Близнецовый метод используется для выяснения наследственной обусловленности признаков и хорошо демонстрирует взаимоотношения между генотипом и внешней средой. С помощью этого метода удалось оценить значимость генетической предрасположенности ко многим заболеваниям, пенетрантность, экспрессивность и условия проявления тех или иных видов патологии. Близнецовые данные оказываются полезными для количественной оценки степени генетической детерминированности отдельных признаков, в связи с чем, близнецовый метод можно считать одним из важных методов количественной генетики. Близнецовый метод позволяет установить наследственный характер признаков, и это единственный метод, выявляющий соотносительную роль (удельный вес) генетических (наследственных) и средовых факторов в формировании признака.
Близнецовый метод был предложен Ф. Гальтоном в 1865 году, но окончательная разработка его основ была проведена Г. Сименсом в 1924 году.
(Сименс разработал надежный способ диагностики зиготности (метод полисимптомного сравнения), базирующийся на оценке сходства и различия близнецов по целому ряду параметров. Каждый параметр в отдельности не позволяет вынести суждения о зиготности близнецов, но использование комплекса параметров позволяет проводить более надежную диагностику. Кроме этого он предложил использовать в качестве объекта исследований не только МЗ близнецов, но и ДЗ близнецов. Принципы, заложенные Г.Сименсом в основу близнецового метода не претерпели сколько-нибудь существенных изменений до настоящего времени).
У некоторых видов животных и у человека при овуляции обычно созревает лишь одна яйцеклетка и, следовательно, рождается только один детеныш. Но бывают и исключения - одновременно созревают и оплодотворяются две и более яйцеклеток. В этом случае рождается два (или более) детенышей, а тат как они происходят из разных оплодотворенных яйцеклеток (зигот), то их называют дизиготными близнецами (ДЗ). Причем не всегда дизиготные близнецы имеют одного отца. Если женщина в период овуляции имела контакты с несколькими мужчинами то возможна ситуация в которой родившиеся ДЗ будут иметь разных отцов.
В ряде случаев при оплодотворении единственной созревшей яйцеклетки на начальных стадиях развития зигота делится на две части. Это явление приводит к рождению так называемых монозиготных близнецов (МЗ). Так как МЗ происходят из одной зиготы, то они имеют одинаковый генетический набор, что и определяет их внешнюю схожесть. Иногда разделение эмбрионов происходит не полностью и в результате рождаются так называемые сиамские близнецы.
При рождении близнецов возможны четыре различных варианта соотношения оболочек плода:
близнецы имеют раздельные амнионы, хорионы и плаценты;
близнецы имеют раздельные амнионы, хорионы и общую плаценту;
близнецы имеют раздельные амнионы и общие хорион и плаценту;
близнецы имеют общие амнион, хорион и плаценту.
Близнецовый метод в классическом варианте основывается на нескольких допущениях:
Во-первых, предполагается равенство сред для партнеров как в парах МЗ, так и парах ДЗ близнецов. В этом случае если изменчивость признака полностью определяется средой, то и МЗ и ДЗ близнецы должны иметь по этому признаку одинаково высокие внутрипарные корреляции близкие к 1,0. Если же изменчивость признака целиком зависит от генотипа, то коэффициент корреляции в группе МЗ близнецов должен быть близок к 1,0, а в группе ДЗ близнецов приблизительно равен 0,5 (т.е. степени родства ДЗ близнецов, схожести их генотипа).
Во вторых, предполагается отсутствие систематических различий между близнецами и одиночнорожденными. В обратном случае результаты близнецовых исследований нельзя переносить на популяцию в целом. Так же не должно быть систематических различий между самими типами близнецов.
Дерматоглифика как особый раздел знаний сложилась в конце XIX-начале ХХ вв. Термин «дерматоглифика» (derma - кожа, gliphe - гравировать) предложен Камминсом и Мидло на 42-й ежегодной сессии американской Ассоциации анатомов, состоявшейся в апреле 1926 г. Однако до научного изучения пальцевых узоров было накоплено много сведений о дерматоглифической морфологии человека. Древние китайцы, вавилоняне, ассирийцы заменяли отпечатками пальцев подписи. В Китае в XVI в. практиковалось установление личности по отпечаткам пальцев при актах продажи детей, до недавнего времени - при подписании контрактов неграмотными и в случаях приема подкидыша в приют.
Во многих странах Европы и Азии было широко распространено предсказание судьбы по кожному рельефу ладони - папиллярности и флексорным линиям - хиромантия (от греч. cheir - рука, manteia - гадание). Но хиромантия и дерматоглифика оперируют совершенно разными вещами. Хиромантия, опираясь на особенности «белых линий» ладоней, полагает, что кожные рисунки появляются уже после рождения человека и могут меняться в течение его жизни, а после смерти утрачиваются. Дерматоглифика опровергла эти утверждения. Тем не менее сведения, добытые хиромантией, как, например, то, что рисунок пальцев и ладоней связан с проявлениями характера, нервной системой человека, используются и анализируются учеными.
Впервые научные сообщения по дерматоглифике появились в ХVII в. Одно из первых описаний строения кожных гребешков и потовых пор принадлежит английскому анатому Грю (1684), представившему в Лондонское королевское научное общество отчет о своих наблюдениях над рельефом пальцев и ладоней. В 1685 г. Бидлоу в книге по анатомии человека представил рисунок и описание кожных гребешков пальцев. Чешский биолог Ян Пуркинье в 1823 г. дает первую классификацию вариаций пальцевых узоров. В конце XIX в. появились специальные исследования приматов и млекопитающих, в которых определяются различия между обезьяной и человеком по пальцевым и ладонным рисункам.
Дерматоглифика - очень «коварная» наука, и в настоящее время о нее разбилось не одно поколение исследователей.
Стоит признаться, но в этой науке многие представления о внутренней поверхности кисти находятся на уровне 1892 г., когда сэр Френсис Гальтон - один из оригинальнейших умов того времени, географ, метеоролог, психолог, антрополог, генетик, основоположник дерматоглифики - определил ее отрасли, в том числе этнические различия людей в пальцевых узорах, за которыми стоит их адаптация к окружающей среде. Гальтон впервые предложил трехтипную классификацию пальцевых узоров, включающую три основных узорных типа: завиток (whorl), петлю (LOOP) и дугу (aron).
Дуга не имеет трирадиуса, или дельты - точки, где сходятся три различно направленных системы папиллярных линий, и состоит из кожных гребней, пересекающих поперек пальцевую подушечку.
Петли имеют одну дельту. Это полузамкнутый узор, в котором кожные гребешки начинаются от одного края пальца, идут, изгибаясь, дистально к другому краю, но, не доходя до него, возвращаются к тому краю, от которого начинались.
Истинные завитки имеют две дельты. Это замкнутая фигура, в которой папиллярные линии идут концентрически вокруг сердцевины узора. Последняя может быть в виде островка, короткого прямого гребня, маленького кружочка или эллипса. Гребешковая кожа формируется в плодном периоде - на 3-6-м месяцах внутриутробного развития. На шестой неделе развития зародыша кисть представляет собой лишь широкие зубчатые лопасти. На десятой неделе «срабатывают» гены, отвечающие за проявление признаков гребешковой кожи, которые и «запускают» процессы ее формирования. Интересно то, что кожа «готова» к тактильным восприятиям уже после 24-й недели развития плода.
Начиная с конца 20-х гг. ХХ в., ученые высказывали ряд гипотез относительно характера наследования дерматоглифических признаков, количества генов, обусловливающих формирование узора, их хромосомной локализации. Однако и по сей день эти вопросы окончательно не решены.
Сходство папиллярных узоров по типам у родителей и детей наводит на мысль, что существуют межаллельные взаимодействия между генами Папиллярные узоры наследуются по доминантному типу. Характер наследования - полигенный, т. е. проявление одного признака вызывается несколькими генами.
Таким образом, в настоящее время установлена наследственная обусловленность кожных узоров. Нарушения в наследственной системе организма (генные, хромосомные и геномные мутации) и некоторые неблагоприятные факторы среды влияют на реализацию генов гребешковой кожи, а поэтому изменяется дерматоглифическая картина у людей, страдающих различными заболеваниями. Например, при синдроме Дауна изменяется расположение петель на последних фалангах, вместо двух сгибательных складок на мизинце наблюдается лишь одна сгибательная складка, а на ладони - лишь одна поперечная складка. При этом синдроме изменяется и такой дерматоглифический показатель, как величина угла аtd (на ладонной поверхности, как и на пальцах, располагаются трирадиусы (дельты) - места схождения различно направленных папиллярных линий, из которых наиболее часто встречаются трирадиусы, обозначались а, t, d). У здоровых людей - причем есть данные, что значение угла atd связано с уровнем интеллекта - угол atd меньше 57 град., а при синдроме Дауна это значение равно 81-90 град. Синдром трисомии по 18-й паре хромосом - синдром Эдвардса. К его характерным признакам относятся скошенный подбородок, маленький рост, слаборазвитые челюсти, деформированные, низкостоящие асимметричные уши, пальцы рук иногда необычно длинные или, наоборот, очень короткие, с особым положением 2-го и 5-го пальцев, деформация стоп, короткая грудина, имеются дефекты сердечно-сосудистой системы и почек, глубокая дебильность. При дерматоглифическом исследовании характерно увеличение числа дуг на пальцах, единичная складка на мизинце и поперечная складка на ладони.
Большое количество дуг на пальцах наблюдается и при синдроме трисомии - 89-й и 13-й хромосом - синдром Патау (выпуклый лоб, задержка роста, заячья губа, волчья пасть, чрезмерная выпуклость ногтей на пальцах, умственная отсталость).
Пенроуз обнаружил обратную зависимость между величиной угла atd и уровнем интеллекта у лиц, страдающих умственной недостаточностью, т. е. чем больше этот угол, тем меньше уровень интеллекта и глубже дебильность.
Таким образом с помощью дерматоглифического анализа наиболее изучены хромосомные болезни - своеобразная группа наследственных заболеваний, характеризующихся изменениями в кариотипе. Исследование дерматоглифики родителей помогает установить степень риска рождения ребенка с пороками развития.
Дерматоглифические данные играют важную роль при определении генетически обусловленной предрасположенности человека к тому или иному заболеванию. Примером могут служить изменения пальцевых и ладонных рисунков у детей с расщеплениями губы и неба. Первичное небо развивается на 7-й неделе эмбрионального развития, вторичное небо - на 12-й неделе, т. е. одновременно с гребнеобразованием.
Делались попытки изучить проявление таких заболеваний, как эпилепсия, шизофрения, алкоголизм, гипотоническая болезнь, на основе дерматоглифических показателей. При исследовании отпечатков ладоней внимание обращалось на их форму, характер кожного рисунка, изменение формы отпечатков, что, по-видимому, отражает нарушение мышечного тонуса и питания кожи у больных этими заболеваниями.
Было отмечено, что присутствие узоров типа завиток на пальцах рук указывает на восприимчивость к заболеванию лепрой, а наличие пальцевых узоров типа дуга - на относительную невосприимчивость к этому заболеванию.
При исследовании больных туберкулезом легких было отмечено, что у них реже определяются дуги и радиальные петли, а также изменяются и некоторые другие дерматоглифические показатели. Доподлинно известно, что число завитков на кончиках пальцев жителей Крайнего Севера гораздо выше, чем у населяющих среднюю полосу. И если наш земляк собирается работать в экстремальных условиях вечной мерзлоты, а у него на пальцах преобладают дуги, то можно ему посоветовать туда не уезжать - вероятность потерять здоровье выше, чем у других людей. Существуют дерматоглифические различия в кожных рисунках правой и левой рук. Для пальцев левой руки характерны более сложные узоры. Психиатры, наблюдающие за больными с суицидальными наклонностями, отмечают, что к суициду склонны люди, принадлежащие к «левшам» и, соответственно, имеющие признаки «левшества» на ладонях. Благодаря тому что наследственность кожного рельефа мало подвержена изменениям в процессе индивидуального развития и влияниям окружающей среды на организм, дерматоглифический метод становится надежным, объективным и удобным при суждении о многих патологических изменениях в организме человека. Таким образом, значение дерматоглифики в медицине и биологии является очевидным.
Поскольку узоры на пальцах в большинстве случаев наследуются, дерматоглифику используют для установления спорного отцовства. В каких-то случаях это дает стопроцентную достоверность результатов. В каких-то - метод не срабатывает. Например, если мать и предполагаемый отец имеют на руках только по десять петель и ребенок - тоже, то здесь об отцовстве ничего нельзя сказать. Но если все трое имеют те же десять петель, а у ребенка и предполагаемого отца есть еще и редкий узор, например по типу завитка на подушечке под большим пальцем, то можно смело утверждать: мужчина - родной отец ребенка.
С помощью этих методов изучают наследственность и изменчивость соматических клеток, что в значительной мере компенсирует невозможность применения к человеку метода гибридологического анализа.
Методы генетики соматических клеток, основанные на размножении этих клеток в искусственных условиях, позволяют не только анализировать генетические процессы в отдельных клетках организма, но благодаря полноценности наследственного материала, заключенного в них, использовать их для изучения генетических закономерностей целостного организма.
В связи с разработкой в 60-х гг. XX в. методов генетики соматических клеток человек оказался включенным в группу объектов экспериментальной генетики. Благодаря быстрому размножению на питательных средах соматические клетки могут быть получены в количествах, необходимых для анализа. Они успешно клонируются, давая генетически идентичное потомство. Разные клетки могут, сливаясь, образовывать гибридные клоны. Они легко подвергаются селекции на специальных питательных средах и долго сохраняются при глубоком замораживании. Все это позволяет использовать культуры соматических клеток, полученные из материала биопсий (периферическая кровь, кожа, опухолевая ткань, ткань эмбрионов, клетки из околоплодной жидкости), для генетических исследований человека, в которых используют следующие приемы: 1) простое культивирование, 2) клонирование, 3) селекцию, 4) гибридизацию.
Культивирование позволяет получить достаточное количество клеточного материала для цитогенетических, биохимических, иммунологических и других исследований.
Планирование— получение потомков одной клетки; дает возможность проводить в генетически идентичных клетках биохимический анализ наследственно обусловленных процессов.
Селекция соматических клеток с помощью искусственных сред используется для отбора мутантных клеток с определенными свойствами и других клеток с интересующими исследователя характеристиками.
Гибридизация соматических клеток основана на слиянии совместно культивируемых клеток разных типов, образующих гибридные клетки со свойствами обоих родительских видов. Для гибридизации могут использоваться клетки от разных людей, а также от человека и других животных (мыши, крысы, морской свинки, обезьяны, джунгарского хомячка, курицы).
Гибридные клетки, содержащие два полных генома, при делении обычно «теряют» хромосомы предпочтительно одного из видов. Например, в гибридных клетках «человек — мышь» постепенно утрачиваются все хромосомы человека, а в клетках «человек — крыса» — все, кроме одной, хромосомы крысы, с сохранением всех хромосом человека. Таким образом можно получать клетки с желаемым набором хромосом, что дает возможность изучать сцепление генов и их локализацию в определенных хромосомах.
Постепенная потеря хромосом человека из гибридных клеток параллельно с изучением ферментов дает возможность судить о локализации гена, контролирующего синтез данного фермента, в определенной хромосоме.
Благодаря методам генетики соматических клеток можно изучать механизмы первичного действия и взаимодействия генов, регуляцию генной активности. Они позволяют судить о генетической гетерогенности наследственных болезней, изучать их патогенез на биохимическом и клеточном уровнях. Развитие этих методов определило возможность точной диагностики наследственных болезней в пренатальном периоде.
