Урок-конференция "Генетика и медицина"

Цель:

1. Объяснить значение комплексного использования методов генетики человека, с целью выявления наследственных заболеваний.
2. Дать представление о цитологических и биохимических исследованиях генома человека. Закрепить имеющиеся знания законов генетики.

Оборудование: Таблицы, иллюстрирующие родословные с различным наследованием признаков, набор задач по теме наследование признаков у человека, возможна компьютерная презентация данного материала.

За несколько уроков, группе учащихся дается дополнительное задание подготовить сообщение, для работы в качестве врачей-генетиков во время конференции.

Ход урока

Урок проводиться в виде научной конференции врачей генетиков, работающих в различных направлениях данной науки, по ходу учащимся предлагается решить задачи на наследование определенных признаков человека.

Учитель: Генетика человека - одна из важнейших теоретических основ современной медицины. Академик И.П.Павлов, признавал важное значение генетики для физиологии и медицины, писал: «Наши врачи должны как азбуку знать законы наследственности… Воплощение в жизнь научной истины о законах наследственности поможет избавить человечество от многих скорбей и горя».

Одним из основоположников медицинской генетики является выдающийся советский невропатолог С.Н.Давиденков (1880–1961), начавший свою плодотворную работу в двадцатых годах на Украине. Он впервые применил идеи генетики в клинике, дал анализ ряда наследственных заболеваний, часть из которых была описана им впервые. Важной заслугой С.Н.Давиденкова является разработка методов медико-генетического консультирования и его первое пpaктическое применение в нашей стране.

Особенности генетики человека. Исследование генетики человека связанно с большими трудностями, причины которых связанны с невозможностью экспериментального скрещивания, медленной сменой поколений, малым количеством потомков в каждой семье. Кроме того, в отличие от классических объектов, изучаемых в общей генетике, у человека сложный кариотип, большое число групп сцепления. Однако, несмотря на все эти затруднения, генетика человека успешно развивается.

При изучении генетики человека используются следующие методы: генеалогический, близнецовый, популяционно-статистический, дерматоглифический, биохимический, цитогенетический, гибридизации соматических клеток и метод моделирования.

У человека установлены все 24 теоретически возможные группы сцепления генов; из них 22 локализованы в аутосомах, в каждой из которых содержится по нескольку сот генов. Более 100 генов, локализованы в пoлoвых хромосома.

Познакомимся с методами изучения генетики человека, о которых нам сегодня расскажут ученые генетики, работающие по различным направлениям. Слово предоставляется ученому, занимающемуся изучением наследования нормального или патологического признака в ряде поколений людей.

Специалист, занимающийся генеалогией: Генеалогический метод был введен в науку в конце XIX в. Ф.Гальтоном. Суть его состоит в том, чтобы выяснить родственные связи и проследить наличие нормального или патологического признака среди близких и дальних родственников в данной семье.

Сбор сведений начинается с пробанда. Пробандом называется лицо, родословную которого необходимо составить. Братья и сестры пробанда называются сибсами. Обычно родословная составляется по одному или нескольким признакам. Метод включает два этапа: сбор св6едений о семье и генеалогический анализ.

Для составления родословной проводятся краткие записи о каждом члeне родословной с точным указанием его родства к пробанду. Затем делают графическое изображение родословной; для составления схемы приняты стандартные символы. (Приложение 1)

После составления родословной начинается второй этап – генеалогический анализ, целью которого является установление генеалогических закономерностей. Данный метод считается наиболее информативным, чем больше имеется достоверных сведений о здоровье родственников больного. В случае обнаружения наследственного хаpaктера признака необходимо установить тип наследования: доминантный, рецессивный, сцепленный с полом.

При проявлении признака аутосомно-доминантного наследования – его одинаковая встречаемость у обоих полов, наличие больных во всех поколениях. В случае cмepти в более раннем возрасте никаких данных о возможной болезни этого члeна семьи, естественно, нет, но имеется вероятность заболевания потомков.

При проявлении рецессивных заболеваний нередко встречается кровное родство родителей больных. Иногда наличие родства бывает неизвестно члeнам семьи.

Существует тип наследования, сцепленного с полом. Заболевания, обусловленные геном, локализованным в X-хромосоме, могут быть как доминантные, так и рецессивными. При доминантном Х-сцепленом наследовании заболевание одинаково проявляется как у мужчин, так и у женщин и в дальнейшем может передаваться потомству. Решим несколько задач на такой тип наследования. (Приложение 2)

Генеалогический метод, безусловно, является связующим звеном между теоретической генетикой человека и применением ее достижений в медицинской пpaктике. Хотя генеалогический метод является одним из самых давних, его возможности далеко не исчерпаны благодаря использованию новых, более совершенных методов анализа фенотипа, выявлению гетерозиготных носителей, учету факторов среды и т.п.

Специалист, занимающийся изучением близнецов: Близнецовый метод, один из наиболее ранних методов изучения генетики человека, однако он не утратил своего значения и в настоящее время. Близнецовый метод был введен Ф. Гальтоном, который выделил среди близнецов две группы: однояйцовые (монозиготные) и двуяйцовые (дизиготные). Как правило, у человека рождается один ребенок, но в среднем один случай на 84 новорожденных составляют двойни. Около одной трети их числа - монозиготные близнецы при нормальном эмбриональном развитии всегда одного пола.

Дизиготные близнецы рождаются чаще (2/3 общего количества двоен), они развиваются из двух одновременно созревших и оплодотворенных яйцеклеток. Такие близнецы могут быть и однополые и разнополые; с генетической точки зрения они сходны как обычные сибсы, но у них большая общность факторов среды во внутриутробном (пренатальном) и частично в постнатальном периодах. В первый период применения этого метода проводили сравнение близнецов по внешним морфологическим признакам: цвет волос, глаз, пигментация кожи, форма носа, глаз, губ, ушных paковин, пальцевые узоры и т.п. эти признаки, как известно наследственно обусловлены. Если изучаемый признак проявляется у обоих близнецов пары, их называют конкондартными (от лат. быть согласным, сходным). Коркондантность – это процент сходства по изучаемому признаку. Отсутствие признака у одного из близнецов – дискордантность.

Близнецовый метод используется в генетике человека для того, чтобы оценить степень влияния наследственности и среды на развитие какого-либо нормального или патологического признака. При сопоставлении данных (Приложение 3) видно, что наряду с наследственным компонентом значительную роль играют условия среды, при которых происходит реализация генотипа в фенотип.

Специалист работающий с популяционно-статистическим методом: Данный метод позволяет изучать распространение отдельных генов в человеческих популяциях. Обычно производится непосредственное выборочное исследование части популяции либо изучают архивы больниц, родильных домов, а также проводят опрос путем анкетирования. Выбор способа зависит от цели исследования. Последний этап состоит в статистическом анализе. Одним из наиболее простых и универсальных математических методов является метод, предложенный Г. Харди и В. Вайнбергом. Результатом, которого является возможность определения генетической структуры популяций (соотношение между частотой Гомозигот и гетерозигот). Знание генетического состава популяций населения имеет большое значение для социальной гигиены и профилактической медицины.

Специалист изучающий метод дерматоглифики: Дерматоглифика (гр. кожа и рисовать) – это изучение рельефа кожи на пальцах, ладонях и подошвенных поверхностях стоп. В отличие от других частей тела здесь имеются эпидермальные выступы – гребни, которые образуют сложные узоры.

Еще в древности в Китае и Индии обратили внимание на то, что рисунки кожных узоров на пальцах и ладонях строго индивидуальны, и использовались отпечатки пальцев вместо подписи. На земле нет двух людей с одинаковыми рисунками на пальцах (кроме монозиготных близнецов). В 1892 г. Ф. Гальтон предложил классификацию этих узоров, позволившую использовать этот метод для идентификации личности в криминалистике. Таким образом, выделился один из разделов дерматоглифики – дактилоскопия (изучение узоров на подушечках пальцев). Другие разделы дерматоглифики – пальмоскопия (рисунки на ладонях) и плантоскопия (изучение дерматоглифики подошвенной поверхности стопы).

Последнее время данные методы стали использоваться в качестве дополнительного для подтверждения диагноза хромосомных синдромов у людей с изменениями кариотипа.

Специалист работающий с биохимическими методами: Эти методы используются для диагностики болезней обмена веществ, причиной которых является изменение активности определенных ферментов. С помощью биохимических методов открыто около 500 молекулярных болезней, являющихся следствием проявления мутантных генов. При различных типах заболеваний удается либо определить сам аномальный белок-фермент, либо промежуточные продукты обмена. Эти методы отличаются большой трудоемкостью, требуют специального оборудования и потому не могут быть широко использованы для массовых исследований с целью раннего выявления больных с наследственной патологией обмена. Поэтому, для массовых исследований применяются различные экспресс методы, микробиологические тесты, позволяющие определить наличие продуктов обмена в различных средах организма.

Специалист работающий с цитогенетическим методом: Принципы цитогенетических исследований сформировались в течении 20-30-х годов на классическом объекте генетики – дрозофиле и на некоторых растениях. Метод основан на микроскопическом исследовании хромосом.

Нормальный кариотип человека включает 46 хромосом, из них 22 пары аутосом и 2 пoлoвые хромосомы. До 1956 г. количество хромосом у человека не было точно установлено, это удалось шведским ученым Д. Тийо и А. Левану. В 1960 году была разработана первая Международная классификация хромосом человека. В основу были положены особенности величины хромосом, формы, расположение первичной перетяжки. хромосомные болезни – это обширная группа наследственных патологических состояний, причиной которых являются изменения количества хромосом или нарушения их структуры. Существует много аномалий кариотипа и причин их возникновения: Аномалии аутосом. Наиболее известными из них являются трисомия-21 (болезнь Дayна), трисомия-13 (синдром Патау), трисомия-18 (синдром Эдварса). аномалии количества пoлoвых хромосом в кариотипе были обнаружены еще в 1916 г. К. Бриджесом у дрозофилы. Спустя несколько десятилетий выводы из опытов Бриджеса помогли расшифровать некоторые описанные ранее патологические состояния у человека, природа которых была не извесна. Аномалии количества пoлoвых хромосом могут быть в виде моносомий и полисомий. Моносомия-Х (синдром Шершевского-Тернера), Трисомия-Х, Синдром Клайнфельтера. в отличие от мутантных генов они не накапливаются в популяциях, однако их частота не убывает за счет первичного возникновения мутаций.

Специалист изучающий метод гибридизации соматических клеток: Соматические клетки содержат весь объем генетической информации. Это дает возможность изучать многие вопросы генетики человека, которые невозможно исследовать на целом организме. Благодаря методам генетики соматических клеток человек стал как бы одним из экспериментальных объектов. Соматические клетки человека получают из различных органов (кожа, косный мозг, клетки крови, ткани эмбрионов). Чаще всего используют клетки соединительной ткани (фибробласты) и лимфоциты крови. Культивирование клеток вне организма позволяет получить достаточное количество материала для исследования, что не всегда можно взять у человека без ущерба для здоровья. применение данного метода генетики дает возможность изучить механизмы первичного действия генов и взаимодействия генов. Культуры клеток используются для определения мутагенного действия факторов окружающей среды. Расширяют возможности точной диагностики наследственных болезней на биохимическом уровне у взрослых и до рождения плода (пренатальная диагностика). Для дальнейшего совершенствования данного метода необходимо накапливать линии клеток с генными мутациями. В России и США уже организованы «банки» клеточных линий.

Специалист занимающийся методом моделирования: Теоретическую основу биологического моделирования в генетике дает закон гомологических рядов наследственной изменчивости, открытый Н.В.Вавиловым, согласно которому генетически близкие виды и роды хаpaктеризуются сходными рядами наследственной изменчивости. Исходя из этого закона, можно предвидеть, что в пределах класса млекопитающих (и даже за его пределами) можно обнаружить многие мутации, вызывающие такие же изменения фенотипических признаков, как и у человека.

Для моделирования определенных наследственных аномалий человека подбирают и изучают мутантные линии животных, имеющих сходные нарушения. это дает возможность уточнить механизм развития данной аномалии. Безусловно, у человека могут быть свойственные только ему заболевания и в результате взаимодействия генов у человека фенотипический эффект может значительно изменяться. Однако даже частичное моделирование, т.е. воспроизведение не всего заболевания в целом, а только патологического процесса или даже фрагмента, позволяет в ряде случаев обнаружить механизмы первичного отклонения от нормы.

Специалист изучающий возможность исправления дефектов генотипа: Для человечества является главным не наличие мутантного гена, а его фенотипическое проявление. По мнения Н.П.Бочкова (1978), «в идеале можно представить себе такое положение, когда наследственные аномалии у больного будут записываться в виде конкретных формул, отражающих измененный кодон определенного гена». Но даже в тех случаях, когда первичный дефект неизвестен, может применяться лечение, снимающее или облегчающее болезненные проявления (симптоматические). при раннем распознавании наследственного дефекта, правильной диагностике и лечении в ряде случаев удается добиться нормализации развития.

Метод ранней диагностики фенилкетонурии, позволяет предупредить тяжелые нарушения физического и психического развития, использованием специальной диеты с минимальным содержанием фенилаланина. при ранней диагностики галактоземии (не усвоении молочного сахара), исключением из пищи молока, можно полностью предупредить тяжелые клинические проявления. При болезни Вильсона-Коновалова, уменьшение применение специальных препаратов, усиливающих выведение избытка меди из организма, улучшает состояние больного человека. При наследственной форме рахита применяют введение фосфатов и кальциевых солей. В будующем успехи генной инженерии могут сделать реальной переспективу лечения некоторых наследственных болезней путем введения в клетки гена, устраняющего дефект на молекулярном уровне.

Специалист, изучающий вопросы истории медицинской генетики: При рассмотрении вопросов касающихся знаний методов изучающих наследование признаков у человека, хочется рассказать и о использовании имеющихся знаний на пpaктике. Существует такое понятие как Евгеника впервые предложенное Ф.Гальтоном в 1869 г. в книге «Наследственность таланта». В переводе с греческого обозначающее – хороший род. В своих статьях Гальтон говорит о необходимости не только избавления от патологических генов, но и повышение «хороших» генов, называемых им «генами гениальности». Эти ошибочные положения были использованы в дальнейшем в ряде стран. где стали проводиться евгенестические мероприятия на уровне законов. В США были приняты законы по ограничению нежелательных бpaков и стерилизации преступников. В германии евгенетическое движение формировалось как реакционное направление «расовой гигиены». С 1933 г. она была взята на вооружение нацистами как теоретическое обоснование. Реакционеры и расисты нередко пытались использовать евгенику для подтверждения ложных представлений о неполноценности отдельных рас.

Исследования Русских ученых Н.К.Кольцова, Ю.А.Филипченко, С.Н.Давиденкова и др. проведенные в 20-е годы по изучению родословных великих людей, поставили вопрос о роли социальной среды в реализации индивидуальных особенностей.

Специалист работающий в центре медико-генетического консультирования: Поиски врачей генетиков направлены на выявление тех или иных заболеваний у еще не родившегося ребенка.

Известно, что в околоплодной жидкости содержатся вещества, выделяемые развивающимся зародышем. Исследуя состав этой жидкости, можно определить некоторые нарушения обмена. современные методы позволяют диагностировать более 60 наследственных заболеваний. Внутриутробная диагностика может быть необходимой в тех случаях, когда имеется высокий риск рождения больного ребенка.

Врач-генетик – не юридическое лицо, он не может запретить или разрешить консультируемым иметь детей, его цель помочь семье реально оценить степень опасности. В конечном итоге целью медико-генетической консультации является правильная оценка ситуации члeнами семьи и принятие ими рационального решения в отношении дальнейшего планирования семьи. Это решение принимается супругами самостоятельно. в дальнейшем можно ожидать не только предотвращения увеличения наследственных патологий, но и снижение ее частоты.

Учитель: Сегодня на уроке мы познакомились с различными направлениями медицинской генетики. Расширили свой кругозор о методах используемых при диагностике различных патологических заболеваниях передаваемых по наследству, и их профилактике. Надеюсь, что знания, полученные сегодня на уроке, пригодятся вам в жизни.