стволовые клетки — одновременно объяснение того, как из одного генотипа получаются разные клетки, и инструмент новой медицины.

Полезно запомнить связку «болезнь → тип мутации → метод → профилактика»: синдром Дауна → геномная → цитогенетический → скрининг беременных и пренатальная диагностика; фенилкетонурия → генная → биохимический скрининг новорождённых → диета; гипертония → многофакторная → генеалогический и близнецовый → образ жизни.

29. План повторения за неделю

1. День 1. Кариотип, запись, тельца Барра, геном (статья 1, таблица кариотипов выше).
2. День 2. Генеалогический метод: обозначения, типы наследования, две-три родословные (статья 2).
3. День 3. Близнецовый и популяционно-статистический методы: конкордантность, формула Хольцингера, закон Харди — Вайнберга (статья 3).
4. День 4. Цитогенетический и молекулярно-генетический методы, ПЦР, секвенирование (статья 4).
5. День 5. Генные и хромосомные болезни: таблицы и механизмы (статьи 5–6).
6. День 6. Мультифакториальные болезни, медицинская генетика, стволовые клетки (статьи 7–9).
7. День 7. Тренировочный блок и итоговые задания этой статьи; работа над ошибками.

30. Учёные, чьи имена связаны с темой

31. Самые частые ошибки на экзамене

• Синдром Дауна называют хромосомной мутацией. Это геномная мутация (изменение числа хромосом); хромосомными называют изменения строения.
• Синдром Клайнфельтера относят к женщинам, Тёрнера — к мужчинам. Клайнфельтер — 47,XXY, мужчины; Тёрнер — 45,X, женщины.
• Путают число телец Барра. Оно на единицу меньше числа X-хромосом.
• Генные болезни «выявляют цитогенетически». Генные мутации в микроскоп не видны.
• Считают, что больной гемофилией отец передаёт её сыну. Сын получает от отца Y.
• Путают конкордантность и наследуемость. Конкордантность — доля пар с признаком у обоих; наследуемость — доля изменчивости, обусловленная генами.
• Пишут, что наследуется гипертония. Наследуется предрасположенность.
• Путают пробанда с первым предком. Пробанд — тот, с кого начато исследование.
• Называют стволовые клетки специализированными. Они недифференцированы.
• Указывают нерасхождение «в митозе матери». Трисомия у ребёнка — следствие нерасхождения в мейозе при образовании гамет.
• Считают ПЦР методом чтения ДНК. ПЦР размножает участок; читает последовательность секвенирование.
• Путают наследственные и врождённые болезни. Врождённые бывают ненаследственными (тератогены).

32. Интересные факты серии

• Почти 30 лет учебники писали, что у человека 48 хромосом, — пока в 1956 г. Тио и Леван не насчитали 46.
• Полностью, без пробелов, геном человека прочитали только в 2022 г., через 19 лет после «завершения» программы.
• Королевская гемофилия потомков королевы Виктории оказалась гемофилией B — это установили в 2009 г. по ДНК останков царской семьи.
• Индейцы пима в Аризоне и Мексике — наглядный пример того, как одна и та же наследственная предрасположенность к диабету проявляется по-разному в разной среде.
• По одной капле крови из пятки новорождённого в России сегодня проверяют 36 наследственных болезней.
• Из клетки кожи взрослого человека можно получить клетку, способную дать любые клетки тела, — за это открытие Синъя Яманака получил Нобелевскую премию через шесть лет после публикации.
• Риск носительства рецессивной болезни есть у каждого: в среднем человек несёт несколько аллелей, которые в гомозиготе вызвали бы тяжёлую болезнь.
• Слово «геном» предложил в 1920 г. немецкий ботаник Ганс Винклер, соединив слова «ген» и «хромосома».
• Первая в мире медико-генетическая консультация, по одной из версий, открылась в 1932 г. в Москве при Институте нервно-психиатрической профилактики — её основал невролог Сергей Давиденков.
• У человека около 200 типов клеток, и все они — потомки одной зиготы, несущие одинаковые гены.

33. Частые вопросы

34. ЕГЭ

Всё содержание серии относится к элементу 3.5 кодификатора [1], цитата которого приведена в начале статьи. Задания по нему встречаются в части 1 (выбор верных утверждений, соответствие, последовательность, термины, расчёты) и в части 2 (объяснение механизмов, анализ кариотипа, вопросы о методах и профилактике, задачи линии 28 с болезнями человека). Повторяя тему, ориентируйтесь на сводные таблицы и алгоритмы этой статьи, а за подробностями обращайтесь к статьям серии по карте.

35. Для олимпиад: комбинированные задачи

Задача 1. Байес и родословная

Женщина, брат которой болен миодистрофией Дюшенна (мать — доказанная носительница), имеет двух здоровых сыновей. Какова вероятность, что она носительница, и каков риск для третьего сына? Решение: априорно 1/2; правдоподобие двух здоровых сыновей у носительницы — 1/4, у неносительницы — 1. P = (1/2 × 1/4)/(1/2 × 1/4 + 1/2) = 1/5; риск для сына — 1/10.

Задача 2. Популяция и родословная

Частота фенилкетонурии 1/10 000. Здоровая женщина, сестра которой больна, выходит замуж за неродственного здорового мужчину. Риск больного ребёнка? Решение: она носитель с вероятностью 2/3; q = 0,01, мужчина носитель с вероятностью 2pq ≈ 1/50; риск = 2/3 × 1/50 × 1/4 = 1/300.

Задача 3. Нерасхождение и сцепление

Мать X^ABX^ab (два X-сцепленных гена, кроссинговер между ними можно не учитывать), отец X^ABY. Родился сын X^abX^abY. В каком делении и у кого произошло нерасхождение? Решение: две одинаковые материнские X^ab — сестринские хроматиды не разошлись в мейозе II у матери.

Задача 4. Скрининг

Частота болезни 1/1000, тест выявляет 95 % больных, ложноположителен у 1 % здоровых. Доля истинно больных среди положительных? Решение: на 100 000: больных 100, положительных 95; ложноположительных 999 ≈ 1000; доля ≈ 95/1094 ≈ 8,7 %.

Задача 5. Близнецы и наследуемость

r_МЗ = 0,8, r_ДЗ = 0,5. Найдите A, C, E по модели ACE. Решение: A = 2(0,8 − 0,5) = 0,6; C = 2 × 0,5 − 0,8 = 0,2; E = 0,2.

Задача 6. Отбор против рецессивного аллеля

Больные не оставляют потомства. За сколько поколений частота аллеля снизится с 0,01 до 0,005? Решение: n = 1/0,005 − 1/0,01 = 100 поколений.

36. Итоговые задания по всей серии

Задание 1

Сколько аутосом и половых хромосом в соматической клетке женщины?

Задание 2

Установите соответствие между исследованием и методом: А) подсчёт хромосом в лимфоцитах; Б) расчёт частоты носителей; В) сравнение близнецов; Г) анализ родословной; Д) поиск мутации в гене. 1) цитогенетический; 2) популяционно-статистический; 3) близнецовый; 4) генеалогический; 5) молекулярно-генетический.

Задание 3

Выберите три хромосомные болезни: 1) синдром Тёрнера; 2) муковисцидоз; 3) синдром Клайнфельтера; 4) гемофилия; 5) синдром Патау; 6) альбинизм.

Задание 4

Сколько телец Барра при кариотипах 45,X; 47,XXY; 47,XXX?

Задание 5

Что такое конкордантность и о чём говорит её высокая величина у однояйцевых близнецов при низкой у разнояйцевых?

Задание 6

Чем генотипирование отличается от секвенирования?

Задание 7

Найдите ошибки. 1) Синдром Дауна — геномная мутация. 2) Гемофилия передаётся от отца к сыну. 3) Фенилкетонурию лечат диетой. 4) Хромосомные болезни выявляют биохимическим методом. 5) Стволовые клетки способны к самообновлению.

Задание 8

Почему у мужчин чаще проявляются X-сцепленные рецессивные болезни?

Задание 9

Объясните, почему однояйцевые близнецы могут различаться по признаку.

Задание 10

Какие этапы включает медико-генетическое консультирование?

Задание 11

Почему при болезнях с наследственной предрасположенностью важна профилактика?

Задание 12

Какие свойства отличают стволовые клетки?

Задание 13

Объясните механизм возникновения синдрома Клайнфельтера при нерасхождении у отца.

Задание 14

Частота альбинизма 1/40 000. Найдите частоту носителей.

Задание 15

Сколько копий участка ДНК получится из одной молекулы за 20 циклов ПЦР?

Задание 16

Почему все клетки тела имеют одинаковые гены, но разное строение?

Задание 17

Женщина-носительница дальтонизма замужем за дальтоником. Вероятности дочери-дальтоника и сына-дальтоника?

Задание 18

Почему транслокационная форма синдрома Дауна требует обследования родителей?

Задание 19 (олимпиадное)

Двоюродные брат и сестра вступают в брак. Каков коэффициент инбридинга их ребёнка и как он влияет на риск рецессивной болезни с q = 0,001?

Задание 20 (олимпиадное)

Тест на трисомию 21 обнаруживает 99 % случаев при 0,1 % ложноположительных; частота трисомии — 1/500. Доля истинных среди положительных?

Литература

1. ФИПИ. Кодификатор проверяемых требований к результатам освоения основной образовательной программы и элементов содержания для проведения ЕГЭ по биологии, 2027 г. М.: ФИПИ, 2026.