Ahondroplazija je najčešća urođena mana koju karakteriziraju abnormalne proporcije tijela: osobe koje pate od ove bolesti imaju znakove relativne makrocefalije (čelo viri naprijed, a nosni most je ravan), ruke i noge su vrlo kratke, a noge i kičma su deformisani, ramena i kukovi, kosti su skraćene više od poluprečnika, a trup je skoro normalne veličine.
Ponekad je velika glava odraz hidrocefalusa - prisutnosti viška tekućine u mozgu - i zahtijeva hiruršku intervenciju. Dlanovi pacijenata sa ahondroplazijom su mali sa kratkim, debelim prstima. Postoji određena udaljenost između srednjeg i prstenjaka (trizubca). U većini slučajeva, ljudi, koji su dostigli odraslu dob, imaju visinu ne veću od 120-130 cm.
Šta je to?
Ahondroplazija je genetska bolest koja dovodi do poremećenog rasta kostiju. Ovo je jedan od najčešćih tipova patuljastosti. Da li dijete ima ovu patologiju moguće je suditi od trenutka rođenja.
Patogeneza i genetika
Ahondroplazija je uzrokovana mutacijama u genu FGFR3, a nalazi se na četvrtom hromozomu. Istovremeno, rast hrskavice je inhibiran. FGFR3 kodira protein koji se zove Fibroblastni faktor rasta 3. Ovaj protein je odgovoran za rast kostiju u tijelu. Kod ahondroplazije, FGFR3 ne može pravilno funkcionirati, a rast kostiju i hrskavice se usporava. To rezultira kratkim kostima, abnormalnim oblikom kostiju i niskim rastom.
FGFR3 je transmembranski receptor tirozin kinaze koji se vezuje za FGF. Vezivanje FGF za ekstracelularni region FGFR3 aktivira intracelularni domen receptora i pokreće signalnu sekvencu. U endohondralnoj kosti, aktivacija FGFR3 inhibira proliferaciju hondrocita u ploči za rast, pomažući na taj način da se koordinira rast i diferencijacija hondrocita s rastom i diferencijacijom koštanih progenitor ćelija.
FGFR3 mutacije povezane sa ahondroplazijom su mutacije pojačanja funkcije koje uzrokuju ligand-nezavisnu aktivaciju FGFR3 proteina. Ova stalna regulacija FGFR3 proteina nepravilno inhibira proliferaciju hondrocita u ploči za rast i dovodi do skraćivanja dugih kostiju, kao i abnormalnog formiranja drugih kostiju.
Gvanin na poziciji 1138 u genu FGFR3 je jedan od najmutabilnijih nukleotida identificiranih u svim ljudskim genima. Mutacija ovog nukleotida javlja se u skoro 100% slučajeva ahondroplazije; više od 80% pacijenata ima novu mutaciju. Nove mutacije gvanina na poziciji 1138 gena FGFR3 javljaju se isključivo u očevim zametnim ćelijama i njihova učestalost raste sa starošću oca (>35 godina).
Simptomi ahondroplazije
Odmah nakon rođenja možete otkriti najočitije znakove ahondroplazije kod novorođenčeta:
- Duboka lokacija očnih orbita,
- Prisutnost dodatnih nabora na unutrašnjim uglovima očiju,
- Sedlasto spljošteni oblik nosa,
- Povećana glava
- Konveksno čelo
- Primjetno izbočeni parijetalni i okcipitalni tuberkuli,
- Široko postavljene oči
- hidrocefalus,
- Jaka protruzija zadnjice zbog zadnjeg položaja karlice,
- Mala škrinja
- Uvećani krajnici,
- Problemi s disanjem
- Kršenje mišićnog tonusa,
- Značajno izbočenje gornje vilice,
- Visoko nebo
- Grub jezik
- Kratke ruke i noge bebe,
- Široki dlanovi i stopala sa kratkim prstima,
- Usporen fizički razvoj,
- Mogući tortikolis
- Oštećenja sluha i vida.
Kako rastu, svi ovi simptomi napreduju, što dovodi do višestrukih komplikacija, od kojih mnoge mogu biti fatalne.
Dijagnoza ahondroplazije
Za procjenu stanja organa i sistema provodi se sveobuhvatan pregled. Da bi se isključio hidrocefalus kod djece s ahondroplazijom, izvode se MRI i CT mozga.
- Prilikom radiografije lubanje kod pacijenata s ahondroplazijom, postoji disproporcija između mozga i dijelova lica, foramen magnum je smanjen u veličini, kosti svoda lubanje i donje čeljusti su uvećane. Tursko sedlo je karakteristično cipelasto i ravno, osnova je izduženo.
- Rendgenski snimci kralježnice obično ne otkrivaju grube promjene. Fiziološke krivulje su manje izražene od normalnih.
- Rendgenski snimak grudnog koša je obično nepromijenjen, u nekim slučajevima sternum strši naprijed i blago je zakrivljen. Moguće su deformacije i zadebljanje rebara. Ponekad nema anatomskih pregiba klavikule.
- Rendgenski snimci tubularnih kostiju otkrivaju skraćivanje, stanjivanje dijafiza, peharasto širenje i zadebljanje metafiza.
- Rendgenski snimci zglobova otkrivaju deformaciju zglobnih površina, poremećaj oblika epifiza i proširenje zglobnih prostora.
- Rendgen zdjelice otkriva promjene u veličini i obliku krila ilijačnih kostiju. Određuje se horizontalna lokacija krova acetabuluma.
U pravilu postavljanje dijagnoze ne izaziva poteškoće zbog karakterističnog izgleda i proporcija tijela pacijenta.
Ahondroplazija - liječenje
Efikasno liječenje ahondroplazije trenutno nije moguće. Liječnici mogu samo minimizirati posljedice kako bi poboljšali kvalitetu života pacijenata.
U djetinjstvu se za takvu djecu provodi konzervativna terapija - masaža, fizikalna terapija. To pomaže u jačanju mišićnog korzeta i sprječavanju teških deformacija donjih ekstremiteta. Pacijentima se savjetuje da nose posebne cipele koje smanjuju pritisak na kosti. Također je važno pridržavati se dijete kako ne biste opterećivali kostur viškom kilograma. Defekti u predjelu vilice ispravljaju se nošenjem posebnih ploča.
Postoje slučajevi kada se hormonska terapija propisuje u djetinjstvu, što pomaže da se malo nadoknadi nedostatak rasta. Hormonska terapija se ne koristi za odrasle. Ako se roditelji odluče za kirurški rješavanje problema, potrebno je obratiti se specijaliziranoj klinici koja ima dovoljno iskustva u izvođenju ovakvih operacija.
- Operacija se izvodi ako bolest uzrokuje očitu nelagodu pacijentu. Nedvosmislena odluka u korist operacije donosi se kada postoji opasnost od uklještenja kičmene moždine, kifoze srednjeg dijela leđa ili noge u obliku slova "O".
- Moguće je i produžavanje kostiju, za šta se izvodi nekoliko hirurških intervencija u fazama. U dobi od četiri do šest godina djeca se podvrgavaju operaciji produžavanja nogu (do šest cm), kukova (do oko sedam do osam cm) i ramena (moguće do pet centimetara). Trajanje takvih faza je oko pet mjeseci sa pauzom od dva do tri mjeseca. Sljedeća serija intervencija izvodi se u dobi od četrnaest do petnaest godina. I ovdje pacijent prolazi kroz tri faze, očekivani rezultat je isti kao i prvi put.
Međutim, ovakvi postupci ne otklanjaju u potpunosti bolest i njene simptome, jer s niskim rastom, izduženje kostiju čak i do deset centimetara ne čini da pacijenti izgledaju kao obični ljudi. Osim toga, nisu svi pacijenti spremni na niz operacija i bolne rehabilitacijske periode.
Nasljeđivanje ahondroplazije
Za zdrave roditelje djeteta sa ahondroplazijom rizik od recidiva kod buduće djece je nizak, ali vjerovatno nešto veći nego za opću populaciju, jer je dokazana mogućnost seksualnog mozaicizma, iako izuzetno rijetka kod ahondroplazije.
U braku u kojem jedan partner ima ahondroplaziju, rizik od recidiva kod svakog djeteta je 50%, budući da je ahondroplazija autosomno dominantna bolest s potpunom penetracijom. U braku dvoje oboljelih osoba, svako dijete ima 50% rizik od ahondroplazije, 25% rizik od smrtonosne homozigotne ahondroplazije i 25% šanse za normalan rast.
Kada je majka s ahondroplazijom trudna, fetus normalne veličine zahtijeva porođaj carskim rezom.
Prevencija
Prevencija ahondroplazije sastoji se od medicinskog genetskog savjetovanja i prenatalne dijagnoze, što omogućava otkrivanje patologija čak iu fazi intrauterinog razvoja. Konsultacija sa genetičarom je posebno potrebna za one koji već imaju istoriju patuljastosti u svojoj porodici. Poseban pregled će vam omogućiti da procijenite rizik od bolesnog djeteta.
Ako roditelji već imaju ahondroplaziju, bolest se ne može spriječiti, jer je nasljedna.
Ahondroplazija je urođena bolest povezana s genetskom mutacijom, zbog čega su noge osobe značajno smanjene u dužini uz održavanje normalne veličine tijela. Znakovi bolesti uključuju nizak rast - ne više od 130 centimetara u odrasloj dobi, zakrivljenost kralježnice, veliku veličinu glave s izbočenim frontalnim tuberkulama.
Prema statistikama, bolest se može pojaviti kod jednog novorođenčeta od 10 hiljada ahondroplazije najčešće pogađa mušku novorođenčad.
Ahondroplazija nastaje kao rezultat mutacije gena FGFR3, koji je direktno odgovoran za okoštavanje i proliferaciju tkiva hrskavice.
Kao rezultat ovih problema, udovi prestaju rasti i dobijaju abnormalnu strukturu. Prema medicinskim istraživanjima, mutacija gena se javlja nasumično i praktično je neovisna o vanjskim faktorima.
Vjerojatnost pojave mutacije se povećava u sljedećim slučajevima:
- Roditelji djeteta (posebno otac) su stariji od 35 godina;
- Ahondroplazija je dijagnosticirana kod jednog od bebinih roditelja.
Starost roditelja ne smatra se 100% faktorom u razvoju ahondroplazije kod nerođenog djeteta.
Simptomi
O mutaciji gena može se suditi bez dijagnostičke studije: beba ima preveliku glavu i neproporcionalno male udove, na glavi se ističu frontalne i okcipitalne izbočine. Ponekad se novorođenčetu dijagnosticira hidrocefalus.
Ostali simptomi bolesti uključuju:
- Poremećaji u normalnoj strukturi kostiju u bazi glave;
- Postoje nabori u području oko očiju koji su nekarakteristični za običnu djecu;
- Nos ima sedlasti izgled;
- Izbočena gornja vilica;
- Istureni prednji dijelovi glave;
- Uzdignuto nepce i hrapav jezik.
Novorođenče ima ujednačeno kratke udove, zakrivljeni su u zglobnim područjima. Dijete može samo rukama doći do pupka. Stopala su preširoka i kraća su. Dlanovi su, kao i stopala, široki, svi prsti, osim prvog, gotovo su iste veličine.
Novorođenče sa mutacijom ima brojne kožne nabore i masne naslage u gornjim i donjim ekstremitetima. I pored svih problema sa rastom, pacijentov torzo se pravilno razvija i normalne je veličine, promene ne zahvataju grudni koš, dok stomak strši naglo napred, karlica se naginje unazad, a zadnjica se snažno ističe.
Kod ahondroplazije dijete može imati problema s normalnim disanjem, koji su uzrokovani karakteristikama u strukturi lica i grudnog koša. Pacijentima se često dijagnosticiraju problemi s normalnim fizičkim razvojem: dijete počinje da drži glavu tek nakon 3-4 mjeseca života, beba sjedi sa 8-9 mjeseci od dana rođenja, dijete ustaje na noge i počinje samostalno hodati ne prije 1,5-2 godine nakon rođenja. Važno je napomenuti da se zaostajanje u fizičkom razvoju praktički ne razlikuje u intelektualnim sposobnostima - mentalni razvoj djeteta odvija se u normalnim granicama, ne zaostaje za svojim vršnjacima.
Kako dijete raste, kosti udova nastavljaju da se debljaju i savijaju, te dobivaju kvrgavu strukturu. Nakon toga počinje unutrašnje uvijanje kostiju femura u donjim dijelovima, zglobovi koljena dobivaju labav izgled, a vanjskim pregledom dijagnosticira se planovalgus stopala.
Zakrivljenost ne pogađa samo donje, već i gornje udove, posebno su podložne izobličenjima.
U odrasloj dobi, visina žena s mutiranim genom ne prelazi 124 centimetra, visina odraslih muškaraca ne prelazi 131 centimetar. Sve deformacije glave i kostura lica koje nastaju u djetinjstvu ne samo da traju u odrasloj dobi, već postaju sve izraženije. Ponekad se kod pacijenata s ahondroplazijom razvije strabizam, a zbog problema sa slabom pokretljivošću oboljeli od pretilosti.
Ahondroplazija je često praćena smanjenjem veličine spinalnog kanala u lumbalnoj kralježnici. Ovaj problem prati smanjenje osjetljivosti i pojava boli u donjim ekstremitetima. U nedostatku odgovarajućeg liječenja, suženje kičmenog kanala može rezultirati paralizom nogu i narušavanjem normalne funkcionalnosti unutrašnjih organa u području zdjelice.
Dijagnoza bolesti postaje moguća bez dodatnih složenih pregleda zbog strukture tijela i proporcija pacijenta karakterističnih za ahondroplaziju.
Obično se bolesno dijete šalje na dodatni sveobuhvatni pregled kako bi se utvrdilo stanje unutrašnjih sistema i organa:
Oblici bolesti
Ovisno o porijeklu bolesti, uobičajeno je razlikovati sljedeće vrste ahondroplazije:
- Nasljedno. Mutirani gen se prenosi sa zahvaćenog roditelja na dijete.
- Sporadično. Bolest se manifestira bez obzira na nasljedne faktore, sve su mutacije spontane.
Kada se otkrije bolest, pacijent se registruje i nadzire kod lekara tokom celog života od rođenja.
Tretman
Ahondroplazija je nasledna genetska bolest za koju ne postoji lek. U djetinjstvu se pacijentima propisuje konzervativno liječenje koje se temelji na fizikalnoj terapiji i manualnoj terapiji. Ovaj pristup omogućava ne samo jačanje mišića, već i sprječavanje deformacija udova.
Hirurška intervencija je indikovana u uznapredovalim slučajevima kada pacijenti imaju ozbiljne deformitete skeletne strukture. Izvode se sljedeće operacije:
- Osteotomija – kosti nogu se režu posebnim alatom i ponovo postavljaju u ispravan položaj. Operacija se koristi samo u slučajevima teške deformacije donjih ekstremiteta, omogućava vam da malo povećate dužinu nogu.
- Laminektomija - vrši se disekcija kičmenog kanala, čime se smanjuje pritisak. Operacija se izvodi za patologije u strukturi kralježnice.
Ako ahondroplazija uzrokuje razvoj popratnih bolesti i komplikacija, koristi se odgovarajući tretman za uklanjanje neugodnih simptoma.
Liječenje također uključuje pridržavanje određene dijete. Pravilna prehrana pomaže ne samo da se izbjegne pretilost, već i da se osigura da tijelo dobije esencijalne vitamine i minerale.
Prognoza
Nemoguće je dati povoljnu prognozu prilikom dijagnosticiranja ahondroplazije kod djeteta zbog činjenice da se bolest ne može ni potpuno izliječiti.
Kod provođenja terapijskih i preventivnih zahvata neposredno nakon rođenja djeteta, prognoza je povoljnija - mogu se smanjiti svi deformiteti i spriječiti razvoj komplikacija.
Najnepovoljnija prognoza je kod želatinoznog omekšavanja tkiva hrskavice - većina novorođenčadi umire ili direktno u maternici ili kratko vrijeme nakon rođenja.
Komplikacije
Najčešća komplikacija ahondroplazije je kompresija spinalnog kanala i živaca.
Kompresija, zauzvrat, može izazvati:
- Problemi u normalnom funkcionisanju mokraćnog sistema - pacijenti se često žale na urinarnu i fekalnu inkontinenciju, probleme s potencijom;
- Gornji i donji udovi gube normalnu motoričku sposobnost;
- Javlja se slabost u donjim i gornjim ekstremitetima, a normalan tonus mišića je poremećen.
Prevencija
Prevencija genetskih bolesti ima za cilj pohađanje konsultacija iz oblasti medicinske genetike i provođenje prenatalnih dijagnostičkih procedura za fetus.
Ako jedan od roditelja ima mutirani gen, dijete će najvjerovatnije razviti bolest, koju će biti nemoguće spriječiti.
Preventivne radnje:
- Sveobuhvatni pregled pri planiranju trudnoće;
- Dijagnoza bolesti prije rođenja djeteta;
- Obavezni prenatalni pregledi.
Ahondroplazija je ozbiljna genetska bolest od koje je potpuno nemoguće izliječiti. Zapamtite da ako započnete liječenje u djetinjstvu, većina komplikacija se može izbjeći.
Unutar genskog fonda populacije, udio genotipova koji sadrže različite alele istog gena; pod određenim uslovima, ne menja se iz generacije u generaciju. Ova stanja su opisana osnovnim zakonom populacione genetike, koji su 1908. godine formulisali engleski matematičar J. Hardy i nemački genetičar G. Weinberg. “U populaciji beskonačno velikog broja jedinki koje se slobodno križaju, u odsustvu mutacije, selektivne migracije organizama različitih genotipova i pritiska prirodne selekcije, originalne frekvencije alela održavaju se iz generacije u generaciju.”
Hardy-Weinbergova jednadžba u rješavanju genetskih problema
Poznato je da je ovaj zakon primjenjiv samo za idealne populacije: dovoljno veliki broj jedinki u populaciji; populacija mora biti panmixed, kada ne postoje ograničenja u slobodnom izboru seksualnog partnera; praktično ne bi trebalo postojati mutacija osobine koja se proučava; nema priliva i odliva gena i nema prirodne selekcije.
Hardy-Weinbergov zakon je formuliran na sljedeći način:
u idealnoj populaciji, omjer frekvencija genskih alela i genotipova iz generacije u generaciju je konstantna vrijednost i odgovara jednadžbi:
p 2 +2pq + q 2 = 1
Gdje je p 2 udio homozigota za jedan od alela; p je frekvencija ovog alela; q 2 je udio homozigota za alternativni alel; q je frekvencija odgovarajućeg alela; 2pq—udio heterozigota.
Šta to znači "omjer frekvencija genskih alela" i "omjer genotipova" - konstantne vrijednosti? Koje su to vrijednosti?
Neka je učestalost pojavljivanja gena u dominantnom stanju (A) jednaka p, a učestalost recesivnog alela (a) istog gena je jednako q(moguće je i obrnuto, ili čak korištenjem jednog slova, izražavajući jednu oznaku od druge) i razumijevanjem da je zbir frekvencija dominantnih i recesivnih alela jednog gena u populaciji jednak 1, dobivamo prvu jednačinu:
1) p + q = 1
Odakle dolazi sama Hardy-Weinbergova jednadžba? Sjećate se da ćemo pri monohibridnom ukrštanju heterozigotnih organizama sa genotipovima Aa x Aa prema Mendelovom drugom zakonu, uočiti pojavu različitih genotipova u potomstvu u omjeru 1AA:2 Aa:1aa.
Pošto je učestalost pojavljivanja dominantnog alelnog gena A označena slovom p, a recesivnog alela a slovom q, zbir učestalosti pojavljivanja samih genotipova organizama (AA, 2Aa i aa) koji imaju isti alelni geni A i a će također biti jednaki 1, tada:
2) p 2 AA + 2pqAa + q 2 aa =1
U problemima populacijske genetike, u pravilu, potrebno je sljedeće:
a) pronaći učestalost pojavljivanja svakog od alelnih gena na osnovu poznatog odnosa učestalosti genotipova jedinki;
B) ili obrnuto, pronađite učestalost pojavljivanja nekog od genotipova jedinki na osnovu poznate učestalosti pojavljivanja dominantnog ili recesivnog alela osobine koja se proučava.
Dakle, zamjenom poznate vrijednosti učestalosti pojavljivanja jednog od alela gena u prvu formulu i pronalaženjem vrijednosti učestalosti pojavljivanja drugog alela, uvijek možemo koristiti Hardy-Weinbergovu jednačinu da pronađemo učestalost pojavljivanja različitih genotipova samih potomaka.
Obično se neke radnje (zbog njihove očiglednosti) odlučuju u umu. Ali da biste razjasnili ono što je već očigledno, morate dobro razumjeti koje su slovne oznake u formuli Hardy-Weinberg.
Odredbe Hardy-Weinbergovog zakona također se primjenjuju na više alela. Dakle, ako je autosomni gen predstavljen sa tri alela (A, a1 i a2), tada formule zakona poprimaju sljedeći oblik:
RA + qa1 + ra2 = 1;
P 2 AA+ q 2 a1a1 + r 2 a2a2 + 2pqAa1 + 2prAa2 + 2qra1a2 = 1.
„U populaciji iz beskonačan broj jedinki koje se slobodno ukrštaju V odsustvo mutacija, selektivna migracija organizmi sa različitim genotipovima i pritisak prirodne selekcije originalne frekvencije alela održavaju se iz generacije u generaciju.”
Pretpostavimo da je u genskom fondu populacije koja zadovoljava opisane uslove određeni gen predstavljen alelima A 1 i A 2, koji se nalaze sa frekvencijom p i q. Pošto u ovom genskom fondu nema drugih alela, onda je p + q = 1. U ovom slučaju, q = 1 - p.
Shodno tome, pojedinci date populacije formiraju p gamete sa A 1 alelom i q gamete sa A 2 alelom. Ako se ukrštanja dešavaju nasumično, tada je udio zametnih stanica koje se povezuju sa gametama A 1 jednak p, a udio zametnih stanica koje se povezuju sa gametama A 2 je q. Generaciju F 1, koja nastaje kao rezultat opisanog ciklusa reprodukcije, formiraju genotipovi A l A 1, A 1 A 2, A 2 A 2, čiji je broj koreliran kao (p + q) (p + q) = p 2 + 2pq + q 2 (sl. 10.2). Po dostizanju polne zrelosti, jedinke AlAi i ArA2 formiraju svaki po jedan tip gameta - A 1 ili A 2 - sa učestalošću proporcionalnom broju organizama navedenih genotipova (p i q). Jedinke A 1 A 2 formiraju oba tipa gameta sa jednakom frekvencijom 2pq /2.
Rice. Pravilna distribucija genotipova u nizu generacija u zavisnosti od učestalosti formiranja gameta različitih tipova (Hardy-Weinbergov zakon)
Dakle, udio gameta A 1 u generaciji F 1 će biti p 2 + 2pq/2 = p 2 + p(1-p) = p, a udio gameta A 2 će biti jednak q 2 + 2pq/2 = q 2 + + q (l -q) = q.
Budući da se frekvencije gameta sa različitim alelima u generaciji fi ne mijenjaju u odnosu na roditeljsku generaciju, generaciju F 2 će predstavljati organizmi sa genotipovima A l A 1, A 1 A 2 i A 2 A 2 u istom omjeru p 2 + 2pq + q 2 . Zahvaljujući tome, sljedeći ciklus reprodukcije će se dogoditi u prisustvu p gameta A 1 i q gameta A 2. Slični proračuni se mogu napraviti za lokuse sa bilo kojim brojem alela. Očuvanje frekvencija alela zasniva se na statističkim obrascima slučajnih događaja u velikim uzorcima.
Hardy-Weinbergova jednadžba, kao što je gore razmotreno, vrijedi za autozomne gene. Za spolno vezane gene, ravnotežne frekvencije genotipova A l A 1, A 1 A 2 i A 2 A 2 poklapaju se sa onima za autosomne gene: p 2 + 2pq + q 2. Za mužjake (u slučaju heterogametnog pola), zbog njihove hemizigotnosti, moguća su samo dva genotipa A 1 - ili A 2 - koji se reprodukuju sa frekvencijom jednakom učestalosti odgovarajućih alela kod ženki u prethodnoj generaciji: p i q. Iz toga slijedi da su fenotipovi određeni recesivnim alelima gena vezanih za kromosom X češći kod muškaraca nego kod žena.
Dakle, sa učestalošću alela hemofilije od 0,0001, ova bolest se uočava kod muškaraca ove populacije 10.000 puta češće nego kod žena (1 na 10 hiljada u prvom i 1 na 100 miliona u drugom).
Druga opća posljedica je da se u slučaju nejednakosti frekvencija alela kod muškaraca i žena razlika između frekvencija u sljedećoj generaciji prepolovi, a predznak te razlike se mijenja. Obično je potrebno nekoliko generacija da frekvencije postignu ravnotežu kod oba spola. Specificirano stanje za autozomne gene postiže se u jednoj generaciji.
Hardy-Weinbergov zakon opisuje uslove genetska stabilnost populacije. Populacija čiji se genetski fond ne mijenja tokom generacija naziva se Mendelijski. Genetska stabilnost mendelskih populacija ih stavlja izvan procesa evolucije, budući da je u takvim uslovima delovanje prirodne selekcije suspendovano. Identifikacija mendelskih populacija je od čisto teoretskog značaja. Ove populacije se ne javljaju u prirodi. Hardy-Weinbergov zakon navodi uslove koji prirodno mijenjaju genetske fondove populacija. Ovaj rezultat je vođen, na primjer, faktorima koji ograničavaju slobodno ukrštanje (panmiksija), kao što je konačan broj organizama u populaciji, izolacijske barijere koje sprječavaju slučajni odabir parova za parenje. Genetska inercija se također prevladava kroz mutacije, ulazak ili odljev jedinki s određenim genotipovima u populaciju i selekciju.
Primjeri rješenja nekih zadataka pomoću Hardy-Weinbergove jednadžbe.
Problem 1. U ljudskoj populaciji, broj osoba sa smeđim očima je 51%, a sa plavim očima - 49%. Odredite postotak dominantnih homozigota u ovoj populaciji.
Teškoća rješavanja takvih zadataka leži u njihovoj prividnoj jednostavnosti. Pošto ima tako malo podataka, rješenje bi trebalo izgledati vrlo kratko. Ispostavilo se da nije mnogo.
Prema uslovima ovakvog zadatka, obično nam se daju podaci o ukupnom broju fenotipova jedinki u populaciji. Budući da fenotipove jedinki u populaciji sa dominantnim osobinama mogu predstavljati i jedinke homozigotne za genotip AA i heterozigotne Aa, onda je za utvrđivanje učestalosti pojavljivanja bilo kojeg specifičnog genotipova jedinki u ovoj populaciji potrebno prvo izračunajte frekvencije alela gena A i a odvojeno.
Kako bismo trebali razumjeti kada rješavamo ovaj problem?
Pošto je poznato da je smeđa boja očiju dominantna nad plavom, alel odgovoran za ispoljavanje osobine smeđih očiju označićemo kao A, a alel gen odgovoran za ispoljavanje plavih očiju kao a. Tada će ljudi smeđih očiju u ispitivanoj populaciji biti ljudi i sa AA genotipom (dominantni homozigoti, čiji se udio mora pronaći prema uslovima problema) i Aa heterozigoti), a ljudi s plavim očima će biti samo aa (recesivni homozigoti).
Prema uslovima problema znamo da je broj osoba sa AA i Aa genotipovima 51%, a broj osoba sa genotipom aa je 49%. Kako, na osnovu ove statistike (trebalo bi da postoji veliki, reprezentativan uzorak), može se izračunati procenat ljudi smeđih očiju samo sa AA genotipom?
Da bismo to učinili, izračunajmo učestalost pojavljivanja svakog od alelnih gena A i a u datoj populaciji ljudi. Hardy-Weinbergov zakon, koji se primjenjuje na velike populacije koje se slobodno ukrštaju, omogućit će nam upravo to.
Označavajući učestalost pojavljivanja alela A u datoj populaciji slovom q, imamo učestalost pojavljivanja gena alela a = 1 - q. (Učestalost pojavljivanja alelnog gena a bilo bi moguće označiti posebnim slovom, kao u gornjem tekstu - ovo je pogodnije za sve). Tada će Hardy-Weinbergova formula za izračunavanje učestalosti genotipova u monohibridnim ukrštanjima s potpunom dominacijom jednog alelnog gena nad drugim izgledati ovako:
q 2 AA+ 2q(1 - q)Aa + (1 - q) 2 aa = 1.
E, sad je sve jednostavno, verovatno ste svi pogodili šta znamo u ovoj jednačini, a šta bi trebalo naći?
(1 - q) 2 = 0,49 je učestalost pojavljivanja ljudi sa plavim očima.
Pronađite vrijednost q: 1 - q = kvadratni korijen od 0,49 = 0,7; q = 1 - 0,7 = 0,3, zatim q2 = 0,09.
To znači da će učestalost homozigotnih AA smeđih očiju u ovoj populaciji biti 0,09 ili će njihov udio biti 9%.
Zadatak 2. Kod crvene djeteline kasna zrelost dominira nad ranom i nasljeđuje se monogeno. Prilikom testiranja utvrđeno je da 4% biljaka pripada ranozrelom tipu djeteline koji je udio kasnozrelih biljaka heterozigoti?
U ovom kontekstu, odobravanje znači ocjenjivanje čistoće sorte. Ali zar sorta nije čista linija, poput Mendelovih sorti graška, na primjer? Teoretski, "da", ali u praksi (polja su velika - ovo nisu eksperimentalne parcele briljantnog Mendela) u svakoj proizvodnoj sorti može postojati određena količina "smeće" genskih alela.
U ovom slučaju, kod kasnozrele sorte djeteline, da je sorta čista, bile bi prisutne samo biljke sa AA genotipom. Ali se pokazalo da sorta nije bila baš čista u vrijeme testiranja (aprobacije), jer je 4% jedinki bilo ranozrele biljke sa aa genotipom. To znači da su aleli "a" uključeni u ovu sortu.
Dakle, budući da su „ugriješene“, onda bi u ovoj sorti trebale biti i jedinke, iako po fenotipu kasno sazrele, ali heterozigotne sa Aa genotipom - da li trebamo odrediti njihov broj?
Prema uslovima problema, 4% jedinki sa genotipom aa činiće 0,04 celokupne sorte. U stvari, ovo je q 2, što znači da je učestalost pojavljivanja recesivnog alela a q = 0,2. Tada je učestalost pojavljivanja dominantnog alela A p = 1 - 0,2 = 0,8.
Otuda je broj kasnozrelih homozigota p2 = 0,64 ili 64%. Tada će broj Aa heterozigota biti 100% - 4% - 64% = 32%. Budući da je ukupan broj kasnozrelih biljaka 96%, udio heterozigota među njima će biti: 32 x 100: 96 = 33,3%.
Problem 3. Korištenje Hardy-Weinbergove formule za nepotpunu dominaciju
Ispitivanjem populacije karakulske ovce identifikovano je 729 dugouhih jedinki (AA), 111 kratkouhih (Aa) i 4 jedinke bez uha (aa). Izračunajte uočene učestalosti fenotipa, učestalosti alela i očekivane učestalosti genotipa koristeći Hardy-Weinberg formulu.
Ovo je problem nepotpune dominacije, pa se frekvencijske distribucije genotipova i fenotipova poklapaju i mogu se odrediti na osnovu dostupnih podataka. Da biste to učinili, jednostavno morate pronaći zbir svih pojedinaca populacije (jednako je 844), pronaći udio dugouhih, kratkouhih i bezuhih, prvi u procentima (86,37, 13,15 i 0,47, respektivno ) i u učestalosti (0,8637, 0,1315 i 0,00474).
Ali zadatak kaže da se primeni Hardy-Weinbergova formula za izračunavanje genotipova i fenotipova i, pored toga, da se izračunaju frekvencije alela gena A i a. Dakle, da biste izračunali frekvencije samih alela gena, ne možete bez Hardy-Weinbergove formule.
Imajte na umu da ćemo u ovom zadatku, za razliku od prethodnog, za označavanje frekvencija alelnih gena koristiti notaciju ne kao u prvom zadatku, već kao što je objašnjeno gore u tekstu. Jasno je da se rezultat neće promijeniti, ali ćete u budućnosti imati pravo koristiti bilo koju od ovih metoda notacije, koja vam se čini prikladnijom za razumijevanje i izvođenje samih proračuna.
Označimo učestalost pojavljivanja alela A u svim gametama populacije ovaca slovom p, a učestalost pojavljivanja alela a slovom q. Zapamtite da je zbir frekvencija alelnih gena p + q = 1.
Budući da prema Hardy-Weinbergovoj formuli p 2 AA + 2pqAa + q 2 aa = 1, imamo da je učestalost pojavljivanja bezušnog q2 jednaka 0,00474, onda uzimanjem kvadratnog korijena broja 0,00474 nalazimo frekvenciju pojave recesivnog alela a. To je jednako 0,06884.
Odavde možemo pronaći učestalost pojavljivanja dominantnog alela A. Ona je jednaka 1 - 0,06884 = 0,93116.
Sada, koristeći formulu, možemo ponovo izračunati učestalost pojavljivanja dugouhih (AA), bezuših (aa) i kratkouhih (Aa) jedinki. Dugouhi sa AA genotipom će imati p 2 = 0,931162 = 0,86706, bezuhi sa genotipom aa će imati q 2 = 0,00474, a kratkouhi sa genotipom Aa će imati 2pq = 0,12820. (Novo dobijeni brojevi izračunati po formuli skoro se poklapaju sa inicijalno izračunatim, što ukazuje na valjanost Hardy-Weinbergovog zakona).
Problem 4. Zašto je udio albina u populacijama tako mali
Na uzorku od 84.000 biljaka raži, pokazalo se da je 210 biljaka albino, jer... njihovi recesivni geni su u homozigotnom stanju. Odrediti frekvencije alela A i a, kao i učestalost heterozigotnih biljaka.
Označimo učestalost pojavljivanja dominantnog alelnog gena A slovom p, a učestalost recesivnog alelnog gena A slovom q. Šta nam onda Hardy-Weinbergova formula p 2 AA + 2pqAa + q 2 aa = 1 može dati za primjenu na ovaj problem?
Pošto znamo da je ukupan broj svih jedinki ove populacije raži 84.000 biljaka, a u dijelovima je to 1, tada će udio homozigotnih albino jedinki sa genotipom aa jednak q2, kojih ima samo 210 komada, biti q2 = 210: 84000 = 0,0025, zatim q = 0,05; p = 1 - q = 0,95 i zatim 2pq = 0,095.
Odgovor: frekvencija alela a - 0,05; frekvencija alela A - 0,95; učestalost heterozigotnih biljaka sa genotipom Aa biće 0,095.
Problem 5. Uzgajali smo činčila zečeve i na kraju dobili albino zečeve.
Kod zečeva boja dlake činčila (Cch gen) dominira nad albinizmom (Ca gen). CchCa heterozigoti su svijetlosive boje. Albino se pojavio među mladim činčila zečevima na farmi zečeva. Od 5.400 zečeva, ispostavilo se da su 17 albinosi. Koristeći formulu Hardy-Weinberg, odredite koliko je homozigotnih zečeva s bojom činčila dobijeno.
Mislite li da nam rezultujući uzorak od 5400 zečeva u populaciji kunića može omogućiti korištenje Hardy-Weinbergove formule? Da, uzorak je značajan, populacija je izolovana (farma zečeva) i Hardy-Weinbergova formula se zaista može primijeniti u proračunima, moramo jasno razumjeti šta nam je dato, a šta treba pronaći.
Samo radi praktičnosti dizajna, označimo genotip činčila AA (morat ćemo odrediti njihov broj), genotip albino činčila je aa, a zatim će genotip heterozigotnih sivih biti označen Aa.
Ako "zbrojite" sve zečeve različitih genotipova u proučavanoj populaciji: AA + Aa + aa, onda će to biti ukupno 5400 jedinki.
Štaviše, znamo da je bilo 17 zečeva sa aa genotipom. Kako sada, a da ne znamo koliko je bilo heterozigotnih sivih zečeva sa Aa genotipom, utvrditi koliko je činčila sa AA genotipom u ovoj populaciji?
Kao što vidimo, ovaj zadatak je skoro pa „kopija“ prvog, samo što su nam tamo dati rezultati proračuna ljudske populacije smeđookih i plavookih pojedinaca u %, ali ovdje zapravo znamo broj albino zečeva - 17 komada i sve homozigotne činčile i heterozigotni lipljeni ukupno: 5400 - 17 = 5383 komada.
Uzmimo 5400 komada svih zečeva kao 100%, onda će 5383 zeca (zbir genotipova AA i Aa) biti 99,685% ili u dijelovima biti 0,99685.
Q 2 + 2q(1 - q) = 0,99685 je učestalost pojavljivanja svih činčila, kako homozigotnih (AA) tako i heterozigotnih (Aa).
Tada iz Hardy-Weinbergove jednadžbe: q2 AA+ 2q(1 - q)Aa + (1 - q)2aa = 1, nalazimo
(1 - q) 2 = 1 - 0,99685 = 0,00315 je učestalost pojavljivanja albino zečeva sa aa genotipom. Nađite čemu je jednaka vrijednost 1 - q. Ovo je kvadratni korijen od 0,00315 = 0,056. I tada je q jednako 0,944.
Q 2 je jednak 0,891, a ovo je udio homozigotnih činčila sa AA genotipom. Budući da će ova procentualna vrijednost iznositi 89,1% od 5400 jedinki, broj homozigotnih činčila će biti 4811 komada.
Zadatak 6. Određivanje učestalosti pojavljivanja heterozigotnih jedinki na osnovu poznate učestalosti pojavljivanja recesivnih homozigota
Jedan oblik glikozurije se nasljeđuje kao autosomno recesivno svojstvo i javlja se sa učestalošću od 7:1000000. Odrediti učestalost pojavljivanja heterozigota u populaciji.
Označimo alelni gen odgovoran za ispoljavanje glikozurije a, jer se kaže da se ova bolest nasljeđuje kao recesivna osobina. Tada će alelni dominantni gen odgovoran za odsustvo bolesti biti označen sa A.
Zdrave osobe u ljudskoj populaciji imaju genotipove AA i Aa; bolesne osobe imaju samo aa genotip.
Označimo učestalost pojavljivanja recesivnog alela a slovom q, a učestalost dominantnog alela A slovom p.
Pošto znamo da je učestalost pojavljivanja oboljelih osoba sa aa genotipom (što znači q 2) 0,000007, onda je q = 0,00264575
Kako je p + q = 1, onda je p = 1 - q = 0,9973543, a p2 = 0,9947155
Sada zamjenjujemo vrijednosti p i q u formulu:
P2AA + 2pqAa + q2aa = 1,
Nađimo učestalost pojavljivanja heterozigotnih 2pq jedinki u ljudskoj populaciji:
2pq = 1 - p 2 - q 2 = 1 - 0,9947155 - 0,000007 = 0,0052775.
Zadatak 7. Kao i prethodni zadatak, ali o albinizmu
Opšti albinizam (mliječnobijela boja kože, nedostatak melanina u koži, folikulima dlake i epitelu retine) nasljeđuje se kao recesivna autozomna osobina. Bolest se javlja sa učestalošću od 1:20 000 (K. Stern, 1965). Odredite postotak heterozigotnih nosilaca gena.
Budući da je ova osobina recesivna, bolesni organizmi će imati aa genotip - njihova učestalost je 1:20.000 ili 0.00005.
Učestalost alela a će biti kvadratni korijen ovog broja, odnosno 0,0071. Učestalost alela A biće 1 - 0,0071 = 0,9929, a učestalost zdravih AA homozigota će biti 0,9859.
Učestalost svih heterozigota 2Aa = 1 - (AA + aa) = 0,014 ili 1,4%.
Problem 8. Sve izgleda tako jednostavno kada znate kako to riješiti
Prema sistemu Rh krvnih grupa, evropska populacija sadrži 85% Rh pozitivnih osoba. Odrediti zasićenost populacije recesivnim alelom.
Znamo da je alelni gen odgovoran za ispoljavanje Rh pozitivne krvi dominantan R (označimo njegovu učestalost pojavljivanja slovom p), a Rh negativan je recesivan r (označimo njegovu učestalost pojavljivanja slovom q).
Pošto problem kaže da p 2 RR + 2pqRr čini 85% ljudi, to znači da će Rh-negativni fenotipovi q 2 rr činiti 15% ili će njihova učestalost pojavljivanja biti 0,15 svih ljudi u evropskoj populaciji.
Tada će učestalost pojavljivanja alela r ili “zasićenja populacije recesivnim alelom” (označena slovom q) biti kvadratni korijen od 0,15 = 0,39 ili 39%.
Zadatak 9. Glavna stvar je znati šta je penetracija
Kongenitalna dislokacija kuka dominantno se nasljeđuje. Prosječna penetracija je 25%. Bolest se javlja sa učestalošću od 6:10.000. Odredite broj homozigotnih jedinki u populaciji za recesivnu osobinu.
Penetracija je kvantitativni pokazatelj fenotipske varijabilnosti ekspresije gena.
Penetranca se mjeri kao postotak broja jedinki kod kojih se dati gen manifestirao u fenotipu prema ukupnom broju jedinki u čijem je genotipu ovaj gen prisutan u stanju potrebnom za njegovu manifestaciju (homozigot u slučaju recesivnih gena ili heterozigotni u slučaju dominantnih gena). Manifestacija gena kod 100% osoba sa odgovarajućim genotipom naziva se potpuna penetracija, au drugim slučajevima - nepotpuna penetracija.
Dominantni alel je odgovoran za osobinu koja se proučava, označimo je A. To znači da organizmi sa ovom bolešću imaju genotipove AA i Aa.
Poznato je da se fenotipski iščašenje kuka otkriva kod 6 organizama od ukupne populacije (10.000 pregledanih), ali to je samo jedna četvrtina svih ljudi koji stvarno imaju genotipove AA i Aa (pošto se kaže da je penetrantnost 25%) .
To znači da u stvari ima 4 puta više osoba sa genotipovima AA i Aa, odnosno 24 od 10.000 ili 0,0024. Tada će biti 1 - 0,0024 = 0,9976 osoba sa genotipom aa, ili 9976 osoba od 10.000.
Problem 10. Ako se samo muškarci razbole
Giht se javlja kod 2% ljudi i uzrokovan je autosomno dominantnim genom. Kod žena se gen gihta ne manifestira kod muškaraca, njegova penetracija je 20% (V.P. Efroimson, 1968). Odredite genetsku strukturu populacije na osnovu analiziranog svojstva na osnovu ovih podataka.
Pošto se giht otkriva kod 2% muškaraca, odnosno kod 2 osobe od 100 sa penetracijom od 20%, onda je 5 puta više muškaraca, odnosno 10 osoba od 100, zapravo nosioci gena za giht.
Ali, pošto muškarci čine samo polovinu populacije, onda će ukupno od 100 osoba u populaciji biti 5 osoba sa genotipovima AA + 2Aa, što znači da će 95 od 100 imati genotip aa.
Ako je učestalost pojavljivanja organizama sa genotipovima aa 0,95, tada je učestalost pojavljivanja recesivnog alela a u ovoj populaciji jednaka kvadratnom korijenu od 0,95 = 0,975. Tada je učestalost pojavljivanja dominantnog alela “A” u ovoj populaciji 1 - 0,975 = 0,005.
Zadatak 11. Koliko je malo ljudi otporno na HIV infekciju
Otpornost na HIV infekciju povezana je s prisustvom određenih recesivnih gena u genotipu, na primjer, CCR i SRF. Učestalost recesivnog alela CCR-5 u ruskoj populaciji je 0,25%, a alela SRF 0,05%. U kazahstanskoj populaciji, učestalost ovih alela je 0,12%, odnosno 0,1%. Izračunajte učestalost organizama koji imaju povećanu otpornost na HIV infekciju u svakoj populaciji.
Jasno je da će samo homozigotni organizmi sa aa genotipovima imati povećanu otpornost na HIV infekciju. Organizmi sa genotipovima AA (homozigoti) ili Aa (heterozigoti) nisu otporni na HIV infekciju.
U ruskoj populaciji rezistentnih organizama, CCR alelni gen će biti O,25% na kvadrat = 0,0625%, a SRF alelni gen će biti 0,05% na kvadrat = 0,0025%.
U kazahstanskoj populaciji rezistentnih organizama, CCR alelni gen će biti O,12% na kvadrat = 0,0144%, a SRF alelni gen će biti 0,1% na kvadrat = 0,01%.
Populaciona genetika
Rješavanje tipičnih problema
Problem 1 . Južnoamerička džungla je dom aboridžinskog stanovništva od 127 ljudi (uključujući djecu). Učestalost krvne grupe M je 64%. Da li je moguće izračunati učestalost krvne grupe N i MN u ovoj populaciji?
Rješenje . Za malu populaciju ne može se primijeniti matematički izraz Hardy-Weinbergovog zakona, pa je nemoguće izračunati frekvencije gena.
Zadatak 2. Tay-Sachsova bolest, uzrokovana autosomno recesivnim genom, je neizlječiva; ljudi koji pate od ove bolesti umiru u djetinjstvu. U jednoj velikoj populaciji stopa nataliteta oboljele djece je 1:5000. Hoće li se koncentracija patološkog gena i učestalost ove bolesti promijeniti u sljedećoj generaciji ove populacije?
Rješenje
|
Potpiši |
Gene |
Genotip |
|
Tay-Sachsova bolest |
ahh |
|
|
Norm |
Pravimo matematičku notaciju Hardy-Weinbergovog zakona
p + q - 1, p 2 .+ 2 pq + q 2 = 1.
p učestalost pojavljivanja gena A;
q učestalost pojavljivanja gena a;
p 2 učestalost pojavljivanja dominantnih homozigota
(AA);
2 pq učestalost pojavljivanja heterozigota (Aa);
q 2 učestalost pojave recesivnih homozigota (aa).
Iz uslova problema, prema Hardy-Weinbergovoj formuli, znamo učestalost pojavljivanja bolesne djece (aa), tj. q 2 = 1/5000.
Gen koji uzrokuje ovu bolest preći će na narednu generaciju samo od heterozigotnih roditelja, pa je potrebno pronaći učestalost pojavljivanja heterozigota (Aa), tj. 2 pq.
q = 1/71, p = l - q - 70/71, 2 pq = 0,028.
Određujemo koncentraciju gena u sljedećoj generaciji. Biće u 50% gameta heterozigota, njegova koncentracija u genskom fondu je oko 0,014. Verovatnoća da ćete imati bolesnu decu q 2 = 0,000196, ili 0,98 na 5000 stanovnika. Dakle, koncentracija patološkog gena i učestalost ove bolesti u sljedećoj generaciji ove populacije se praktično neće promijeniti (smanjenje je beznačajno).
Zadatak 3. Kongenitalna dislokacija kuka se dominantno nasljeđuje, prosječna penetracija gena je 25%. Bolest se javlja sa učestalošću od 6:10000 (V.P. Efroimson, 1968). Odredite broj homozigotnih jedinki za recesivni gen.
Rješenje . Uvjet problema formuliramo u obliku tabele:
|
Potpiši |
Gene |
Genotip |
|
Norm |
ahh |
|
|
Iščašenje kuka |
Dakle, iz uslova problema, prema Hardy-Weinbergovoj formuli, znamo učestalost pojavljivanja genotipova AA i Aa, tj. 2 + 2 pq . Potrebno je pronaći učestalost pojavljivanja genotipa aa, tj. q2.
Iz formule p 2 - t - 2 pq + q 2 = l jasno je da je broj jedinki homozigotnih za recesivni gen (aa) q 2 = 1 (p 2 + 2 pq ). Međutim, broj pacijenata naveden u problemu (6:10.000) nije p 2 + 2 pq , ali samo 25% su nosioci gena A, ali pravi broj ljudi koji imaju ovaj gen je četiri puta veći, odnosno 24:10.000, dakle, str 2 + 2 pq = 24:10 000. Tada je q 2 (broj
pojedinaca homozigotnih za recesivni gen) je 9976:10,000.
Problem 4 . Kidd sistem krvnih grupa određen je alelnim genima Ik a i Ik in . Gene Ik a je dominantan gen Ik in a pojedinci koji ga imaju su Kidd pozitivni. Frekvencija gena Ik a među stanovništvom Krakova je 0,458 (W. Socha, 1970).
Učestalost Kidd pozitivnih ljudi među crncima je 80%. (K. Stern, 1965). Odredite genetsku strukturu stanovništva Krakova i crnaca prema Kidd sistemu.
Rješenje . Uvjet problema formuliramo u obliku tabele:
|
Potpiši |
Gene |
Genotip |
|
Kidz pozitivna krv |
Ik α |
lk α lk α ;lk β lk β . |
|
Kidd negativna krv |
Ik β |
Ik β Ik β |
Napravimo matematičku notaciju Hardy-Weinbergovog zakona: - p + q = I, p 2 + 2 pq + q 2 = 1.
frekvencija p gena Ik α ;
q frekvencija gena Ik β ; . p 2 učestalost pojavljivanja dominantnih homozigota ( Ik α lk α );
2 pq učestalost pojavljivanja heterozigota ( Ik α Ik β );
q 2 učestalost pojave recesivnih homozigota ( Ik β Ik β ).
Dakle, iz uslova problema, prema formuli Hardy-Weinberg, znamo učestalost pojavljivanja dominantnog gena u populaciji Krakova p = 0,458 (45,8%). Pronađite učestalost pojavljivanja recesivnog gena: q = 1 0,458 = 0,542 (54,2%). Izračunavamo genetsku strukturu populacije Krakova: učestalost pojavljivanja dominantnih homozigota str 2 = 0,2098 (20,98%); učestalost pojavljivanja heterozigota 2 pq = 0,4965 (49,65%); učestalost pojavljivanja recesivnih homozigota Q2 = 0,2937 (29,37%).
Za crnce, iz uslova problema, znamo učestalost pojavljivanja dominantnih homozigota i heterozigota (sa
dominantni znak), tj. R 2 +2 pq =0,8. Prema Hardy-Weinbergovoj formuli nalazimo učestalost pojavljivanja recesivnih homozigota ( Ik β Ik β ): q 2 =1r 2 +2 pq =0,2 (20%). Sada određujemo frekvenciju recesivnog gena Ik β : q =0,45 (45%). Pronalaženje učestalosti pojavljivanja gena Ik α : p=1-0,45=0,55 (55%); učestalost pojavljivanja dominantnih homozigota ( Ik α Ik α ): r 2 = 0,3 (30%); učestalost pojavljivanja heterozigota ( Ik α Ik β ): 2 pq = 0,495 (49,5%).
ZADACI SAMOKONTROLE
Problem 1 . Djeca sa fenilketonurijom rađaju se sa učestalošću od 1:10 000 novorođenčadi. Odredite postotak heterozigotnih nosilaca gena.
Problem 2 . Opšti albinizam (mliječnobijela boja kože, nedostatak melanina u koži, folikulima dlake i epitelu retine) nasljeđuje se kao recesivna autozomna osobina. Bolest se javlja sa učestalošću od 1:20 000 (K. Stern, 1965). Odredite postotak heterozigotnih nosilaca gena.
Problem 3 . Nasljedna methemoglobinemija, autosomno recesivna osobina, javlja se kod Aljaskih Eskima sa učestalošću od 0,09%. Odredite genetsku strukturu populacije za ovu osobinu.
Problem 4 . Ljudi sa krvnom grupom N čine 16% ukrajinske populacije. Odrediti učestalost grupa M i MN.
Problem 5 . Papuanci imaju učestalost N krvne grupe od 81%. Odrediti učestalost grupa M i MN u ovoj populaciji.
Zadatak 6. Tokom istraživanja stanovništva južne Poljske, pronađene su osobe sa krvnim grupama: M 11163, MN 15267, N 5134. Odredite učestalost gena L N i L M među stanovništvom južne Poljske.
Problem 7 . Incidencija gihta je 2%; uzrokovan je dominantnim autozomnim genom. Prema nekim podacima (V.P. Efroimson, 1968), penetracija gena za giht kod muškaraca je 20%, a kod žena 0%.
Odredite genetsku strukturu populacije na osnovu analiziranog svojstva.
Zadatak 8. U Sjedinjenim Državama, oko 30% stanovništva percipira gorak okus feniltiouree (PTC), dok 70% ne osjeća. Sposobnost okusa FTC-a određena je recesivnim genom a. Odredite učestalost alela A i a u ovoj populaciji.
Problem 9 . Jedan od oblika fruktozurije se nasljeđuje kao autosomno recesivno svojstvo i javlja se sa učestalošću od 7:1 000 000 (V.P. Efroimson, 1968). Odredite učestalost heterozigota u populaciji.
Problem 10. Odredite učestalost pojavljivanja albina u velikoj afričkoj populaciji, gdje je koncentracija patološkog recesivnog gena 10%.
Problem 11. Aniridija (odsustvo šarenice) se nasljeđuje kao autosomno dominantna osobina i javlja se sa učestalošću od 1:10 000 (V.P. Efroimson, 1968). Odredite učestalost heterozigota u populaciji.
Problem 12 . Esencijalna pentozurija (izlučivanje urinom L -ksiluloza) se nasljeđuje kao autosomno recesivno svojstvo i javlja se sa učestalošću od 1:50 000 (L.O. Badalyan, 1971). Odrediti učestalost pojavljivanja dominantnih homozigota u populaciji.
Problem 13. Alkaptonurija (izlučivanje homogentizinske kiseline urinom, bojenje hrskavičnog tkiva, razvoj artritisa) nasljeđuje se kao autosomno recesivna osobina sa učestalošću 1:100 000 (V.P. Efroimson, 1968). Odredite učestalost heterozigota u populaciji.
Problem 14 . Krvne grupe prema M i N antigen sistemu (M, MN, N ) određuju kodominantni geni L N i L M . Frekvencija gena L M među bijelim stanovništvom SAD-a iznosi 54%, među Indijancima 78%, među Eskimima Grenlanda 91%, među australskim aboridžinima 18%. Odredite učestalost pojavljivanja krvnih grupa MN u svakoj od ovih populacija.
Problem 15 . Jedno zrno pšenice, heterozigotno za gen A, slučajno je palo na pusto ostrvo i dalo je početak nizu generacija koje su se razmnožavale samooprašivanjem. Koliki će biti udio heterozigotnih biljaka među predstavnicima prve, druge, treće; četvrte generacije, ako osobina određena genom ne utiče na opstanak biljaka i njihovu reprodukciju?
Problem 16 . Albinizam u raži se nasljeđuje kao autosomno recesivna osobina. Na istraživanom području među 84.000 biljaka pronađeno je 210 albina. Odredite učestalost pojavljivanja gena za albinizam u raži.
Problem 17 . Na jednom od ostrva ustrijeljeno je 10.000 lisica. Pokazalo se da je njih 9991 crveno (dominantna osobina), a 9 jedinki bijele (recesivno svojstvo). Odrediti učestalost pojavljivanja genotipova homozigotne crvene lisice, heterozigotne crvene i bijele lisice u ovoj populaciji.
Problem 18. U velikoj populaciji, učestalost gena za sljepoću za boje (recesivna, povezana s X -hromozomska osobina) kod muškaraca je 0,08. Odrediti učestalost pojavljivanja genotipova dominantnih homozigota, heterozigota i recesivnih homozigota kod žena ove populacije.
Problem 19 . Kod kratkorogog goveda, boja se nasljeđuje kao autosomna osobina s nepotpunom dominacijom: hibridi ukrštanja crvenih i bijelih životinja imaju crnu boju. Near N , koja je specijalizovana za uzgoj kratkoroga, registrovala je 4.169 crvenih, 3.780 crnih i 756 bijelih. Odredite učestalost gena koji određuju crvenu i bijelu boju stoke u datom području.
- HUMAN GENETICS
RJEŠAVANJE TIPIČNIH PROBLEMA
Zadatak 1. Definirajte tip nasljeđivanja
Rješenje. Ova osobina se javlja u svakoj generaciji. Ovo odmah isključuje recesivni tip nasljeđivanja. Budući da se ova osobina javlja i kod muškaraca i kod žena, to isključuje holandski tip nasljeđivanja. Ovo ostavlja dva moguća načina nasljeđivanja: autosomno dominantni i spolno vezani dominantni, koji su vrlo slični. U muškarcu II 3 imaju ćerke sa ovom osobinom ( III 1, III 5, III 7), i bez njega ( III -3), što isključuje spolno vezan dominantan tip nasljeđivanja. To znači da ovaj pedigre ima autosomno dominantni tip nasljeđivanja.
Problem 2 
Rješenje. Ova osobina se ne javlja u svakoj generaciji. Ovo isključuje dominantni tip nasljeđivanja. Budući da se ova osobina javlja i kod muškaraca i kod žena, to isključuje holandski tip nasljeđivanja. Da bi se isključio spolno vezan recesivni tip nasljeđivanja, potrebno je razmotriti šemu braka Š3 i III 4 (znak se ne javlja kod muškaraca i žena). Ako pretpostavimo da je genotip muškarca X A Y , a genotip žene je X A X a , ne mogu imati kćer sa ovom osobinom (X a X a ), au ovom rodovniku se nalazi kćerka sa ovom osobinom IV -2. Uzimajući u obzir pojavu osobine podjednako kod muškaraca i žena i slučaj krvnog braka, možemo zaključiti da se u ovom pedigreu javlja autosomno recesivni tip nasljeđivanja.
Zadatak 3. Konkordancija monozigotnih blizanaca po tjelesnoj težini je 80%, a dvozigotnih 30%. Kakav je odnos između nasljednih i okolišnih faktora u formiranju osobine?
Rješenje. Koristeći Holzingerovu formulu, izračunavamo koeficijent heritabilnosti:
KMB%-KDB%
100%-KDB%
N =
80% - 30%
100%-30%
Pošto je koeficijent heritabilnosti 0,71, genotip igra važnu ulogu u formiranju osobine.
ZADACI SAMOKONTROLE
Problem 1 . Odredite vrstu nasljeđivanja.
Problem 2 . Odredite vrstu nasljeđivanja.
Problem 3 . Odredite vrstu nasljeđivanja.
Zadatak 4. Krvne grupe prema ABO sistemu kod monozigota
U 100% slučajeva identični blizanci se poklapaju, a u 40% dizigotnih blizanaca. Šta određuje koeficijent heritabilnosti - okruženje ili nasljeđe?
Problem 5 . Rahitis otporan na vitamine D (hipofosfatemija) je nasljedna bolest uzrokovana dominantnim genom lokaliziranim na X kromosomu. U porodici u kojoj otac boluje od ove bolesti, a majka je zdrava, ima 3 ćerke i 3 sina. Koliko bi njih moglo biti bolesno?
Zadatak 6. Da li je sastav proteina isti kod dva monozigotna blizanca ako nema mutacija u njihovim ćelijama?
Zadatak 7. Koje od sljedećih karakteristika karakterišu autosomno dominantni tip nasljeđivanja: a) bolest je podjednako česta kod žena i muškaraca; b) bolest se prenosi sa roditelja na djecu u svakoj generaciji; c) bolestan otac ima sve kćeri bolesne; d) sin nikada ne nasljeđuje bolest od oca; d) da li su roditelji bolesnog djeteta zdravi?
Zadatak 8. Koje od sljedećih karakteristika karakterišu autosomno recesivni tip nasljeđivanja: a) bolest je podjednako česta kod žena i muškaraca; b) bolest se prenosi sa roditelja na djecu u svakoj generaciji; c) bolestan otac ima sve kćeri bolesne; d) roditelji su krvni srodnici; d) da li su roditelji bolesnog djeteta zdravi?
Problem 9 . Koje od sljedećih karakteristika karakterišu dominantni, X-vezani tip nasljeđivanja: a) bolest je podjednako česta kod žena i muškaraca; b) bolest se prenosi sa roditelja na djecu u svakoj generaciji; c) bolestan otac ima sve kćeri bolesne; d) sin nikada ne nasljeđuje bolest od oca; e) ako je majka bolesna, onda je, bez obzira na pol, vjerovatnoća da ćete imati bolesno dijete 50%?
Niko ne može biti zaštićen od rođenja bolesnog djeteta. Ovo je veliki udarac ne samo za roditelje, već i za medicinsko osoblje. Ovo posebno vrijedi za patologije koje se ne mogu spriječiti ili spriječiti. Ahondroplazija je jedna od ovih bolesti.
Ahondroplazija je genetska bolest čija su glavna karakteristika kratki udovi, a dužina tijela ostaje normalna. Prosječna visina pacijenta je 130 centimetara, au nekim slučajevima i manje. Kičma takvog pacijenta ima zakrivljen oblik, glava je velika, a prednji tuberkuli značajno strše.
Učestalost patologije među svim novorođenčadima je 1:10 000, i to češće pogađa djevojčice nego dječake.
Ova patologija se ne može izliječiti, a metode za potpuno obnavljanje rasta trenutno su nepoznate. Sve metode terapije usmjerene su na smanjenje svih negativnih manifestacija bolesti na minimum.
Uzroci
U središtu ove patologije su problemi u procesima formiranja kostiju zbog genetskog neuspjeha u formiranju epifizne hrskavice. Ćelije zone rasta su raspoređene nasumično, što izaziva poremećaj normalnog okoštavanja, a rast pacijenta usporava.
U ovom procesu učestvuju samo one kosti koje rastu prema enhondralnom tipu. Budući da su kosti koje se nalaze u predjelu svoda lubanje formirane od vezivnog tkiva, rastu u skladu sa godinama i to izaziva neravnotežu proporcija i formiranje specifičnog oblika lubanje pacijenta.
Simptomi
Anatomske abnormalnosti postaju uočljive nakon rođenja bebe. Doktori primjećuju takve vanjske manifestacije kod novorođenčeta kao:
- glava velike zapremine;
- udovi su veoma kratki.
Na glavi bebe je jasno vidljivo da čelo ima konveksan oblik, a potiljačne i parijetalne izbočine strše. U nekim slučajevima dijagnosticira se hidrocefalus. Očne jabučice su duboko postavljene, a razmak između njih je širok. Oblik nosa je sedlast, a gornji dio je širok. Čelo, kao i gornja vilica, ima izbočenje prema naprijed.
Ruke i noge pacijenata sa ahondroplazijom se skraćuju na račun kukova i ramena. Doktori primjećuju da ruke novorođenčeta mogu doseći samo pupak. Telo bebe je normalnog razvoja, nema promena na grudima, stomak je izbočen napred.
Djeca s dijagnozom ahondroplazije imaju veću vjerovatnoću od druge djece da dožive iznenadnu smrt u snu. Ljekari to objašnjavaju time da su kod takvih pacijenata duguljasta moždina i gornji dio kičmene moždine komprimirani zbog malog promjera rupe u okcipitalnoj regiji.
U prve dvije godine života kod djeteta se javlja kifoza u cervikotorakalnoj regiji, koja može nestati nakon što dijete počne hodati. Sva djeca s ahondroplazijom imaju zastoj u fizičkom razvoju, ali mentalni i intelektualni razvoj ne trpi.
Kako pacijent stari, počinje se formirati ravna stopala, a zglobovi koljena gube stabilnost. Odrasle žene dostižu visinu od 124 centimetra, a muškarci - 131 centimetar. Vrijedi napomenuti da je većina pacijenata s ovom dijagnozom sklona debljanju i pretilosti.
Dijagnostika
Budući da izgled pacijenta ima karakteristične karakteristike, liječnicima nije teško postaviti dijagnozu. Sva djeca trebaju biti pregledana kako bi se procijenila težina patologije, a dobijeni podaci se trebaju zapisati u zbirnu tabelu. Važno je da ga redovno popunjavate, a rezultati se upoređuju sa normativnim podacima razvijenim za pacijente sa ahondroplazijom.
Također je važno provesti istraživanja na različitim organima. U tu svrhu su uključeni sljedeći stručnjaci:
- neurohirurg (preporučuje MRI i CT);
- otorinolaringolog;
- pulmolog
Svaki pacijent je dužan da lekaru donese rezultate rendgenskog snimka, na osnovu kojih lekar može potvrditi ili opovrgnuti dijagnozu.
Rendgenski snimak pacijenta s anamnezom ahondroplazije otkriva kršenje proporcija između dijelova lubanje kao što su facijalni i cerebralni. Rupa na potiljku ima smanjen promjer, a veličina donje vilice i kosti svoda lubanje je veća nego kod zdravih pacijenata.
Rendgenski snimak grudnog koša pokazuje da je grudna kost zakrivljena, a rebra zadebljana i deformisana. U nekim slučajevima utvrđuje se odsustvo normalnog anatomskog savijanja klavikule.
Bolesnikova kičma ne pokazuje posebne promjene na slici, ali su njene fiziološke krivine slabo izražene, što može dovesti do razvoja lumbalne hiperlordoze.
Rendgen zdjelice pokazuje promijenjen oblik krila ilijake. Pravougaona je, rasklopljena i znatno skraćena.
Uzimajući rendgenske snimke zgloba, doktori mogu utvrditi produženje fibule, deformitet i nekongruenciju.
Tretman
Do danas u ortopediji ne postoje metode za potpuno izlječenje pacijenata od ahondroplazije. Sprovedene su kliničke studije o upotrebi hormona rasta, ali ova metoda nije dokazala svoju efikasnost.
- koristite posebne ortopedske cipele;
- baviti se fizikalnom terapijom;
- pohađati kurs masaže;
- Smršati.
Ako su pacijentove ruke i noge jako deformirane, a kanal kičmene moždine sužen, preporučuje se operacija. Kako bi ispravili deformitet, liječnici rade osteotomiju, a po potrebi i laminektomiju za otklanjanje suženja.
U slučaju produženja nogu radi povećanja visine, hirurška intervencija se izvodi poprečno u nekoliko faza. To znači da se u prvoj fazi operiše natkoljenica desne noge i potkoljenica lijeve, a u drugoj - obrnuto.
Tokom cijelog trajanja operacije dijete može narasti do 28 centimetara. Terapija počinje sa 4 godine života. U tom periodu sprovode se prve tri faze intervencije. Rehabilitacija nakon svake operacije je oko 5 mjeseci, a razmak između manipulacija ne smije biti manji od 2-3 mjeseca.
Za ponovljene faze, dijete se poziva u dobi od 14-15 godina. Tokom ovog perioda, tinejdžer mora ponovo proći kroz sve faze bolnih zahvata.
Povećanje visine (video)