Achondroplázia je najčastejšia vrodená chyba, ktorá sa vyznačuje abnormálnymi telesnými proporciami: ľudia trpiaci týmto ochorením majú príznaky relatívnej makrocefálie (čelo vyčnieva dopredu a chrbát nosa je plochý), ruky a nohy sú veľmi krátke, zatiaľ čo nohy a chrbtica sú deformované, ramená a bedrá, kosti sú skrátené viac ako polomery a trup má takmer normálnu veľkosť.
Niekedy je veľká hlava odrazom hydrocefalu - prítomnosti prebytočnej tekutiny v mozgu - a vyžaduje chirurgickú intervenciu. Dlane pacientov s achondropláziou sú malé s krátkymi, hrubými prstami. Medzi prostredníkom a prstenníkom (trojzubec) je určitá vzdialenosť. Vo väčšine prípadov majú ľudia po dosiahnutí dospelosti výšku najviac 120 - 130 cm.
Čo to je?
Achondroplázia je genetické ochorenie, ktoré vedie k narušeniu rastu kostí. Toto je jeden z najbežnejších typov trpaslíkov. Je možné posúdiť, či má dieťa túto patológiu už od narodenia.
Patogenéza a genetika
Achondroplázia je spôsobená mutáciami v géne FGFR3 a nachádza sa na štvrtom chromozóme. Zároveň je inhibovaný rast chrupavky. FGFR3 kóduje proteín nazývaný fibroblastový rastový faktor 3. Tento proteín je zodpovedný za rast kostí v tele. Pri achondroplázii FGFR3 nemôže správne fungovať a rast kostí a chrupaviek sa spomaľuje. To má za následok krátke kosti, abnormálny tvar kostí a nízky vzrast.
FGFR3 je transmembránový tyrozínkinázový receptor, ktorý sa viaže na FGF. Väzba FGF na extracelulárnu oblasť FGFR3 aktivuje intracelulárnu doménu receptora a spúšťa signálnu sekvenciu. V endochondrálnej kosti aktivácia FGFR3 inhibuje proliferáciu chondrocytov v rastovej platničke, čím pomáha koordinovať rast a diferenciáciu chondrocytov s rastom a diferenciáciou kostných progenitorových buniek.
Mutácie FGFR3 spojené s achondropláziou sú mutácie so ziskom funkcie, ktoré spôsobujú aktiváciu proteínu FGFR3 nezávislú od ligandu. Táto konštantná upregulácia proteínu FGFR3 nesprávne inhibuje proliferáciu chondrocytov v rastovej platni a vedie ku skráteniu dlhých kostí, ako aj k abnormálnej tvorbe iných kostí.
Guanín na pozícii 1138 v géne FGFR3 je jedným z najviac mutabilných nukleotidov identifikovaných vo všetkých ľudských génoch. Mutácia tohto nukleotidu sa vyskytuje takmer v 100 % prípadov achondroplázie; viac ako 80 % pacientov má novú mutáciu. Nové guanínové mutácie na pozícii 1138 génu FGFR3 sa vyskytujú výlučne v otcovských zárodočných bunkách a ich frekvencia sa zvyšuje s vekom otca (> 35 rokov).
Príznaky achondroplázie
Ihneď po narodení môžete zistiť najzreteľnejšie príznaky achondroplázie u novorodenca:
- Hlboké umiestnenie očných dráh,
- Prítomnosť ďalších záhybov na vnútorných rohoch očí,
- sedlovitý sploštený tvar nosa,
- Zväčšená hlava
- Konvexné čelo
- Znateľne vyčnievajúce parietálne a okcipitálne tuberkulózy,
- Široko posadené oči
- hydrocefalus,
- Silné vyčnievanie zadku v dôsledku zadnej polohy panvy,
- Malá hruď
- Zväčšené mandle,
- Problémy s dýchaním
- Porušenie svalového tonusu,
- Výrazné vyčnievanie hornej čeľuste,
- Vysoká obloha
- Hrubý jazyk
- Krátke ruky a nohy dieťaťa,
- Široké dlane a chodidlá s krátkymi prstami,
- Zaostalý fyzický vývoj
- Možný torticollis
- Poruchy sluchu a zraku.
Ako rastú, všetky tieto príznaky postupujú, čo vedie k viacerým komplikáciám, z ktorých mnohé môžu byť smrteľné.
Diagnóza achondroplázie
Na posúdenie stavu orgánov a systémov sa vykonáva komplexné vyšetrenie. Na vylúčenie hydrocefalu u detí s achondropláziou sa vykonávajú MRI a CT vyšetrenia mozgu.
- Pri rádiografii lebky u pacientov s achondropláziou dochádza k disproporcii medzi mozgom a tvárovými časťami, zmenšuje sa foramen magnum, zväčšujú sa kosti lebečnej klenby a dolnej čeľuste. Turecké sedlo je charakteristicky topánkovité a ploché, základňa je predĺžená.
- Röntgenové snímky chrbtice zvyčajne neodhalia hrubé zmeny. Fyziologické krivky sú menej výrazné ako normálne.
- RTG hrudníka je zvyčajne nezmenené, v niektorých prípadoch hrudná kosť vyčnieva dopredu a je mierne zakrivená. Možné sú deformácie a zhrubnutie rebier. Niekedy chýbajú anatomické ohyby kľúčnej kosti.
- Röntgenové snímky tubulárnych kostí odhalia skrátenie, zriedenie diafýz, rozšírenie pohárika a zhrubnutie metafýz.
- Röntgenové snímky kĺbov odhalia deformáciu kĺbových plôch, narušenie tvaru epifýz a rozšírenie kĺbových priestorov.
- Röntgenová snímka panvy odhaľuje zmeny veľkosti a tvaru krídel iliakálnych kostí. Určuje sa horizontálne umiestnenie strechy acetabula.
Stanovenie diagnózy spravidla nespôsobuje ťažkosti v dôsledku charakteristického vzhľadu a proporcií tela pacienta.
Achondroplázia - liečba
Účinná liečba achondroplázie nie je v súčasnosti možná. Lekári môžu len minimalizovať následky na zlepšenie kvality života pacientov.
V detstve sa pre takéto deti vykonáva konzervatívna terapia - masáž, fyzikálna terapia. To pomáha spevniť svalový korzet a zabrániť vážnej deformácii dolných končatín. Pacientom sa odporúča nosiť špeciálnu obuv, ktorá znižuje tlak na kosti. Dôležité je aj dodržiavanie diéty, aby ste sa vyhli zaťažovaniu kostry nadbytočnými kilami. Chyby v oblasti čeľuste sa korigujú nosením špeciálnych platničiek.
Existujú prípady, keď je hormonálna terapia predpísaná v detstve, čo pomáha mierne kompenzovať nedostatok rastu. U dospelých sa hormonálna terapia nepoužíva. Ak sa rodičia rozhodnú problém riešiť chirurgicky, potom je potrebné kontaktovať špecializovanú ambulanciu, ktorá má dostatočné skúsenosti s vykonávaním takýchto operácií.
- Operácia sa vykonáva, ak ochorenie spôsobuje pacientovi zjavné nepohodlie. Jednoznačné rozhodnutie v prospech operácie je vtedy, keď hrozí zovretie miechy, kyfóza strednej časti chrbta alebo noha v tvare „o“.
- Je tiež možné predĺžiť kosti, pre ktoré sa postupne vykonáva niekoľko chirurgických zákrokov. Vo veku štyroch až šiestich rokov deti podstupujú operáciu na predĺženie nôh (až do šiestich cm), bokov (asi do siedmich až ôsmich cm) a ramien (možno až do piatich centimetrov). Trvanie takýchto etáp je asi päť mesiacov s prestávkou dva až tri mesiace. Ďalšia séria intervencií sa vykonáva vo veku štrnásť až pätnásť rokov. Tu pacient tiež prechádza tromi štádiami, očakávaný výsledok je rovnaký ako prvýkrát.
Takéto akcie však úplne neodstraňujú chorobu a jej príznaky, pretože pri nízkej postave, predĺžení kostí až o desať centimetrov nevyzerajú pacienti ako obyčajní ľudia. Okrem toho nie všetci pacienti sú pripravení podstúpiť sériu operácií a bolestivé rehabilitačné obdobia.
Dedičnosť achondroplázie
Pre zdravých rodičov dieťaťa s achondropláziou je riziko recidívy u budúcich detí nízke, ale pravdepodobne o niečo vyššie ako u bežnej populácie, keďže bola dokázaná možnosť sexuálnej mozaiky, aj keď je pri achondroplázii extrémne zriedkavá.
V manželstve, kde jeden partner má achondropláziu, je riziko recidívy u každého dieťaťa 50 %, keďže achondroplázia je autozomálne dominantné ochorenie s úplnou penetráciou. V manželstve dvoch postihnutých jedincov má každé dieťa 50 % riziko, že bude mať achondropláziu, 25 % riziko smrteľnej homozygotnej achondroplázie a 25 % šancu na normálny rast.
Keď je matka s achondropláziou tehotná, plod normálnej veľkosti vyžaduje pôrod cisárskym rezom.
Prevencia
Prevencia achondroplázie pozostáva z lekárskej genetickej konzultácie a prenatálnej diagnostiky, ktorá umožňuje odhaliť patológie aj v štádiu vnútromaternicového vývoja. Konzultácia s genetikom je potrebná najmä pre tých, ktorí už majú v rodine trpasličiu minulosť. Špeciálne vyšetrenie vám umožní posúdiť riziko chorého dieťaťa.
Ak už rodičia majú achondropláziu, ochoreniu sa nedá zabrániť, pretože je dedičná.
Achondroplázia je vrodená choroba spojená s genetickou mutáciou, v dôsledku ktorej sú nohy človeka výrazne skrátené na dĺžku pri zachovaní normálnej veľkosti tela. Medzi príznaky ochorenia patrí nízky vzrast - nie viac ako 130 centimetrov v dospelosti, zakrivenie chrbtice, veľká veľkosť hlavy s vyčnievajúcimi čelnými hrbolčekmi.
Ochorenie sa podľa štatistík môže vyskytnúť u jedného novorodenca z 10-tisíc, achondroplázia najčastejšie postihuje novorodencov mužského pohlavia.
Achondroplázia vzniká v dôsledku mutácie génu FGFR3, ktorý je priamo zodpovedný za osifikáciu a proliferáciu chrupavkového tkaniva.
V dôsledku týchto problémov končatiny prestávajú rásť do dĺžky a získavajú abnormálnu štruktúru. Podľa lekárskych výskumov sa génová mutácia vyskytuje náhodne a je prakticky nezávislá od vonkajších faktorov.
Pravdepodobnosť mutácie sa zvyšuje v nasledujúcich prípadoch:
- rodičia dieťaťa (najmä otec) majú viac ako 35 rokov;
- Achondroplázia bola diagnostikovaná u jedného z rodičov dieťaťa.
Vek rodičov sa nepovažuje za 100% faktor rozvoja achondroplázie u nenarodeného dieťaťa.
Symptómy
Génová mutácia môže byť posúdená bez diagnostickej štúdie: dieťa má príliš veľkú hlavu a neúmerne malé končatiny, na hlavičke vyčnievajú predné a okcipitálne výbežky. Niekedy je novorodenec diagnostikovaný s hydrocefalom.
Medzi ďalšie príznaky choroby patria:
- Poruchy v normálnej štruktúre kostí v spodnej časti hlavy;
- V oblasti očí sú záhyby, ktoré sú pre bežné deti necharakteristické, samotné oči sú príliš široko posadené;
- Nos má sedlovitý vzhľad;
- Vyčnievajúca horná čeľusť;
- Vyčnievajúce predné časti hlavy;
- Zvýšené podnebie a drsný jazyk.
Novorodenec má rovnomerne krátke končatiny, sú zakrivené v kĺbových oblastiach. Do oblasti pupka sa dieťa dostane len rukami. Labky majú príliš široký vzhľad a sú kratšie. Dlane, rovnako ako nohy, sú široké, všetky prsty, okrem prvého, sú takmer rovnako veľké.
Novorodenec s mutáciou má početné kožné záhyby a tukové usadeniny na horných a dolných končatinách. Napriek všetkým problémom s rastom sa trup pacienta vyvíja správne a má normálnu veľkosť, zmeny neovplyvňujú hrudník, zatiaľ čo žalúdok prudko vyčnieva dopredu, panva sa nakláňa dozadu a zadok výrazne vystupuje.
Pri achondroplázii sa u dieťaťa môžu vyskytnúť problémy s normálnym dýchaním, ktoré sú spôsobené znakmi v štruktúre tváre a hrudníka. U pacientov sú často diagnostikované problémy s normálnym fyzickým vývojom: dieťa začne držať hlavu až po 3-4 mesiacoch života, dieťa sedí v 8-9 mesiacoch odo dňa narodenia, dieťa sa postaví na nohy a začne samostatne chodiť najskôr 1,5-2 roky po narodení. Je pozoruhodné, že oneskorenie vo fyzickom vývoji sa prakticky nelíši v intelektuálnych schopnostiach - duševný vývoj dieťaťa sa vyskytuje v normálnych medziach, nezaostáva za svojimi rovesníkmi.
Ako dieťa rastie, kosti končatín naďalej hrubnú a ohýbajú sa a získavajú hrudkovitú štruktúru. Následne začína vnútorné skrútenie stehenných kostí v dolných častiach, kolenné kĺby nadobúdajú voľný vzhľad a pri externom vyšetrení sa diagnostikujú planovalgusové nohy.
Zakrivenie postihuje nielen dolné, ale aj horné končatiny, náchylné na deformáciu sú najmä predlaktia.
V dospelosti výška žien so zmutovaným génom nepresahuje 124 centimetrov, výška dospelých mužov nepresahuje 131 centimetrov. Všetky deformácie hlavy a tvárového skeletu, ktoré vznikajú v detstve, nielenže pretrvávajú do dospelosti, ale sa aj zvýraznia. Niekedy sa u pacientov s achondropláziou vyvinie strabizmus a kvôli problémom s nízkou pohyblivosťou sa u pacientov rozvinie obezita.
Achondroplázia je často sprevádzaná zmenšením veľkosti miechového kanála v bedrovej chrbtici. Tento problém je sprevádzaný znížením citlivosti a výskytom bolesti v dolných končatinách. Pri absencii správnej liečby môže zúženie miechového kanála viesť k paralýze nôh a narušeniu normálnej funkcie vnútorných orgánov v oblasti panvy.
Diagnóza ochorenia je možná bez ďalších komplexných vyšetrení vzhľadom na stavbu tela a proporcie pacienta charakteristické pre achondropláziu.
Choré dieťa sa zvyčajne posiela na ďalšie komplexné vyšetrenie, aby sa zistil stav vnútorných systémov a orgánov:
Formy ochorenia
V závislosti od pôvodu ochorenia je obvyklé rozlišovať nasledujúce typy achondroplázie:
- Dedičná. Mutovaný gén sa prenáša z postihnutého rodiča na dieťa.
- Sporadicky. Ochorenie sa prejavuje bez ohľadu na dedičné faktory, všetky mutácie sú spontánne.
Pri zistení choroby je pacient evidovaný a sledovaný lekárom počas celého života od narodenia.
Liečba
Achondroplázia je dedičné genetické ochorenie, na ktoré neexistuje žiadny liek. V detstve je pacientom predpísaná konzervatívna liečba, ktorá je založená na fyzikálnej terapii a manuálnej terapii. Tento prístup umožňuje nielen posilniť svaly, ale aj zabrániť deformácii končatín.
Chirurgická intervencia je indikovaná v pokročilých prípadoch, keď majú pacienti vážne deformácie v štruktúre kostry. Vykonávajú sa tieto operácie:
- Osteotómia – kosti nôh sa prerežú pomocou špeciálneho nástroja a znova sa pripevnia do správnej polohy. Operácia sa používa iba v prípadoch ťažkej deformácie dolných končatín, umožňuje mierne zväčšiť dĺžku nôh.
- Laminektómia - vykonáva sa disekcia miechového kanála, čím sa zníži tlak. Operácia sa vykonáva pre patológie v štruktúre chrbtice.
Ak achondroplázia vyvoláva vývoj sprievodných ochorení a komplikácií, na odstránenie nepríjemných symptómov sa používa vhodná liečba.
Liečba zahŕňa aj dodržiavanie určitej diéty. Správna výživa pomáha nielen predchádzať obezite, ale aj zabezpečiť, aby telo dostávalo základné vitamíny a minerály.
Predpoveď
Pri diagnostikovaní achondroplázie u dieťaťa nie je možné poskytnúť priaznivú prognózu, pretože choroba sa nedá úplne vyliečiť.
Pri vykonávaní terapeutických a preventívnych postupov bezprostredne po narodení dieťaťa je prognóza priaznivejšia - všetky deformácie sa dajú znížiť a zabrániť rozvoju komplikácií.
Najnepriaznivejšia prognóza sa dáva pri želatínovom zmäkčení chrupavkového tkaniva - väčšina novorodencov zomiera buď priamo v maternici, alebo krátko po narodení.
Komplikácie
Najčastejšou komplikáciou achondroplázie je kompresia miechového kanála a nervov.
Kompresia zase môže vyvolať:
- Problémy v normálnom fungovaní močového systému - pacienti sa často sťažujú na inkontinenciu moču a stolice, problémy s potenciou;
- Horné a dolné končatiny strácajú normálnu motorickú schopnosť;
- Na dolných a horných končatinách sa vyskytuje slabosť a normálny svalový tonus je narušený.
Prevencia
Prevencia genetických ochorení je zameraná na absolvovanie konzultácií v oblasti lekárskej genetiky a absolvovanie prenatálnych diagnostických výkonov pre plod.
Ak má jeden z rodičov zmutovaný gén, ochorenie sa u dieťaťa s najväčšou pravdepodobnosťou rozvinie a nebude možné mu zabrániť.
Preventívne opatrenia:
- Komplexné vyšetrenie pri plánovaní tehotenstva;
- Diagnóza ochorenia pred narodením dieťaťa;
- Povinné prenatálne vyšetrenia.
Achondroplázia je závažné genetické ochorenie, z ktorého je úplne nemožné vyliečiť. Pamätajte, že ak začnete liečbu v detstve, väčšine komplikácií sa dá vyhnúť.
V rámci genofondu populácie podiel genotypov obsahujúcich rôzne alely toho istého génu; za určitých podmienok sa nemení z generácie na generáciu. Tieto stavy popisuje základný zákon populačnej genetiky, ktorý v roku 1908 sformulovali anglický matematik J. Hardy a nemecký genetik G. Weinberg. "V populácii nekonečne veľkého počtu voľne sa krížiacich jedincov, bez mutácie, selektívnej migrácie organizmov s rôznymi genotypmi a tlaku prirodzeného výberu, sa pôvodné frekvencie alel zachovávajú z generácie na generáciu."
Hardy-Weinbergova rovnica pri riešení genetických problémov
Je dobre známe, že tento zákon platí len pre ideálne populácie: dostatočne vysoký počet jedincov v populácii; populácia musí byť panmixovaná, keď neexistujú žiadne obmedzenia slobodnej voľby sexuálneho partnera; prakticky by nemala existovať žiadna mutácia študovaného znaku; nedochádza k prílivu a odlivu génov a nedochádza k prirodzenému výberu.
Hardy-Weinbergov zákon je formulovaný takto:
v ideálnej populácii je pomer frekvencií génových alel a genotypov z generácie na generáciu konštantnou hodnotou a zodpovedá rovnici:
p2 + 2pq + q2 = 1
Kde p 2 je podiel homozygotov pre jednu z alel; p je frekvencia tejto alely; q 2 je podiel homozygotov pre alternatívnu alelu; q je frekvencia zodpovedajúcej alely; 2pq — podiel heterozygotov.
Čo znamená „pomer frekvencií génových alel“ a „pomer genotypov“ - konštantné hodnoty? Aké sú tieto hodnoty?
Nech sa frekvencia výskytu génu v dominantnom stave (A) rovná p a frekvencia recesívnej alely (a) toho istého génu sa rovná q(je možné aj naopak, alebo dokonca pomocou jedného písmena vyjadrujúceho jedno označenie od druhého) a ak pochopíme, že súčet frekvencií dominantných a recesívnych alel jedného génu v populácii je rovný 1, dostaneme prvú rovnicu:
1) p + q = 1
Odkiaľ pochádza samotná Hardy-Weinbergova rovnica? Pamätáte si, že pri monohybridnom krížení heterozygotných organizmov s genotypmi Aa x Aa podľa druhého Mendelovho zákona budeme pozorovať výskyt rôznych genotypov u potomstva v pomere 1AA: 2 Aa: 1aa.
Keďže frekvencia výskytu dominantného alelického génu A je označená písmenom p a recesívnej alely a písmenom q, súčet frekvencií výskytu genotypov samotných organizmov (AA, 2Aa a aa) majúcich rovnaké alelické gény A a a budú tiež rovné 1, potom:
2) p2AA + 2pqAa + q2aa =1
Pri problémoch populačnej genetiky sa spravidla vyžaduje:
a) nájsť frekvenciu výskytu každého z alelických génov na základe známeho pomeru frekvencií genotypov jedincov;
B) alebo naopak nájdite frekvenciu výskytu ktoréhokoľvek z genotypov jedincov na základe známej frekvencie výskytu dominantnej alebo recesívnej alely študovaného znaku.
Takže dosadením známej hodnoty frekvencie výskytu jednej z alel génu do prvého vzorca a zistením hodnoty frekvencie výskytu druhej alely môžeme vždy použiť Hardyho-Weinbergovu rovnicu na nájdenie frekvencie výskytu rôznych genotypov samotných potomkov.
Zvyčajne sa o niektorých činoch (kvôli ich samozrejmosti) rozhoduje v mysli. Ale aby bolo jasné, čo je už zrejmé, musíte dobre pochopiť, aké sú písmenové označenia vo vzorci Hardy-Weinberg.
Ustanovenia Hardyho-Weinbergovho zákona sa vzťahujú aj na viaceré alely. Ak je teda autozomálny gén reprezentovaný tromi alelami (A, a1 a a2), potom vzorce zákona nadobúdajú nasledujúcu formu:
RA + qal + ra2 = 1;
P 2 AA+ q 2 a1a1 + r 2 a2a2 + 2pqAa1 + 2prAa2 + 2qra1a2 = 1.
„V populácii z nekonečné množstvo voľne sa krížiacich jedincov V absencia mutácií, selektívna migrácia organizmy s rôznymi genotypmi a tlak prirodzeného výberu pôvodné frekvencie alel sa zachovávajú z generácie na generáciu.
Predpokladajme, že v genofonde populácie, ktorá spĺňa opísané podmienky, je určitý gén reprezentovaný alelami A 1 a A 2, vyskytujúcimi sa s frekvenciou p a q. Keďže v tomto genofonde nie sú žiadne iné alely, potom p + q = 1. V tomto prípade q = 1 - p.
Jednotlivci danej populácie teda tvoria p gaméty s alelou Ai a q gaméty s alelou A2. Ak sa kríženia vyskytujú náhodne, potom sa podiel zárodočných buniek spojených s gamétami A 1 rovná p a podiel zárodočných buniek spojených s gamétami A 2 je q. Generáciu F 1, ktorá vzniká v dôsledku opísaného reprodukčného cyklu, tvoria genotypy A l A 1, A 1 A 2, A 2 A 2, ktorých počet koreluje ako (p + q) (p + q) = p 2 + 2pq + q 2 (obr. 10.2). Po dosiahnutí sexuálnej zrelosti jednotlivci AlAi a ArA2 tvoria každý jeden typ gaméty - A 1 alebo A 2 - s frekvenciou úmernou počtu organizmov uvedených genotypov (p a q). Jedince A 1 A 2 tvoria oba typy gamét s rovnakou frekvenciou 2pq /2.
Ryža. Pravidelná distribúcia genotypov v sérii generácií v závislosti od frekvencie tvorby gamét rôznych typov (Hardy-Weinbergov zákon)
Podiel gamét A 1 v generácii F 1 bude teda p 2 + 2pq/2 = p 2 + p(1-p) = p a podiel gamét A 2 bude rovný q 2 + 2pq/2 = q2 + + q (l-q) = q.
Keďže frekvencie gamét s rôznymi alelami v generácii fi sa v porovnaní s rodičovskou generáciou nemenia, generáciu F 2 budú reprezentovať organizmy s genotypmi A l A 1, A 1 A 2 a A 2 A 2 v rovnakom pomere p. 2 + 2pq + q2. Vďaka tomu sa ďalší cyklus reprodukcie uskutoční v prítomnosti p gamét A 1 a q gamét A 2. Podobné výpočty možno vykonať pre lokusy s ľubovoľným počtom alel. Zachovanie frekvencií alel je založené na štatistických vzorcoch náhodných udalostí vo veľkých vzorkách.
Hardy-Weinbergova rovnica, ako je diskutovaná vyššie, platí pre autozomálne gény. V prípade génov viazaných na pohlavie sa rovnovážne frekvencie genotypov A 1 A 1, A 1 A 2 a A 2 A 2 zhodujú s frekvenciami pre autozomálne gény: p 2 + 2pq + q 2. U mužov (v prípade heterogametického pohlavia) sú v dôsledku ich hemizygotnosti možné len dva genotypy A 1 - alebo A 2 -, ktoré sa reprodukujú s frekvenciou rovnajúcou sa frekvencii zodpovedajúcich alel u samíc v predchádzajúcej generácii: p a q. Z toho vyplýva, že fenotypy určené recesívnymi alelami génov viazaných na chromozóm X sú bežnejšie u mužov ako u žien.
Pri frekvencii alel hemofílie 0,0001 sa teda toto ochorenie pozoruje u mužov tejto populácie 10 000-krát častejšie ako u žien (1 z 10 000 v prvej skupine a 1 zo 100 miliónov v druhej skupine).
Ďalším všeobecným dôsledkom je, že v prípade nerovnosti frekvencií alel u mužov a žien sa rozdiel medzi frekvenciami v ďalšej generácii zníži na polovicu a znamienko tohto rozdielu sa zmení. Zvyčajne trvá niekoľko generácií, kým sa frekvencie dostanú do rovnováhy u oboch pohlaví. Špecifikovaný stav pre autozomálne gény sa dosiahne v jednej generácii.
Hardy-Weinbergov zákon popisuje podmienky genetická stabilita populácie. Populácia, ktorej genofond sa generačne nemení, sa nazýva tzv mendelovský. Genetická stabilita mendelovských populácií ich stavia mimo proces evolúcie, pretože za takýchto podmienok je pôsobenie prirodzeného výberu pozastavené. Identifikácia mendelovských populácií má čisto teoretický význam. Tieto populácie sa v prírode nevyskytujú. Hardy-Weinbergov zákon uvádza podmienky, ktoré prirodzene menia genofondy populácií. K tomuto výsledku vedú napríklad faktory obmedzujúce voľné kríženie (panmixia), ako je konečný počet organizmov v populácii, izolačné bariéry, ktoré bránia náhodnému výberu páriacich sa párov. Genetická zotrvačnosť sa tiež prekonáva mutáciami, prílevom alebo odlivom jedincov s určitými genotypmi do populácie a selekciou.
Príklady riešení niektorých úloh pomocou Hardy-Weinbergovej rovnice.
Problém 1. V ľudskej populácii je počet jedincov s hnedými očami 51% a s modrými očami - 49%. Určte percento dominantných homozygotov v tejto populácii.
Náročnosť riešenia takýchto úloh spočíva v ich zjavnej jednoduchosti. Keďže údajov je tak málo, riešenie by sa malo zdať veľmi krátke. Ukazuje sa, že nie veľmi.
Podľa podmienok tohto druhu úloh sa nám zvyčajne podáva informácia o celkovom počte fenotypov jedincov v populácii. Keďže fenotypy jedincov v populácii s dominantnými znakmi môžu byť reprezentované jedincami homozygotnými pre genotyp AA aj heterozygotnými Aa, potom na určenie frekvencií výskytu akýchkoľvek špecifických genotypov jedincov v tejto populácii je potrebné najprv samostatne vypočítajte frekvencie alel génov A a a.
Ako by sme mali uvažovať pri riešení tohto problému?
Keďže je známe, že farba hnedých očí je dominantná nad modrou, označíme alelu zodpovednú za prejav hnedookého znaku ako A a alelový gén zodpovedný za prejav modrých očí ako a. Potom budú hnedookí ľudia v skúmanej populácii ľudia s genotypom AA (dominantní homozygoti, ktorých podiel treba nájsť podľa podmienok problému) a heterozygoti Aa a modrookí ľudia budú byť len aa (recesívni homozygoti).
Podľa podmienok problému vieme, že počet ľudí s genotypmi AA a Aa je 51% a počet ľudí s genotypom aa je 49%. Ako sa dá na základe týchto štatistík (mala by existovať veľká reprezentatívna vzorka) vypočítať percento hnedookých ľudí iba s genotypom AA?
Aby sme to urobili, vypočítajme frekvenciu výskytu každého z alelických génov A a a v danej populácii ľudí. Hardy-Weinbergov zákon, aplikovaný na veľké, voľne sa krížiace populácie, nám to umožní.
Po označení frekvencie výskytu alely A v danej populácii písmenom q máme frekvenciu výskytu alelového génu a = 1 - q. (Frekvenciu výskytu alelického génu a by bolo možné označiť samostatným písmenom, ako v texte vyššie - je to pre každého výhodnejšie). Potom bude Hardy-Weinbergov vzorec na výpočet frekvencií genotypov pri monohybridných kríženiach s úplnou dominanciou jedného alelického génu nad druhým vyzerať takto:
q2AA+ 2q(1-q)Aa+(1-q)2aa = 1.
Teraz je všetko jednoduché, pravdepodobne ste všetci uhádli, čo v tejto rovnici vieme a čo by sa malo nájsť?
(1 - q) 2 = 0,49 je frekvencia výskytu ľudí s modrými očami.
Nájdite hodnotu q: 1 - q = druhá odmocnina z 0,49 = 0,7; q = 1 - 0,7 = 0,3, potom q2 = 0,09.
To znamená, že frekvencia hnedookých homozygotných jedincov AA v tejto populácii bude 0,09 alebo ich podiel bude 9 %.
Úloha 2. U ďateliny červenej dominuje neskorá zrelosť nad skorou zrelosťou a dedí sa monogénne. Počas testovania sa zistilo, že 4 % rastlín patrí k skorému typu ďateliny, aký podiel neskoro dozrievajúcich rastlín tvoria heterozygoti?
Schválenie v tejto súvislosti znamená posúdenie čistoty odrody. Nie je však odroda čistou líniou, ako napríklad Mendelove odrody hrachu? Teoreticky „áno“, ale v praxi (polia sú veľké - to nie sú experimentálne pozemky brilantného Mendela) v každej produkčnej odrode môže byť určité množstvo alel génov „nevyžiadaných“.
V tomto prípade pri neskorej odrode ďateliny, ak by bola odroda čistá, boli by prítomné iba rastliny s genotypom AA. Odroda sa však v čase testovania (schválenia) ukázala ako málo čistá, keďže 4 % jedincov boli rastliny skorého dozrievania s genotypom aa. To znamená, že do tejto odrody boli zahrnuté alely „a“.
Takže, keďže sú „odčervení“, mali by v tejto odrode existovať aj jedinci, aj keď neskoro dozrievajúci vo fenotype, ale heterozygotní s genotypom Aa - musíme určiť ich počet?
Podľa podmienok problému budú 4 % jedincov s genotypom aa tvoriť 0,04 z celej variety. V skutočnosti je to q 2, čo znamená, že frekvencia výskytu recesívnej alely a je q = 0,2. Potom je frekvencia výskytu dominantnej alely A p = 1 - 0,2 = 0,8.
Preto počet neskoro dozrievajúcich homozygotov p2 = 0,64 alebo 64 %. Potom bude počet Aa heterozygotov 100% - 4% - 64% = 32%. Keďže celkový počet neskoro dozrievajúcich rastlín je 96 %, podiel heterozygotov medzi nimi bude: 32 x 100: 96 = 33,3 %.
Problém 3. Použitie Hardyho-Weinbergovho vzorca na neúplnú dominanciu
Pri skúmaní populácie karakulských oviec bolo identifikovaných 729 jedincov dlhouchých (AA), 111 jedincov krátkouchých (Aa) a 4 jedincov bez uší (aa). Vypočítajte pozorované frekvencie fenotypov, frekvencie alel a očakávané frekvencie genotypov pomocou Hardyho-Weinbergovho vzorca.
Toto je neúplný problém dominancie, preto sa distribúcie frekvencií genotypov a fenotypov zhodujú a mohli by sa určiť na základe dostupných údajov. Na to stačí nájsť súčet všetkých jedincov populácie (rovná sa 844), nájsť podiel dlhouchých, krátkouchých a bezušných najskôr v percentách (86,37, 13,15 a 0,47, resp. ) a vo frekvenčných podieloch (0,8637, 0,1315 a 0,00474).
Úloha však hovorí o použití Hardyho-Weinbergovho vzorca na výpočet genotypov a fenotypov a okrem toho na výpočet frekvencií alel génov A a a. Takže na výpočet samotných frekvencií génových alel sa nezaobídete bez Hardyho-Weinbergovho vzorca.
Upozorňujeme, že v tejto úlohe, na rozdiel od predchádzajúcej, na označenie frekvencií alelických génov použijeme notáciu nie ako v prvej úlohe, ale ako je uvedené vyššie v texte. Je jasné, že výsledok sa nezmení, ale v budúcnosti budete mať právo použiť ktorúkoľvek z týchto metód zápisu, podľa toho, ktorá sa vám zdá vhodnejšia na pochopenie a vykonanie samotných výpočtov.
Označme frekvenciu výskytu alely A vo všetkých gamétach populácie oviec písmenom p a frekvenciu výskytu alely a písmenom q. Pamätajte, že súčet frekvencií alelických génov p + q = 1.
Keďže podľa Hardyho-Weinbergovho vzorca p 2 AA + 2pqAa + q 2 aa = 1 máme, že frekvencia výskytu bezušných q2 je rovná 0,00474, potom odmocninou z čísla 0,00474 zistíme frekvenciu výskyt recesívnej alely a. Rovná sa 0,06884.
Odtiaľ môžeme zistiť frekvenciu výskytu dominantnej alely A. Je rovná 1 – 0,06884 = 0,93116.
Teraz pomocou vzorca môžeme opäť vypočítať frekvencie výskytu jedincov s dlhouchým (AA), bezušným (aa) a krátkouchým (Aa). Dlhé uši s genotypom AA budú mať p 2 = 0,931162 = 0,86706, bezušné s genotypom aa budú mať q 2 = 0,00474 a krátkouché s genotypom Aa budú mať 2pq = 0,12820. (Novo získané čísla vypočítané pomocou vzorca sa takmer zhodujú s číslami vypočítanými na začiatku, čo naznačuje platnosť Hardyho-Weinbergovho zákona).
Problém 4. Prečo je podiel albínov v populáciách taký malý
Vo vzorke 84 000 rastlín raže sa ukázalo, že 210 rastlín boli albíni, pretože... ich recesívne gény sú v homozygotnom stave. Určite frekvenciu alel A a a, ako aj frekvenciu heterozygotných rastlín.
Označme frekvenciu výskytu dominantného alelického génu A písmenom p a frekvenciu recesívneho génu a písmenom q. Čo nám potom môže dať Hardy-Weinbergov vzorec p 2 AA + 2pqAa + q 2 aa = 1, keď ho aplikujeme na tento problém?
Keďže vieme, že celkový počet všetkých jedincov tejto populácie raže je 84 000 rastlín a po častiach je to 1, potom podiel homozygotných jedincov albínov s genotypom aa rovným q2, ktorých je len 210 kusov, bude q2 = 210: 84000 = 0,0025, potom q = 0,05; p = 1 - q = 0,95 a potom 2pq = 0,095.
Odpoveď: frekvencia alel a - 0,05; frekvencia alely A - 0,95; frekvencia heterozygotných rastlín s genotypom Aa bude 0,095.
Úloha 5. Chovali sme králiky činčily a skončili sme s králikmi albínmi.
U králikov dominuje farba srsti činčily (gén Cch) nad albinizmom (gén Ca). CchCa heterozygoti sú svetlošedej farby. Na králičej farme sa medzi mladými králikmi činčily objavili albíni. Z 5400 králikov sa ukázalo, že 17 boli albíni. Pomocou Hardyho-Weinbergovho vzorca určite, koľko homozygotných králikov s činčilovým sfarbením sa získalo.
Myslíte si, že výsledná vzorka 5400 králikov v populácii králikov nám umožní použiť Hardy-Weinbergov vzorec? Áno, vzorka je významná, populácia je izolovaná (králičia farma) a Hardyho-Weinbergov vzorec je skutočne možné použiť vo výpočtoch. Aby sme ho správne použili, musíme jasne pochopiť, čo je nám dané a čo je potrebné nájsť.
Len pre uľahčenie návrhu označíme genotyp činčily ako AA (budeme musieť určiť ich počet), genotyp albína aa, potom genotyp heterozygotných šedých bude označený ako Aa.
Ak „sčítate“ všetky králiky s rôznymi genotypmi v skúmanej populácii: AA + Aa + aa, bude to spolu 5400 jedincov.
Navyše vieme, že tam bolo 17 králikov s genotypom aa. Ako môžeme teraz, keď nevieme, koľko heterozygotných sivých králikov s genotypom Aa bolo, určiť, koľko činčíl s genotypom AA je v tejto populácii?
Ako vidíme, táto úloha je takmer „kópiou“ tej prvej, len tam sme dostali výsledky výpočtov v ľudskej populácii hnedookých a modrookých jedincov v %, ale tu vlastne poznáme počet králikov albínov - 17 kusov a všetkých homozygotných činčil a heterozygotných lipňov spolu: 5400 - 17 = 5383 kusov.
Zoberme si 5400 kusov všetkých králikov ako 100%, potom 5383 králikov (súčet genotypov AA a Aa) bude 99,685% alebo po častiach to bude 0,99685.
Q 2 + 2q(1 - q) = 0,99685 je frekvencia výskytu všetkých činčíl, homozygotných (AA) aj heterozygotných (Aa).
Potom z Hardy-Weinbergovej rovnice: q2 AA+ 2q(1 - q)Aa + (1 - q)2aa = 1 zistíme
(1 - q) 2 = 1 - 0,99685 = 0,00315 je frekvencia výskytu albínskych králikov s genotypom aa. Zistite, čomu sa rovná hodnota 1 - q. Toto je druhá odmocnina z 0,00315 = 0,056. A q sa potom rovná 0,944.
Q 2 sa rovná 0,891 a to je podiel homozygotných činčíl s genotypom AA. Keďže táto percentuálna hodnota bude 89,1 % z 5400 jedincov, počet homozygotných činčíl bude 4811 kusov.
Úloha 6. Určenie frekvencie výskytu heterozygotných jedincov na základe známej frekvencie výskytu recesívnych homozygotov.
Jedna forma glykozúrie sa dedí ako autozomálne recesívny znak a vyskytuje sa s frekvenciou 7:1000000. Určte frekvenciu výskytu heterozygotov v populácii.
Označme alelický gén zodpovedný za prejav glykozúrie a, keďže sa hovorí, že toto ochorenie sa dedí ako recesívny znak. Potom sa alelický dominantný gén zodpovedný za absenciu ochorenia označí A.
Zdraví jedinci v ľudskej populácii majú genotypy AA a Aa; chorí jedinci majú len genotyp aa.
Označme frekvenciu výskytu recesívnej alely a písmenom q a frekvenciu dominantnej alely A písmenom p.
Keďže vieme, že frekvencia výskytu chorých ľudí s genotypom aa (čo znamená q 2) je 0,000007, potom q = 0,00264575
Pretože p + q = 1, potom p = 1 - q = 0,9973543 a p2 = 0,9947155
Teraz dosaďte hodnoty p a q do vzorca:
P2AA + 2pqAa + q2aa = 1,
Nájdite frekvenciu výskytu heterozygotných 2pq jedincov v ľudskej populácii:
2pq = 1 - p2 - q2 = 1 - 0,9947155 - 0,000007 = 0,0052775.
Úloha 7. Rovnako ako predchádzajúca úloha, ale o albinizme
Celkový albinizmus (mliečne biela farba kože, nedostatok melanínu v koži, vlasových folikuloch a epiteli sietnice) sa dedí ako recesívny autozomálny znak. Ochorenie sa vyskytuje s frekvenciou 1 : 20 000 (K. Stern, 1965). Určte percento heterozygotných nosičov génov.
Keďže tento znak je recesívny, choré organizmy budú mať genotyp aa - ich frekvencia je 1: 20 000 alebo 0,00005.
Frekvencia alely a bude druhou odmocninou tohto čísla, teda 0,0071. Frekvencia alely A bude 1 - 0,0071 = 0,9929 a frekvencia zdravých homozygotov AA bude 0,9859.
Frekvencia všetkých heterozygotov 2Aa = 1 - (AA + aa) = 0,014 alebo 1,4%.
Problém 8. Všetko sa zdá také jednoduché, keď viete, ako to vyriešiť
Podľa systému krvných skupín Rh obsahuje európska populácia 85 % Rh pozitívnych jedincov. Určte saturáciu populácie recesívnou alelou.
Vieme, že alelický gén zodpovedný za prejav Rh pozitívnej krvi je dominantný R (frekvenciu jeho výskytu označme písmenom p) a Rh negatívny je recesívny r (frekvenciu jeho výskytu označme písmenom q).
Keďže problém hovorí, že p 2 RR + 2pqRr predstavuje 85 % ľudí, znamená to, že Rh-negatívne fenotypy q 2 rr budú predstavovať 15 % alebo ich frekvencia výskytu bude 0,15 zo všetkých ľudí v európskej populácii.
Potom bude frekvencia výskytu alely r alebo „saturácie populácie recesívnou alelou“ (označená písmenom q) druhou odmocninou 0,15 = 0,39 alebo 39 %.
Úloha 9. Hlavná vec je vedieť, čo je penetrácia
Vrodená dislokácia bedrového kĺbu sa dedí dominantne. Priemerná penetrácia je 25%. Ochorenie sa vyskytuje s frekvenciou 6:10 000. Určte počet homozygotných jedincov v populácii pre recesívny znak.
Penetrencia je kvantitatívny indikátor fenotypovej variability génovej expresie.
Penetrencia sa meria ako percento počtu jedincov, u ktorých sa daný gén prejavil vo fenotype, k celkovému počtu jedincov, v ktorých genotype je tento gén prítomný v stave potrebnom na jeho prejavenie (homozygotný v prípade recesívnych génov resp. heterozygotné v prípade dominantných génov). Prejav génu u 100% jedincov so zodpovedajúcim genotypom sa nazýva úplná penetrácia av iných prípadoch neúplná penetrácia.
Za študovaný znak je zodpovedná dominantná alela, označme ju A. To znamená, že organizmy s týmto ochorením majú genotypy AA a Aa.
Je známe, že fenotypová dislokácia bedrového kĺbu sa zisťuje u 6 organizmov z celej populácie (10 000 vyšetrených), ale je to len jedna štvrtina všetkých ľudí, ktorí skutočne majú genotypy AA a Aa (keďže sa hovorí, že penetrácia je 25 %) .
To znamená, že v skutočnosti existuje 4-krát viac ľudí s genotypmi AA a Aa, teda 24 z 10 000 alebo 0,0024. Potom bude 1 - 0,0024 = 0,9976 ľudí s genotypom aa, alebo 9976 ľudí z 10 000.
Problém 10. Ak ochorejú len muži
Dna sa vyskytuje u 2 % ľudí a je spôsobená autozomálne dominantným génom. U žien sa gén dny neprejavuje, u mužov je jeho penetrácia 20 % (V.P. Efroimson, 1968). Určte genetickú štruktúru populácie na základe analyzovaného znaku na základe týchto údajov.
Keďže dna sa zistí u 2% mužov, teda u 2 ľudí zo 100 s penetranciou 20%, tak je vlastne 5x viac mužov, teda 10 ľudí zo 100, skutočne nositeľmi génov dny.
Ale keďže muži tvoria len polovicu populácie, tak celkovo bude v populácii 5 ľudí zo 100 ľudí s genotypmi AA + 2Aa, čo znamená, že 95 zo 100 bude mať genotyp aa.
Ak je frekvencia výskytu organizmov s genotypmi aa 0,95, potom sa frekvencia výskytu recesívnej alely a v tejto populácii rovná druhej odmocnine z 0,95 = 0,975. Potom je frekvencia výskytu dominantnej alely „A“ v tejto populácii 1 - 0,975 = 0,005.
Úloha 11. Koľko ľudí je odolných voči infekcii HIV
Odolnosť voči infekcii HIV je spojená s prítomnosťou určitých recesívnych génov v genotype, napríklad CCR a SRF. Frekvencia recesívnej alely CCR-5 v ruskej populácii je 0,25% a alela SRF je 0,05%. V kazašskej populácii je frekvencia týchto alel 0,12 % a 0,1 %. Vypočítajte frekvencie organizmov, ktoré majú zvýšenú odolnosť voči infekcii HIV v každej populácii.
Je jasné, že iba homozygotné organizmy s genotypmi aa budú mať zvýšenú odolnosť voči infekcii HIV. Organizmy s genotypmi AA (homozygoty) alebo Aa (heterozygoty) nie sú odolné voči infekcii HIV.
V ruskej populácii rezistentných organizmov bude alelický gén CCR 0,25 % na druhú = 0,0625 % a alelický gén SRF bude 0,05 % na druhú = 0,0025 %.
V kazašskej populácii rezistentných organizmov bude alelický gén CCR 0,12 % na druhú = 0,0144 % a alelický gén SRF bude 0,1 % na druhú = 0,01 %.
Populačná genetika
Riešenie typických problémov
Problém 1 . Juhoamerická džungľa je domovom domorodej populácie 127 ľudí (vrátane detí). Frekvencia krvnej skupiny M je 64%. Je možné vypočítať frekvencie krvnej skupiny N a MN v tejto populácii?
Riešenie . Pre malú populáciu nie je možné použiť matematické vyjadrenie Hardyho-Weinbergovho zákona, takže nie je možné vypočítať frekvencie génov.
Úloha 2. Tay-Sachsova choroba spôsobená autozomálne recesívnym génom je nevyliečiteľná; ľudia trpiaci touto chorobou zomierajú v detstve. V jednej veľkej populácii je pôrodnosť postihnutých detí 1:5000. Zmení sa koncentrácia patologického génu a frekvencia tohto ochorenia v ďalšej generácii tejto populácie?
Riešenie
|
Podpísať |
Gene |
Genotyp |
|
Tay-Sachsova choroba |
aha |
|
|
Norm |
Urobíme matematický zápis Hardyho-Weinbergovho zákona
p + q - 1, p2.+2 pq + q2 = 1.
p frekvencia výskytu génu A;
q frekvencia výskytu génu a;
p 2 frekvencia výskytu dominantných homozygotov
(AA);
2 pq frekvencia výskytu heterozygotov (Aa);
q 2 frekvencia výskytu recesívnych homozygotov (aa).
Z podmienok problému podľa Hardyho-Weinbergovho vzorca poznáme frekvenciu výskytu chorých detí (aa), t.j. q2 = 1/5000.
Gén spôsobujúci toto ochorenie prejde do ďalšej generácie len z heterozygotných rodičov, preto je potrebné zistiť frekvenciu výskytu heterozygotov (Aa), t.j. pq.
q = 1/71, p = l - q - 70/71, 2 pq = 0,028.
Určujeme koncentráciu génu v ďalšej generácii. Bude v 50 % gamét u heterozygotov, jeho koncentrácia v genofonde je asi 0,014. Pravdepodobnosť mať choré deti q 2 = 0,000196 alebo 0,98 na 5 000 obyvateľov. Koncentrácia patologického génu a frekvencia tohto ochorenia sa teda v ďalšej generácii tejto populácie prakticky nezmení (pokles je nevýznamný).
Úloha 3. Vrodená dislokácia bedrového kĺbu sa dedí dominantne, priemerná penetrácia génu je 25 %. Ochorenie sa vyskytuje s frekvenciou 6:10000 (V.P. Efroimson, 1968). Určte počet homozygotných jedincov pre recesívny gén.
Riešenie . Problémový stav formulujeme vo forme tabuľky:
|
Podpísať |
Gene |
Genotyp |
|
Norm |
aha |
|
|
Vykĺbenie bedra |
Z podmienok problému teda podľa Hardyho-Weinbergovho vzorca poznáme frekvenciu výskytu genotypov AA a Aa, t.j. 2 + 2 pq . Je potrebné zistiť frekvenciu výskytu genotypu aa, t.j. q2.
Zo vzorca p 2 - t - 2 pq + q 2 = l je jasné, že počet jedincov homozygotných pre recesívny gén (aa) q2 = 1 (p2 + 2 pq ). Počet pacientov uvedených v probléme (6:10 000) však nie je p 2 + 2 pq , no len 25 % je nositeľmi génu A, no skutočný počet ľudí, ktorí majú tento gén, je štyrikrát väčší, teda 24 : 10 000. Preto p. 2 + 2 pq = 24:10 000. Potom q 2 (číslo
jedincov homozygotných pre recesívny gén) je 9976:10 000.
Problém 4 . Systém krvných skupín Kidd je určený alelickými génmi Ik a a Ik v . Gene Ik a je dominantný voči gen Ik in a jednotlivci, ktorí to majú, sú Kidd pozitívni. Frekvencia génov Ik a medzi obyvateľmi Krakova je 0,458 (W. Socha, 1970).
Frekvencia Kidd-pozitívnych ľudí medzi černochmi je 80%. (K. Stern, 1965). Určte genetickú štruktúru populácie Krakova a černochov podľa Kiddovho systému.
Riešenie . Problémový stav formulujeme vo forme tabuľky:
|
Podpísať |
Gene |
Genotyp |
|
Kidz pozitívna krv |
Ik α |
lk α lk α ;lk β lk β . |
|
Kidd negatívna krv |
Ik β |
Ik β Ik β |
Urobíme matematický zápis Hardyho-Weinbergovho zákona: - p + q = I, p2 + 2 pq + q2 = 1.
frekvencia génu p Ik a;
q frekvencia génov Ikp; . p 2 frekvencia výskytu dominantných homozygotov ( Ik α lk α);
2 pq frekvencia výskytu heterozygotov ( Ik a Ik p);
q 2 frekvencia výskytu recesívnych homozygotov ( Ik β Ik β ).
Z podmienok problému teda podľa Hardyho-Weinbergovho vzorca poznáme frekvenciu výskytu dominantného génu v krakovskej populácii p = 0,458 (45,8 %). Nájdite frekvenciu výskytu recesívneho génu: q = 1 0,458 = 0,542 (54,2 %). Vypočítame genetickú štruktúru krakovskej populácie: frekvencia výskytu dominantných homozygotov p 2 = 0,2098 (20,98 %); frekvencia výskytu heterozygotov 2 pq = 0,4965 (49,65 %); frekvencia výskytu recesívnych homozygotov Q2 = 0,2937 (29,37 %).
U černochov z podmienok problému poznáme frekvenciu výskytu dominantných homozygotov a heterozygotov (s
dominantné znamenie), t.j. R 2 + 2 pq = 0,8. Podľa Hardyho-Weinbergovho vzorca zistíme frekvenciu výskytu recesívnych homozygotov ( Ik β Ik β ): q 2 = 1р 2 +2 pq = 0,2 (20 %). Teraz určíme frekvenciu recesívneho génu Ik p: q = 0,45 (45 %). Zistenie frekvencie výskytu génu Ik α p = 1-0,45 = 0,55 (55 %); frekvencia výskytu dominantných homozygotov ( Ik α Ik α ): р 2 = 0,3 (30 %); frekvencia výskytu heterozygotov ( Ik aIkp): 2 pq = 0,495 (49,5 %).
SEBAOVLÁDACIE ÚLOHY
Problém 1 . Deti s fenylketonúriou sa rodia s frekvenciou 1:10 000 novorodencov. Určte percento heterozygotných nosičov génov.
Problém 2 . Celkový albinizmus (mliečne biela farba kože, nedostatok melanínu v koži, vlasových folikuloch a epiteli sietnice) sa dedí ako recesívny autozomálny znak. Ochorenie sa vyskytuje s frekvenciou 1 : 20 000 (K. Stern, 1965). Určte percento heterozygotných nosičov génov.
Problém 3 . Dedičná methemoglobinémia, autozomálne recesívny znak, sa vyskytuje u aljašských Eskimákov s frekvenciou 0,09 %. Určte genetickú štruktúru populácie pre túto vlastnosť.
Problém 4 . Ľudia s krvnou skupinou N tvoria 16 % ukrajinskej populácie. Určte frekvenciu skupín M a MN.
Problém 5 . Papuánci majú frekvenciu N krvnej skupiny 81%. Určte frekvenciu skupín M a MN v tejto populácii.
Úloha 6. Pri prieskume obyvateľstva južného Poľska boli nájdené jedince s krvnými skupinami: M 11163, MN 15267, N 5134. Určte frekvenciu génov L N a L M medzi obyvateľstvom južného Poľska.
Problém 7 . Výskyt dny je 2 %; je spôsobená dominantným autozomálnym génom. Podľa niektorých údajov (V.P. Efroimson, 1968) je penetrácia génu dny u mužov 20% a u žien 0%.
Na základe analyzovaného znaku určite genetickú štruktúru populácie.
Úloha 8. V Spojených štátoch asi 30 % populácie vníma horkú chuť fenyltiomočoviny (PTC), zatiaľ čo 70 % nie. Schopnosť ochutnať FTC je určená recesívnym génom a. Určite frekvenciu alel A a a v tejto populácii.
Problém 9 . Jedna z foriem fruktozúrie sa dedí ako autozomálne recesívny znak a vyskytuje sa s frekvenciou 7:1 000 000 (V.P. Efroimson, 1968). Určite frekvenciu heterozygotov v populácii.
Problém 10. Určite frekvenciu výskytu albínov vo veľkej africkej populácii, kde je koncentrácia patologického recesívneho génu 10 %.
Problém 11. Aniridia (neprítomnosť dúhovky) sa dedí ako autozomálne dominantná vlastnosť a vyskytuje sa s frekvenciou 1:10 000 (V.P. Efroimson, 1968). Určite frekvenciu heterozygotov v populácii.
Problém 12 . Esenciálna pentozúria (vylučovanie močom L -xylulóza) sa dedí ako autozomálne recesívny znak a vyskytuje sa s frekvenciou 1:50 000 (L.O. Badalyan, 1971). Určte frekvenciu výskytu dominantných homozygotov v populácii.
Problém 13. Alkaptonúria (vylučovanie kyseliny homogentisovej močom, farbenie tkaniva chrupavky, rozvoj artritídy) sa dedí ako autozomálne recesívny znak s frekvenciou 1:100 000 (V.P. Efroimson, 1968). Určite frekvenciu heterozygotov v populácii.
Problém 14 . Krvné skupiny podľa antigénneho systému M a N (M, MN, N ) sú určené kodominantnými génmi L N a L M . Frekvencia génov L M medzi bielym obyvateľstvom USA je to 54 %, medzi Indiánmi 78 %, medzi Eskimákmi z Grónska 91 %, medzi austrálskymi domorodcami 18 %. Určite frekvenciu výskytu krvných skupín MN v každej z týchto populácií.
Problém 15 . Na pustom ostrove náhodou spadlo jedno zrno pšenice, heterozygotné pre gén A. Zrno vyklíčilo a dalo vznik sérii generácií rozmnožujúcich sa samoopelením. Aký bude podiel heterozygotných rastlín medzi zástupcami prvej, druhej, tretej; štvrtej generácie, ak znak určený génom neovplyvňuje prežívanie rastlín a ich rozmnožovanie?
Problém 16 . Albinizmus v raži sa dedí ako autozomálne recesívny znak. V skúmanej oblasti sa medzi 84 000 rastlinami našlo 210 albínov. Určite frekvenciu výskytu génu albinizmu v raži.
Problém 17 . Na jednom z ostrovov bolo zastrelených 10 000 líšok. 9991 z nich bolo červených (dominantný znak) a 9 jedincov bolo bielych (recesívny znak). Určte frekvenciu výskytu genotypov homozygotných červených líšok, heterozygotných červených a bielych líšok v tejto populácii.
Problém 18. Vo veľkej populácii je frekvencia génu farbosleposti (recesívneho, spojeného s X -chromozomálny znak) u mužov je 0,08. Určte frekvenciu výskytu genotypov dominantných homozygotov, heterozygotov a recesívnych homozygotov u žien tejto populácie.
Problém 19 . U hovädzieho dobytka s krátkym rohom sa farba dedí ako autozomálna vlastnosť s neúplnou dominanciou: hybridy z kríženia červených a bielych zvierat majú farbu groša. Blízko N , ktorá sa špecializuje na chov krátkorohých, eviduje 4 169 červených, 3 780 brunátov a 756 bielych. Určte frekvenciu génov, ktoré určujú červené a biele sfarbenie hospodárskych zvierat v danej oblasti.
- ĽUDSKÁ GENETIKA
RIEŠENIE TYPICKÝCH PROBLÉMOV
Úloha 1. Definujte typ dedičstva
Riešenie. Táto vlastnosť sa vyskytuje v každej generácii. To okamžite vylučuje recesívny typ dedenia. Keďže sa táto vlastnosť vyskytuje u mužov aj žien, vylučuje to holandrický typ dedičnosti. To ponecháva dva možné spôsoby dedičnosti: autozomálne dominantné a dominantné spojené s pohlavím, ktoré sú veľmi podobné. V mužovi II 3 majú dcéry s touto vlastnosťou ( III 1, III 5, III 7) a bez neho ( III -3), čo vylučuje dominantný typ dedičnosti viazaný na pohlavie. To znamená, že tento rodokmeň má autozomálne dominantný typ dedičnosti.
Problém 2 
Riešenie. Táto vlastnosť sa nevyskytuje v každej generácii. Toto vylučuje dominantný typ dedičstva. Keďže sa táto vlastnosť vyskytuje u mužov aj žien, vylučuje to holandrický typ dedičnosti. Na vylúčenie recesívneho typu dedičstva viazaného na pohlavie je potrebné zvážiť manželskú schému Ш3 a III 4 (znamenie sa nevyskytuje u mužov a žien). Ak predpokladáme, že genotyp človeka X A Y a genotyp ženy je X A X a , nemôžu mať dcéru s touto črtou (X a X a ), a v tomto rodokmeni je dcéra s touto črtou IV -2. Ak vezmeme do úvahy výskyt znaku rovnako u mužov a žien a prípad pokrvného manželstva, môžeme konštatovať, že v tomto rodokmeni sa vyskytuje autozomálne recesívny typ dedičnosti.
Úloha 3. Zhoda jednovaječných dvojčiat podľa telesnej hmotnosti je 80 % a dvojvaječných dvojčiat 30 %. Aký je vzťah medzi dedičnými a environmentálnymi faktormi pri vytváraní vlastnosti?
Riešenie. Pomocou Holzingerovho vzorca vypočítame koeficient dedičnosti:
KMB % – KDB %
100%-KDB%
N =
80% - 30%
100%-30%
Keďže koeficient dedičnosti je 0,71, pri tvorbe znaku zohráva veľkú úlohu genotyp.
SEBAOVLÁDACIE ÚLOHY
Problém 1 . Určite typ dedičstva.
Problém 2 . Určite typ dedičstva.
Problém 3 . Určite typ dedičstva.
Úloha 4. Krvné skupiny podľa systému ABO u monozygotov
V 100% prípadov sa jednovaječné dvojčatá zhodujú a v 40% dvojvaječné dvojčatá. Čo určuje koeficient dedičnosti - prostredie alebo dedičnosť?
Problém 5 . Rachitída odolná voči vitamínom D (hypofosfatémia) je dedičné ochorenie spôsobené dominantným génom lokalizovaným na X chromozóme. V rodine, kde otec trpí týmto ochorením a matka je zdravá, sú 3 dcéry a 3 synovia. Koľko z nich môže byť chorých?
Úloha 6. Je zloženie bielkovín u dvoch jednovaječných dvojčiat rovnaké, ak v ich bunkách nie sú žiadne mutácie?
Úloha 7. Ktorá z nasledujúcich charakteristík charakterizuje autozomálne dominantný typ dedičnosti: a) ochorenie je rovnako časté u žien aj u mužov; b) choroba sa prenáša z rodičov na deti v každej generácii; c) chorý otec má choré všetky svoje dcéry; d) syn nikdy nezdedí chorobu po otcovi; d) sú rodičia chorého dieťaťa zdraví?
Úloha 8. Ktorá z nasledujúcich charakteristík charakterizuje autozomálne recesívny typ dedičnosti: a) ochorenie je rovnako časté u žien aj u mužov; b) choroba sa prenáša z rodičov na deti v každej generácii; c) chorý otec má choré všetky svoje dcéry; d) rodičia sú pokrvní príbuzní; d) sú rodičia chorého dieťaťa zdraví?
Problém 9 . Ktorá z nasledujúcich charakteristík charakterizuje dominantný X-viazaný typ dedičnosti: a) ochorenie je rovnako časté u žien aj u mužov; b) choroba sa prenáša z rodičov na deti v každej generácii; c) chorý otec má choré všetky svoje dcéry; d) syn nikdy nezdedí chorobu po otcovi; e) ak je matka chorá, tak bez ohľadu na pohlavie je pravdepodobnosť chorého dieťaťa 50%?
Nikto nemôže byť chránený pred narodením chorého dieťaťa. To je veľká rana nielen pre rodičov, ale aj pre zdravotnícky personál. To platí najmä pre patológie, ktorým nemožno zabrániť alebo ktorým nemožno zabrániť. Achondroplázia je jednou z týchto chorôb.
Achondroplázia je genetické ochorenie, ktorého hlavnou charakteristikou sú krátke končatiny, pričom dĺžka tela zostáva normálna. Priemerná výška pacienta je 130 centimetrov, v niektorých prípadoch aj menej. Chrbtica takéhoto pacienta má zakrivený tvar, hlava je veľká a predné tuberkulózy výrazne vyčnievajú.
Výskyt patológie u všetkých novorodencov je 1:10 000 a postihuje častejšie dievčatá ako chlapcov.
Túto patológiu nemožno vyliečiť a metódy na úplné obnovenie rastu nie sú v súčasnosti známe. Všetky metódy terapie sú zamerané na zníženie všetkých negatívnych prejavov ochorenia na minimum.
Príčiny
V srdci tejto patológie sú problémy v procesoch tvorby kostí v dôsledku genetického zlyhania pri tvorbe epifýzovej chrupavky. Bunky rastovej zóny sú usporiadané náhodne, čo vyvoláva narušenie normálnej osifikácie a rast pacienta sa spomaľuje.
Tohto procesu sa zúčastňujú len tie kosti, ktoré rastú podľa enchondrálneho typu. Keďže kosti nachádzajúce sa v oblasti lebečnej klenby sú tvorené spojivovým tkanivom, rastú podľa veku a to vyvoláva nerovnováhu v proporciách a formovanie špecifického tvaru lebky pacienta.
Symptómy
Anatomické abnormality sú viditeľné po narodení dieťaťa. Lekári zaznamenávajú také vonkajšie prejavy u novorodencov ako:
- hlava s veľkým objemom;
- končatiny sú veľmi krátke.
Na hlave dieťaťa je jasne viditeľné, že čelo má konvexný tvar a okcipitálne a parietálne výbežky vyčnievajú. V niektorých prípadoch je diagnostikovaný hydrocefalus. Očné gule sú hlboko zasadené a vzdialenosť medzi nimi je široká. Tvar nosa je sedlový a horná časť je široká. Čelo, rovnako ako horná čeľusť, má výčnelok dopredu.
Ruky a nohy pacientov s achondropláziou sú skrátené na úkor bokov a ramien. Lekári si všimli, že ruky novorodenca môžu dosiahnuť iba pupok. Telo dieťaťa má normálny vývoj, na hrudníku nie sú žiadne zmeny, žalúdok je vysunutý dopredu.
U detí s diagnostikovanou achondropláziou je pravdepodobnejšie ako u iných detí náhla smrť v spánku. Lekári to vysvetľujú tým, že u takýchto pacientov sú medulla oblongata a horná časť miechy stlačené kvôli malému priemeru otvoru v tylovej oblasti.
V prvých dvoch rokoch života sa u dieťaťa vyvinie kyfóza v cervikotorakálnej oblasti, ktorá môže vymiznúť, keď dieťa začne chodiť. Všetky deti s achondropláziou majú oneskorenie vo fyzickom vývoji, ale duševný a intelektuálny vývoj netrpí.
Ako pacient starne, začínajú sa vytvárať ploché nohy a kolenné kĺby strácajú stabilitu. Dospelé ženy dosahujú výšku 124 centimetrov a muži - 131 centimetrov. Stojí za zmienku, že väčšina pacientov s touto diagnózou má tendenciu priberať na váhe a trpí obezitou.
Diagnostika
Keďže vzhľad pacienta má charakteristické črty, pre lekárov nie je ťažké stanoviť diagnózu. Všetky deti by mali byť vyšetrené na posúdenie závažnosti patológie a získané údaje by sa mali zaznamenať do súhrnnej tabuľky. Je dôležité pravidelne ho vypĺňať a výsledky sa porovnávajú s normovými údajmi vyvinutými pre pacientov s achondropláziou.
Je tiež dôležité vykonávať výskum rôznych orgánov. Na tento účel sú zapojení títo špecialisti:
- neurochirurg (odporúča MRI a CT);
- otolaryngológ;
- pneumológ
Každý pacient je povinný priniesť lekárovi výsledky röntgenového vyšetrenia, z ktorých môže lekár potvrdiť alebo vyvrátiť diagnózu.
Na röntgenovom snímku pacienta s anamnézou achondroplázie sa zistí porušenie proporcií medzi takými časťami lebky, ako sú tvárové a mozgové časti. Otvor v zadnej časti hlavy má zmenšený priemer a veľkosť dolnej čeľuste a kostí lebečnej klenby je väčšia ako u zdravých pacientov.
Röntgen hrudníka ukazuje, že hrudná kosť je zakrivená a rebrá sú zhrubnuté a deformované. V niektorých prípadoch je určená absencia normálneho anatomického ohybu kľúčnej kosti.
Chrbtica pacienta nevykazuje žiadne zvláštne zmeny v obraze, ale jej fyziologické krivky sú slabo vyjadrené, čo môže viesť k rozvoju bedrovej hyperlordózy.
Röntgenový snímok panvy ukazuje zmenený tvar iliakálneho krídla. Je obdĺžnikový, rozložený a výrazne skrátený.
Pomocou röntgenových snímok kĺbu môžu lekári určiť predĺženie fibulárnej kosti, deformáciu a inkongruitu.
Liečba
K dnešnému dňu neexistujú žiadne metódy na úplné vyliečenie pacientov z achondroplázie v ortopédii. Boli vykonané klinické štúdie o použití rastového hormónu, ale táto metóda nepreukázala svoju účinnosť.
- používajte špeciálnu ortopedickú obuv;
- zapojiť sa do fyzickej terapie;
- absolvovať masážny kurz;
- stratiť váhu.
Ak sú ruky a nohy pacienta veľmi zdeformované a miechový kanál je zúžený, odporúča sa podstúpiť operáciu. Na korekciu deformity lekári vykonávajú osteotómiu, v prípade potreby na odstránenie zúženia laminektómiu.
V prípade predĺženia nohy na zvýšenie výšky sa chirurgická intervencia vykonáva krížovo v niekoľkých fázach. To znamená, že v prvej fáze sa operuje stehno pravej nohy a holeň ľavej a v druhej - naopak.
Počas celého priebehu operácií môže dieťa narásť až do 28 centimetrov. Terapia začína vo veku 4 rokov. Počas tohto obdobia sa uskutočňujú prvé tri etapy zásahu. Rehabilitácia po každej operácii je asi 5 mesiacov a interval medzi manipuláciami by nemal byť kratší ako 2-3 mesiace.
Na opakované štádiá je dieťa pozvané vo veku 14–15 rokov. Počas tohto obdobia musí tínedžer opäť prejsť všetkými štádiami bolestivých procedúr.
Zvýšenie výšky (video)