Теоретическая часть исследований

2



Содержание.

Введение. Что такое генетика?

Теоретическая часть исследований.

Часть I.  Хромосомы.

I-1.  Строение и функции. 

 	 I-2. Классификация хромосом.

Часть II.  Наследственность и  изменчивость.

II-1.  Типы изменчивости.

II-2. Ошибки в наследственной программе – мутации.

Часть III.  Наследственные болезни.

III-1. Генные болезни.

III-2. Хромосомные болезни.

Практическая часть исследований

Часть IV. Методы

IV-1. Фотографирование

IV-2. Изучение документации медицинского работника и воспитателей детского  дома. 

IV-3. Статистический анализ генетических аномалий, сравнение полученных    

данных  с медицинской документацией детского дома.

IV-4. Сравнение данных, полученных по медицинским картам, и соотнесение с научной  литературой.

IV-5. Данные исследований центра генетики города Калуги.

Выводы

V.  Литература

VI. Приложение 

Введение. Что такое генетика?

Генетика - это наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости организмов. Датой её рождения считается 1900 г., когда были заново открыты установленные Г. Менделем в 1865 г. закономерности наследования признаков. С этого момента начинаются широкие исследования, в ходе которых были сформулированы представления о мутации, популяциях и чистых линиях организмов, хромосомная теория наследственности. Новый этап развития генетики связан с усовершенствованием техники научных исследований. Сложные современные приборы позволили расшифровать генетический код. Обнаружение связей между строением генов и белков привело к созданию молекулярной генетики. Интенсивно развивается иммуногенетика, изучающая генетические основы иммунных реакций организма. Выявлена генетическая основа многих заболеваний человека или предрасположенности к ним. Такие сведения помогают специалистам в области медицинской генетики установить точную причину заболевания и разработать меры профилактики и лечения людей. 

Генетика изучает два фундаментальных свойства живого - наследственность и изменчивость (Тарасенко Н.Д., Лушанова Г.И. Что вы знаете о своей наследственности? 2-е изд., перераб. – М.: Медицина, 1984. – 56 с., ил. (Науч. – попул. мед. литературы). 

Целью работы является изучение особенностей генетических заболеваний человека.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

Расширить знания по курсу генетики;

Изучить генетические заболевания;

Исследовать группы детей отказников детского дома с генетическими заболеваниями;

По статистическим данным центра генетики г. Калуги, выявить часто встречаемые мутации.

Теоретическая часть исследований

Часть I.  Хромосомы.

I-1.  Строение и функции. 

	Для каждого вида организмов характерны свое число и свои морфологические особенности хромосомного набора, то есть определенный кариотип. В норме все хромосомы клеток организма эукариот парны. 

	У женщин половые хромосомы представлены двумя одинаковыми (гомологичными) хромосомами (XX), у мужчин  - различающимися по размеру и форме хромосомами (X и Y).  

  I-2. Классификация хромосом.

	Классификация и номенклатура хромосом человека впервые были приняты на международном совещании в 1960 году в г. Денвере. Согласно классификации все хромосомы человека разделены на 7 групп, расположенных в порядке уменьшения их длины, и обозначаются буквами английского алфавита от А до G. Все пары хромосом стали нумеровать арабскими цифрами.  (Приложение 1) (Асанов А.Ю. Основы генетики и наследственные нарушения развития детей: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб.заведений – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 224с.).

Часть II.  Наследственность и  изменчивость.

II-1.  Типы изменчивости.

	Различают два вида биологической изменчивости: групповую изменчивость и индивидуальную изменчивость. Примерами групповой изменчивости могут служить различия в окраске кожных покровов у африканцев и европейцев, характер направления и структуры волос, разрез глаз и многие другие признаки, различающие представителей различных рас.  Индивидуальная изменчивость гораздо шире групповой. Она включает все различия между конкретными индивидами по характеру, темпераменту, цвету глаз, наличию определенной группы крови, особенностям внешнего облика, росту, телосложению и т.д.

Процессы, определяющие изменчивость, неоднородны. Одни из них могут проявляться в виде вариации признаков, т.е. только как изменение признака; другие затрагивают генетический аппарат.  (Асанов А.Ю. Основы генетики и наследственные нарушения развития детей: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб.заведений – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 224с.).

II-2. Ошибки в наследственной программе – мутации.

  Наследственные изменения – мутации организма связаны с разными типами качественных и количественных изменений генетического материала.

Мутации бывают генными, хромосомными, геномными

Генные мутации возникают в результате выпадения одного основания в молекуле ДНК, вставки лишнего основания или замены одного другим. 

Хромосомные мутации могут возникать в результате утраты участка хромосомы,  перевёртывание в области двух точек разрыва хромосомы, удвоение участка хромосомы  - трисомия, обмен фрагментами между негомологичными хромосомами.

Геномные – обусловлены изменением плоидности хромосом.

Часть III.  НАСЛЕДСТВЕННЫЕ БОЛЕЗНИ.

III-1. Генные болезни.

Генные болезни – это многочисленная и разнообразная по клинической картине группа заболеваний, в основе которых лежит мутация одного гена. В настоящее время известно около 4500 моногенных наследственных заболеваний. Характер наследования генных заболеваний определяется законами Г. Менделя. Они выявляются у 4,2-6,5% новорожденных. На их долю приходится 8-10 % в структуре общей смертности детей до пятилетнего возраста.

Тип наследования генных заболеваний зависит от локализации патологической мутации на аутосоме или половой хромосоме, от ее доминантности или рецессивности, а также от того, где она возникла: в ядерной ДНК или в ДНК митохондрии.

Общепринятой классификации генных болезней не существует. Исходя из генетического принципа выделяют генные болезни с: аутосомно-доминантным, аутосомно-рецессивным, Х – сцепленным рецессивным, Х – сцепленным доминантным, У – сцепленным типами наследования. Примерами заболевания с аутосомно-доминантным типом наследования могут служить: синдром Марфана, синдром  Тричера-Коллинза, синдром Холт-Орама (синдром рука-сердце). К аутосомно-рецессивным болезням относятся:  муковисцидоз, фенилкетонурия, синдром Барде-Бидля. К Х-сцепленным доминантным относят: гипоплазия. К Х-сцепленному рецессивному типу наследования относят: гемофилия А и В, дальтонизм.

III-2. Хромосомные болезни.

	Хромосомные болезни, или синдромы, - это группа врожденных патологических состояний, различающихся по своей клинической картине, часто сопровождающихся тяжелыми нарушениями психического и соматического развития. Основной дефект – различные степени интеллектуальной  недостаточности, что может осложняться нарушениями зрения, слуха, опорно-двигательного аппарата, более выраженными, чем интеллектуальный дефект, расстройствами речи, эмоциональной сферы и поведения.

Хромосомные синдромы являются следствием мутаций в половой клетке одного из родителей. Хромосомные болезни могут быть унаследованы, если мутация имеется во всех клетках родительского организма.

	Хромосомные болезни встречаются в среднем с частотой 0,7 – 0,8% среди новорожденных. Частота хромосомных перестроек у эмбрионов значительно выше. Предполагается, что 30-40 % оплодотворенных яйцеклеток погибают на стадии зиготы-бластоцисты (первые недели после оплодотворения).

	В первом триместре беременности хромосомные перестройки отмечаются у 50 % спонтанных абортов, во втором триместре их число снижается до 25-30%. А после 20-й недели – до 7 %. (Мастюкова Е.М. Основы генетики. Клинико-генетические основы коррекционной педагогики и специальной психологии – М.: Гуманитар. Изд. Центр ВЛАДОС, 2005. – 367 с. – (Коррекционная педагогика).  (Приложение 2)

Хромосомные болезни можно различать по следующим критериям:

Количественные нарушения аутосом: синдром Дауна (трисомия 21 хромосомы). Синдром Патау (трисомия 13 хромосомы), синдром Эдвардса (трисомия 18 хромосомы)

Количественные нарушения половых хромосом: синдром Клайнфельтера, синдром Шерешевского-Тернера.

Структурные нарушения аутосом: синдром «кошачьего крика»

Практическая часть исследований

Часть IV. Методы.

IV-1. Фотографирование

Для того, чтобы начать изучение генетических аномалий среди детей отказников в детском доме г. Калуги, мы сделали галерею фотографий, что позволило достаточно быстро собрать материал для исследования, в котором ярко отражены некоторые генетические отклонения, описанные в литературе.

IV-2. Изучение документации медицинского работника и воспитателей детского дома. 

	Нами было произведено изучение детских медицинских карт, по которым были выявлены некоторые синдромы, явно несовместимые с нормальной жизнедеятельностью ребенка, что аргументирует отказ родителей от рожденных детей. Хотя, много ребят, которые встречаются в данном детском доме, являются совершено нормальными в плане индивидуального развития. По достижению ими определенного возраста, они будут перемещены в другие учреждения, что позволит им в дальнейшем нормально развиваться, приобретать жизненноважные умения и навыки. Такая группа детей нормально обучаются, с удовольствием выполняют различные задания, участвуют в различных играх, прекрасно идут на контакты с незнакомыми людьми.  

IV-3. Статистический анализ генетических аномалий, сравнение полученных данных с медицинской документацией детского дома.

В детском доме на данный момент проживает 99 детей. Среди них выявлено: 11 человек с синдромом Дауна, 2 ребенка с синдромом Патау, 3 детей с синдромом Холт-Орама (синдром рука-сердце),  1 ребенок с синдромом Тричера-Коллинза, 1 ребенок с синдромом Эдвардса, 1 – альбинос, 1 - синдром Шерешевского-Тернера.   (Приложение 3)                                                                  

IV-4. Сравнение данных, полученных по медицинским картам, и соотнесение с научной литературой.

 Синдром Дауна.

По статистике 1: 600 новорожденных появляется на свет с синдромом Дауна.. Мальчики и девочки рождаются с одинаковой частотой. Родители при этом имеют нормальный набор хромосом. Каждая клетка организма обычного человека содержит 46 хромосом, составляющих 23 пары. Но в зиготе у Даунов не 46, а 47 хромосом. В этом случае в отцовских или материнских хромосомах - двадцать первая хромосома  не разделилась и образовала так называемую трисомную зиготу, и возникла трисомия-21. Предполагается, что рождение ребенка с синдромом Дауна также зависит от возраста матери. (Приложение 4) Полученные данные наглядно свидетельствуют, что чем старше мать, тем вероятность рождения ею ребенка с синдромом Даун  повышается.  (Приложение 5) Голова детей с синдромом Дауна сзади бывает сплющена, шея - короткая. Родничок закрывается  позно. Черты лица, как правило, мельче, маленький рот, а язык больше, поэтому он высовывается наружу. Нёбо уже, чем у обычных детей,- высокое и сводчатое. Уши иногда располагаются чуть ниже, чем обычно. Широко посаженные,  раскосые глаза имеют дополнительную складку век у переносицы. Внешние особенности глаз не имеют отношение к нарушению зрения, но дети с синдромом Дауна нуждаются в коррекции зрения с помощью очков. Волосы у детей с синдромом Дауна, негустые, мягкие и прямые, зубы мельче, появляются они позже, чем обычно. 

Конечности малыша с синдромом Дауна  короче, чем у обычного ребёнка. Пальцы на руках и ногах короткие. Ладошки довольно широкие, часто их пересекают сплошные поперечные линии-складки, мизинцы на руках могут быть немного изогнуты. Средний рост молодого человека с синдромом Дауна составляют около 154-160 см, а девушки 150-154 см. 

Практически у всех детей с синдромом  Дауна снижен мышечный тонус. В медицине это явление называется гипотонией. При гипотонии мышцы расслаблены, и ребёнку труднее активно двигаться, поэтому очень важно как можно раньше под руководством специалиста по двигательному развитию (кинезиотерапевта) начать выполнение специальных упражнений. Суставы детей с синдромом Дауна слишком подвижны из-за слабых связок. 

Интересно, что больные синдромом Дауна реже имеют раковые опухоли. Видимо, 21-ая хромосома содержит ген-"глушитель опухолей", и наличие третьей копии гена обеспечивает дополнительную защиту против рака.  Возможно наиболее интригующее в опубликованной работе то, что 21-ая хромосома содержит совсем немного генов. При размере в 33,8 миллиона пар азотистых оснований она содержит 225 генов. Для сравнения, 22-ая хромосома при размере в 33,4 миллиона пар азотистых оснований содержит 545 генов. 21-ая хромосома представляет из себя "геномную пустыню".

Синдром Патау. Трисомия 13, была расшифрована в 1960 г. американским генетиком К. Патау, чьим именем в дальнейшем он и был назван.   (Приложение 6)

Частота данного заболевания составляет 1 на 6000 рождений, занимая второе место по частоте встречаемости (после синдрома Дауна), среди полных аутосомных трисомий. Мальчики и девочки страдают этим заболеванием с одинаковой частотой. Простая полная трисомия 13 (47,ХХ (ХУ) + 13) как следствие нерасхождения этой пары хромосом в мейозе у одного из родителей (главным образом у матери), встречается в 80 – 85% случаев заболевания. Остальные случаи обусловлены транслокациями. Случаи мозаицизма и другие хромосомные варианты (изохромосома, инверсия) очень редки. Дети с синдромом Патау рождаются со средней массой 2500 г, что почти на 900 г меньше средней массы детей при рождении. Фенотипические признаки синдрома настолько характерны, что позволяют практически сразу заподозрить это заболевание. Особенно обращают внимание аномалии черепа и лица – микроцефалия, в ряде случаев отмечается выраженный скошенный лоб, узкие глазные щели,  запавшее переносье,  низкорасположенные и деформирование ушные раковины. На коже головы имеются дефекты скальпа овальной или округлой формы, до 1 см в диаметре.  Характерными внешними пороками развития являются расщелина губы и нёба и полидактилия. Врождённые пороки сердца отмечаются у 80% детей. Пороки пищеварительного тракта отмечаются у половины больных.  Часто встречаются незавершённый поворот кишечника, нарушение работы  печени, врастание в поджелудочную железу ткани селезёнки. Пороки развития почек наблюдаются в 60% случаев. Половые органы поражаются более чем в 50% случаев – у девочек удвоение матки и влагалища, у мальчиков – гипоплазия полового члена. Пороки развития органов зрения – помутнение хрусталика  встречаются более чем у 70% больных. Центральная нервная система поражается в 100% случаев. Наиболее постоянны пороки переднего мозга. Продолжительность жизни у детей с синдромом Патау резко снижена. На первом году жизни умирают 95% больных. В возрасте старше 3 лет остаются в живых единицы. Все дети с синдромом Патау имеют тяжёлую умственную отсталость (глубокая идиотия). 

Синдром Холт–Орама (синдром рука – сердце). Представляет собой синдром множественных врождённых пороков развития. (Приложение 7) Клиническая картина характеризуется аномалиями верхних конечностей и врождёнными пороками сердца. Пороки развития руки варьируют от недоразвития или отсутствие 1-го пальца кисти и трёхфалангового 1-го пальца кисти, до недоразвития или полного отсутствия лучевой кости с формированием лучевой косорукости. Чаще поражается левая рука. Наблюдаются и другие скелетные изменения: гипоплазия лопаток и ключиц, сколиоз, воронкообразная деформация грудины, искривление мизинца, сросшиеся пальцы (синдактилия), гипоплазия других пальцев кисти. В 85% случаев у больных обнаруживаются различные формы врождённых пороков сердца. Прогноз жизни зависит от тяжести поражения сердца. 

Синдром Тричера-Коллинза. (Приложение 8) Основными проявлениями синдрома являются деформации черепа. Обычно расходящееся косоглазие, клювовидный нос, иногда расщелина твердого неба или язычка, двустороннее недоразвитие наружного слухового прохода, различные степени снижения слуха, интеллекта, зрения. Патология функции почек. Часто почечная недостаточность.

Синдром Эдвардса.  (Приложение 9) Причиной является полная трисомия по 18-й хромосоме, возникающая в результате нерасхождения 18-й пары хромосом во время мейоза. Частота синдрома среди новорожденных составляет 1: 7000; девочки болеют примерно в три  раза чаще мальчиков. Больные с синдромом Эдвардса рождаются с низкой массой тела (в среднем 2200 г.). Для синдрома Эдвардса характерно сочетание специфических клинических проявления:  узкие и короткие глазные щели, маленькие низко посаженные ушные раковины, характерное сгибательное положение пальцев кисти, выступающий затылок и другие  микроаномалии. При синдроме практически постоянны пороки сердца и крупных сосудов, часты пороки желудочно-кишечного тракта, пороки почек и половых органов. Продолжительность жизни больных с синдромом Эдвардса резко снижена. На первом году жизни погибают 90 % больных, к 3-летнему возрасту – более 95 %. Причиной смерти являются пороки сердечно-сосудистой системы, кишечника или почек. Все выжившие больные имеют глубокую степень олигофрении (идиотию)

Синдром Шерешевского-Тернера (моносомия по Х-хромосоме). (Приложение 9)  Частота этого заболевания составляет 1:2000 – 1:5000 новорожденных девочек. Наиболее часто при цитогенетическом исследовании обнаруживается кариотип 45, ХО, однако встречаются другие формы аномалии Х-хромосомы. Ребенок с синдромом Шерешевского-Тернера рождается только в случае утраты отцовской Х-хромосомы. При утрате материнской Х-хромосомы эмбрион погибает на ранних этапах развития. Минимальные диагностические признаки: отек кистей и стоп, кожная складка на шее, низкий рост, врожденный порок сердца. У части больных нормально развиты вторичные половые признаки, имеются менструации. Деторождение у некоторых больных бывает возможным. (Асанов А.Ю. Основы генетики и наследственные нарушения развития детей: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб.заведений – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 224с.).

IV-5. Данные исследований центра генетики города Калуги

По данным центра генетики города Калуги, нами было установлено, что за последние 8 лет рождение детей с синдромом Дауна практически остается стабильно на одном уровне от 10 до 21 рожденных. Единственное, что нам не удалось исследовать, это возраст матерей, и соотнести с данными научной литературы. Нами было установлено, что в России  в обязательном порядке исследуются все новорожденные по национальному проекту, на наличие таких заболеваний, как фенилкетонурия (один случай в 2006 году, всего на учете 16 человек); врожденный гипотиреоз (в 2006 году – 1 ребенок, в 2007 – 3, в 2008 -1, всего на учете 34 человека); галактоземия (в 2008 году – 1 случай, всего на учете 2 человека); адреногенитальный синдром (за три последних года не обнаружено, хотя на учете находится 13 человек); муковисцидоз (в 2007 году – 1, в 2008 году – 4 ребенка, всего на учете состоит 24 человека).  Эти генетические заболевания  предусматривают посреродовую коррекцию при помощи диеты, или применение специальных гормональных препаратов, что позволяет приостановить активное развитие заболевания. (Приложение 10)

Выводы

В школьном курсе биологии необходимо расширить тему генетика человека.

Для предупреждения генетических ошибок людям необходимо составлять родословное древо – хотя бы в 4-5 поколениях.

Результаты проведенного исследования полностью совпадают с данными научной литературы.

Выяснено, что многие хромосомные и геномные мутации проявляются в виде болезней – человек при их наличии является неполноценным, или часто приводят к летальному исходу. 

Собранный нами материал может быть использован для углубленного изучения генетики человека.  

Литература 

Тарасенко Н.Д., Лушанова Г.И. Что вы знаете о своей наследственности? 2-е изд., перераб. – М.: Медицина, 1984. – 56 с., ил. (Науч. – попул. мед. литературы)

Асанов А.Ю. Основы генетики и наследственные нарушения развития детей: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб.заведений – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 224с.

Мастюкова Е.М. Основы генетики. Клинико-генетические основы коррекционной педагогики и специальной психологии – М.: Гуманитар. Изд. Центр ВЛАДОС, 2005. – 367 с. – (Коррекционная педагогика)

Козлова С.И., Демикова Н.С., Семанова Е., Блинникова О.Е.. Наследственные синдромы и медико-генетическое консультирование. – М., 1996

Пузырев В.П., Степанов А.В. Патологическая анатомия гемона человека. – Новосибирск, 1997