Мутаційний процес - явище, властиве всій живій природі. людина не є винятком. Цей процес проходить постійно й інтенсивно на генному, хромосомному і геномному рівнях. Близько 20% усіх спадкових хвороб у кожному з поколінь після народження - це хвороби, зумовлені новими мутаціями.

Антимутагени. Відомо понад 500 сполук, в яких доведено антимутагенний вплив - здатність їх до захисту геному від дії мутагенів. Речовини з таким спрямуванням підвищують стійкість клітин до негативного впливу мутагенів, знижують кількість пошкоджених мутагеном клітин. Так, прийом -каротину (25 мг), вітаміну С (100 мг), вітаміну Е (280 мг) зменшує пошкодження ДНК у лімфоцитах периферичної крові. Поліфенольні антиоксиданти, які містяться у зеленому чаї, звичайно зменшують частоту сестринських хроматичних обмінів у лімфоцитах периферичної крові у робітників, які контактують з кам'яно-вугільними смолами та вугільним пилом.

Застосування антимутагенів спрямоване на максимальну стійкість клітин людини та захист геному людини від мутагенних впливів.

Лекція 7 Хромосомна теорія спадковості. Зчеплення зі статтю

Хромосоми відіграють велику біологічну роль і мають пряме відношення до передачі спадкових властивостей. Роль хромосом у передаванні спадкової інформації була доведена завдяки: а) відкриттю генетичного визначення статі; б) встановленню груп зчеплення ознак, які відповідають кількості хромосом; в) побудові генетичних, а потім і цитологічних карт хромосом. Обґрунтування хромосомної теорії дано у роботах Т. Моргана К. Бріджеса і А. Г. Стертеванта.

У всіх прикладах схрещування, наведених вище, мало місце незалежне комбінування генів, що належать до різних алельних пар. Це можливо лише тому, що названі гени локалізовані у різних парах хромосом. Проте кількість генів значно перевищує кількість хромосом. Отже, у кожній хромосомі локалізовано багато генів, які успадковуються разом. Гени, локалізовані в одній хромосомі, називаються групою зчеплення. Природно, що у кожного виду організмів кількість груп зчеплення дорівнює кількості пар хромосом, тобто у гороху - 7, у кукурудзи - 10, у томатів - 12, але у організмів, які мають гетеросоми, кількість груп зчеплення буде більше на 1, ніж кількість пар хромосом. Так, у дрозофіли 4 пари хромосом, а груп зчеплення буде 5, у людини 22 пари аутосоми та 2 статеві Х і Y, тому 24 групи зчеплення.

Проте виявилось, що гени, які знаходяться в одній хромосомі, зчеплені не абсолютно. Під час мейозу, при кон'югації хромосом гомологічні хромосоми обмінюються ідентичними ділянками. Цей процес називають кросинговером, або перехрещенням. Кросинговер може відбуватися у будь-якій ділянці хромосоми, навіть у кількох місцях однієї хромосоми. Чим більша відстань між окремими локусами, тим частіше між ними відбувається перехрестя і обмін ділянками.

Морган вдало обрав для дослідження муху-дрозо-філу, яка згодом стала класичним об'єктом для генетичних експериментів. Дрозофіл легко утримувати в лабораторії, вони мають значну плодючість, швидку зміну поколінь (через 1,5 - 2 тижні), невелике число хромосом, що спрощує спостереження.

Явище зчепленого успадковування Т. Морган встановив на такому досліді (рис.7).

У дрозофіли гени довжини крил (М - нормальні, м - короткі) і кольору тіла (В - сірий, в - чорний) локалізовані в гомологічних хромосомах, тобто належать до однієї групи зчеплення. Якщо муху, яка має обидва рецесивні алелі (bbmm), схрестити з гомозиготою за домінантними алелями (ВВММ), то в першому поколінні все потомство виявляється гетерозиготним з домінантними виявами ознак у фенотипі (ВbМт). Тут ще немає ніякої відмінності від звичайного дигібридного схрещування. Для виявлення якості гамет першого покоління необхідно провести аналізуюче схрещування, взявши гібридну самку і рецесивного за обома ознаками самця (тобто чорного короткокрилого).

Якщо два гени, які належать до різних алельних пар, локалізовані у різних хромосомах, то дигетерозигота буде утворювати чотири типи гамет: 25% ВМ, 25% Вт, 25% bМ і 25% bm. При аналізуючому схрещуванні такі дигетерозиготи дадуть чотири типи нащадків: сірих довгокрилих, сірих короткокрилих, чорних довгокрилих і чорних короткокрилих у співвідношенні 1:1:1:1.

У нашому експерименті такого співвідношення потомків не буде: В і М знаходяться в одній групі зчеплення, обидва домінантні алелі локалізовані в одній хромосомі, тому гени В і М незалежно один від одного не комбінуються. При абсолютному зчепленні обох генів необхідно очікувати тільки два типи гамет: 50% ВМ і 50% - bm. При аналізуючому схрещуванні має утворитися половина мух сірих довгокрилих, а половина - чорних короткокрилих.

Фактично ж гібридна самка при аналізуючому схрещуванні дає таке потомство:

41,5% сірих довгокрилих;

8,5% чорних довгокрилих;

41, 5% чорних короткокрилих;

8,5% сірих короткокрилих.

Переважання сірих довгокрилих і чорних короткокрилих мух вказує на те, що алелі ВМ і bm тісно зчеплені. Особини таких фенотипів утворюються з гамет, у яких ці хромосоми не перехрещуються. З іншого боку, поява сірих короткокрилих і чорних довгокрилих свідчить про те, що у певній кількості випадків відбувається порушення зчеплення між алелями В і М та b і m. Це наслідок обміну (кросинговеру) ідентичними ділянками хромосом.

Рисунок 7 - Дослід Т. Моргана

На підставі отриманих даних Морган припустив, що гени, які визначають забарвлення тіла і форму крил, розміщені в одній хромосомі, але у процесі мейозу під час утворення гамет гомологічні хромосоми можуть обмінюватися ділянками - відбувається кросинговер.

Обмін ділянками між гомологічними хромосомами має велике значення для еволюції, тому що значно збільшує можливості комбінування мінливості. Внаслідок перехресту добір у процесі еволюції йде не за цілими групами зчеплення, а за групами генів і навіть окремими генами. Адже в одній групі зчеплення можуть знаходитися гени, які кодують поряд з адаптивними (пристосувальними) і не адаптивні стани ознак. У результаті перехресту «корисні» для організму алелі можуть бути відділені від «шкідливих» і, отже, виникнути більш корисні для існування види генів, комбінації генів - адаптивні.

Лінійне розташування генів. Генетичні карти еукаріотів

Існування кросинговеру дозволило школі Моргана розробити у 1911-1914 рр. принцип побудови генетичних карт хромосом. У основу цього принципу покладене уявлення про розміщення генів вздовж хромосоми лінійно. За одиницю відстані між двома генами домовились брати 1% перехрещення між ними. Цю величину називають сантиморганідою, на честь генетика Т. Г. Моргана.

Припустимо, що до однієї групи зчеплення належать гени А і В. Між ними виявлене перехрещення у 10%. Отже, ці гени знаходяться на відстані 10 одиниць (сантиморганід). Припустимо також, що до цієї самої групи зчеплення належить ген С. Щоб знайти його місце у хромосомі, треба з'ясувати, який процент перехрещення він дає з кожним з двох уже відомих генів. Наприклад, якщо з А він дає 3% перехрещення, то можна припустити, що ген С знаходиться або між А і В, або у протилежному кінці, тобто А розташований між С і В. Якщо між В і С виявиться перехрещення у 7%, то на хромосомі їх необхідно розташувати у такому порядку, як показано на верхній схемі .

Якщо ж між В і С перехрещення 13%, то розміщення генів у хромосомі має бути таким, як на нижній схемі.

У загальному вигляді цю закономірність можна виразити такою формулою: якщо гени А, В, С належать до однієї групи зчеплення і відстань між генами А і В дорівнює k одиницям, а відстань між В і С дорівнює m одиницям між А і С може бути або k + m або k - m.

Найбільш детальні карти хромосом складені для дрозофіли, яка давно стала класичним генетичним об'єк-том. Із рослинних об'єктів порівняно добре у цьому відношенні вивчені кукурудза і томати, з тварин - кури і миші. Складені карти хромосом людини для всіх 24 груп зчеплення.

Генетичні карти хромосом будують на базі гібридологічного аналізу. Проте, для дрозофіли використовують значно інший спосіб побудови генетичних карт хромосом. Справа в тому, що в клітинах слинних залозах личинок мух знаходяться гігантські (політенні) хромосоми, які перевищують розмір хромосом з інших клітин у 100-200 разів і містять у 8000 разів більше хромонем. Виявилося, що в тих випадках, коли гібридологічним методом виявлялися які-небудь порушення спадкування, відповідні їм зміни мали місце і у гігантських хромосомах. У результаті співставлення генетичних і цитологічних даних стало можливим побудувати цитологічні карти хромосом. Це відкриття підтверджує вірність тих принципів, що були покладені в основу побудови генетичних карт хромосом.

Карти хромосом прокаріотів

Розроблені два способи складання карт хромосом прокаріот. Вони базуються на існуванні кон'югації у бактерій. В основі першого способу лежить можливість часткового переходу хромосоми із бактерії-донора у бактеріюреципієнт, який триває близько 2 год. Бактерії під час кон'югації сполучені дуже слабо, і розрив їх найчастіше відбувається до повного переходу хромосоми. Ця особливість використовується для з'ясування порядку розміщення генів у хромосомі. Мається на увазі, що послідовність генів і відстань між ними пропорціональна часові, протягом якого здійснювалась кон'югація. Штучно припиняючи кон'югацію через певні відрізки часу і з'ясовуючи, які гени за цей час перейшли у реципієнтну клітину, можна встановити порядок їх розташування.

Другий метод полягає в тому, що в результаті кон'югації у бактерії-реципієнта частина хромосоми подвоюється. Протягом кількох поколінь бактерій ця ділянка залишається подвоєною (диплоїдною). Такі особини використовуються для з'ясування того, який із генів є домінантним, а який - рецесивним. Як правило, після кількох поділів низка генів, що локалізовані у ділянці хромосоми із донорської бактерії, шляхом кросинговеру включаються у гомологічні локуси хромосоми бактерії-реципієнта і замінюють алельні гени, а інші гени донора елімінуються (зникають). Утворену рекомбінантну хромосому можна використовувати для вивчення локалізації генів за принципом, який зроблений для еукаріот.

Закономірності, які встановлені школою Моргана, а потім підтверджені і поглиблені на численних об'єктах, відомі під загальною назвою хромосомної теорії спадковості.

Основні її положення такі:

1 Гени розміщені у хромосомах по довжині в лінійному порядку; різні хромосоми містять неоднакову кількість генів.

2 Алельні гени займають певні й ідентичні локуси (місця) гомологічних хромосом.

3 Гени, розташовані в одній хромосомі, утворюють групу зчеплення, завдяки чому має місце зчеплення деяких ознак, які разом передаються нащадкам.

4 Між генами гомологічних груп зчеплення, завдяки кросинговеру, можуть відбуватися рекомбінації.

5 Сила зчеплення між генами обернено пропорційна відстані між ними. Чим ближче розміщені гени в одній хромосомі, тим менше частота кросинговеру і тим сильніше їх зчеплення. Відстань між генами вимірюється у процентах кросинговеру.

6 Кожний біологічний вид характеризується специфічним набором хромосом - каріотипом.

Статеві хромосоми

Наприкінці ХІХ ст. вчені звернули увагу на відмінність за однією із пар гомологічних хромосом у хромосомному наборі чоловіків і жінок.

У людини 46 хромосом: 44 - аутосоми і 2 - гетеросоми (статеві хромосоми).

Існує 4 основних типи регуляції статі статевими хромосомами:

1 XY-тип: XX - жіноча, XY - чоловіча (властивий ссавцям, комахам і покритонасінним рослинам);

2 X0-тип: X X - жіноча, X - чоловіча (зустрічається серед комах і ссавців);

3 ZW-тип: самка має одну статеву хромосому W і другу відмінну від неї за формою і величиною статеву хромосому Z, самка гетерогаметна, а самець - ZZ (цей тип притаманний деяким рибам, метеликам, птахам);

4 Z0-тип: жіноча стать має тільки одну Z-хромосому і гетерогаметна, а чоловіча - дві Z-хромосоми і гомогаметна. Цей тип відомий тільки у одного з видів ящірок.

Лекція 8 Основи молекулярної генетики. Будова і функції ДНК

Клітини здатні підтримувати високу впорядкованість своєї організації завдяки генетичній інформації, що зберігається, відтворюється, реалізується й удосконалюється. У основі цих фундаментальних явищ є молекулярні процеси, що відбуваються за допомогою ДНК і РНК.

У клітині, в організації потоку біологічної інформації, послідовно беруть участь ДНК хромосом ядра, молекули інформаційної РНК, які переносять її у цитоплазму, потім рибосоми, транспортна РНК і ферменти активізації амінокислот. Нарешті, синтезуються білки, які мають певну структуру і функції.

Головна роль у зберіганні та перенесені інформації належить нуклеїновим кислотам. Уперше нуклеїнові кислоти були виявлені Ф. Мішером у 1869 році. Переконливі докази того, що саме з ДНК пов'язана передача спадкової інформації, отримані при вивчені вірусів. Вагомі докази ролі ДНК у передачі спадкової інформації отримано також в експериментах на мікроорганізмах завдяки явищам трансформації, трансдукції і кон'югації.

Трансформація (перетворення) - включення чужорідної ДНК у геном клітини хазяїна, що призводить до зміни її структурних і функціональних властивостей.

Трансдукція (переміщення) - полягає в тому, що віруси, залишивши бактеріальні клітини, в яких вони паразитували, можуть захоплювати частину їх ДНК і, потрапивши в нові клітини, передають новим хазяям властивості попередніх.

Кон'югація (з'єднання) - перенос генетичного матеріалу від однієї бактерії до іншої шляхом утворення цитоплазматичного містка, переміщення частини ДНК та її інтеграції з геномом клітини реципієнта.

Будова нуклеїнових кислот

Встановлення структури ДНК відкрило нову епоху в біології, оскільки дозволило зрозуміти, яким чином живі клітини, а значить і організми, точно відтворюють собі подібних і як у них кодується інформація, яка необхідна для регуляції їх життєдіяльності.

Дж. Уотсон і Ф. Крік встановили молекулярну структуру нуклеїнових кислот та їх роль у передачі інформації у живій матерії, за що в 1962 р. отримали Нобелівську премію.

Відомо дві групи цих кислот - РНК і ДНК. Вони відрізняються хімічною будовою і біологічними властивостями. Деякі віруси містять тільки РНК, інші - тільки ДНК, але клітини бактерій і всіх еукаріот містять нуклеїнові кислоти обох типів. ДНК і РНК у клітині локалізовані по-різному. ДНК знаходиться переважно в ядрі, входить до складу хроматину, зосереджена у хромосомах. ДНК також входить до складу мітохондрій, центросом і пластид. Основні резервуари РНК - ядерця ядра і рибосоми, які розміщенні у цитоплазмі. Крім того, РНК знаходиться у цитоплазматичному матриксі.

Нуклеїнові кислоти - це полімери, мономерами яких є нуклеотиди. Кожний нуклеотид складається з моносахариду (рибози або дезоксирибози), залишку фосфорної кислоти і однієї з чотирьох азотистих основ: аденіну (А), гуаніну (Г), цитозину (Ц), і тиміну (Т), або урацилу (У). Нуклеотиди з'єднуються між собою фосфодиефірними зв'язками, утворюючи полімерні ланцюги. Нитки ДНК з'єднані між собою водневими зв'язками і утворюють подвійну спіраль ДНК. Таку модель будови ДНК запропонували у 1953 р. Дж. Уотсон і Ф. Крік. Два полінуклеотидні ланцюги ДНК антипаралельні. Тобто 5'-кінець одного ланцюга (вільний фосфатний залишок біля п'ятого вуглецю рибози чи дезоксирибози) з'єднаний із 3'- кінцем іншого (вільна гідроксильна група біля третього вуглецю рибози чи дезоксирибози), і навпаки. Генетична інформація записана послідовністю нуклеотидів у напрямку від 5'- до 3'- кінця.

Одна нитка називається “змі-стовною”, послідовність її нуклеоти-дів збігається з послідовністю мРНК. Другий ланцюг у напрямку 3'-5' називається “антизмістовним”, він є матричним ланцюгом у процесі транскрипції.

Рисунок 8 - Антипаралельні ланцюги ДНК

Два довгі антипара- лельні полімерні ланцюги міцно з'єднані між собою водневими зв'язками (рис8).

Аденін одного ланцюга двома водневими зв'язками з'єднується з тиміном іншого ланцюга, а гуанін - трьома водневими зв'язками з цитозином. Вони комплементарні один одному. Потім утворюється подвійна спіраль, закручена навколо центральної осі за стрілкою годинника (права спіраль).

Вивчаючи хімічний склад ДНК в 1950 р., Е. Чаргафф сформулював важливі положення щодо структури ДНК:

І Молярна частка пуринів (аденіну - А і гуаніну - Г) дорівнює молярній частці піримідинів (цитозину - Ц і тиміну - Т):

А+Г=Ц+Т, або А+Г/Ц+Т=1

ІІ Кількість аденіну і цитозину дорівнює кількості гуаніну і тиміну:

А+Ц=Г+Т, або А+Ц/Г+Т=1

ІІІ Кількість аденіну дорівнює кількості тиміну, а кількість гуаніну дорівнює кількості цитозину:

А=Т, або А/Т=1, Г=Ц, або Г/Ц=1

ІV Відношення суми молярних концентрацій А+Т у різних видів значно змінюється: Г+Ц/А+Т названо коефіцієнтом специфічності. Для бактерій коефіцієнт специфічності дорівнює 0,45-2,8, для вищих рослин, тварин і людини - 0,45-0,94. Просторова організація ДНК. Можна виділити первинну структуру - послідовність нуклеотидів у ланцюгу, з'єднаних між собою фосфодиефірними зв'язками, вторинну структуру - два комплементарні антипаралельні ланцюги, з'єднані водневими зв'язками, і третинну структуру - тривимірну спіраль.\



Рисунок 9 - Просторова організація ДНК

Рентгеноструктурний аналіз показав, що діаметр подвійної спіралі становить 2 нм, повний оберт спіралі становить 3,4 нм. У кожний виток входить 10 пар нуклеотидів. Внесок одного нуклеотида в довжину спіралі становить 0,34 нм (рис.9).

ДНК не бере безпосередньої участі в життєдіяльності клітин. Роль посередників у передачі інформації від ДНК у цитоплазму відіграють рибонуклеїнові кислоти. Взаємовідносини між ДНК, РНК і білків можна подати у вигляді схеми:

ДНК РНК білок.

У цьому випадку один з ланцюгів ДНК є матрицею для молекул РНК, що в свою чергу є матрицями для синтезу білків або входять до складу рибосом чи переносять амінокислоти.

РНК мають вигляд довгих нерозгалужених полімерних молекул, що складаються з одного ланцюга. У частини вірусів РНК є носієм спадкової інформації за відсутності ДНК. РНК - полімер рибонуклеотидів, що складаються із фосфорної кислоти, рибози й азотистих основ (аденіну, гуаніну, цитозину, урацилу). Рибоза разом із залишками фосфорної кислоти утворює скелет молекули, на якому розміщенні азотисті основи. Усі різновиди РНК синтезуються на молекулах ДНК за участю ферментів РНК-полімераз на основі принципу коплементарності. При цьому в синтезованій молекулі урацил РНК комплементарний аденіну ДНК, а гуанін - цитозину. Якщо вміст ДНК у клітинах постійний, то вміст РНК дуже коливається залежно від типу клітин, інтенсивності метаболізму і синтезу білків.

Молекули РНК мають багато спільного зі структурою ДНК, але відрізняються низкою ознак: а) вуглеводом РНК є рибоза; б) РНК не містить тиміну, його місце в молекулі займає урацил (тільки в тРНК зустрічається тимін); в) РНК - одноланцюгова молекула; г) правила Чаргаффа не виконуються.

Типи РНК. На основі розміру, структури і функції молекул розрізняють три типи РНК, характерних як для прокаріотів, так і для еукаріотів.

Інформаційна РНК (іРНК). Її молекули утворюються на певних ділянках ДНК, несуть інформацію із структурних генів і мають вигляд комплементарної копії ділянки одного з ланцюгів ДНК. Вони несуть закодовану інформацію про первинну структуру білків у цитоплазму, де прикріплюються до рибосом і реалізують цю інформацію.

Інформаційна РНК є матрицею для синтезу поліпептидів (білків), тому її називають також матричною (мРНК). Матрична РНК є шаблоном, на якому будуються поліпептиди відповідно до закладеної генетичної інформації. Інформаційна РНК містить інформацію про порядок розташування амінокислот у синтезованому білку. Розташування амінокислот кодується чіткою послідовністю нуклеотидів у молекулі іРНК. Кожній амінокислоті відповідає свій триплет нуклеотидів (кодон). Молекули іРНК складаються з 300-3000 нуклеотидів. Вони становлять 0,5-3,0% маси всіх РНК клітини. Інформаційна РНК утворюється в ядрі у вигляді про-іРНК, яка містить екзони (інформативні послідовності нуклеотидів) і інтрони (неінформаційні послідовності). У результаті процесингу (вирізання інтронних ділянок) вона "дозріває" і надходить у цитоплазму, де відразу приєднується до рибосом.

Транспортна РНК (тРНК). Молекули тРНК утворюються на спеціальних генах. Транспортні РНК короткі, однониткові, мають форму листка конюшини завдяки комплементарному сполученню основ на різних ділянках ланцюга, складаються з невеликого числа нуклеотидів - 75-90. Від загальної маси РНК на тРНК припадає близько 10-15%. У цитоплазмі молекули тРНК переносять до місця синтезу білків тільки відповідні їм амінокислоти. Кожній амінокислоті відповідає своя тРНК внаслідок особливостей нуклеотидної послідовності та просторової структури. Молекули тРНК мають чотири важливі ділянки:

а) транспортна - до якої приєднується специфічна амінокислота;

б) антикодон, що являє собою три специфічні рибонуклеотиди (триплет) і є комплементарним триплету на іРНК (кодону);

в) ділянка приєднання ферменту, який каталізує приєднання амінокислоти до тРНК;

г) ділянка зв'язування з рибосомою - певна послідовність нуклеотидів, що потрібна для прикріплення до рибосом.

Рибосомальна РНК (рРНК). Рибосомальна РНК утворюється в ядерці на спеціальних генах ДНК. рРНК - велика одноланцюгова нерозгалужена молекула, що включає 3000-5000 нуклеотидів. Із загальної маси РНК на її частку припадає до 90%. У каріоплазмі рРНК і різні білки об'єднуються у співвідношенні 1:1 для утворення малих і великих субодиниць рибосом.

Функції рРНК в структурі рибосоми: забезпечує процес синтезу білків; забезпечує зв'язування іРНК з рибосомами за допомогою певних послідовностей нуклеотидів.

Реплікація ДНК

На принципі компліментарності ґрунтується властивість ДНК, яка пояснює її важливу біологічну роль: здатність до самовідтворення. Реплікація молекул ДНК відбувається під впливом ферменту ДНК-полімерази. Коплементарні ланцюги молекул ДНК розкручуються і розходяться. Потім кожна з них починає синтезувати нову. Оскільки кожна основа у нуклеотидах може приєднати за правилом комплементарності інший нуклеотид тільки строго певної будови, відбувається точне відтворення материнської молекули. Утворюються дві ідентичні спіралі, у кожній з яких одна нитка материнська, а друга - нова. Такий спосіб синтезу називається напівконсервативний.

При поділі клітини подвоєння молекул ДНК відбувається так, що нові молекули мають таку ж структуру, що й вихідні. Цим пояснюється передавання спадкової інформації від клітини до клітини, з покоління в покоління. Реплікація відбувається в ядрі під час S-періоду інтерфази.

Рисунок 10 - Реплікація ДНК

Основні етапи реплікації:

І Ініціація (від лат. initialis пер- винний, початковий):

- фосфорилювання - активація дезоксирибонуклеотидів в результаті взаємодії з АТФ;

- розпізнавання точки ініціації (спеціальної послідовності нуклеотидів);

- розкручування молекули ДНК шляхом розриву водневих зв'язків між комплементарними нуклеотидами.

ІІ Елонгація - додавання дезоксирибонуклеотиду до 3'-кінця ланцюга, що росте. Процес каталізується ДНК-полімеразою. Приєднані сусідні нуклеотиди зв'язуються між собою фосфорними залишками та утворюють новий ланцюг ДНК.

ІІІ Термінація (від лат. terminalis - кінцевий): після завершення процесу реплікації молекули, що утворилися, розділяються, і кожна дочірня нитка ДНК скручується разом з материнською в подвійну спіраль. Так утворюються дві молекули ДНК, ідентичні материнській.

Значення реплікації:

а) процес є важливим молекулярним механізмом, що лежить в основі всіх різновидів поділу клітин про- й еукаріотів;

б) забезпечує розмноження як одноклітинних, так і багатоклітинних організмів;

в) підтримує сталість клітинного складу органів, тканин і організму внаслідок генетичної регенерації;

г) забезпечує тривале існування окремих індивідуумів та видів організмів;

д) сприяє точному подвоєнню інформації;

е) у процесі реплікації можливі помилки (мутації), що може призводити до порушень синтезу білків з розвитком патологічних змін.

Репарація ДНК

Для забезпечення основних характеристик клітин і організмів даної популяції необхідне точне зберігання структури і стабільності функцій генетичного матеріалу впродовж тисяч і мільйонів років, незважаючи на дію різних факторів. Для підтримання стабільності функцій ДНК існує кілька механізмів. По-перше, це висока хімічна стабільність самої молекули ДНК, по-друге, - наявність спеціальних механізмів самокорекції і репарації виникаючих змін. Генетична інформація може надійно зберігатися в нуклеотидних послідовностях ДНК лише тому, що широкий набір різних реплікаційних ферментів здійснює безупинний "огляд" ДНК і видаляє з неї ушкоджені нуклеотиди.

Під дією фізичних і хімічних чинників, а також при нормальному біосинтезі ДНК у ній можуть виникати ушкодження. Виявилося, що клітини мають механізми виправлення пошкоджень у ланцюгах ДНК. Здатність клітин до виправлення пошкоджень у молекулах ДНК називається репарацією (від лат. reparatio - відновлення).

Процес репарації ДНК полягає в тому, що генетична інформація подана в ДНК двома копіями - по одній в кожному з двох ланцюгів подвійної спіралі ДНК. Завдяки цьому випадкове пошкодження в одному з ланцюгів може бути видалено реплікаційним ферментом і ушкоджена ділянка ланцюга ресинтезована в своєму нормальному вигляді за рахунок інформації, що міститься в неушкодженому ланцюгу. Не всі види пошкоджень ДНК репаруються, частина їх проявляється у вигляді мутацій, що може викликати загибель клітини. Відомо кілька мутацій, які проявляються як важкі природжені хвороби завдяки порушенню процесу репарації. Наприклад, пігментна ксеродерма - рідкісна рецесивна аутосомна мутація. Діти, гомозиготні за цією мутацією, при народженні мають нормальний вигляд, але вже в ранньому віці під впливом сонячного світла у них з'являється пошкодження шкіри: ластовиння, розширення капілярів, зроговіння, бувають пошкодження очей. В подальшому розвиваються атрофічні зміни шкіри, доброякісні а потім і злоякісні пухлини.

Здатність клітин змінювати ефективність репарації генетичного матеріалу може мати значення також у клітинних механізмах старіння. Існують спостереження, які свідчать про зниження інтенсивності процесів репарації ДНК з віком. Але важко сказати, чи ці зміни - причина старіння організму, чи його наслідок.

Генетичний код, його властивості

Унікальність кожної клітини полягає в унікальності її білків. Клітини, що виконують різні функції, здатні синтезувати власні білки, використовуючи інформацію, що записана в молекулі ДНК. Інформація, яка міститься у ДНК, передається молекулі білка, що синтезується через РНК. Ділянку ДНК, яка містить інформацію про структуру будь-якого одного білка, прийнято називати геном. Ця інформація існує у вигляді особливої послідовності азотистих основ у ДНК. Генетичний код - система запису спадкової інформації, відповідність між трьома нуклеотидами мРНК (кодоном) і амінокислотою при синтезі білка (табл.3).

Таблиця 3 - Генетичний код

5'-P-	Друга основа	3'-OH-
	U	C	A	G
U	Фен Фен Лей Лей	Сер Сер Сер Сер	Тир Тир Стоп Стоп	Цис Цис Стоп Трп	U C A G
C	Лей Лей Лей Лей	Про Про Про Про	Гіс Гіс Глн Глн	Арг Арг Арг Арг	U C A G
A	Іле Іле Іле Мет	Тре Тре Тре Тре	Асн Асн Ліз Ліз	Сер Сер Арг Арг	U C A G
G	Вал Вал Вал Вал	Ала Ала Ала Ала	Асп Асп Глу Глу	Глі Глі Глі Глі	U C A G

Характеристика генетичного коду ДНК:

1 Триплетність - три сусідні азотисті основи називаються кодоном і кодують одну амінокислоту.

2 Специфічність - кожний окремий триплет кодує тільки одну певну амінокислоту.

3 Неперекривність - жодна азотиста основа одного кодону ніколи не входить до складу іншого кодону.

4 Універсальність - даний кодон у ДНК або іРНК визначає ту саму амінокислоту в білкових системах всіх організмів від бактерій до людини.

5 Надмірність (виродженість) - одна амінокислота часто має більше ніж один кодовий триплет.

Транскрипція, процесинг, сплайсинг

Молекули ДНК кожної клітини містять інформацію для синтезу всіх необхідних їй білків. Молекули ДНК містяться в ядрі, а синтез білків відбувається в цитоплазмі. ДНК не може переміщуватися до місця синтезу білків у цитоплазму. Вона передає інформацію про структуру білків за участю специфічних молекул іРНК, що утворюються на ДНК і переносяться з ядра в цитоплазму до місця синтезу білків. У синтезі білків беруть участь також інші РНК (тРНК і рРНК). Утворення молекул РНК на матриці ДНК називається транскрипцією (від лат. transcription - переписування). Цей процес відбувається під час інтерфази. На генах матриці ДНК утворюються всі три типи РНК - інформаційна, транспортна і рибосомальна.

Молекулярні механізми, пов'язані з «дозріванням» різних типів РНК, називаються процесингом. Вони здійснюються в ядрі перед виходом РНК із ядра в цитоплазму. З'ясувалося, що комплементарною ДНК є тільки молекула-попередниця інформаційної РНК (про-іРНК). Молекули про-іРНК набагато більші, ніж зрілі іРНК. Під час «дозрівання» інформаційної РНК у бактерій відбувається тільки відщеплення кінців молекул, а в еукаріотів і деяких вірусів цей процес набагато складніший. Молекула про-іРНК містить у собі ряд інертних ділянок (інтронів), що не несуть інформації про структуру білка.

У процесі «дозрівання» іРНК спеціальні ферменти вирізають нітрони і зшивають активні ділянки, що залишилися (екзони). Цей процес називається сплайсингом. Тому послідовність нуклеотидів у дозрілої іРНК не є цілком комплементарною нуклеотидам ДНК.

Сплайсинг - дуже точний процес, його порушення змінює рамку зчитування при трансляції, що призводить до синтезу іншого пептиду.

Трансляція

Процес синтезу білків (трансляція) здійснюється в рибосомах. Інформація про структуру білка переносится у рибосоми молекулою іРНК. Зрілі молекули іРНК у цитоплазмі клітини прикріплюються до рибосом, а потім поступово протягуються через тіло рибосоми. У кожний момент всередині рибосоми знаходиться незначна ділянка іРНК.

Амінокислоти підносяться до рибосоми різними тРНК, яких у клітині кілька десятків. Молекули тРНК здатні виконувати цю функцію тому, що мають два активні центри. До одного з них прикріплюється молекула амінокислоти. Другий активний центр складається з трьох нуклеотидів і називається антикодоном. Антикодон може взаємодіяти з комплементарним кодоном на молекулі іРНК і передавати відповідну амінокислоту для синтезу білка.

У середині рибосоми у кожний даний момент знаходяться лише два триплети іРНК. Рибосома рухається відносно іРНК тільки в одному напрямку, зміщуючись на один триплет від 5'-кінця до 3'-кінця іРНК. Синтез білкової молекули відбувається у великій субодиниці, де навпроти одного триплета розміщений аміноациальний центр, а навпроти другого - пептидильний (ділянка, у якій формуються пептидні зв'язки). Весь процес, що включає надходження тРНК-амінокислотного комплексу й утворення пептидного зв'язку, багаторазово повторюється. У міру просування іРНК щодо рибосоми всі її кодони переміщуються один за одним і пептидний зв'язок зростає.

У кінці ланцюга іРНК знаходиться один із «стоп»-кодонів (УАА, УАГ, УГА). Вони не розпізнаються жодною тРНК. Як наслідок, до останньої амінокислоти синтезованого білка приєднується вода і її карбоксильний кінець відокремлюється від тРНК. Зв'язок між останньою тРНК і поліпептидним ланцюгом розривається спеціальними ферментами. Рибосома відокремлюється від ланцюга іРНК і розпадається на дві субодиниці. Синтезований поліпептид звільняється і потрапляє в цитоплазму. Кожна молекула іРНК транскрибується декілька разів, а згодом - руйнується. середній час «життя» іРНК становить приблизно 2 хв.

Синтез пептидного ланцюга відбувається з досить великою швидкістю, що залежить від температури, факторів зовнішнього і внутрішнього середовища. У середньому в еукаріотів ця швидкість становить близько 2 амінокислот за 1 с. У прокаріотів швидкість вища - близько 15 амінокислот за секунду.

Білковий синтез є основою поділу, диференціювання, росту й розвитку, забезпечує особливості метаболізму і функцій. Білки сприяють об'єднанню клітин у групи, що призводить до утворення тканин і органів. Будь-які порушення трансляції та синтезу білків спричиняють порушення метаболізму, функцій і це призводить до появи хвороб.

Лекція 9 Генетика людини. Методи антропогенетики

Сучасна клінічна медицина вже не може обійтися без генетичних методів. 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 поштою (декілька крапель крові на фільтрувальному папері), або навіть на одній клітині, взятій на ранній стадії розвитку.

У вирішенні генетичних завдань використовують такі методи: генеалогічний, близнюковий, цитогенетичний, гібридизації соматичних клітин, молекулярно-генетичний, біохімічний, метод дерматогліфіки, моделювання, секвенування геному, популяційно-статистичний та ін.

Генеалогічний метод

Основний метод генетичного аналізу в людини полягає в складанні та вивченні родоводів. Генеалогія - історія родини, сукупність відомостей про походження особини; встановлення близькоспоріднених зв'язків між індивідуумами й складання схем-родоводів. Цей метод був введений в науку в кінці ХІХ століття Ф. Гальтоном.

Це найбільш універсальний метод вивчення спадковості людини. Він використовується завжди при підозрі на спадкову патологію, дозволяє встановити у більшості пацієнтів:

· спадковий характер ознаки;

· тип успадкування і пенетрантність алеля;

· характер зчеплення генів і здійснювати картування хромосом;

· інтенсивність мутаційного процесу;

· розшифрування механізмів взаємодії генів.

Цей метод застосовують при медико-генетичному консультуванні.

Суть його полягає в тому, щоб з'ясувати родинні зв'язки і прослідкувати наявність нормальної і патологічної ознаки серед близьких і далеких родичів у даній сім'ї. Він складається з двох етапів: складання родоводу і генеалогічний аналіз.

Збирання даних починається з пробанда - особи, родовід якої необхідно скласти. Ним може бути хвора або здорова особа - носій якої-небудь ознаки, або людина, яка звернулася за порадою до лікаря-генетика. Брати і сестри пробанда називаються сибсами.

При складанні родовідних таблиць користуються умовними позначеннями, запропонованими Г. Юстом у 1931 році (рис. 11).

Після складання родоводу до нього додається письмове пояснення - легенда родоводу. У легенді мають знайти віддзеркалення такі відомості:

1) результати клінічного і позаклінічного обстеження про банда;

2) відомості про особистий огляд родичів пробанда;

3) зіставлення результатів особистого огляду пробанда з відомостями опитування його родичів;

4) письмові відомості про родичів, які проживають в іншій місцевості;

5) висновок щодо типу успадкування хвороби або ознаки.

Після складання родоводу починається другий етап - генеалогічний аналіз, метою якого є встановлення генетичних закономірностей. Аналіз родоводу дає можливість дійти висновку щодо характеру ознаки (спадкова чи ні), типу успадкування (аутосомно-домінантний, аутосомно-рецесивний або зчеплений зі статтю), зиготність пробанда (гомо- або гетерозиготний), ступеня пенетрантності й експресивності досліджуваного гена.

Рисунок 11 - Генетична символіка для складання родоводу

Аналіз родоводів при різних типах успадкування показує, що всі хвороби, детерміновані мутантним геном, підпорядковуються класичним законам Менделя.

Близнюковий метод

Цей метод полягає у вивченні закономірностей успадкування ознак моно- і дизиготних близнюків. На даний час його широко застосовують у вивченні спадковості і мінливості людини для визначення співвідносної ролі спадковості і середовища у формуванні нормальних і патологічних ознак. Він дозволяє виявити спадковий характер ознаки, визначити пенетрантність алеля, оцінити ефективність дії на організм деяких зовнішніх чинників (лікарські препарати, навчання, виховання).

Суть методу полягає у порівнянні прояву ознаки в різних групах близнюків із зважанням на подібність або різницю їхніх генотипів. Монозиготні близнюки, що розвиваються з однієї заплідненої яйцеклітини, генетично ідентичні, оскільки мають 100% загальних генів. Тому серед монозиготних близнюків спостерігається дуже високий відсоток конкордатних пар, у яких розвивається ознака в обох близнюків. Конкордантність - це відсоток подібності за досліджуваною ознакою. Порівняння монозиготних близнюків, що виховуються за різних умов постембріонального періоду, дозволяє виявити ознаки, у формуванні яких істотна роль належить чинникам середовища. За цими ознаками між близнюками спостерігається дискордантність, тобто розходження.

Для оцінки ролі спадковості у розвитку тієї чи іншої ознаки роблять розрахунки за формулою

,

де Н - коефіцієнт спадковості, ОБ - одно- і ДБ - двояйцеві близнюки.

При Н, що дорівнює одиниці, ознака цілком визначається спадковим компонентом; при Н, що дорівнює нулю, визначну роль відіграє вплив середовища. Коефіцієнт, який близький до 0,5 свідчить про приблизно однаковий вплив спадковості і середовища на формування ознаки.

Наприклад, конкордатність монозиготних близнюків за шизофренією дорівнює 70%, дизиготних - 13%. Тоді

Вплив середовища визначається формулою С=100%-Н. Тоді С=100% - 65% = 35%. Отже, у випадку шизофренії переважає вплив спадковості, але суттєву роль відіграють і умови середовища.

Таблиця 4 - Конкордантність деяких ознак людини у однояйцевих (ОБ) і двояйцевих (ДБ) близнят, %

Ознаки	Конкордантність (%)
	ОБ	ДБ
Нормальні:
Групи крові (АВ0)	100	46
Колір очей	99,5	28
Колір волосся	97	23
Патологічні:
Клишоногість	32	3
Щілина губи	33	5
Шизофренія	70	13
Гіпертонія	26,2	10

На підставі даних таблиці видно, що для багатьох захворювань поряд із спадковим компонентом значну роль відіграють умови середовища, при яких відбувається реалізація генотипу у фенотипі.

Труднощі близнюкового методу пов'язані, по-перше, з відносно низькою частотою народження близнюків у популяції (1:86 - 1:88), що ускладнює добір достатньої кількості пар з даною ознакою; по-друге, з ідентифікацією монозиготності близнюків, що має велике значення для достовірних результатів.

Метод дерматогліфіки

Дерматогліфіка (від грец. derma - шкіра, gliphe - малювати) - це визначення рельєфу шкіри на долонях (пальмоскопія), пальцях (дактилоскопія), підошвах (плантоскопія). На відміну від інших частин тіла тут є епідермальні виступи - гребені, які утворюють складні візерунки. Встановлено, що візерунки є індивідуальною характеристикою людини і не змінюються впродовж життя. Дерматогліфічні дослідження мають важливе значення у визначенні зиготності близнюків, у діагностиці багатьох спадкових захворювань, а також в окремих випадках спірного батьківства, у судовій медицині, у криміналістиці для ідентифікації особи.

Дактилоскопія. Папілярні лінії на подушечках пальців вивчають на відбитках, які наносять на папір після змащування пальців друкарською фарбою. Детальне дослідження візерунків проводять за допомогою лупи. Папілярні лінії різних напрямків ніколи не перетинаються, але можуть у певних пунктах зближуватися, утворюючи трирадіуси, або дельти. Не дивлячись на індивідуальну неповторність візерунків, виділяють три їх основні типи: дуги А (англ. arch - дуга); петлі L (англ. lor - петля) і завиткові візерунки W (англ. whorl - завиток). Дугові візерунки зустрічаються дуже рідко (6%), у цьому Петлеві візерунки найбільш поширені (близько 60%).

Рисунок 12 - Пальцеві візерунки: 1-завиток, 2- петля, візерунку є лише один 3- дуга напрям папілярних ліній

Це замкнений з одного боку візерунок, у якому лінії, не доходять до протилежного краю. Завиткові візерунки займають середнє місце за поширеністю (34%). Вони мають вигляд концентричних кіл, овалів, спіралей. Завитки мають дві дельти. На пальцях ніг є також три типи візерунків, але у іншому співвідношенні (більший процент дуг). Тактильні візерунки на підошві у людини редуковані порівняно з мавпами і займають меншу площу.

Пальмоскопія. Рельєф долоні дуже складний, у ньому виділяють ряд полів, подушечок і долонних ліній. Центральну долонну ямку оточують шість підвищень - подушечок. Біля основи великого пальця - тенар, біля протилежного краю долоні - гіпотенар, навпроти міжпальцевих проміжків знаходяться міжпальцеві подушечки. Біля основи ІІ, ІІІ, ІV i V пальців знаходяться пальцеві трирадіуси - місця, у яких сходяться три напрямки папілярних ліній. Їх позначають латинськими літерами a, b, c, d. Поблизу браслетної складки, яка відділяє кисть від передпліччя, розміщується головний (осьовий) долонний трирадіус (t). Якщо провести лінії від трирадіусів a і d до t, то утворюється кут долоні аtd (рис. 13), у нормі він не перевищує 57°.

Рисунок 13 - Кут atd в нормі і при хромосомних аномаліях: 1 - синдром Патау; 2 - синдром Дауна; 3 - синдром Шерешевського-Тернера; 4 - норма; 5 - синдром Клайнфельтера

На формування дерматогліфічних візерунків можуть впливати деякі пошкоджуючі фактори на ранніх стадіях ембріонального розвитку. Так, при внутрішньоутробній дії вірусу корової краснухи у дитини спостерігаються певні відхилення у візерунках, які подібні до таких при хворобі Дауна. Метод дерматогліфіки використовують при уточненні діагнозу хромосомних синдромів у людей зі змінами каріотипу. Менше показові дані дерматогліфічного аналізу при захворюваннях генної природи.

Біохімічний метод використовується для діагностики хвороб обміну речовин, причиною яких є зміни активності окремих ферментів. За допомогою біохімічних методів відкрито близько 5000 молекулярних хвороб, які є наслідком прояву мутантних генів. При різних типах захворювання можна або визначити сам аномальний білок-фермент, або проміжні продукти обміну. Дефекти ферментів установлюють шляхом визначення вмісту в крові і сечі продуктів метаболізму, що є результатом функціонування даного білка. Дефіцит кінцевого продукту, що супроводжується накопиченням проміжних і побічних речовин порушеного метаболізму, свідчить про дефіцит ферменту в організмі. Об'єктами біохімічної діагностики є сеча, піт, плазма і сироватка крові, формені елементи крові, культури клітин (фібробласти і лімфоцити). Програми первинної біохімічної діагностики спадкових хвороб можуть бути масовими і селективними. Відомі масові просіюючи програми для діагностики фенілкетонурії, спадкового гіпотиреозу та ін.

Біохімічна діагностика спадкових порушень обміну включає два етапи. На першому етапі вибирають ймовірні випадки захворювань, на другому більш точними і складними методами уточнюють діагноз захворювання. Для визначення в крові, сечі або амніотичній рідині проміжних, побічних і кінцевих продуктів обміну, крім якісних реакцій із специфічними реактивами на певні речовини, використовують хроматографічні методи дослідження амінокислот та інших органічних речовин.

Показаннями для застосування біохімічних методів діагностики новонароджених є такі симптоми: судоми, кома, блювота, гіпотонія, жовтяниця, специфічний запах сечі і поту, ацидоз, припинення росту. У дітей біохімічні методи використовуються у випадках підозри на спадкові хвороби обміну речовин (затримка фізичного і розумового розвитку, втрата набутих функцій, специфічна для будь-якої спадкової хвороби клінічна картина).

Порушення первинних продуктів генів виявляють за допомогою біохімічних методів, а локалізацію відповідних ушкоджень у спадковому матеріалі - за допомогою методів молекулярної генетики.

Цитогенетичний метод

Принципи цитогенетичних досліджень сформувалися протягом 20-30-х років ХХ століття на класичному об'єкті генетики - дрозофілі і деяких рослинах. Метод ґрунтується на мікроскопічному дослідженні хромосом. Нормальний каріотип людини становить 46 хромосом, із них 22 пари аутосом і 2 статеві хромосоми. До 1956 р. кількість хромосом у людини не була точно встановлена, це вдалося шведським вченим Д. Тийо і А. Левану. На той час у лабораторії успішно культивувалися клітини людини (клітини кісткового мозку, культури фібробластів або лейкоцитів периферичної крові, поділ яких стимулювали фітогемаглютиніном). За допомогою колхіцину зупиняли процес мітозу на стадії метафази, оскільки інактивувалися нитки веретена поділу; потім клітини оброблялися гіпотонічним розчином. У результаті набрякання і розривання клітинних мембран хромосоми виявлялися вільними і віддаленими одна від одної (метафазні пластинки). Це дало можливість підрахувати їх і проаналізувати. Найважливіше завдання полягає у вмінні розрізняти індивідуальні хромосоми у даній метафазній пластинці.

Цей метод застосовується для діагностики хромосомних захворювань. Хромосомні хвороби - це широка група спадкових патологічних станів, причиною якого є зміни кількості хромосом або порушення їх структури. У першому випадку у загальній генетиці використовується термін «геномні мутації», у іншому - «хромосомні мутації».

Існує багато аномалій каріотипу: аномалії аутосом та аномалії статевих хромосом.

Найвідомішими аномаліями аутосом є трисомія-21, трисомія-13 і трисомія-18.

Трисомія-21 (синдром Дауна) була описана англійським лікарем Л. Дауном у 1866 р. Причина патології - зайва 21-ша хромосома в каріотипі (трисомія 21-ї хромосоми) - каріотип 47, 21+. Хвороба Дауна - найбільш поширена з усіх хромосомних аномалій. Частота народжуваності дітей становить 1:500 - 1:700 новонароджених. Синдром Дауна характеризується такими ознаками: укорочені кінцівки, маленький череп, аномалії будови обличчя (плескаве, широке перенісся). Очні щілини вузькі, з косим розрізом, є складка верхньої повіки біля внутрішнього кута ока - епікант. Спостерігається різного ступеня розумова відсталість.

Трисомія-13 (синдром Патау). Каріотип - 47, 13+. Вперше ця аномалія каріотипу описана у 1960 р. К. Патау. При цій аномалії спостерігаються щілина м'якого і твердого піднебіння, незаростання губи, недорозвинення або відсутність очей, неправильно сформовані вуха, деформація кисті і стопи, трапляються полідактилія і синдактилія (зрощення пальців), численні порушення з боку внутрішніх органів - серця, нирок, травної системи. Частота народження дітей із синдромом Патау - 1:14 500 народжених живими.

Трисомія-18 (синдром Едвордса) описана у 1960 р. Каріотип 47, 18+. За даними різних авторів частота цієї хвороби коливається від 1:4500 до 1:6500. Смерть настає у 2-3-місячному віці. Зовнішній метод хворих настільки своєрідний, що дозволяє поставити діагноз до цитологічного аналізу. Череп незвичайної форми: вузький лоб і широка з виступом потилиця, дуже низько розташовані, деформовані вуха, постійна ознака - недорозвинення нижньої щелепи. Пальці рук широкі і короткі, характерна аномалія кисті - поперечна складка долоні.

Аномалія статевих хромосом. При дозріванні статевих клітин у людини може спостерігатися порушення розходження і статевих хромосом. Є дані, що це відбувається у 0,3% всіх гамет. Внаслідок цього у яйцеклітині замість однієї Х-хрмосоми можуть виявитися дві або не буде жодної. При заплідненні таких аномальних яйцеклітин нормальними сперматозоїдами будуть утворюватися зиготи, у яких змінена кількість статевих хромосом. Подібне явище може спостерігатися і при сперматогенезі. Аномалії кількості статевих хромосом бувають у вигляді моно- і полісомій.

Моносомія-Х (синдром Шерешевського-Тернера). Каріотип 45, Х0, фенотип жіночий. Це єдина сумісна з життям моносомія. Частота появи цієї аномалії 1:4000 - 1:5000, вона уперше була описана у 1925 р. ендокринологом Н. А. Шерешевським, а потім вивчалася Г. Тернером (1938). Проте причини цієї аномалії стали зрозумілими тільки в світлі досягнень цитогенетики. Основна патологічна ознака при цьому синдромі - недорозвинення яєчників. Своєрідна диспропорція тіла: більше розвинена верхня частина: широкі плечі і вузький таз, нижні кінцівки вкорочені. Зріст завжди нижчий від середньої норми (135-145 см). Характерні зовнішні ознаки: коротка шия зі складками шкіри, які йдуть від потилиці («шия сфінкса»), низький ріст волосся на потилиці, «антимонголоїдний» розріз очей (внутрішні кути очей розташовуються вище, ніж зовнішні).

Трисомія-Х. Каріотип 47, ХХХ. При такому комплексі народжується дівчинка, частота синдрому 1:1000 (0,1%). Фенотип різний. Більшість жінок має ряд певних відхилень у фізичному розвитку, порушення функції яєчників, передчасний клімакс, інтелектуальну неповноцінність, хоч у частини хворих ці ознаки і не проявляються.

Синдром Клайнфельтера спостерігається у осіб з чоловічим фенотипом. Каріотип 47, ХХY. Частота синдрому 1:1000 (0,1%). Характерною особливістю є недорозвинення сім'яників і відсутність сперматогенезу. Ця ендокринна недостатність визначає й інші ознаки фенотипу: розвивається астенічний, євнухоподібний тип будови тіла: вузькі плечі, широкий таз, відкладання жиру за жіночим типом, мало розвинена мускулатура, тобто спостерігається стирання статевих відмінностей, проявляються деякі конституційні ознаки протилежної статі.

Кожний синдром характеризується специфічним комплексом окремих аномалій. Точне підтвердження діагнозу дає аналіз каріотипу.

Метод гібридизації соматичних клітин

Соматичні клітини містять увесь обсяг генетичної інформації. Це дає можливість вивчати багато питань генетики людини, які неможливо досліджувати на цілому організмі. Соматичні клітини людини отримують із різних органів (шкіра, кістковий мозок, клітини крові, тканини ембріонів). Найчастіше використовують клітини сполучної тканини (фібробласти) і лімфоцити крові. Культивування клітин поза організмом дозволяє отримувати достатню кількість матеріалу для дослідження, який не завжди можна взяти у людини без шкоди для здоров'я.

У 1960 р. французький біолог Ж. Барський, вирощуючи поза організмом у тканинній культурі клітини двох ліній мишей, виявив, що деякі клітини за своїми морфологічними і біохімічними ознаками були проміжними між вихідними батьківськими клітинами. Ці клітини виявилися гібридними. Таке спонтанне злиття клітин у культурі тканини відбувається досить рідко. Згодом виявилося, що частота гібридизації соматичних клітин підвищується при введенні у культуру клітин РНК-вмісного вірусу парагрипу Сендай, який змінює властивості клітинних мембран і робить можливим злиття клітин. Вірус Сендай попередньо опромінювався ультрафіолетом. Такий інактивований вірус втрачав свої вірулентні властивості, але зберігав здатність впливати на злиття клітин. Під впливом такого вірусу у змішаній культурі двох типів клітин утворюються клітини, які містять у спільній цитоплазмі ядра обох батьківських клітин - гетерокаріони. Більшість гетерокаріонів гине, але ті, які містять тільки два ядра, часто продовжують свій розвиток, розмножуються поділом. Після мітозу і наступного поділу цитоплазми із двоядерного гетерокаріону утворюється дві одноядерні клітини, кожна з яких являє собою синкаріон - справжню гібридну клітину, яка має хромосоми обох батьківських клітин.

Гібридизація соматичних клітин проводяться у широких межах не тільки між різними видами, але і типами: людина миша, людина комар, муха курка тощо. Наприклад гібридні клітини людини і миші мають 43 пари хромосом: 23 - від людини і 20 від миші. Згодом при розмноженні цих клітин доля вихідних геномів різна. Відбувається поступова елімінація (зникнення) хромосом того організму, клітини якого мають повільніший темп розмноження. За допомогою цього методу проводиться картування хромосом у людини.