Учебник Биология - ВУНМЦ 2000

Глава 4. ОРГАНИЗМЕННЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОГО

4.13. МЕТОДЫ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЧЕЛОВЕКА

4.13.2. Близнецовый метод

Среди методов генетического анализа большое значение имеет близнецовый метод, позволяющий отдифференцировать роль условий среды и генотипа в развитии различных признаков, предрасположения к заболеваниям и др.

Суть метода в сравнении разных групп близнецов, исходя из сходства и различия их генотипов и среды; в которой они росли. При этом сопоставляют:

✵ монозиготных близнецов с дизиготными;

✵ монозиготных близнецов между собой;

✵ результаты анализа близнецовой выборки в общей популяции.

Близнецы могут быть однояйцевыми (монозиготными, идентичными) или разнояйцевыми (дизиготными, неидентичными). Однояйцевые близнецы возникают на самых ранних стадиях дробления зиготы, когда два или четыре бластомера при обособлении сохраняют способность развиться в полноценный организм (рис. 199). Зигота делится митозом, поэтому генотипы однояйцевых близнецов идентичны. Однояйцевые близнецы всегда одного пола (рис. 200).

Рис. 199. Схема плодных оболочек у близнецов. А - монозиготные или дизиготные близнецы с раздельными амнионами, хорионами и плацентами. Б - монозиготные или дизиготные близнецы с раздельными амнионами и хорионами, но с общей плацентой. В - монозиготные близнецы с раздельными амнионами, но с общим хорионом и общей плацентой. Г - монозиготные близнецы с общими амнионом, хорионом и плацентой.

Рис. 200. Пара однояйцевых близнецов в возрасте 4, 25, 60 и 85 лет (по Кальману).

Разнояйцевые близнецы возникают при оплодотворении двух или нескольких одновременно созревших клеток. Они имеют около 50% общих генов, т.е. подобны обычным братьям и сестрам, рожденным в разное время, и могут быть однополыми и разнополыми. Частота рождения близнецов невелика и составляет около 1% (1/3 однояйцевые, 2/3 разнояйцевые).

Большинство близнецов - двойни. Многоплодные беременности бывают не только двойнями, но и тройнями, четвернями и более (рис. 201).

Рис. 201. Трое монозиготных близнецов (анфас и профиль) в возрасте 10 лет.

Исследование с использованием близнецового метода состоит из трех этапов:

1. Составление выборки. Для этого в популяциях или отбирают всех близнецов, а затем тех, кто имеет анализируемые признаки, или из всего населения выделяют лиц с данными признаками, а потом среди них - близнецов.

2. Установление зиготности. В основе диагностики зиготности лежит изучение сходства (конкордантности) и различия (дискордантности) партнеров близнецовой пары (рис. 202, 203) по совокупности таких признаков, которые изменяются под влиянием среды Сравнивают детей по совокупности внешних признаков (пигментация кожи, волос, форма носа, рук, губ и др.) (рис. 204, 205).

Рис. 202. Пара однояйцевых близнецов. Дискордантны по туберкулезу легких (по Кальману).

Рис. 203. Пара однояйцевых близнецов в возрасте 3, 18, 42, 46 лет. Дискордантны по шизофрении (по Кальману).

Рис. 204. Пара однояйцевых близнецов в возрасте 14 и 79 лет (по Арбо и Мору).

Рис. 205. Дизиготные близнецы в возрасте 19 лет. Следует отметить заметное внешнее сходство.

Монозиготные близнецы конкордантны по всей совокупности признаков, а дизиготные по некоторым признакам могут быть дискордантны.

Другой метод установления зиготности - иммуногенетический. Близнецов сравнивают по эритроцитарным антигенам системы АВ0, Rh и др., и составу белков сыворотки.

Эти менделирующие признаки не изменяются в течение жизни и не зависят от внешних факторов. При отсутствии ошибок определения даже единственное различие может свидетельствовать о дизиготности близнецов.

Используют также метод дерматоглифики (исследование кожных узоров пальцев рук и ладоней) (рис. 206).

Рис. 206. Основные типы пальцевых узоров.

1 - дуга, 2 - петля, 3 - переход от петли к завитку, 4 - двойная петля, 5 - завиток. Полужирным выделены главные линии.

Сходство дерматоглифических показателей у монозиготных близнецов значительно больше, чем у дизиготных (рис. 207).

Рис. 207. Отпечатки трех одинаковых пальцев у двух идентичных близнецов.

3. Восстановление пар и групп близнецов по рассматриваемым признакам. Методы сравнения близнецовых выборок по качественным (дискретным) признакам (ахондроплазия, альбинизм и др.) и количественным (рост, масса тела, артериальное давление, продолжительность жизни и др.) различны (рис. 208).

Рис. 208. Монозиготные близнецы в возрасте 10 лет. Дискордантность по росту (по карликовости): низкорослый близнец, рожденный вторым, никогда не умел ходить и говорить. У него обнаружено неспецифицированное прогредиентное нарушение скелета. Он умер вскоре после обследования. У его брата-близнеца нормальный рост, но наблюдается билатеральное расщепление радужной оболочки глаз, которое отсутствует у близнеца-карлика.

Степень конкордантности по качественным признакам у монозиготных близнецов очень высока и стремится к 100%, а у дизиготных меньше - около 70%.

При изучении роли наследственности и среды в формировании количественных признаков степень различия близнецов определяется у дизигот - наследственностью и средой, у монозигот - только средой.

При идентичном генотипе сходная реакция на внешний фактор (туберкулезная инфекция) наступает чаще, чем при разных генотипах, что доказывает важную роль генетических факторов. Исследования показали, что высокая конкордантность способствует не только возникновению болезни, но и ее клиническому проявлению (рис. 209).

Рис. 209. Пара однояйцевых близнецов в возрасте 10, 18, 23, 27 лет. Конкордантны по туберкулезу легких (по Кальману).

Из количественных признаков рост меньше зависит от влияния факторов внешней среды, чем масса. Различие роста между монозиготными близнецами составляет 1,7 см, между дизиготными - 4,4 см.

Монозиготные близнецы значительно чаще болеют формами туберкулеза, одинаковыми по течению и исходу. Монозиготные близнецы обычно проявляют способности к одному и тому же виду деятельности, а дизиготные - к различным.

Близнецовый метод позволил доказать основной закон генетики развития: индивидуальные свойства каждого организма формируются в онтогенезе под контролем генотипа и среды.

Действие факторов среды на развитие признаков после рождения можно проследить в том случае, если сразу после рождения их воспитывать отдельно.

Например, один живет в городе, а другой - в сельской местности. Если близнецы монозиготны, то можно определить влияние факторов среды в формировании признаков, составить представление о норме реакции данного гена. При сравнении моно- и дизиготных близнецов в одной и той же среде можно сделать вывод о роли генов в развитии признаков.

Близнецовый метод позволил применить метод контроля по партнеру. В этом методе используют только монозиготных близнецов. Зная, что генотипы их одинаковы, можно точно оценить действие внешнего фактора на одного из них, при условии если другой не подвергается этому воздействию и служит контролем. Если монозиготные близнецы конкордантны по болезни, и один из них получает новый лечебный препарат, а другой служит "контролем", то это позволяет получить объективные сведения об эффективности препарата. Метод контроля по партнеру применяют в клинической генетике и фармакологии.