§ 38. Вывучэнне спадчыннасці і зменлівасці чалавека

Асноўныя заканамернасці спадчыннасці і зменлівасці, вызначаныя для жывых арганізмаў, носяць універсальны характар, а значыць, яны ўжываюцца і ў дачыненні да чалавека. Аднак як аб’ект генетычных даследаванняў чалавек мае сваю спецыфіку. Так, для чалавека характэрны павольная змена пакаленняў, невялікая коль­касць патомкаў у сем’ях і складаны карыятып, які ўключае 23 гру­пы счаплення. Акрамя таго, у людзей нельга эксперыментальна выклікаць мутацыі, ужываць у дачыненні да іх гібрыдалагічны метад (г. зн. ажыццяўляць накіраваныя скрыжаванні). Гэтыя і іншыя асаблівасці ўскладняюць вывучэнне спадчыннасці і зменлівасці чалавека.

Тым не менш у сувязі з выключнай практычнай значнасцю, дзякуючы выкарыстанню разнастайных метадаў даследаванняў, генетыка чалавека на сённяшні дзень дасягнула істотных поспехаў. Важнейшымі метадамі вывучэння спадчыннасці і зменлівасці чалавека з’яўляюцца наступныя.

Блізнятны метад, *уведзены англійскім вучоным Ф. Гальтонам у 1876 г.,*  заключаецца ў параўнальным вывучэнні прымет у блізнят. Адрозніваюць дызіготных (рознаяйцавых) і моназіготных (аднаяйцавых) блізнят.

Калі ў арганізме жанчыны адначасова паспелі дзве яйцаклеткі, якія далей былі аплоднены рознымі сперматазоідамі, з утвораных зігот развіваюцца дызіготныя блізняты. Яны валодаюць рознымі генатыпамі. Таму рознаяйцавыя блізняты падобныя адзін да аднаго не больш чым звычайныя браты ці сёстры, прычым яны могуць быць як аднаго полу, так і разнаполымі.

Моназіготныя блізняты, як вы ўжо ведаеце, развіваюцца з адной зіготы, якая ў ходзе драблення дае пачатак двум ці больш эмбрыёнам. Такім чынам, гэтыя блізняты маюць аднолькавы генатып. Таму яны заўсёды аднаго полу, валодаюць надзвычайным знешнім падабенствам, маюць аднолькавыя адпячаткі пальцаў, кроў адной і той жа групы і г. д.

У чалавечых папуляцыях блізняты нараджаюцца з частатой каля 1 %, з іх прыкладна  складаюць аднаяйцавыя. Для вывучэння спадчыннасці і зменлівасці чалавека моназіготныя блізняты прадстаўляюць асаблівую цікавасць. Падабенства аднаяйцавых блізнят абумоўлена ідэнтычнасцю генатыпаў (гл. мал. 36.2).  У той жа час адрозненні, якія праяўляюцца паміж імі ў ходзе антагенезу, звязаны перш за ўсё з рознымі ўмовамі жыцця (харчаванне, прафесійная дзейнасць, спосаб жыцця, клімат і інш.). Такім чынам, вывучэнне моназіготных блізнят дазваляе вызначыць ролю генатыпу і ўмоў навакольнага асяроддзя ў развіцці тых ці іншых прымет чалавека.

Генеалагічны метад заснаваны на пабудове і вывучэнні радаслоўных, якія адлюстроўваюць праяўленне пэўных прымет чалавека ў шэрагу пакаленняў (мал. 38.1). Дзякуючы гэтаму метаду можна высветліць, ці наследуецца вывучаемая прымета, вызначыць тып наследавання і верагоднасць праяўлення прыметы ў наступных пакаленнях. З дапамогай генеалагічнага метаду вызначаны характар наследавання многіх прымет чалавека, у прыватнасці шэрага спадчынных захворванняў, абумоўленых геннымі мутацыямі. Вылучаюць чатыры асноўныя тыпы наследавання: аўтасомна-дамінантны, аўтасомна-рэцэсіўны, счэплены з Х-храмасомай дамінантны і счэплены з Х-храмасомай рэцэсіўны.

У выпадку поўнага дамінавання спадчынная хвароба, абумоўленая дамінантным генам, будзе праяўляцца ў кожным пакаленні. Пры гэтым у некаторых сем’ях, дзе абодва бацькі хворыя, магчыма нараджэнне здаровых дзяцей (падумайце, пры якіх генатыпах бацькоў і з якой верагоднасцю).

Калі дадзенае захворванне счэплена з Х-храмасомай, яно будзе назірац­ца пераважна ў жанчын. Гэта звязана з тым, што ў дзяўчынкі да­дзеная хвароба праяўляецца ў выніку атрымання дамінантнага дэфектнага гена ад любога з яе бацькоў. Хлопчык жа можа ўнаследаваць дамінантнае захворванне, счэпленае з Х-храмасомай, толькі ад хворай маці. Пры счэпленым з Х-храмасомай дамінантным тыпе наследавання ў хворых мужчын (X^AY) усе дочкі аказваюцца хворымі (X^AX^—). Прычына у тым, што, незалежна ад генатыпу маці, у іх у любым выпадку праяўляецца дамінантны ген, атрыманы з Х-храмасомай бацькі. І наадварот, у здаровых жанчын (X^aX^a) усе сыны будуць здаровымі (X^aY), паколькі яны наследуюць сваю адзіную Х-храмасому ад маці. Калі вышэйназваныя заканамернасці не выконваюцца, то дамінантная хвароба з’яўляецца аўтасомнай (мал. 38.2).

Спадчынныя захворванні, якія вызначаюцца рэцэсіўнымі генамі, могуць праяўляцца не ў кожным пакаленні. Акрамя таго, у некаторых сем’ях, дзе абодва бацькі здаровыя, магчыма нараджэнне хворых дзяцей.

На рэцэсіўныя хваробы, счэпленыя з Х-храмасомай, часцей хварэюць мужчыны (успомніце чаму). Пры такім тыпе наследавання ў хворых жанчын (Х^аХ^а) усе сыны з’яўляюцца хворымі (Х^аY), а ў здаровых мужчын (X^AY) усе дочкі аказваюцца фенатыпічна здаровымі (X^AX ^–). У выпадку невыканання гэтых заканамернасцей можна зрабіць выснову пра тое, што рэцэ­сіўнае захворванне кантралюецца аўтасомнымі генамі  (мал. 38.3).

Акрамя чатырох асноўных тыпаў наследавання, ахарактарызаваных вышэй, існуе таксама счэпленае з Y-храмасомай  наследаванне. Прыметы, счэпленыя з Y-храмасомай, назіраюцца толькі ў мужчын і перадаюцца ад бацькоў усім іх сынам. Прыкладам спадчыннага захворвання, абумоўленага генам, размешчаным у Y-храмасоме, можа служыць зрашчэнне другога і трэцяга пальцаў ног.

Цытагенетычны метад звязаны з мікраскапічным вывучэннем струк­туры і колькасці храмасом. У 1956 г. было вызначана, што ў саматычных клетках чалавека змяшчаецца 46 храмасом: 22 пары аўтасом і адна пара палавых храмасом. З гэтага часу пачалося дэталёвае даследаванне карыятыпу чалавека. Кожнай пары аўтасом быў прысвоены парадкавы нумар ад 1 (самыя буйныя храмасомы) да 22 (самыя дробныя). Палавыя храмасомы атрымалі літарныя абазначэнні: X і Y.

У канцы 1960-х гг. былі распрацаваны метады дыферэнцыяльнага афарбоўвання храмасом. Пры такім афарбоўванні ў храмасомах выяўляюц­ца светлыя і цёмныя ўчасткі. Іх колькасць, працягласць і паслядоўнасць размяшчэння спецыфічныя для кожнай пары храмасом (мал. 38.4). Вывучэнне будовы дыферэнцыяльна афарбаваных храмасом (памеры, суадносіны плячэй, чаргаванне цёмных і светлых фрагментаў) дазваляе дакладна ідэнтыфікаваць кожную храмасому, вызначыць яе месца ў карыя­тыпе. Цытагенетычны метад шырока ўжываецца для выяўлення храмасомных і геномных мутацый, якія з’яўляюцца прычынай цэлага шэрага спадчынных хвароб чалавека.

*Папуляцыйна-статыстычны метад заснаваны на вывучэнні спадчынных прымет у чалавечых папуляцыях. Важнай умовай пры выкарыстанні гэтага метаду з'яўляецца дакладная статыстычная апрацоўка атрыманых даных. Папуляцыйна-статыстычны метад дазваляе вызначаць частату сустракаемасці ў папуляцыях пэўных генаў, генатыпаў і фенатыпаў, даследаваць заканамернасці мутацыйнага працэсу, выяўляць ролю генатыпаў  і ўмоў асяроддзя ва ўзнікненні спадчынных захворванняў і інш.*

Сутнасць дэрматагліфічнага метаду заключаецца ў вывучэнні скурных узораў на пальцах, далонях і падэшвах ступняў чалавека. Скура на гэтых участках цела мае складаны рэльеф, вызначаны генатыпам. Таму дэрматагліфічныя ўзоры індывідуальныя для кожнага чалавека (супадаюць толькі ў моназіготных блізнят) і застаюц­ца нязменнымі на працягу ўсяго жыцця.

У ХХ ст. дэрматагліфічны метад шырока выкарыстоўваўся для дыягностыкі некаторых спадчынных захворванняў і вызначэння зіготнасці блізнят. Ён таксама ўжываўся пры вызначэнні бацькоўства, у судовай медыцыне і крыміналістыцы для ідэнтыфікацыі асобы. У цяперашні час выкарыстанне гэтага метаду стала больш абмежаваным у сувязі са з’яўленнем новых, больш дасканалых метадаў, напрыклад біяхімічных *і малекулярна-генетычных*.

Многія спадчынныя захворванні чалавека абумоўлены геннымі мутацыямі, у выніку якіх змяняецца структура адпаведных бялкоў. У большасці выпадкаў такія бялкі аказваюцца няздольнымі ў поўнай меры выконваць свае функцыі або цалкам губляюць біялагічную актыўнасць. Гэта прыво­дзіць да розных парушэнняў абмену рэчываў і адлюстроўваецца не толькі на хімічным саставе асобных клетак і тканак, але і на біяхімічных паказчыках крыві, спіннамазгавой вадкасці, мачы, поту і г. д.

Такім чынам, генныя мутацыі можна выяўляць з дапамогай біяхімічных метадаў. Яны заснаваны на якасным і колькасным аналізе пэўных рэчываў, перш за ўсё ферментаў і прадуктаў каталізуемых імі рэакцый. Выкарыстанне сучасных біяхімічных метадаў дазваляе вызначаць любыя спецыфічныя метабаліты, характэрныя для той ці іншай спадчыннай хваробы. Біяхімічныя метады даюць магчымасць не толькі дыягнаставаць захворванні і сачыць за ходам іх лячэння, але і выяўляць гетэразіготных носьбітаў дэфектных генаў, вызначаць спадчынную схільнасць да розных хвароб. У шэрагу выпадкаў гэта магчыма ажыццявіць яшчэ да нараджэння чалавека, на этапе эмбрыянальнага развіцця.

*Метад саматычнай гібрыдызацыі дазваляе атрымліваць гібрыдныя клеткі арганізмаў розных відаў (чалавек-мыш, чалавек-камар і г. д.) шляхам зліцця саматычных клетак у лабараторных умовах. У такіх клетках функцыянуюць храмасомы абодвух відаў, адбываецца сінтэз адпаведных бялкоў. Аднак пры дзяленні гібрыдныя клеткі паступова губляюць чалавечыя храмасомы. Гэта звязана з тым, што зыходныя клеткі чалавека «не прывыклі» дзяліцца так інтэнсіўна, як, напрыклад, клеткі мышы ці камара. Калі гібрыдная клетка губляе якую-небудзь храмасому, у ёй перастаюць сінтэзавацца пэўныя бялкі. Таму можна меркаваць, што гены, якія кадзіруюць гэтыя бялкі, змешчаны ў «страчанай» храмасоме. Такім чынам, метад саматычнай гібрыдызацыі дазваляе вызначаць групы счаплення і будаваць генетычныя карты храмасом чалавека.*

*Малекулярна-генетычныя метады — вялікая і разнастайная група метадаў, якія дазваляюць аналізаваць фрагменты нуклеінавых кіслот, знаходзіць і выдзяляць асобныя гены, вызначаць у іх паслядоўнасць нуклеатыдаў і г. д.

Пошук пэўных генаў ці іх фрагментаў можна ажыццяўляць шляхам гібрыдызацыі ДНК. Для гэтага да ўзораў доследнай ДНК дабаўляюць спецыяльныя зонды — штучна сінтэзаваныя ланцугі ДНК з вядомай паслядоўнасцю нуклеатыдаў. ДНК-зонд ствараюць такім чынам, каб ён мог камплементарна звязацца з шуканым генам, а таксама ўтрымліваў радыеактыўную ці светавую метку. Метка патрэбна для выяўлення зонда пасля таго, як ён звяжацца з участкам ДНК, які нас цікавіць. Гэты метад дазваляе выяўляць адзіны ген сярод дзясяткаў тысяч.

Выдзяленне генаў (ці іх фрагментаў) выконваецца з дапамогай спецыяльных ферментаў, якія разразаюць малекулы ДНК у строга пэўных месцах. Калі атрыманых фрагментаў для наступнага аналізу аказалася недастаткова, іх можна «размножыць» з дапамогай полімеразнай ланцуговай рэакцыі (ПЛР). Гэты працэс працякае па тым жа прынцыпе, што і падваенне ДНК у клетках, і фактычна ўяўляе сабой шматразовую рэплікацыю ў штучна створаных умовах. З дапамогай ПЛР можна за некалькі гадзін стварыць мільёны копій зыходнага фрагмента ДНК.

Для «чытання» генаў і выяўлення ўсіх тыпаў генных мутацый ужываецца секвеніраванне (ад англ. sequence — паслядоўнасць) — вызначэнне паслядоўнасці нуклеатыдаў ДНК. У 1990 г. стартаваў міжнародны навукова-даследчы праект «Геном чалавека», у ходзе выканання якога шляхам секвеніравання была вызначана нуклеатыдная паслядоўнасць ДНК усіх чалавечых храмасом.

Вызначана, што ДНК чалавека, а таксама жывёл і раслін змяшчае асаблівыя паўтаральныя паслядоўнасці нуклеатыдаў. Іх структура і змяшчэнне ў храмасомах унікальныя, як адпячаткі пальцаў, і супадаюць толькі ў аднаяйцавых блізнят. Аналіз такіх паслядоўнасцей выкарыстоўваецца для ідэнтыфікацыі асобы і ўстанаўлення роднасці. Гэты метад атрымаў назву геномнай дактыласкапіі.*

Складанне і аналіз радаслоўных чалавека

На прыкладзе вашай сям’і і сем’яў блізкіх сваякоў прааналізуйце наследаванне некаторых прымет чалавека.

Гэта можа быць, напрыклад, колер валасоў ці вачэй, даўжыня веек, форма носа, таўшчыня вуснаў, наяўнасць ці адсутнасць вяснушак, ямачкі на падбародку, шырокая шчыліна паміж верхнімі разцамі, здольнасць ці няздольнасць згортваць язык трубачкай, праварукасць (леварукасць), рэзус-дадатнасць (рэзус-адмоўнасць) і г. д.

Для кожнай з выбраных вамі прымет складзіце радаслоўную і паспрабуйце вызначыць тып наследавання дадзенай прыметы.

● Складанне радаслоўных чалавека і іх аналіз (вызначэнне тыпу наследавання прымет) звязаны з пэўнымі цяжкасцямі. Як вы думаеце, якія асаблівасці чалавека ўскладняюць выкарыстанне генеалагічнага метаду?