Кариотип в биологии - методы изучения и анализ генетических мутаций в организме человека

Общие сведения
За хранение и передачу генетической информации отвечают молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты или ДНК, образованные цепочками азотистых оснований или нуклеотидами. В молекулах ДНК их бывает четыре вида:
- тимин;
- цитозин;
- аденин;
- гуанин.
Последовательности определенного числа нуклеотидов ДНК, следующие друг за другом, называются генами. Они способны к мутации и передаче по наследству в виде целостной информационной единицы. Кроме того, в каждом из них закодирован процесс синтеза белка или полипептида, отвечающего за определенную характеристику организма.
Понятие кариотипа

Носители ДНК представляют собой нитевидные структуры, сконцентрированные в ядре каждой клетки любого живого существа, и называются хромосомами. Свое название они получили от греческого слова «хром», что означает «цвет», так как могут очень хорошо поглощать красители. На их концах находятся теломеры, препятствующие слипанию. За движение отвечает первичная перетяжка или центромера. Расстояния от центромеры до концов называются плечами. Ее положение определяется центромерным индексом.
Совокупность всех признаков хромосомного набора (число, размеры, количество перетяжек и др.), характерных для определенного вида, называется в биологии кариотипом. У человека полный набор хромосом равен 46. Таким образом, в человеческих клетках их 23 пары. Первые двадцать две одинаковы у мужчин и женщин и называются аутосомами, а двадцать третья пара — половая. У женщин это две одинаковые крупные Х-хромосомы, у мужчин второй в паре является небольшая Y-хромосома. Одна из X-хромосом получена от матери, отцовская же и определяет пол человека: X женский, Y — мужской.
Гаплоидные и диплоидные клетки

Все органы и ткани человеческого организма состоят из соматических клеток, которые относятся к диплоидным, так как обладают полным набором хромосом. Исключением являются только половые (яйцеклетки и сперматозоиды): они содержат половину хромосом (23), то есть являются гаплоидными.
Когда зарождается новая жизнь, происходит слияние материнской и отцовской гаплоидных клеток в диплоидную зиготу, содержащую 46 хромосом. Будущий ребенок получает генетическую информацию от обоих родителей. При дальнейшем делении зиготы вновь образовавшиеся пары содержат похожие по длине и внешнему виду, но не идентичные пары, которые называются гомологичными. Некоторые участки родительские генов в них меняются местами, что ведет к образованию новых фенотипов у потомства.
Не все изменения хромосом полезны. Как на стадии деления зиготы, так и в процессе соединения или смешивания аллелей генов родителей могут возникать нарушения, приводящие к тяжелым заболеваниям. Сейчас их выявляют путем сравнения кариотипа плода, ребенка или взрослого человека с образцом без патологий.
Возможные патологии
Без исследования кариотипа на соответствие нормальному в некоторых случаях не обойтись: только цитогенетический анализ представит картину возможных изменений наследственной информации. Гены с нарушениями могут как передаться от родителей, так и возникнуть в момент оплодотворения или деления зиготы. Хромосомные патологии бывают количественные и структурные.
Первые вызываются увеличением или уменьшением необходимого числа хромосом (анеуплоидией), что всегда приводит к неправильному развитию плода. Пример такого отклонения — Синдром Дауна. У человека вместо 46 хромосом обнаруживается 47. Третья лишняя примыкает к 21-й паре. При структурных патологиях наблюдаются разные повреждения генов или изменяется их последовательность. Классификация изменений структуры:
- транслокации;
- делеции;
- инсерции;
- дупликации;
- инверсии;
- кольцевые хромосомы.

Транслокационные изменения происходят при обмене небольшими фрагментами между разными хромосомами или прилипании части одной пары к другой. Если количество генного материала не изменилось, то произошла сбалансированная транслокация. Она, как правило, никак не отражается на человеке и несет опасность только будущему ребенку, потому что может стать несбалансированной с гораздо более серьезными последствиями.
Делеция (удаление) затрагивает любую часть каждой из хромосом. От величины и важности утраченной части зависит состояние будущего ребенка. Инсерции (вставки) возникают, если какие-либо участки генов оказались не на положенном месте в своей или другой хромосоме. Значительные перемещения вызывают различные патологии у детей, небольшие бывают и у полностью здоровых людей.
Дупликации возникают при удвоении части хромосомы и приводят к избытку генетической информации. Инверсией называется разворачивание части хромосомы таким образом, что гены на ней оказываются расположенными в обратном порядке. Обычно это никак не сказывается на здоровье носителя. Кольцевые хромосомы образуются при слипании их концов. Чаще всего это происходит с укороченными частями, поэтому отсутствие или тяжесть патологии зависят от ценности утраченного материала.
Методы исследования

В период интерфазы (подготовительной стадии деления) хромосомы не видны в микроскоп, изучение и проведение различных опытов с ними становится доступно на стадии метафазы (деления) клетки, когда они удваиваются и спирализуются. Молекулы такого вида называют хроматидами. Их можно изучать и фотографировать с помощью микроскопа.
Получение визуального отображения кариотипа или кариограммы основано на том, что при окрашивании специальными красителями участки хроматид связываются с ним неравномерно. При этом их тела приобретают характерную поперечно-полосатую структуру, специфичную для каждой пары. Метки в виде полосок называются бэндами, а процесс окрашивания — бэндингом.
У гомологичных хроматид окраска получается идентичной, за исключением областей локализации разных аллелей генов. Способность генетического материала к дифференциальному окрашиванию легла в основу анализа кариотипа, позволяющего обнаружить возможные патологии у супругов и их будущего ребенка. Методы таких исследований:

- Q-окрашивание с помощью акрихин-иприта выявляет Q-сегменты. Сейчас используется в основном для анализа Y-хромосом, определения участков обмена между X и Y-хромосомами и установления пола ребенка.
- При G-окрашивании применяется краситель Гимзы, который действует на G-сегменты. Лучше всего выявляет хромосомы, сегментированные иначе, чем нормальные.
- R-окрашивание противоположно G-окрашиванию. Применяется для определения различий на участках сестринских хроматид.
- С-окрашивание используют при анализе центромерных районов хромосом, содержащих гетерохромные участки (неоднородности).
- Т-окрашивание применяют для изучения хромосомных теломер и уточнения результатов, полученных другими методами.
С помощью светового микроскопа делается несколько фотографий, на основании которых составляется рисунок кариограммы — нумерованного набора всех хромосомных пар, расположенных вертикально длинными плечами вниз. В конце изображают половые хромосомы. В последнее время получил развитие метод спектрального кариотипирования SKY и основанный на применении флуоресцентных красок FISH.
Показания к диагностике
В идеальном варианте каждой паре, планирующей завести ребенка, рекомендуется пройти определение числа хромосом методом кариотипирования. Цель анализа — оценить репродуктивные возможности будущих родителей.
Кариотипирование выявит мутации генов у здоровых людей, которые могут быть причиной развития пороков и болезней у детей. Исследования обязательно должны проводиться при проблемах с зачатием и невынашиванием беременности. Другие показания:

- один или обе супруга старше 35 лет;
- бесплодие и гормональные нарушения;
- интоксикация организма из-за условий работы или вредных привычек;
- неблагоприятные экологические условия в месте постоянного проживания;
- близкородственные браки;
- безуспешные попытки искусственного оплодотворения;
- частые самопроизвольные аборты;
- нахождение в группе риска из-за алкоголизма или наркомании в прошлом;
- известные случаи наследственных заболеваний в семьях супругов или у них самих;
- хромосомные мутации у старших детей.
Диагностика проводится один раз в жизни, так как кариотип человека с возрастом не меняется. Расшифровку результатов делает врач-генетик. В норме они выглядят как 46XX для женщин и 46XY для мужчин. При обнаружении патологических изменений она будут отличаться — например, запись 46XY21+ означает лишнюю хромосому в 21-й паре (болезнь Дауна у мальчика). Длинное хромосомное плечо обозначается буквой q, короткое — t, т. е. запись 46ХХ5t расшифровывается как утрата короткого плеча в пятой паре (болезнь кошачьего крика у девочки).
Подготовка к анализу

Во время сдачи биологического материала на кариотипирование пациент должен хорошо себя чувствовать и быть здоровым. Инфекционные болезни и обострение хронических исказят результат. Так как для анализа нужны клетки на определенной стадии деления, подготовка заключается в исключении факторов, замедляющих их рост. За две недели до начала исследования нужно бросить курение, полностью исключить из рациона алкоголь и вредные продукты.
Если пациент проходит медикаментозную терапию, то нужно выяснить у лечащего врача, можно ли от нее отказаться. Перед сдачей крови принимать пищу можно не позднее, чем за 9−11 часов до анализа, питье — за 2−3 часа. Диагностика длится около двух недель. Кроме одноядерных лейкоцитов, извлекаемых из крови, по показаниям могут исследоваться фибробласты кожи или костный мозг.
Остановка процесса деления на стадии метафазы происходит при добавлении колхицина. По полученным клеткам с помощью дифференциального окрашивания составляют кариограмму. Этот метод позволяет выделять не только отдельные гомологичные хромосомы, но их участки, что помогает выявить структурные изменения генов и поставить точный диагноз.
Риски и их последствия

Если кариограмма показывает мутации или аберрации генов, то на стадии планирования беременности врач объясняет паре возможные риски рождения больного ребенка. При обнаружении аномалий у плода женщине могут предложить, но не настаивать на прерывании беременности. Генетические патологии неизлечимы, поэтому супругам придется принять сложное решение.
Когда риски невелики, генетик может назначить курс препаратов, еще больше снижающих вероятность заболевания. Для установления кариотипа при нарушениях в репродуктивной системе взрослых или уточнения диагноза у детей используется венозная кровь, при пренатальных исследованиях — околоплодные воды. Кариограмма позволяет оценить и общее состояние генов. Этим методом можно выявить:
- генные мутации, влияющие на тромбооразование — нарушения в кровотоке мелких сосудов во время формирования плаценты могут быть причиной частых выкидышей и бесплодия;
- патологии Y-хромосомы (исследуется сперма);
- мутации генов, ответственных за детоксикацию организма;
- мутацию гена муковисцидоза.
Кроме того, может устанавливаться генетическая предрасположенность ко многим болезням — сахарному диабету, инфаркту миокарда, заболеваниям суставов, гипертонии.
Кариотипирование помогает решить проблему бесплодия и предотвратить рождение детей с неизлечимыми патологиями.
Школьная программа без скуки: смысл произведений за 3 минуты, тесты на знание классики и ловушки русского языка. Короткие статьи, которых нет на сайте.
Перемена: игры на пять минут
Все тесты
- Английский язык
- Биология
- Химия
- География
- Окружающий мир
- История
- Русский язык
- Литература
- Биографии
- Краткие содержания
- Анализ стихотворений
- Орфография
- Правоведение
- Пунктуация
- Математика
- Подготовка к ЕГЭ
- Помощь студенту
- Физкультура
- Экономика
- ОБЖ
- Сочинения
- Обществознание
- Стихи
- Физика
- Информатика
- Религия
- Фонетический разбор
- Тест на тему To be going to: значение, правила употребления 5 вопросов
- Тест на тему Конструкция go on: значения, правила употребления, примеры 5 вопросов
- Тест на тему Be familiar with: значение и правила употребления 5 вопросов
- Тест на тему Британский vs американский английский: в чем разница? 5 вопросов
- Тест на тему Be mad about - как переводится и как использовать в речи 5 вопросов
- Тест на тему Be hooked on в английском языке: значение и примеры предложений 5 вопросов
- Тест на тему История сибирской язвы и как она стала оружием 5 вопросов
- Тест на тему Что такое “железное легкое” и как жилось узникам аппарата 5 вопросов
- Тест на тему Суть и методы клеточной инженерии 5 вопросов
- Тест на тему Злаковые растения - общая характеристика, признаки и список представителей 7 вопросов
- Тест на тему Семейство бобовые - общая характеристика, строение и представители 7 вопросов
- Тест на тему Суровый климат тайги: особенности, влияние на природу 10 вопросов
- Тест на тему Острова и полуострова Зарубежной Европы 10 вопросов
- Тест на тему Уровень урбанизации Африки: города растут, вызовы множатся 5 вопросов
- Тест на тему Уровень и особенности урбанизации Канады 5 вопросов
- Тест на тему Как найти полярную звезду и зачем ее искать? 5 вопросов
- Тест на тему Что нужно знать про контурные карты 5 вопросов
- Тест на тему Сколько в нашем мире языков? 10 вопросов
- Тест на тему Золото: сколько его осталось на планете и что это значит для нас? 10 вопросов
- Тест на тему Русские по всему земному шару: сколько нас на самом деле? 10 вопросов
- Тест на тему Сколько всего в мире фамилий? 10 вопросов
- Тест на тему Сколько всего в мире самолетов? 10 вопросов
- Тест на тему Сколько всего в мире денег? 10 вопросов
- Тест на тему Команда реформ: сподвижники Петра I 10 вопросов
- Тест на тему Экономика и управление: реформы Афанасия Ордина-Нащокина 10 вопросов
- Тест на тему Положение крестьян и указ Павла I о трехдневной барщине 10 вопросов
- Тест на тему Программа Южного общества и декабрист П. И. Пестель 10 вопросов
- Тест на тему Комитет общественного блага или Негласный комитет 10 вопросов
- Тест на тему Планы переустройства России: «Конституция» Муравьева 10 вопросов
- Тест на тему Как выполнить разбор наречия по составу 5 вопросов
- Тест на тему Правила правописания суффиксов наречий 5 вопросов
- Тест на тему Морфологический признак наречий: неизменяемость 5 вопросов
- Тест на тему Чем отличаются и как найти тему и рему в тексте? 5 вопросов
- Тест на тему Способы и примеры образования наречий 5 вопросов
- Тест на тему Особенности и применение составных предлогов 5 вопросов
- Тест на тему История создания рассказа «Матренин двор» А. Солженицына 5 вопросов
- Тест на тему История создания песни «Смуглянка» 5 вопросов
- Тест на тему История создания поэмы “Кому на Руси жить хорошо” Н. Некрасова 5 вопросов
- Тест на тему История создания романа “Как закалялась сталь” Н. Островского 5 вопросов
- Тест на тему История создания оперы М. Глинки «Иван Сусанин» 5 вопросов
- Тест на тему История создания знаменитой песни “Катюша” 5 вопросов
- Тест на тему Биография Владимира Вольфовича Жириновского 5 вопросов
- Тест на тему Биография поэта и писателя Льва Рубинштейна 5 вопросов
- Тест на тему Биография президента Белоруссии Александра Лукашенко 5 вопросов
- Тест на тему 10 интересных фактов про Афанасия Фета 5 вопросов
- Тест на тему 10 интересных фактов про Ивана Тургенева 5 вопросов
- Тест на тему Биография писателя и поэта Вячеслава Урюпина 5 вопросов
- Тест на тему Краткое содержание повести «А тем временем где-то» А. Алексина 5 вопросов
- Тест на тему Краткое содержание комедии «Мнимый больной» Жана-Батиста Мольера 5 вопросов
- Тест на тему Краткое содержание комедии “Доходное место” А. Островского 5 вопросов
- Тест на тему Краткое содержание новеллы “Падение дома Ашеров” Эдгара По 5 вопросов
- Тест на тему Краткое содержание рассказа “Крепкий мужик” В. Шукшина 5 вопросов
- Тест на тему Краткое содержание пьесы «Золотая карета» Л. Леонова 5 вопросов
- Тест на тему Анализ стихотворения “Каким бы малым ни был...” К. Кулиева 5 вопросов
- Тест на тему Анализ стихотворения «Цицерон» Ф. Тютчева 5 вопросов
- Тест на тему Анализ стихотворения “Поэт” М. Лермонтова 5 вопросов
- Тест на тему Анализ стихотворения “Пора, мой друг, пора” А. Пушкина 5 вопросов
- Тест на тему Анализ стихотворения «Шестое чувство» Н. Гумилева 5 вопросов
- Тест на тему Анализ стихотворения “Юбилейное” В. Маяковского 5 вопросов
- Тест на тему Особенности раздельного написания местоимений с предлогами 5 вопросов
- Тест на тему Правописание падежных окончаний прилагательных 5 вопросов
- Тест на тему Правописание слов с непроверяемой безударной гласной в корне 5 вопросов
- Тест на тему Нужно ли ставить запятую к фразе - "с уважением"? 5 вопросов
- Тест на тему «Во-вторых» или «во вторых» – как правильно пишется? 5 вопросов
- Тест на тему "Нету" или "нет" - как правильно писать и говорить? 5 вопросов
- Тест на тему Что нужно сдавать на бухгалтера? 5 вопросов
- Тест на тему Какие предметы нужно сдавать на пилота 5 вопросов
- Тест на тему Какие экзамены нужно сдавать на фотографа? 5 вопросов
- Тест на тему Какие предметы нужно сдавать на хореографа? 5 вопросов
- Тест на тему Какие предметы нужно сдавать на актера? 5 вопросов
- Тест на тему Какие предметы нужно сдавать на режиссера? 5 вопросов
- Тест на тему Реферат по физкультуре на тему: «Здоровое питание» 5 вопросов
- Тест на тему История развития лыжного спорта в разных странах - классификация и интересные факты 6 вопросов
- Тест на тему Важность самоконтроля при занятиях спортом 5 вопросов
- Тест на тему Как выполняются прыжки через козла? 5 вопросов
- Тест на тему Что такое здоровый образ жизни? 5 вопросов
- Тест на тему Как правильно выполнять кувырки? 5 вопросов
- Тест на тему Образ Шарикова в повести «Собачье сердце» М. Булгакова 5 вопросов
- Тест на тему Образы героев в повести «Невский проспект» Н. Гоголя 5 вопросов
- Тест на тему Московские главы в романе «Мастер и Маргарита» Булгакова 7 вопросов
- Тест на тему Описание образа бирюка из рассказа И. Тургенева 7 вопросов
- Тест на тему Образы героев в романе «Отцы и дети» И. Тургенева 7 вопросов
- Тест на тему Образы героев в повести «Котлован» А. Платонова 7 вопросов
- Тест на тему "Банты" - как правильно ставить ударение в слове? 5 вопросов
- Тест на тему «Конечно же» - выделяется ли слово запятыми? 5 вопросов
- Тест на тему «Подчеркивать» – как правильно ставить ударение в слове? 5 вопросов
- Тест на тему «Лифты» – как правильно ставить ударение в слове? 5 вопросов
- Тест на тему «Строку» – как правильно ставить ударение в слове? 5 вопросов
- Тест на тему «Апостроф» – как правильно ставить ударение в слове? 5 вопросов

