Методы моделирования

Разработаны два метода: биологическое и математическое моделирование. С помощью этих методов решаются разные задачи, имеющее значение как для разработки теоретических основ генетики человека, так и для практического медико-биологического консультирования.

Биологическое моделирование – это использование животных, имеющих наследованные аномалии, соответствующие аномалиям человека.

Используется в генетике для:

1. изучения патогенеза наследственных заболеваний.

2. разработки методов их лечения.

Математическое моделирование – основано на использовании компьютерных технологий. С помощью этого метода изучаются:

1. Распространение мутаций в популяциях при разных условиях действие отбора;

2. Влияние экспериментальных эволюционных факторов в разных сочетаниях на генофонд популяций при распространении наследственной патологии.

Близнецовый метод

Это метод изучения генетических закономерностей на близнецах. Впервые он был предложен Ф. Гальтоном в 1875 г. Близнецовый метод дает возможность определить вклад генетических (наследственных) и средовых факторов (климат, питание, обучение, воспитание и др.) в развитии конкретных признаков или заболеваний у человека. При использовании близнецового метода проводится сравнение:

1) монозиготных (однояйцевых) близнецов — МБ с дизиготными (разнояйцевыми) близнецами — ДБ;

2) партнеров в монозиготных парах между собой;

3) данных анализа близнецовой выборки с обшей популяцией.

Монозиготные близнецы образуются из одной зиготы, разделившейся на стадии дробления на две (или более) части. С генетической точки зрения они идентичны, т.е. обладают одинаковыми генотипами. Монозиготные близнецы всегда одного пола. Имеют одну плаценту.

Особую группу среди МБ составляют необычные типы близнецов: двухголовые (как правило, нежизнеспособные), каспофаги ("сиамские близнецы"). Наиболее известный случай — родившиеся в 1811 г. в Сиаме (ныне Таиланд) сиамские близнецы — Чапг и Эиг. Они прожили 63 года, были женаты на сестрах-близнецах; Чанг произвел на свет 10, а Энг - 12 детей. Когда от бронхита умер Чанг, спустя 2 часа умер и Энг. Их связывала тканевая перемычка шириной около 10 см от грудины до пупка. Позднее было установлено, что соединявшая их перемычка содержала печеночную ткань, связывающую две печени. Любая хирургическая попытка разделить братьев вряд ли в то время была бы успешной. В настоящее время разъединяют и более сложные связи между близнецами.

Дизиготные близнецы развиваются в том случае, если одновременно две яйцеклетки оплодотворены двумя сперматозоидами. Естественно, дизиготные близнецы имеют различные генотипы. Они сходны между собой не более, чем братья и сестры, т.к. имеют около 50 % идентичных генов.

Общая частота рождения близнецов составляет примерно 1 %, из них около 1/3 приходится на монозиготных близнецов. Известно, что число рождений монозиготных близнецов сходно в разных популяциях, в то время как для дизиготных эта цифра существенно различается. Например, в США дизиготные близнецы рождаются чаще среди негров, чем белых. В Европе частота появления дизиготных близнецов составляет 8 на 1000 рождений. Однако в отдельных популяциях их бывает больше. Самая низкая частота рождения близнецов присуща монголоидным популяциям, особенно в Японии. Отмечается, что частота врожденных уродств у близнецов, как правило, выше, чем у одиночно рожденных. Полагают, что многоплодие генети­чески обусловлено. Однако это спра­ведливо лишь для дизиготных близ­нецов. Факторы, влияющие на часто­ту рождения близнецов, в настоящее время мало изучены. Есть данные, по­казывающие, что вероятность рожде­ния дизиготных близнецов повыша­ется с увеличением возраста матери, а так же порядкового номера рождения. Влияние возраста матери объясняет­ся, вероятно, повышением уровня гонадотропина, что приводит к учаще­нию полиовуляцни. Имеются также данные о снижении частоты рожде­ния близнецов почти во всех индуст­риальных странах.

Близнецовый метод включает в себя д иагностику зиготности близнецов. В настоящее время используются следу­ющие методы для: ее установления.

1. Полисимптомный метод. Он за­ключается в сравнении пары близне­цов по внешним признакам (форма бровей, носа, губ, ушных раковин, цвет волос, глаз и.т.п.). Несмотря на очевидное удобство, это -метол до известной степени субъективный и может давать ошибки.

2. Иммуногенетический метод. Более сложный, он основывается на анализе групп крови, белков сыворотки крови лейкоцитарных антигенов, чувстви­тельности к фенилтиокарбамиду и др, Если у обоих близнецов по этим при­знакам различий нет, их считают моно­зиготными.

Для монозиготных близнецов веро­ятность сходства по всем показателям равна.

3. Достоверным критерием зиготности близнецов является приживляемость

кусочков кожи. Установлено, что у ди­зиготных близнецов такая пересадка всегда заканчивается отторжением, в то время как у монозиготных пар отмеча­ется высокая приживляемость транс­плантантов.

4. Метод дерматоглифики заключает­ся в изучении папиллярных узоров пальцев, ладоней и стоп. Эти признаки строго индивидуальны и не изменяются в течение всей жизни человека. Не слу­чайно, что эти показатели используются в криминалистике и в судебной медици­не для опознания личности и установ­ления отцовства. Сходство дерматогли-фических показателей у монозиготных близнецов значительно выше, чем у ди­зиготных.

5. Близнецовый метод вкл ючает так­же сопоставление групп моно- и дизи­готных близнецов по изучаемому при­знаку.

Если какой-либо признак встречает­ся у обоих близнецов одной пары, то она называется конкордантной, если же у одного из них, то пара близнец ов назы­вается дискордантной (конкордантность — степень сходства, дискордантность — степень различия).

При сопоставлении моно- и дизигот­ных близнецов определяют коэффици­ент парной конкордантностн, указыва­ющий на долю близнецовых пар. в кото­рых изучаемый признак проявился у обоих партнеров. Коэффициент кон­кордантностн (К_п) выражается в долях единицы или в процентах и определяем­ся по формуле:

Кп = С \ С+Д где С — число конкордантных пар. Д — число дискордантных пар.

Сравнение парной конкордантностн у моно- и дизиготных близнецов дает ответ о соотносительной роли наследственности и среды в развитии того или иного признака или болезни. При этом исходят из предположения о том, что степень конкордантностн достоверно выше у монозиготных, чем у дизигот­ных близнецов, если наследственные факторы имеют доминирующую роль в развитии признака.

Если значение коэффициента кон­кордантностн примерно близко у монозиготных и дизиготных близнецов, счи­тают, что развитие признака определя­ется главным образом негенетическими факторами, т.е. условиями среды.

Если в развитии изучаемого призна­ка участвуют как генетические, так и негенетические факторы, то у монозигот­ных близнецов наблюдаются опреде­ленные внутрипарные различия. При этом различия между моно- и дизиготными близнецами по степени конкор­дантностн будут уменьшаться. В этом случае считают, что к развитию призна­ка имеется наследственная предраспо­ложенность.

Для количественной оценки роли на­следственности и среды в развитии того или иного признака используют различ­ные формулы.

Чаще всего пользуются коэффициентом наследуемости, кото­рый вычисляется по формуле:

Н = КМБ — КДБ (в процентах) или (в долях единицы),

100 - КДБ

где Н — коэф­фициент наследуемости. К — коэффи­циент парной конкордантностн в группе монозиготных (МБ) или дизи­готных (ДБ) близнецов.

В зависимости от значения Н судят о влиянии генетических и средовых факторов на развитие признака. На­пример, если значение Н близко к 0, считают, что развитие признака обус­ловлено только факторами внешней среды. При значении Н от 1 до 0,7 — наследственные факторы имеют доми­нирующее значение в развитии при­знака или болезни – это группы крови, цвет глаз, резус – фактор, а среднее значение Н от 0,4 до 0,7 свидетельствует о том, что признак развивается под действи­ем факторов внешней среды при нали­чии генетической предрасположеннос­ти.

Например, конкордантность МБ по заболеваемости шизофрении равна 70%, а у ДБ – 13%. Вычисляем по формуле Н = КМБ – КДБ / 100 – КДБ = 70 -13 \ 100 – 13 = 0,65 или 65 %. В данном случае преобладают генетические факторы, но существенную роль играют и условия среды.

С помощью близнецового метода было выявлено значение генотипа и среды в патогенезе многих инфекци­онных болезней. Так, при заболева­нии корью и коклюшем ведущее зна­чение имеют инфекционные факто­ры, а при туберкулезной инфекции — существенное влияние оказывает ге­нотип. Исследования, проводимые на близнецах, помогут ответить на такие вопросы как: влияние наследствен­ных и средовых факторов на продол­жительность жизни человека, разви­тие одаренности, чувствительность к лекарственным препаратам. В клинической фармакологии нет более эффективного метода способа оценки действия новых лекарственных препаратов и схем лечения, чем сравнение терапевтических результатов на однояйцовых близнецах. Также оценивают эффективность разных педагогических приёмов в процессе обучения.

Биохимические методы

Биохимические показатели отражают сущность болезни более адекватно, чем клинические симптомы. Эти методы направлены на выявление биохимического фенотипа организма. Им принадлежит ведущая роль в диагностике моногенных наследственных болезней. Принципы биохимической диагностики менялись на разных этапах развития генетики:

• до 50-х годов – искали метаболиты в моче (алкаптонурия, фенилкетонурия);
• 50- 70-е – выявление энзимопатий и метаболитов;
• с 70-х – белки.

В настоящее время все эти объекты являются предметом биохимических исследований.

Так как биохимических методов очень много, поэтому при их использовании дол-жна быть определенная система Þ схема обследования строится на:

· клинической картине болезни;

· генеалогических сведениях;

· поэтапном исключении определенных классов болезней (просеивающий метод).

Биохимические методы многоступенчаты.

Объекты биохимических исследований:

ü моча;

ü пот;

ü плазма и сыворотка крови;

ü форменные элементы крови;

ü культуры клеток (фибробласты, лимфоциты).

При использовании просеивающего метода в биохимической диагностике выделяют уровни: первичный и уточняющий.

Цель первичной диагностики – выявление здоровых индивидов и отбор индивидов для последующей диагностики. На этом этапе используется моча и небольшое количество крови.

Программы первичной биохимической диагностики бывают массовыми и селективными.

Массовые просеивающие программы

Применяют в диагностике фенилкетонурии, врожденного гипотериоза, адреногенитального синдрома, врожденных аномалий развития нервной трубки и болезни Дауна. В основном их используют в пренатальной диагностике:

• определение в сыворотке крови беременной женщины веществ (сывороточных маркеров матери) - скрининг -тесты на содержание:

АФП (альфа - фетопротеин), ХГЧ (хорионический гонадотропин), несвязанный

эстриол; ассоциированный с беременностью плазменный белок – А; сывороточный активин – А;

• выделение клеток или ДНК плода из организма матери.

АФП – белок, вырабатываемый печенью плода, его концентрация меняется на разных сроках беременности (существуют нормативные показатели и показатели при различных нарушениях): при с.Дауна – понижена, при дефектах нервной трубки и брюшной стенки – повышена.

Селективные программы

1. Используются простые качественные реакции:

ü тест с FeCl₃ на выявление фенилкетонурии – при наличии в моче фенилпировиноградной кислоты фильтровальная бумага окрашивается в зеленый цвет;

ü тест с динитрофенилгидразином для выявления кетокислот;

ü микробиологический ингибиторный тест Гатри – биохимические нарушения у новорожденных – аминокислот и углеводов: кровь новорожденного → диск фильтровальной бумаги → на агаровую культуру, которую выращивают на минимальной питательной среде, содержащей антиметаболит искомой аминокислоты (фенилаланина, лейцина, гистидина, фруктозы, галактозы и т.д.) –он должен тормозить рост микробов: при наличии в крови фенилаланина - разрушается антиметаболит и микробы растут.

2. Точные методы (можно обнаружить большие группы отклонений):

ü тонкослойная хроматография мочи и крови → наследственные нарушения обмена аминокислот, олигосахаридов, мукополисахаридов;

ü газовая хроматография → наследственные болезни обмена органических кислот;

ü электрофорез гемоглобинов → вся группа гемоглобинопатий.

В современных условиях многие этапы биохимической диагностики осуществляются приборами: аминоанализаторами.

Пример программы селективного скрининга на наследственные болезни обмена веществ с острым течением и летальным исходом (МГНЦ РАМН):

1 этап - 14 тестов (качественных и количественных) на:

ü белок;

ü кетокислоты;

ü цистин, гомоцистин;

ü креатинин;

ü ионы аммония и т.д.

2 этап – а) тонкослойная хроматография мочи и крови для выявления:

ü аминокислот;

ü фенольных кислот;

ü моно- и дисахаридов и др.соединений.

б) электрофорез мочи для выявления:

ü гликозамингликаны.

Показания для применения биохимических методов

У новорожденных:

• Судороги, кома, рвота, гипотония, желтуха, специфический запах мочи и пота, ацидоз, нарушенное кислотно-основное состояние, остановка роста.

У детей:

• Задержка физического и умственного развития, потеря приобретенных функций, специфическая клиническая картина болезни.

У взрослых:

Для диагностики болезни и гетерозиготного носительства:

• Гепатолентикулярная дегенерация, недостаточность ₁- антитрипсина, недостаточность глюкозо – 6 – фосфат- дегидрогеназы и т.д.

Следует отметить, что для диагностики многих болезней биохимические методы заменяются молекулярно-генетическими в связи большей точности и экономичности.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: