Спадкові захворювання – це спадкові розлади організму, повʼязані з порушенням генетичного апарату: генів, цілісності хромосом чи їхньої кількості. Їх поділяють на генні, хромосомні та хвороби зі спадковою схильністю.
Програма НМТ прямо вимагає знати причини спадкових захворювань людини, вади розвитку і хвороби зі спадковою схильністю, а також сучасні молекулярно-генетичні методи досліджень спадковості людини. Ще один пункт програми стосується хромосомного аналізу як методу виявлення порушень у структурі каріотипу. Тобто від вас чекають не перелік страшних назв, а вміння віднести хворобу до потрібної групи і зрозуміти, який метод її виявляє.
📝 Розбір реальних завдань НМТ
Проаналізуйте схематичне зображення каріотипу людини. Позначте його особливості. Зображений каріотип містить ознаки мутації
А) геномної
Б) хромосомної
В) генної
А. Геномні мутації - це зміна кількості хромосом, і саме до них належать синдром Дауна \(47,21+\), синдром Патау \(47,13+\) та синдром Едвардса \(47,18+\). Варіант «хромосомної» привертає увагу тим, що слово «хромосома» видно просто в умові й на малюнку, але хромосомна мутація змінює структуру хромосоми, а не їхню кількість, як у синдромі «котячого крику» \(46,5-\). Варіант «генної» відпадає одразу: генну мутацію в каріотипі під мікроскопом не побачити, для неї потрібні молекулярно-генетичні методи.
Синдром Дауна виникає, якщо в каріотипі три 21-х хромосоми замість двох. Іноді цей синдром є наслідком транслокації ділянки 21-ої хромосоми на іншу хромосому (здебільшого на 14-ту). Який метод треба застосувати для визначення причини синдрому Дауна?
А) генеалогічний
Б) близнюковий
В) гібридологічний
Г) цитогенетичний
Г. Щоб відрізнити зайву 21-у хромосому від транслокації її ділянки, треба побачити самі хромосоми: їхню кількість і будову. Це робить цитогенетичний метод, тобто дослідження спадковості на клітинному рівні за допомогою світлового мікроскопа. Генеалогічний метод показав би лише характер успадкування в родоводі, а не будову каріотипу. Близнюковий метод вивчає роль середовища і генотипу у формуванні фенотипу. Гібридологічний передбачає схрещування організмів, тому для людини він не підходить.
Одним зі спадкових захворювань людини є дальтонізм – порушення сприйняття кольорів. Нездатність розрізняти червоний і зелений кольори зумовлена дефектом у генах, які містяться в Х-хромосомі. Рецесивна мутація в одному із цих генів призводить до втрати відповідної чутливості, тому людина погано розрізняє кольори в червоно-зеленій ділянці спектра. Виникнення дальтонізму зумовлене
А) генною мутацією
Б) геномною мутацією
В) хромосомною мутацією
Г) модифікаційною мінливістю
А. В умові прямо сказано: причина в рецесивній мутації одного гена Х-хромосоми. Зміна самого гена – це генна мутація, і дальтонізм разом із гемофілією належить до генних хвороб, рецесивних, зчеплених з Х-хромосомою. Геномна мутація змінила б кількість хромосом, як у синдромі Дауна \(47,21+\), а хромосомна – будову хромосоми, як у синдромі «котячого крику» \(46,5-\). Модифікаційна мінливість відпадає: модифікаційні зміни ознак не успадковуються, а дальтонізм спадковий.
Одним із методів сучасної молекулярної біології є ПЛР – полімеразна ланцюгова реакція. Цей метод можна застосувати для
А) лікування авітамінозів
Б) профілактики ендемічних захворювань
В) виявлення спадкових захворювань
Г) лікування ендокринних захворювань
В. ПЛР – метод збільшення кількості фрагментів ДНК, і в медицині його використовують для дослідження мутацій і діагностики захворювань. Саме тому ПЛР стоїть у переліку способів виявлення спадкових хвороб поряд із цитогенетичним методом і гібридизацією ДНК. Варіанти А, Б і Г – про лікування чи профілактику, а ПЛР нічого не лікує: це метод дослідження.
⚠️ Типові помилки учнів
Неправильно. Синдром Дауна \(47,21+\) – приклад геномної мутації, тобто зміни кількості хромосом. До хромосомних мутацій належить, наприклад, синдром «котячого крику» \(46,5-\).
Неправильно. Це не генні хвороби, а хвороби зі спадковою схильністю: для їхнього розвитку потрібна взаємодія внутрішніх спадкових і зовнішніх несприятливих упливів середовища. Разом із ними в цій групі гіпертонічна хвороба, виразкова хвороба шлунка, шизофренія, епілепсія, подагра.
Неправильно. Обидві належать до рецесивних, зчеплених з Х-хромосомою, тому в завданнях їх ставлять в одну групу. Зчеплена з Y-хромосомою в цьому переліку інша хвороба – іхтіоз.
Неправильно. Вроджені вади спричинені внутрішніми чи зовнішніми чинниками середовища і виникають до народження, а спадкові хвороби мають причиною зміни спадкового апарату: генні, хромосомні та геномні мутації.
Неправильно. Її пояснюють плейотропною дією одного гена, тобто один ген дає кілька проявів одночасно. Багатьма генами в комплексі з чинниками середовища визначаються полігенні (мультифакторіальні) хвороби.
Ця тема здається великою через кількість назв, але на НМТ від вас хочуть іншого: одразу зрозуміти, про що йдеться в умові. Я раджу вести один маленький аркуш на три колонки: генні, хромосомні, зі спадковою схильністю. Щоразу, коли натрапляєте на назву хвороби, вписуйте її в потрібну колонку і поряд ставте позначку каріотипу, якщо вона є. Через тиждень такий аркуш працює краще за будь-який довгий конспект, бо ви бачите не список, а систему. І окремо потренуйте завдання на метод: кількість і будову хромосом видно цитогенетичним методом, а генну мутацію в каріотипі під мікроскопом не побачити.
Спадкові захворювання – це хвороби, причиною яких є зміни спадкового апарату: генні, хромосомні та геномні мутації. Вроджені вади людини – це хвороби, спричинені внутрішніми чи зовнішніми чинниками середовища, які виникають до народження. Різниця саме в причині, а не в тому, коли хворобу помітили.
Залежно від внеску спадковості й чинників середовища хвороби людини ділять на три групи: власне спадкові (визначальна роль спадковості), хвороби зі спадковою схильністю (розвиток зумовлений взаємодією генотипу й середовища) і вроджені вади. Водночас межа між цими групами дуже умовна: практично всі хвороби людини мають генетичну складову і певною мірою залежать від зовнішнього середовища.
Досить часто ознаки захворювань є кінцевими варіантами проявів у нормі реакції нормальних ознак. Саме тому в завданнях НМТ формулювання «зумовлена взаємодією генотипу й середовища» майже завжди веде до групи хвороб зі спадковою схильністю.
Генні хвороби спричиняють генні мутації, хромосомні – хромосомні та геномні мутації. Це найкоротша відповідь, і на НМТ її достатньо, якщо ви вмієте прикласти її до конкретного прикладу.
Генні хвороби зручно сортувати за типом успадкування. Домінантна аутосомна – полідактилія. Рецесивні аутосомні – фенілкетонурія і хвороба Тея – Сакса. Рецесивні, зчеплені з Х-хромосомою, – гемофілія і дальтонізм. Зчеплена з Y-хромосомою – іхтіоз. Окремо стоїть хвороба Марфана: вона пояснюється плейотропною дією одного гена, тобто один ген впливає на кілька ознак одночасно.
Хромосомні хвороби видають себе множинними ураженнями. Це уроджені вади розвитку, уповільнення росту, порушення функцій регуляторних систем, відставання психічного розвитку. Хромосомні мутації здебільшого спричиняють тяжкі аномалії, несумісні з життям: приклад – синдром «котячого крику» із записом \(46,5-\). Прикладами геномних мутацій є синдром Дауна \(47,21+\), синдром Патау \(47,13+\), синдром Едвардса \(47,18+\).
Коментар викладачки. Дивіться на сам запис каріотипу, він розповідає все. Перше число – загальна кількість хромосом. Якщо там \(47\), а не \(46\), одна хромосома зайва, отже мутація геномна. Якщо число хромосом лишилося \(46\), а поряд стоїть позначка про втрату частини пʼятої хромосоми, змінилася структура, і мутація хромосомна. Отож у завданнях на каріотип спочатку рахуємо хромосоми, а вже потім читаємо решту умови.
Хвороби зі спадковою схильністю – це захворювання, для розвитку яких необхідна взаємодія внутрішніх спадкових та зовнішніх несприятливих упливів середовища. До цієї групи належать цукровий діабет, гіпертонічна хвороба, виразкова хвороба шлунка, бронхіальна астма, шизофренія, епілепсія.
До цього переліку додають ще подагру і гіпертензію, і тут важливо памʼятати: до цієї групи належить більшість захворювань людини. Спадкова схильність до хвороби також може мати моногенну або полігенну природу.
Сюди ж примикає завдання медичної генетики визначати роль генотипу й чинників середовища в розвитку полігенних (мультифакторіальних) захворювань, серед яких ішемічна хвороба серця, цукровий діабет, виразкова хвороба, гіпертензія. Тобто «полігенна» і «мультифакторіальна» в цьому контексті – те саме слово.
Спадкові хвороби виявляють цитогенетичним методом, методом гібридизації ДНК, методом полімеразних ланцюгових реакцій і моделюванням. Медико-генетичні дослідження ведуть на молекулярному, клітинному, організмовому та популяційно-видовому рівнях.
Методи генетики, які програма вимагає розрізняти, простіше запамʼятати через їхнє призначення. Генеалогічний метод – вивчення родоводів організмів для визначення характеру успадкування ознак; за його допомогою встановлюють генотип особин і визначають імовірність прояву станів ознаки в нащадків. Цитогенетичні методи – дослідження спадковості на клітинному рівні за допомогою світлового мікроскопа. Гібридологічний метод – схрещування організмів та оцінювання прояву ознак у гібридів.
Молекулярно-генетичні методи – це методи дослідження структури й мінливості генетичного апарату, з яким повʼязані процеси збереження й реалізації спадкової інформації. За їх допомогою визначають подібність та відмінності геномів різних організмів, виявляють ушкодження структури ДНК, встановлюють нуклеотидні послідовності генів у нормі й у разі захворювань. Саме це формулювання найчастіше стає правильним варіантом у завданнях про сучасні методи.
Окремо запамʼятайте кількість описаних хвороб, бо це готова цифра для завдання на порівняння: описано 2 200 аутосомно-домінантних, 1 420 аутосомно-рецесивних, 286 зчеплених зі статтю генних і близько 800 хромосомних захворювань.
Цю тему розбирають на курсах підготовки до НМТ з біології.
- Спадкові захворювання – розлади, повʼязані з порушенням генетичного апарату: генів, цілісності хромосом чи кількості хромосом. Групи: генні, хромосомні, хвороби зі спадковою схильністю.
- Генні хвороби спричинені генними мутаціями. Типи успадкування і приклади: домінантні аутосомні (полідактилія), рецесивні аутосомні (фенілкетонурія, хвороба Тея – Сакса), рецесивні зчеплені з Х-хромосомою (гемофілія, дальтонізм), зчеплені з Y-хромосомою (іхтіоз). Плейотропною дією одного гена пояснюється хвороба Марфана.
- Хромосомні хвороби спричинені хромосомними та геномними мутаціями. Спільна риса – множинні ураження: уроджені вади розвитку, уповільнення росту, порушення функцій регуляторних систем, відставання психічного розвитку.
- Хромосомна мутація: синдром «котячого крику», запис каріотипу \(46,5-\). Геномні мутації: синдром Дауна \(47,21+\), синдром Патау \(47,13+\), синдром Едвардса \(47,18+\).
- Хвороби зі спадковою схильністю – захворювання, для розвитку яких потрібна взаємодія внутрішніх спадкових і зовнішніх несприятливих впливів середовища: цукровий діабет, гіпертонічна хвороба, виразкова хвороба шлунка, бронхіальна астма, шизофренія, епілепсія, подагра.
- Поділ за кількістю генів: моногенні хвороби зумовлені дією одного гена, що зазнав мутації, а полігенні (мультифакторіальні) визначаються дією множинних генів у комплексі з багатьма чинниками середовища. За локалізацією генів хвороби поділяють на ядерні та мітохондріальні.
- Медико-генетичне консультування – спеціалізований вид медичної допомоги, спрямований на профілактику спадкових хвороб: прогнозування народження дитини зі спадковою патологією та пояснення ймовірності цієї події.
❓ Часті запитання
Скільки груп спадкових хвороб треба знати на НМТ?
Три: генні, хромосомні та хвороби зі спадковою схильністю. Саме за цим поділом у завданнях просять віднести хворобу до групи.
Чим геномна мутація відрізняється від хромосомної?
Геномна змінює кількість хромосом, хромосомна – структуру хромосоми. Порівняйте записи: синдром Дауна \(47,21+\) і синдром Патау \(47,13+\) – геномні, а синдром «котячого крику» \(46,5-\) – хромосомна мутація.
Що таке моногенні і полігенні хвороби?
Моногенні зумовлені дією одного гена, що зазнав мутації, а полігенні (мультифакторіальні) визначаються дією множинних генів у комплексі з багатьма чинниками середовища. Це ще один поділ спадкових хвороб, поряд із поділом на ядерні та мітохондріальні за локалізацією генів.
Для чого потрібне медико-генетичне консультування?
Це спеціалізований вид медичної допомоги, спрямований на профілактику спадкових хвороб: прогнозування народження дитини зі спадковою патологією та пояснення ймовірності цієї події. Звертатися до генетичного консультування бажано всім подружнім парам, які планують мати дитину.
Який метод виявляє порушення в структурі каріотипу?
Цитогенетичний. Це дослідження спадковості на клітинному рівні за допомогою світлового мікроскопа, і саме воно дає змогу побачити кількість і структуру хромосом. Молекулярно-генетичні методи натомість виявляють ушкодження структури ДНК і встановлюють нуклеотидні послідовності генів у нормі й у разі захворювань.
Що зараз входить до завдань медичної генетики?
Виявлення та опис спадкових захворювань, визначення ролі генотипу й чинників середовища в розвитку полігенних захворювань, розшифрування природи спадкових захворювань обміну речовин, пізнання схильності до онкологічних захворювань, розроблення програм для медико-генетичного консультування, а також профілактика й виліковування спадкових хвороб методами генотерапії.