Achondroplazie je nejčastější vrozená vada, která se vyznačuje abnormálními tělesnými proporcemi: lidé trpící tímto onemocněním mají známky relativní makrocefalie (čelo vyčnívá dopředu a hřbet nosu je plochý), ruce a nohy jsou velmi krátké, zatímco nohy a páteř jsou zdeformované, ramena a kyčle, kosti jsou zkrácené více než rádiusy a trup je téměř normální velikosti.
Někdy je velká hlava odrazem hydrocefalu - přítomnosti přebytečné tekutiny v mozku - a vyžaduje chirurgický zákrok. Dlaně pacientů s achondroplázií jsou malé s krátkými, tlustými prsty. Mezi prostředníčkem a prsteníkem (trojzubec) je určitá vzdálenost. Ve většině případů mají lidé, kteří dosáhli dospělosti, výšku nejvýše 120-130 cm.
co to je?
Achondroplazie je genetické onemocnění, které má za následek poruchu růstu kostí. Jedná se o jeden z nejběžnějších typů nanismu. Je možné posoudit, zda má dítě tuto patologii od okamžiku narození.
Patogeneze a genetika
Achondroplazie je způsobena mutacemi v genu FGFR3 a nachází se na čtvrtém chromozomu. Současně je inhibován růst chrupavky. FGFR3 kóduje protein zvaný fibroblastový růstový faktor 3. Tento protein je zodpovědný za růst kostí v těle. U achondroplázie nemůže FGFR3 správně fungovat a růst kostí a chrupavek se zpomaluje. To má za následek krátké kosti, abnormální tvar kostí a malý vzrůst.
FGFR3 je transmembránový tyrosinkinázový receptor, který se váže na FGF. Vazba FGF na extracelulární oblast FGFR3 aktivuje intracelulární doménu receptoru a spouští signální sekvenci. V endochondrální kosti aktivace FGFR3 inhibuje proliferaci chondrocytů v růstové ploténce, čímž pomáhá koordinovat růst a diferenciaci chondrocytů s růstem a diferenciací kostních progenitorových buněk.
Mutace FGFR3 spojené s achondroplazií jsou mutace se ziskem funkce, které způsobují aktivaci proteinu FGFR3 nezávislou na ligandu. Tato konstantní upregulace proteinu FGFR3 nesprávně inhibuje proliferaci chondrocytů v růstové ploténce a vede ke zkrácení dlouhých kostí, stejně jako abnormální tvorbě jiných kostí.
Guanin na pozici 1138 v genu FGFR3 je jedním z nejvíce mutabilních nukleotidů identifikovaných ve všech lidských genech. Mutace tohoto nukleotidu se vyskytuje téměř ve 100 % případů achondroplazie; více než 80 % pacientů má novou mutaci. Nové guaninové mutace na pozici 1138 genu FGFR3 se vyskytují výhradně v otcovských zárodečných buňkách a jejich frekvence se zvyšuje s věkem otce (>35 let).
Příznaky achondroplazie
Ihned po narození můžete u novorozence zjistit nejzřetelnější známky achondroplazie:
- Hluboké umístění očních drah,
- Přítomnost dalších záhybů na vnitřních rozích očí,
- sedlovitý zploštělý tvar nosu,
- Zvětšená hlava
- Konvexní čelo
- Znatelně vyčnívající parietální a týlní hrbolky,
- Široko posazené oči
- hydrocefalus,
- Silné vyčnívání hýždí v důsledku zadní polohy pánve,
- Malý hrudník
- Zvětšené mandle,
- Dýchací problémy
- Porušení svalového tonusu,
- Výrazné vyčnívání horní čelisti,
- Vysoké nebe
- Drsný jazyk
- Krátké ruce a nohy dítěte,
- Široké dlaně a chodidla s krátkými prsty,
- Opožděný fyzický vývoj
- Možná torticollis
- Poruchy sluchu a zraku.
Jak rostou, všechny tyto příznaky postupují, což vede k mnoha komplikacím, z nichž mnohé mohou být fatální.
Diagnóza achondroplazie
K posouzení stavu orgánů a systémů se provádí komplexní vyšetření. K vyloučení hydrocefalu u dětí s achondroplázií se provádí MRI a CT vyšetření mozku.
- Při radiografii lebky u pacientů s achondroplázií dochází k disproporci mezi mozkem a obličejovými částmi, zmenšuje se foramen magnum, zvětšují se kosti lebeční klenby a dolní čelisti. Turecké sedlo je charakteristicky botovité a ploché, základna je protáhlá.
- Rentgenové snímky páteře většinou hrubé změny neodhalí. Fyziologické křivky jsou méně výrazné než normálně.
- RTG hrudníku je většinou beze změn, v některých případech hrudní kost vyčnívá dopředu a je mírně prohnutá. Jsou možné deformace a zesílení žeber. Někdy chybí anatomické ohyby klíční kosti.
- Rentgenové snímky tubulárních kostí odhalí zkrácení, ztenčení diafýz, expanzi pohárku a ztluštění metafýz.
- Rentgenové snímky kloubů odhalí deformaci kloubních ploch, narušení tvaru epifýz a rozšíření kloubních prostor.
- Rentgenový snímek pánve odhalí změny velikosti a tvaru křídel kyčelních kostí. Stanoví se horizontální umístění střechy acetabula.
Stanovení diagnózy zpravidla nezpůsobuje potíže kvůli charakteristickému vzhledu a proporcím těla pacienta.
Achondroplazie - léčba
Účinná léčba achondroplazie není v současné době možná. Lékaři mohou pouze minimalizovat důsledky pro zlepšení kvality života pacientů.
V dětství jsou takové děti léčeny konzervativní terapií - masáží, fyzikální terapií. To pomáhá zpevnit svalový korzet a zabránit silné deformaci dolních končetin. Pacientům se doporučuje nosit speciální obuv, která snižuje tlak na kosti. Důležité je také dodržovat dietu, aby nedošlo k zatěžování kostry nadváhou. Vady v oblasti čelistí se korigují nošením speciálních destiček.
Existují případy, kdy je hormonální terapie předepsána v dětství, což umožňuje mírně kompenzovat nedostatek růstu. Hormonální terapie se u dospělých nepoužívá. Pokud se rodiče rozhodnou problém řešit chirurgicky, pak je nutné kontaktovat specializovanou kliniku, která má dostatečné zkušenosti s prováděním takových operací.
- Chirurgický zákrok se provádí, pokud onemocnění způsobuje pacientovi zjevné nepohodlí. Jednoznačné rozhodnutí ve prospěch operace je tehdy, když hrozí přiskřípnutí míchy, kyfóza střední části zad nebo noha ve tvaru „o“.
- Je také možné prodloužit kosti, u kterých se postupně provádí několik chirurgických zákroků. Ve čtyřech až šesti letech děti podstupují operaci, při které se prodlouží nohy (až šest cm), kyčle (asi do sedmi až osmi cm) a ramena (možná až pět centimetrů). Doba trvání takových fází je asi pět měsíců s přestávkou dva až tři měsíce. Další série intervencí se provádí ve věku čtrnácti až patnácti let. Zde také pacient prochází třemi fázemi, očekávaný výsledek je stejný jako poprvé.
Takové akce však zcela neodstraňují onemocnění a jeho příznaky, protože při nízkém vzrůstu, prodloužení kostí až o deset centimetrů, pacienti nevypadají jako obyčejní lidé. Navíc ne všichni pacienti jsou připraveni podstoupit řadu operací a bolestivých rehabilitačních období.
Dědičnost achondroplazie
U zdravých rodičů dítěte s achondroplázií je riziko recidivy u budoucích dětí nízké, ale pravděpodobně o něco vyšší než u běžné populace, protože byla prokázána možnost sexuální mozaiky, i když u achondroplázie extrémně vzácná.
V manželství, kde jeden z partnerů má achondroplazii, je riziko recidivy u každého dítěte 50 %, protože achondroplazie je autozomálně dominantní onemocnění s úplnou penetrací. V manželství dvou postižených jedinců má každé dítě 50% riziko achondroplázie, 25% riziko smrtelné homozygotní achondroplázie a 25% šanci na normální růst.
Když je matka s achondroplázií těhotná, plod normální velikosti vyžaduje porod císařským řezem.
Prevence
Prevence achondroplazie spočívá v lékařské genetické konzultaci a prenatální diagnostice, která umožňuje odhalit patologie i ve fázi intrauterinního vývoje. Konzultace s genetikem je nutná zejména u těch, kteří již mají v rodině trpasličí výskyt. Speciální vyšetření vám umožní posoudit riziko nemocného dítěte.
Pokud již rodiče achondroplázii mají, nelze onemocnění zabránit, protože je dědičné.
Achondroplazie je vrozené onemocnění spojené s genetickou mutací, v důsledku čehož jsou nohy člověka výrazně zkráceny na délku při zachování normální velikosti těla. Mezi příznaky onemocnění patří nízký vzrůst - ne více než 130 centimetrů v dospělosti, zakřivení páteře, velká velikost hlavy s vyčnívajícími čelními tuberkulami.
Podle statistik se onemocnění může vyskytnout u jednoho novorozence z 10 tisíc achondroplazie nejčastěji postihuje novorozence mužského pohlaví.
Achondroplázie vzniká v důsledku mutace v genu FGFR3, který je přímo zodpovědný za osifikaci a proliferaci chrupavkové tkáně.
V důsledku těchto problémů končetiny přestanou růst do délky a získají abnormální strukturu. Podle lékařských výzkumů se genová mutace vyskytuje náhodně a je prakticky nezávislá na vnějších faktorech.
Pravděpodobnost mutace se zvyšuje v následujících případech:
- Rodiče dítěte (zejména otec) jsou starší 35 let;
- Achondroplázie byla diagnostikována u jednoho z rodičů dítěte.
Věk rodičů není považován za 100% faktor rozvoje achondroplazie u nenarozeného dítěte.
Příznaky
Genovou mutaci lze posoudit bez diagnostické studie: dítě má příliš velkou hlavu a neúměrně malé končetiny, na hlavičce vystupují čelní a týlní výběžky. Někdy je novorozenec diagnostikován s hydrocefalem.
Mezi další příznaky onemocnění patří:
- Poruchy v normální struktuře kostí na bázi hlavy;
- V oblasti očí jsou záhyby, které jsou pro běžné děti necharakteristické, samotné oči jsou příliš široce posazené;
- Nos má sedlovitý vzhled;
- Vyčnívající horní čelist;
- Vyčnívající přední části hlavy;
- Zvednuté patro a drsný jazyk.
Novorozenec má rovnoměrně krátké končetiny, jsou zakřivené v kloubních oblastech. Do oblasti pupku dítě dosáhne pouze rukama. Tlapky mají příliš široký vzhled a jsou kratší. Dlaně, stejně jako nohy, jsou široké, všechny prsty, kromě prvního, jsou téměř stejně velké.
Novorozenec s mutací má četné kožní záhyby a tukové zásoby na horních a dolních končetinách. Přes všechny problémy s růstem se trup pacienta vyvíjí správně a má normální velikost, změny neovlivňují hrudník, zatímco žaludek prudce vyčnívá dopředu, pánev se naklání dozadu a hýždě silně vystupují.
Při achondroplázii může dítě zaznamenat problémy s normálním dýcháním, které jsou způsobeny rysy ve struktuře obličeje a hrudníku. Pacienti jsou často diagnostikováni s problémy s normálním fyzickým vývojem: dítě začíná držet hlavu až po 3-4 měsících života, dítě sedí v 8-9 měsících ode dne narození, dítě se postaví na nohy a začne samostatně chodit nejdříve 1,5-2 roky po narození. Je pozoruhodné, že zpoždění ve fyzickém vývoji se prakticky neliší v intelektuálních schopnostech - duševní vývoj dítěte probíhá v normálních mezích, nezaostává za svými vrstevníky.
Jak dítě roste, kosti končetin stále hrubnou a ohýbají se a získávají hrudkovitou strukturu. Následně začíná vnitřní kroucení stehenních kostí v dolních partiích, kolenní klouby získávají volný vzhled a při zevním vyšetření jsou diagnostikovány planovalgní nohy.
Zakřivení postihuje nejen dolní, ale i horní končetiny, zvláště náchylná k deformaci předloktí.
V dospělosti nepřesahuje výška žen s mutovaným genem 124 centimetrů, výška dospělých mužů nepřesahuje 131 centimetrů. Všechny deformace hlavy a obličejového skeletu vzniklé v dětství nejen přetrvávají do dospělosti, ale stávají se i výraznějšími. Někdy se u pacientů s achondroplázií rozvine strabismus a kvůli problémům s nízkou pohyblivostí se u pacientů rozvine obezita.
Achondroplazie je často doprovázena zmenšením velikosti páteřního kanálu v bederní páteři. Tento problém je doprovázen snížením citlivosti a výskytem bolesti v dolních končetinách. Při absenci správné léčby může zúžení páteřního kanálu vést k paralýze nohou a narušení normální funkce vnitřních orgánů v oblasti pánve.
Diagnóza onemocnění je možná bez dalších složitých vyšetření vzhledem ke stavbě těla a proporcím pacienta charakteristickým pro achondroplázii.
Obvykle je nemocné dítě odesláno na další komplexní vyšetření, aby se zjistil stav vnitřních systémů a orgánů:
Formy onemocnění
V závislosti na původu onemocnění je obvyklé rozlišovat následující typy achondroplazie:
- Dědičný. Mutovaný gen se přenáší z postiženého rodiče na dítě.
- Sporadický. Onemocnění se projevuje bez ohledu na dědičné faktory, všechny mutace jsou spontánní.
Při zjištění onemocnění je pacient registrován a sledován lékařem po celý život od narození.
Léčba
Achondroplazie je dědičné genetické onemocnění, na které neexistuje žádný lék. V dětství je pacientům předepisována konzervativní léčba, která je založena na fyzikální terapii a manuální terapii. Tento přístup umožňuje nejen posílit svaly, ale také zabránit deformaci končetin.
Chirurgická intervence je indikována v pokročilých případech, kdy pacienti mají závažné deformity ve struktuře skeletu. Provádějí se následující operace:
- Osteotomie – kosti nohou jsou řezány pomocí speciálního nástroje a znovu připojeny ve správné poloze. Operace se používá pouze v případech těžké deformace dolních končetin umožňuje mírně zvýšit délku nohou.
- Laminektomie - provádí se disekce páteřního kanálu, čímž se sníží tlak. Operace se provádí pro patologie ve struktuře páteře.
Pokud achondroplazie způsobuje vývoj doprovodných onemocnění a komplikací, používá se vhodná léčba k odstranění nepříjemných příznaků.
Léčba také zahrnuje dodržování určité diety. Správná výživa pomáhá nejen předcházet obezitě, ale také zajistit, aby tělo dostávalo základní vitamíny a minerály.
Předpověď
Při diagnostice achondroplazie u dítěte je nemožné poskytnout příznivou prognózu, protože onemocnění nelze ani zcela vyléčit.
Při provádění léčebných a preventivních postupů bezprostředně po narození dítěte je prognóza příznivější - lze omezit všechny deformity a zabránit rozvoji komplikací.
Nejnepříznivější prognóza je u želatinového měknutí tkáně chrupavky – většina novorozenců umírá buď přímo v děloze, nebo krátce po narození.
Komplikace
Nejčastější komplikací achondroplazie je komprese míšního kanálu a nervů.
Komprese zase může vyvolat:
- Problémy s normálním fungováním močového systému - pacienti si často stěžují na močovou a fekální inkontinenci, problémy s potencí;
- Horní a dolní končetiny ztrácejí normální motorickou schopnost;
- Na dolních a horních končetinách se objevuje slabost a je narušen normální svalový tonus.
Prevence
Prevence genetických onemocnění je zaměřena na absolvování konzultací v oboru lékařské genetiky a absolvování prenatálních diagnostických výkonů u plodu.
Pokud má jeden z rodičů zmutovaný gen, s největší pravděpodobností se u dítěte onemocnění rozvine a nebude možné mu zabránit.
Preventivní opatření:
- Komplexní vyšetření při plánování těhotenství;
- Diagnóza onemocnění před narozením dítěte;
- Povinná prenatální vyšetření.
Achondroplazie je závažné genetické onemocnění, ze kterého je zcela nemožné vyléčit. Pamatujte, že pokud začnete s léčbou v dětství, většině komplikací se lze vyhnout.
V rámci genofondu populace podíl genotypů obsahujících různé alely stejného genu; za určitých podmínek se nemění z generace na generaci. Tyto stavy popisuje základní zákon populační genetiky, formulovaný v roce 1908 anglickým matematikem J. Hardym a německým genetikem G. Weinbergem. "V populaci nekonečně velkého počtu volně se křížících jedinců, bez mutace, selektivní migrace organismů s různými genotypy a tlaku přirozeného výběru, jsou původní frekvence alel zachovány z generace na generaci."
Hardy-Weinbergova rovnice při řešení genetických problémů
Je dobře známo, že tento zákon platí pouze pro ideální populace: dostatečně vysoký počet jedinců v populaci; populace musí být panmixována, když neexistují žádná omezení pro svobodnou volbu sexuálního partnera; prakticky by neměla existovat žádná mutace studovaného znaku; nedochází k přílivu a odlivu genů a nedochází k přirozenému výběru.
Hardy-Weinbergův zákon je formulován takto:
v ideální populaci je poměr frekvencí genových alel a genotypů z generace na generaci konstantní a odpovídá rovnici:
p 2 + 2 pq + q 2 = 1
Kde p 2 je podíl homozygotů pro jednu z alel; p je frekvence této alely; q 2 je podíl homozygotů pro alternativní alelu; q je frekvence odpovídající alely; 2pq — podíl heterozygotů.
Co znamená „poměr frekvencí genových alel“ a „poměr genotypů“ - konstantní hodnoty? Jaké jsou tyto hodnoty?
Nechť je frekvence výskytu genu v dominantním stavu (A) rovna p a frekvence recesivní alely (a) stejného genu se rovná q(je možné i naopak, nebo dokonce pomocí jednoho písmene vyjadřujícího jedno označení od druhého) a pochopením, že součet frekvencí dominantních a recesivních alel jednoho genu v populaci je roven 1, dostaneme první rovnici:
1) p + q = 1
Odkud pochází samotná Hardy-Weinbergova rovnice? Pamatujete si, že při monohybridním křížení heterozygotních organismů s genotypy Aa x Aa podle druhého Mendelova zákona budeme pozorovat výskyt různých genotypů u potomků v poměru 1AA: 2 Aa: 1aa.
Protože četnost výskytu dominantního alelického genu A je označena písmenem p a recesivní alely a písmenem q, je součet četností výskytu genotypů samotných organismů (AA, 2Aa a aa) majících stejné alelické geny A a a budou také rovny 1, pak:
2) p 2 AA + 2pqAa + q 2 aa =1
U problémů s populační genetikou je zpravidla vyžadováno následující:
a) najít frekvenci výskytu každého z alelických genů na základě známého poměru frekvencí genotypů jedinců;
B) nebo naopak zjistěte frekvenci výskytu některého z genotypů jedinců na základě známé frekvence výskytu dominantní nebo recesivní alely studovaného znaku.
Takže dosazením známé hodnoty frekvence výskytu jedné z alel genu do prvního vzorce a zjištěním hodnoty frekvence výskytu druhé alely můžeme vždy použít Hardy-Weinbergovu rovnici k nalezení četnost výskytu různých genotypů samotných potomků.
Obvykle se některé činy (kvůli jejich samozřejmosti) rozhodují v mysli. Ale aby bylo jasné, co je již zřejmé, musíte dobře pochopit, jaká jsou označení písmen ve vzorci Hardy-Weinberg.
Ustanovení zákona Hardy-Weinberg platí také pro více alel. Pokud je tedy autozomální gen reprezentován třemi alelami (A, a1 a a2), pak vzorce zákona nabývají následující podoby:
RA + qal + ra2 = 1;
P 2 AA+ q 2 a1a1 + r 2 a2a2 + 2pqAa1 + 2prAa2 + 2qra1a2 = 1.
„V populaci z nekonečné množství volně se křížících jedinců PROTI nepřítomnost mutací, selektivní migrace organismy s různými genotypy a tlak přírodního výběru původní frekvence alel jsou zachovány z generace na generaci."
Předpokládejme, že v genofondu populace, která splňuje popsané podmínky, je určitý gen reprezentován alelami A 1 a A 2, nalezenými s frekvencí p a q. Protože v tomto genofondu nejsou žádné jiné alely, pak p + q = 1. V tomto případě q = 1 - p.
V souladu s tím tvoří jedinci dané populace p gamety s alelou A1 a q gamety s alelou A2. Pokud ke křížení dochází náhodně, pak je podíl zárodečných buněk spojených s gametami A 1 roven p a podíl zárodečných buněk spojených s gametami A 2 je q. Generace F 1, která vzniká v důsledku popsaného reprodukčního cyklu, je tvořena genotypy A l A 1, A 1 A 2, A 2 A 2, jejichž počet je korelován jako (p + q) (p + q) = p 2 + 2pq + q 2 (obr. .10.2). Po dosažení pohlavní dospělosti tvoří jedinci AlAi a ArA2 každý jeden typ gamety - A 1 nebo A 2 - s frekvencí úměrnou počtu organismů uvedených genotypů (p a q). Jedinci A 1 A 2 tvoří oba typy gamet se stejnou frekvencí 2pq /2.
Rýže. Pravidelná distribuce genotypů v řadě generací v závislosti na frekvenci tvorby gamet různých typů (Hardy-Weinbergův zákon)
Podíl gamet A 1 v generaci F 1 tedy bude p 2 + 2pq/2 = p 2 + p(1-p) = p a podíl gamet A 2 bude roven q 2 + 2pq/2 = q2 + + q (l-q) = q.
Vzhledem k tomu, že frekvence gamet s různými alelami v generaci fi se ve srovnání s rodičovskou generací nemění, budou generace F 2 reprezentovány organismy s genotypy A l A 1, A 1 A 2 a A 2 A 2 ve stejném poměru p 2 + 2pq + q2. Díky tomu bude další cyklus reprodukce probíhat za přítomnosti p gamet A 1 a q gamet A 2. Podobné výpočty lze provést pro lokusy s libovolným počtem alel. Zachování alelových frekvencí je založeno na statistických vzorcích náhodných událostí ve velkých vzorcích.
Hardy-Weinbergova rovnice, jak bylo diskutováno výše, platí pro autozomální geny. Pro geny vázané na pohlaví se rovnovážné frekvence genotypů A 1 A 1, A 1 A 2 a A 2 A 2 shodují s frekvencemi pro autozomální geny: p 2 + 2pq + q 2. U mužů (v případě heterogametického pohlaví) jsou vzhledem k jejich hemizygotnosti možné pouze dva genotypy A 1 - nebo A 2 -, které jsou reprodukovány s frekvencí rovnou frekvenci odpovídajících alel u samic v předchozí generaci: p a q. Z toho vyplývá, že fenotypy určené recesivními alelami genů vázaných na chromozom X jsou častější u mužů než u žen.
Při frekvenci alely hemofilie 0,0001 je tedy toto onemocnění pozorováno u mužů této populace 10 000krát častěji než u žen (1 z 10 tisíc v prvním a 1 ze 100 milionů v druhém).
Dalším obecným důsledkem je, že v případě nerovnosti frekvencí alel u mužů a žen se rozdíl mezi frekvencemi v další generaci zmenší na polovinu a znaménko tohoto rozdílu se změní. Obvykle trvá několik generací, než se frekvence u obou pohlaví dostanou do rovnováhy. Specifikovaného stavu pro autozomální geny je dosaženo v jedné generaci.
Hardy-Weinbergův zákon popisuje podmínky genetická stabilita populace. Populace, jejíž genofond se v průběhu generací nemění, se nazývá mendelovský. Genetická stabilita mendelovských populací je staví mimo proces evoluce, protože za takových podmínek je činnost přirozeného výběru pozastavena. Identifikace mendelovských populací má čistě teoretický význam. Tyto populace se v přírodě nevyskytují. Hardy-Weinbergův zákon uvádí podmínky, které přirozeně mění genofondy populací. K tomuto výsledku vedou např. faktory omezující volné křížení (panmixie), jako je konečný počet organismů v populaci, izolační bariéry, které brání náhodnému výběru pářících se párů. Genetická setrvačnost je také překonána mutacemi, přílivem nebo odlivem jedinců s určitými genotypy do populace a selekcí.
Příklady řešení některých úloh pomocí Hardy-Weinbergovy rovnice.
Problém 1. V lidské populaci je počet jedinců s hnědýma očima 51% a s modrýma očima - 49%. Určete procento dominantních homozygotů v této populaci.
Obtížnost řešení takových úloh spočívá v jejich zdánlivé jednoduchosti. Protože existuje tak málo dat, řešení by se mělo zdát velmi krátké. Ukazuje se, že moc ne.
Podle podmínek tohoto druhu úkolu dostáváme obvykle informace o celkovém počtu fenotypů jedinců v populaci. Vzhledem k tomu, že fenotypy jedinců v populaci s dominantními znaky mohou být reprezentovány jak jedinci homozygotními pro genotyp AA, tak heterozygotními Aa, pak pro stanovení četností výskytu jakýchkoli specifických genotypů jedinců v této populaci je nutné nejprve vypočítejte frekvence alel genů A a a odděleně.
Jak bychom měli uvažovat při řešení tohoto problému?
Protože je známo, že barva hnědých očí je dominantní nad modrou, označíme alelu odpovědnou za projev hnědookého znaku jako A a alelový gen odpovědný za projev modrých očí jako a. Pak budou hnědookí ve zkoumané populaci lidé jak s genotypem AA (dominantní homozygoti, jejichž zastoupení je nutné zjistit podle podmínek problému), tak heterozygoti Aa, a modroocí budou být pouze aa (recesivní homozygoti).
Podle podmínek problému víme, že počet osob s genotypem AA a Aa je 51 %, počet osob s genotypem aa je 49 %. Jak lze na základě těchto statistik (měl by existovat velký reprezentativní vzorek) vypočítat procento hnědookých lidí pouze s genotypem AA?
Za tímto účelem spočítejme frekvenci výskytu každého z alelických genů A a a v dané populaci lidí. Hardy-Weinbergův zákon, aplikovaný na velké, volně se křížící populace, nám to umožní.
Označením četnosti výskytu alely A v dané populaci písmenem q máme četnost výskytu alelového genu a = 1 - q. (Četnost výskytu alelického genu a by bylo možné označit samostatným písmenem, jako v textu výše - to je pro všechny pohodlnější). Pak bude Hardy-Weinbergův vzorec pro výpočet četností genotypů v monohybridních kříženích s úplnou dominancí jednoho alelického genu nad druhým vypadat takto:
q 2 AA+ 2q (1 - q) Aa + (1 - q) 2 aa = 1.
Nyní je vše jednoduché, pravděpodobně všichni uhodli, co v této rovnici víme a co by se mělo najít?
(1 - q) 2 = 0,49 je četnost výskytu lidí s modrýma očima.
Najděte hodnotu q: 1 - q = druhá odmocnina z 0,49 = 0,7; q = 1 - 0,7 = 0,3, pak q2 = 0,09.
To znamená, že frekvence hnědookých homozygotních jedinců AA v této populaci bude 0,09 nebo jejich podíl bude 9 %.
Úkol 2. U jetele červeného dominuje pozdní zralost nad ranou zralostí a dědí se monogenně. Při testování bylo zjištěno, že 4 % rostlin patří k raně zrajícímu typu jetele, jaký podíl pozdně dozrávajících rostlin tvoří heterozygoti?
V této souvislosti se aprobací rozumí posouzení čistoty odrůdy. Není ale odrůda čistou linií, jako jsou například odrůdy Mendelova hrachu? Teoreticky „ano“, ale v praxi (pole jsou velká - to nejsou experimentální pozemky skvělého Mendela) v každé produkční odrůdě může být určité množství alel genu „junk“.
V tomto případě u pozdně zrající odrůdy jetele, pokud by byla odrůda čistá, by byly přítomny pouze rostliny s genotypem AA. Odrůda se ale v době testování (schvalování) ukázala jako málo čistá, protože 4 % jedinců byly rostliny raně dozrávající s genotypem aa. To znamená, že do této variety byly zahrnuty alely „a“.
Protože jsou tedy „odčervení“, měli by v této odrůdě existovat také jedinci, i když pozdní ve fenotypu, ale heterozygotní s genotypem Aa - musíme určit jejich počet?
Podle podmínek problému budou 4 % jedinců s genotypem aa tvořit 0,04 z celé variety. Ve skutečnosti je to q 2, což znamená, že frekvence výskytu recesivní alely a je q = 0,2. Potom je frekvence výskytu dominantní alely A p = 1 - 0,2 = 0,8.
Počet pozdně dozrávajících homozygotů p2 = 0,64 nebo 64 %. Potom bude počet Aa heterozygotů 100 % - 4 % - 64 % = 32 %. Protože celkový počet pozdně dozrávajících rostlin je 96 %, podíl heterozygotů mezi nimi bude: 32 x 100: 96 = 33,3 %.
Úloha 3. Použití Hardyho-Weinbergova vzorce pro neúplnou dominanci
Při zkoumání populace ovcí karakulských bylo identifikováno 729 jedinců dlouhouchých (AA), 111 jedinců krátkouchých (Aa) a 4 jedince bezuchých (aa). Vypočítejte pozorované frekvence fenotypů, frekvence alel a očekávané frekvence genotypů pomocí Hardyho-Weinbergova vzorce.
Toto je neúplný problém dominance, proto se frekvenční distribuce genotypů a fenotypů shodují a lze je určit na základě dostupných údajů. K tomu stačí jednoduše najít součet všech jedinců populace (je roven 844), zjistit podíl dlouhouchých, krátkouchých a bezuchých nejprve v procentech (86,37, 13,15 a 0,47, resp. ) a ve frekvenčních podílech (0,8637, 0,1315 a 0,00474).
Ale úkol říká použít Hardy-Weinbergův vzorec pro výpočet genotypů a fenotypů a navíc pro výpočet frekvencí alel genů A a a. Takže pro výpočet frekvencí samotných genových alel se neobejdete bez Hardyho-Weinbergova vzorce.
Upozorňujeme, že v této úloze, na rozdíl od předchozí, k označení frekvencí alelických genů použijeme notaci nikoli jako v první úloze, ale jak je uvedeno výše v textu. Je jasné, že výsledek se nezmění, ale v budoucnu budete mít právo použít kteroukoli z těchto metod zápisu, podle toho, která se vám zdá výhodnější pro pochopení a provádění samotných výpočtů.
Označme četnost výskytu alely A ve všech gametách populace ovcí písmenem p a četnost výskytu alely a písmenem q. Pamatujte, že součet frekvencí alelických genů p + q = 1.
Protože podle Hardyho-Weinbergova vzorce p 2 AA + 2pqAa + q 2 aa = 1 máme, že četnost výskytu bezuchého q2 je rovna 0,00474, pak odečtením druhé odmocniny čísla 0,00474 zjistíme četnost výskyt recesivní alely a. Rovná se 0,06884.
Odtud můžeme zjistit frekvenci výskytu dominantní alely A. Je rovna 1 - 0,06884 = 0,93116.
Nyní můžeme pomocí vzorce opět spočítat četnosti výskytu jedinců dlouhouchých (AA), bezuchých (aa) a krátkouchých (Aa). Dlouhouší s genotypem AA budou mít p 2 = 0,931162 = 0,86706, bezuší s genotypem aa budou mít q 2 = 0,00474 a krátkouší s genotypem Aa budou mít 2pq = 0,12820. (Nově získaná čísla vypočítaná pomocí vzorce se téměř shodují s těmi, která byla původně vypočtena, což ukazuje na platnost Hardyho-Weinbergova zákona).
Problém 4. Proč je podíl albínů v populacích tak malý
Ve vzorku 84 000 rostlin žita se ukázalo, že 210 rostlin jsou albíni, protože... jejich recesivní geny jsou v homozygotním stavu. Určete četnosti alel A a a a také četnost heterozygotních rostlin.
Označme četnost výskytu dominantního alelického genu A písmenem p a četnost recesivního alelického genu A písmenem q. Co nám tedy může dát Hardy-Weinbergův vzorec p 2 AA + 2pqAa + q 2 aa = 1, když jej aplikujeme na tento problém?
Protože víme, že celkový počet všech jedinců této populace žita je 84 000 rostlin a po částech je to 1, pak podíl homozygotních albínských jedinců s genotypem aa rovným q2, kterých je pouze 210 kusů, bude q2 = 210: 84000 = 0,0025, pak q = 0,05; p = 1 - q = 0,95 a poté 2pq = 0,095.
Odpověď: frekvence alel a - 0,05; frekvence alely A - 0,95; četnost heterozygotních rostlin s genotypem Aa bude 0,095.
Úloha 5. Chovali jsme králíky činčily a skončili jsme u králíků albínů.
U králíků dominuje barva srsti činčily (gen Cch) nad albinismem (gen Ca). CchCa heterozygoti mají světle šedou barvu. Na králičí farmě se mezi mladými králíčky činčily objevili albíni. Z 5400 králíků se 17 ukázalo jako albíni. Pomocí Hardyho-Weinbergova vzorce určete, kolik homozygotních králíků s činčilovým zbarvením bylo získáno.
Myslíte si, že výsledný vzorek 5400 králíků v populaci králíků nám umožní použít Hardy-Weinbergův vzorec? Ano, vzorek je významný, populace je izolovaná (králičí farma) a Hardy-Weinbergův vzorec lze skutečně použít ve výpočtech, abychom jej správně použili, musíme jasně pochopit, co je nám dáno a co je třeba najít.
Jen pro usnadnění návrhu označme genotyp činčil AA (budeme muset určit jejich počet), genotyp činčil albínů je aa, genotyp heterozygotních šedých pak bude označen Aa.
Pokud „sečtete“ všechny králíky s různými genotypy ve studované populaci: AA + Aa + aa, bude to celkem 5400 jedinců.
Navíc víme, že bylo 17 králíků s genotypem aa. Jak můžeme nyní, aniž bychom věděli, kolik heterozygotních šedých králíků s genotypem Aa bylo, určit, kolik činčil s genotypem AA je v této populaci?
Jak vidíme, tato úloha je téměř „kopií“ té první, pouze tam nám byly uvedeny výsledky výpočtů v lidské populaci hnědookých a modrookých jedinců v %, ale zde ve skutečnosti známe počet albínských králíků - 17 kusů a všech homozygotních činčil a heterozygotních lipanů celkem: 5400 - 17 = 5383 kusů.
Vezměme 5400 kusů všech králíků jako 100 %, pak 5383 králíků (součet genotypů AA a Aa) bude 99,685 % nebo po částech bude 0,99685.
Q 2 + 2q(1 - q) = 0,99685 je četnost výskytu všech činčil, jak homozygotních (AA), tak heterozygotních (Aa).
Potom z Hardy-Weinbergovy rovnice: q2 AA+ 2q(1 - q)Aa + (1 - q)2aa = 1, zjistíme
(1 - q) 2 = 1 - 0,99685 = 0,00315 je frekvence výskytu albínských králíků s genotypem aa. Najděte, čemu se rovná hodnota 1 - q. Toto je druhá odmocnina z 0,00315 = 0,056. A q se pak rovná 0,944.
Q 2 se rovná 0,891 a to je podíl homozygotních činčil s genotypem AA. Protože tato procentuální hodnota bude 89,1 % z 5400 jedinců, bude počet homozygotních činčil 4811 kusů.
Úkol 6. Určení četnosti výskytu heterozygotních jedinců na základě známé četnosti výskytu recesivních homozygotů
Jedna forma glykosurie se dědí jako autozomálně recesivní rys a vyskytuje se s frekvencí 7:1000000. Určete četnost výskytu heterozygotů v populaci.
Označme alelický gen odpovědný za manifestaci glykosurie a, neboť se říká, že tato nemoc se dědí jako recesivní znak. Pak alelický dominantní gen zodpovědný za nepřítomnost onemocnění bude označen A.
Zdraví jedinci v lidské populaci mají genotypy AA a Aa; nemocní jedinci mají pouze genotyp aa.
Frekvenci výskytu recesivní alely a označme písmenem q a frekvenci dominantní alely A písmenem p.
Protože víme, že frekvence výskytu nemocných s genotypem aa (což znamená q 2) je 0,000007, pak q = 0,00264575
Protože p + q = 1, pak p = 1 - q = 0,9973543 a p2 = 0,9947155
Nyní dosadíme hodnoty p a q do vzorce:
P2AA + 2pqAa + q2aa = 1,
Najděte frekvenci výskytu heterozygotních 2pq jedinců v lidské populaci:
2pq = 1 - p2 - q2 = 1 - 0,9947155 - 0,000007 = 0,0052775.
Úkol 7. Stejně jako předchozí úkol, ale o albinismu
Obecný albinismus (mléčně bílá barva kůže, nedostatek melaninu v kůži, vlasových folikulech a retinálním epitelu) se dědí jako recesivní autozomální rys. Onemocnění se vyskytuje s frekvencí 1 : 20 000 (K. Stern, 1965). Určete procento heterozygotních nositelů genu.
Protože je tento rys recesivní, nemocné organismy budou mít genotyp aa - jejich frekvence je 1: 20 000 nebo 0,00005.
Frekvence alely a bude druhou odmocninou tohoto čísla, tedy 0,0071. Frekvence alely A bude 1 - 0,0071 = 0,9929 a frekvence zdravých homozygotů AA bude 0,9859.
Četnost všech heterozygotů 2Aa = 1 - (AA + aa) = 0,014 nebo 1,4 %.
Problém 8. Všechno se zdá tak jednoduché, když víte, jak to vyřešit
Podle systému krevních skupin Rh obsahuje evropská populace 85 % Rh pozitivních jedinců. Určete saturaci populace recesivní alelou.
Víme, že alelický gen odpovědný za manifestaci Rh pozitivní krve je dominantní R (jeho četnost výskytu označme písmenem p) a Rh negativní je recesivní r (četnost jeho výskytu označme písmenem q).
Protože problém říká, že p 2 RR + 2pqRr tvoří 85 % lidí, znamená to, že Rh-negativní fenotypy q 2 rr budou představovat 15 % nebo jejich frekvence výskytu bude 0,15 ze všech lidí v evropské populaci.
Frekvence výskytu alely r neboli „nasycení populace recesivní alelou“ (označená písmenem q) bude odmocnina z 0,15 = 0,39 nebo 39 %.
Úkol 9. Hlavní věcí je vědět, co je penetrance
Vrozená dislokace kyčle se dědí dominantně. Průměrná penetrance je 25 %. Onemocnění se vyskytuje s frekvencí 6:10 000. Určete počet homozygotních jedinců v populaci pro recesivní znak.
Penetrance je kvantitativním ukazatelem fenotypové variability genové exprese.
Penetrance se měří jako procento počtu jedinců, u kterých se daný gen projevil ve fenotypu, k celkovému počtu jedinců, v jejichž genotypu je tento gen přítomen ve stavu nezbytném pro jeho manifestaci (homozygotní v případě recesivních genů resp. heterozygotní v případě dominantních genů). Projev genu u 100 % jedinců s odpovídajícím genotypem se nazývá úplná penetrance a v ostatních případech neúplná penetrance.
Za zkoumaný znak je zodpovědná dominantní alela, označme ji A. To znamená, že organismy s tímto onemocněním mají genotypy AA a Aa.
Je známo, že fenotypově dislokace kyčle je detekována u 6 organismů z celé populace (10 000 vyšetřených), ale to je pouze jedna čtvrtina všech lidí, kteří skutečně mají genotypy AA a Aa (protože se uvádí, že penetrance je 25 %) .
To znamená, že ve skutečnosti existuje 4krát více lidí s genotypy AA a Aa, tedy 24 z 10 000 nebo 0,0024. Pak bude 1 - 0,0024 = 0,9976 lidí s genotypem aa, neboli 9976 lidí z 10 000.
Problém 10. Pokud onemocní pouze muži
Dna se vyskytuje u 2 % lidí a je způsobena autozomálně dominantním genem. U žen se gen dny u mužů neprojevuje, jeho penetrance je 20 % (V.P. Efroimson, 1968). Na základě těchto údajů určete genetickou strukturu populace na základě analyzovaného znaku.
Vzhledem k tomu, že dna je detekována u 2 % mužů, tedy u 2 lidí ze 100 s penetrací 20 %, je vlastně 5x více mužů, tedy 10 lidí ze 100, nositeli genů dny.
Ale protože muži tvoří pouze polovinu populace, bude v populaci celkem 5 lidí ze 100 lidí s genotypem AA + 2Aa, což znamená, že 95 ze 100 bude mít genotyp aa.
Pokud je frekvence výskytu organismů s genotypy aa 0,95, pak frekvence výskytu recesivní alely a v této populaci je rovna druhé odmocnině z 0,95 = 0,975. Frekvence výskytu dominantní alely „A“ v této populaci je 1 - 0,975 = 0,005.
Úkol 11. Jak málo lidí je odolných vůči infekci HIV
Odolnost vůči infekci HIV je spojena s přítomností určitých recesivních genů v genotypu, například CCR a SRF. Frekvence recesivní alely CCR-5 v ruské populaci je 0,25 % a alela SRF je 0,05 %. V kazašské populaci je frekvence těchto alel 0,12 %, respektive 0,1 %. Vypočítejte frekvence organismů, které mají zvýšenou odolnost vůči infekci HIV v každé populaci.
Je jasné, že pouze homozygotní organismy s genotypy aa budou mít zvýšenou odolnost vůči infekci HIV. Organismy s genotypem AA (homozygoti) nebo Aa (heterozygoti) nejsou vůči infekci HIV odolné.
V ruské populaci rezistentních organismů bude alelický gen CCR 0,25 % na druhou = 0,0625 % a alelický gen SRF bude 0,05 % na druhou = 0,0025 %.
V kazašské populaci rezistentních organismů bude alelický gen CCR 0,12 % na druhou = 0,0144 % a alelický gen SRF bude 0,1 % na druhou = 0,01 %.
Populační genetika
Řešení typických problémů
Problém 1 . V jihoamerické džungli žije 127 původních obyvatel (včetně dětí). Frekvence krevní skupiny M je 64 %. Je možné vypočítat frekvence krevní skupiny N a MN v této populaci?
Řešení . Pro malou populaci nelze použít matematické vyjádření Hardy-Weinbergova zákona, takže je nemožné vypočítat frekvence genů.
Úkol 2. Tay-Sachsova choroba, způsobená autozomálně recesivním genem, je nevyléčitelná; lidé trpící touto nemocí umírají v dětství. V jedné velké populaci je porodnost postižených dětí 1:5000. Změní se koncentrace patologického genu a frekvence tohoto onemocnění v další generaci této populace?
Řešení
|
Podepsat |
Gen |
Genotyp |
|
Tay-Sachsova nemoc |
ahh |
|
|
Norma |
Uděláme matematický zápis Hardy-Weinbergova zákona
p + q - 1, p2.+2 pq + q2 = 1.
p četnost výskytu genu A;
q četnost výskytu genu a;
p 2 četnost výskytu dominantních homozygotů
(AA);
2 kv četnost výskytu heterozygotů (Aa);
q 2 četnost výskytu recesivních homozygotů (aa).
Z podmínek problému podle Hardyho-Weinbergova vzorce známe četnost výskytu nemocných dětí (aa), tzn. q2 = 1/5000.
Gen způsobující toto onemocnění přejde do další generace pouze z heterozygotních rodičů, proto je nutné zjistit frekvenci výskytu heterozygotů (Aa), tj. 2 pq
q = 1/71, p = l - q - 70/71, 2 pq = 0,028.
Stanovíme koncentraci genu v další generaci. U heterozygotů bude v 50 % gamet, jeho koncentrace v genofondu je asi 0,014. Pravděpodobnost nemocných dětí q 2 = 0,000196 nebo 0,98 na 5000 obyvatel. Koncentrace patologického genu a frekvence tohoto onemocnění v další generaci této populace se tedy prakticky nezmění (pokles je nevýznamný).
Úkol 3. Vrozená dislokace kyčle se dědí dominantně, průměrná penetrance genu je 25 %. Onemocnění se vyskytuje s frekvencí 6:10000 (V.P. Efroimson, 1968). Určete počet homozygotních jedinců pro recesivní gen.
Řešení . Podmínku problému formulujeme ve formě tabulky:
|
Podepsat |
Gen |
Genotyp |
|
Norma |
ahh |
|
|
Dislokace kyčle |
Z podmínek problému tedy podle Hardyho-Weinbergova vzorce známe četnost výskytu genotypů AA a Aa, tj. p. 2 + 2 ks . Je nutné zjistit četnost výskytu genotypu aa, tzn. q2.
Ze vzorce p 2 - t - 2 pq + q 2 = l je jasné, že počet jedinců homozygotních pro recesivní gen (aa) q2 = 1 (p2 + 2 pq ). Počet pacientů uvedených v problému (6:10 000) však není p 2 + 2 ks , ale pouze 25% jsou nositeli genu A, ale skutečný počet lidí, kteří mají tento gen, je čtyřikrát větší, tj. 24: 10 000 2 + 2 pq = 24:10 000. Potom q 2 (číslo
jedinců homozygotních pro recesivní gen) je 9976:10 000.
Problém 4 . Systém Kiddových krevních skupin je určen alelickými geny Ik a Ik in . Gene Ik a je dominantní vůči gen Ik in a jednotlivci, kteří to mají, jsou Kidd pozitivní. Genová frekvence Ik a mezi obyvateli Krakova je 0,458 (W. Socha, 1970).
Frekvence Kidd-pozitivních lidí mezi černochy je 80 %. (K. Stern, 1965). Určete genetickou strukturu populace Krakova a černochů podle Kiddova systému.
Řešení . Podmínku problému formulujeme ve formě tabulky:
|
Podepsat |
Gen |
Genotyp |
|
Kidz pozitivní krev |
Ik α |
lk α lk α ;lk β lk β . |
|
Kidd negativní krev |
Ik β |
Ik β Ik β |
Provedeme matematický zápis Hardyho-Weinbergova zákona: - p + q = I, p2 + 2 pq + q2 = 1.
frekvence genu p Ik a;
q genová frekvence Ik p; . p 2 četnost výskytu dominantních homozygotů ( Ik α lk α);
2 kv četnost výskytu heterozygotů ( Ik a Ik p);
q 2 četnost výskytu recesivních homozygotů ( Ik β Ik β ).
Z podmínek problému tedy podle Hardyho-Weinbergova vzorce známe frekvenci výskytu dominantního genu v krakovské populaci p = 0,458 (45,8 %). Najděte frekvenci výskytu recesivního genu: q = 1 0,458 = 0,542 (54,2 %). Vypočítáme genetickou strukturu krakovské populace: četnost výskytu dominantních homozygotů p 2 = 0,2098 (20,98 %); četnost výskytu heterozygotů 2 pq = 0,4965 (49,65 %); četnost výskytu recesivních homozygotů Q2 = 0,2937 (29,37 %).
U černochů z podmínek problému známe četnost výskytu dominantních homozygotů a heterozygotů (s
dominantní znak), tj. R 2+2 pq = 0,8. Podle Hardyho-Weinbergova vzorce zjistíme četnost výskytu recesivních homozygotů ( Ik β Ik β ): q 2 =1р 2 +2 pq = 0,2 (20 %). Nyní určíme frekvenci recesivního genu Ik β : q = 0,45 (45 %). Zjištění frekvence výskytu genu Ik α p = 1-0,45 = 0,55 (55 %); četnost výskytu dominantních homozygotů ( Ik α Ik α ): р 2 = 0,3 (30 %); četnost výskytu heterozygotů ( Ik aIkp): 2 pq = 0,495 (49,5 %).
SEBEOVLÁDACÍ ÚKOLY
Problém 1 . Děti s fenylketonurií se rodí s frekvencí 1:10 000 novorozenců. Určete procento heterozygotních nositelů genu.
Problém 2 . Obecný albinismus (mléčně bílá barva kůže, nedostatek melaninu v kůži, vlasových folikulech a retinálním epitelu) se dědí jako recesivní autozomální rys. Onemocnění se vyskytuje s frekvencí 1 : 20 000 (K. Stern, 1965). Určete procento heterozygotních nositelů genu.
Problém 3 . Dědičná methemoglobinémie, autozomálně recesivní rys, se vyskytuje u aljašských Eskymáků s frekvencí 0,09 %. Určete genetickou strukturu populace pro tento znak.
Problém 4 . Lidé s krevní skupinou N tvoří 16 % ukrajinské populace. Určete četnost skupin M a MN.
Problém 5 . Papuánci mají frekvenci N krevní skupiny 81 %. Určete četnost skupin M a MN v této populaci.
Úkol 6. Při průzkumu populace jižního Polska byli nalezeni jedinci s krevními skupinami: M 11163, MN 15267, N 5134. Určete frekvenci genů LN a L M mezi obyvateli jižního Polska.
Problém 7 . Výskyt dny je 2 %; je způsobena dominantním autozomálním genem. Podle některých údajů (V.P. Efroimson, 1968) je penetrance genu dny u mužů 20 % a u žen 0 %.
Určete genetickou strukturu populace na základě analyzovaného znaku.
Úkol 8. Ve Spojených státech asi 30 % populace vnímá hořkou chuť fenylthiomočoviny (PTC), zatímco 70 % ne. Schopnost ochutnat FTC je určena recesivním genem a. Určete frekvenci alel A a a v této populaci.
Problém 9 . Jedna z forem fruktosurie se dědí jako autozomálně recesivní rys a vyskytuje se s frekvencí 7 : 1 000 000 (V.P. Efroimson, 1968). Určete četnost heterozygotů v populaci.
Problém 10. Určete frekvenci výskytu albínů ve velké africké populaci, kde je koncentrace patologického recesivního genu 10 %.
Problém 11. Aniridie (absence duhovky) se dědí jako autozomálně dominantní znak a vyskytuje se s frekvencí 1:10 000 (V.P. Efroimson, 1968). Určete četnost heterozygotů v populaci.
Problém 12 . Esenciální pentosurie (vylučování močí L -xylulóza) se dědí jako autozomálně recesivní vlastnost a vyskytuje se s frekvencí 1:50 000 (L.O. Badalyan, 1971). Určete četnost výskytu dominantních homozygotů v populaci.
Problém 13. Alkaptonurie (vylučování kyseliny homogentisové močí, barvení chrupavkové tkáně, rozvoj artritidy) se dědí jako autozomálně recesivní rys s frekvencí 1:100 000 (V.P. Efroimson, 1968). Určete četnost heterozygotů v populaci.
Problém 14 . Krevní skupiny podle antigenního systému M a N (M, MN, N ) jsou určeny kodominantními geny LN a L M . Genová frekvence L M mezi bílou populací USA je to 54 %, mezi Indiány 78 %, mezi Eskymáky z Grónska 91 %, mezi australskými domorodci 18 %. Určete četnost výskytu krevních skupin MN v každé z těchto populací.
Problém 15 . Jedno zrno pšenice, heterozygotní pro gen A, náhodně spadlo na pustém ostrově. Jaký bude podíl heterozygotních rostlin mezi zástupci první, druhé, třetí; čtvrté generace, pokud znak určený genem neovlivňuje přežití rostlin a jejich rozmnožování?
Problém 16 . Albinismus u žita se dědí jako autozomálně recesivní vlastnost. Na zkoumaném území bylo mezi 84 000 rostlinami nalezeno 210 albínů. Určete četnost výskytu genu albinismu v žitě.
Problém 17 . Na jednom z ostrovů bylo zastřeleno 10 000 lišek. 9991 z nich bylo červených (dominantní znak) a 9 jedinců bylo bílých (recesivní znak). Určete četnost výskytu genotypů homozygotních lišek obecných, heterozygotních lišek červených a bílých v této populaci.
Problém 18. U velké populace je frekvence genu barvosleposti (recesivní, spojená s X -chromozomální znak) u mužů je 0,08. Určete frekvenci výskytu genotypů dominantních homozygotů, heterozygotů a recesivních homozygotů u žen této populace.
Problém 19 . U skotu s krátkým rohem se barva dědí jako autozomální vlastnost s neúplnou dominancí: kříženci z křížení červených a bílých zvířat mají barvu grošáka. U N , která se specializuje na chov krátkorohých, zaregistrovala 4 169 červených, 3 780 běloušů a 756 bílých. Určete četnost genů, které určují červené a bílé zbarvení hospodářských zvířat v dané oblasti.
- LIDSKÉ GENETIKY
ŘEŠENÍ TYPICKÝCH PROBLÉMŮ
Úkol 1. Definujte typ dědičnosti
Řešení. Tato vlastnost se vyskytuje v každé generaci. To okamžitě vylučuje recesivní typ dědictví. Vzhledem k tomu, že se tato vlastnost vyskytuje u mužů i žen, vylučuje to holandrický typ dědičnosti. To ponechává dva možné způsoby dědičnosti: autosomálně dominantní a dominantní vázané na pohlaví, které jsou velmi podobné. V muži II 3 mají dcery s touto vlastností ( III 1, III 5, III 7) a bez něj ( III -3), což vylučuje dominantní typ dědičnosti vázaný na pohlaví. To znamená, že tento rodokmen má autozomálně dominantní typ dědičnosti.
Problém 2 
Řešení. Tato vlastnost se nevyskytuje v každé generaci. To vylučuje dominantní typ dědičnosti. Vzhledem k tomu, že se tento rys vyskytuje u mužů i žen, vylučuje to holandrický typ dědičnosti. K vyloučení recesivního typu dědění vázaného na pohlaví je nutné vzít v úvahu schéma manželství Ш3 a III 4 (znak se nevyskytuje u mužů a žen). Pokud předpokládáme, že genotyp muže X A Y a genotyp ženy je X A X a , nemohou mít dceru s tímto rysem (X a X a ), a v tomto rodokmenu je dcera s tímto rysem IV -2. Vezmeme-li v úvahu výskyt znaku stejně u mužů i žen a případ příbuzenského manželství, můžeme dojít k závěru, že se v tomto rodokmenu vyskytuje autozomálně recesivní typ dědičnosti.
Úkol 3. Shoda jednovaječných dvojčat podle tělesné hmotnosti je 80 % a dvojvaječných dvojčat 30 %. Jaký je vztah mezi dědičnými a environmentálními faktory při utváření znaku?
Řešení. Pomocí Holzingerova vzorce vypočítáme koeficient dědičnosti:
KMB %-KDB %
100%-KDB%
N =
80% - 30%
100%-30%
Vzhledem k tomu, že koeficient dědičnosti je 0,71, hraje genotyp důležitou roli při tvorbě znaku.
SEBEOVLÁDACÍ ÚKOLY
Problém 1 . Určete typ dědictví.
Problém 2 . Určete typ dědictví.
Problém 3 . Určete typ dědictví.
Úkol 4. Krevní skupiny podle systému ABO u monozygotů
Ve 100 % případů se shodují jednovaječná dvojčata a ve 40 % u dvojvaječných dvojčat. Co určuje koeficient dědičnosti - prostředí nebo dědičnost?
Problém 5 . Vitamínově rezistentní křivice D (hypofosfatemie) je dědičné onemocnění způsobené dominantním genem lokalizovaným na X chromozomu. V rodině, kde otec trpí tímto onemocněním a matka je zdravá, jsou 3 dcery a 3 synové. Kolik z nich může být nemocných?
Úkol 6. Je složení bílkovin u dvou jednovaječných dvojčat stejné, pokud v jejich buňkách nejsou žádné mutace?
Úkol 7. Která z následujících charakteristik charakterizuje autozomálně dominantní typ dědičnosti: a) onemocnění je stejně časté u žen i mužů; b) nemoc se přenáší z rodičů na děti v každé generaci; c) nemocný otec má nemocné všechny své dcery; d) syn nikdy nezdědí nemoc po otci; d) jsou rodiče nemocného dítěte zdraví?
Úkol 8. Která z následujících charakteristik charakterizuje autozomálně recesivní typ dědičnosti: a) onemocnění je stejně časté u žen i mužů; b) nemoc se přenáší z rodičů na děti v každé generaci; c) nemocný otec má nemocné všechny své dcery; d) rodiče jsou pokrevní příbuzní; d) jsou rodiče nemocného dítěte zdraví?
Problém 9 . Která z následujících charakteristik charakterizuje dominantní, X-vázaný typ dědičnosti: a) onemocnění je stejně časté u žen i mužů; b) nemoc se přenáší z rodičů na děti v každé generaci; c) nemocný otec má nemocné všechny své dcery; d) syn nikdy nezdědí nemoc po otci; e) pokud je matka nemocná, tak bez ohledu na pohlaví je pravděpodobnost nemocného dítěte 50%?
Nikdo nemůže být chráněn před narozením nemocného dítěte. To je velká rána nejen pro rodiče, ale i pro zdravotníky. To platí zejména pro patologie, kterým nelze zabránit nebo kterým nelze zabránit. Jednou z těchto chorob je achondroplazie.
Achondroplazie je genetické onemocnění, jehož hlavní charakteristikou jsou krátké končetiny, přičemž délka těla zůstává normální. Průměrná výška pacienta je 130 centimetrů, v některých případech i méně. Páteř takového pacienta má zakřivený tvar, hlava je velká a přední tuberkuly výrazně vyčnívají.
Incidence patologie mezi všemi novorozenci je 1:10 000 a postihuje častěji dívky než chlapce.
Tuto patologii nelze vyléčit a metody úplného obnovení růstu nejsou v současné době známy. Všechny metody terapie jsou zaměřeny na snížení všech negativních projevů onemocnění na minimum.
Příčiny
V srdci této patologie jsou problémy v procesech tvorby kostí v důsledku genetického selhání při tvorbě epifyzární chrupavky. Buňky růstové zóny jsou uspořádány náhodně, což vyvolává narušení normální osifikace a růst pacienta se zpomaluje.
Tohoto procesu se účastní pouze ty kosti, které rostou podle enchondrálního typu. Vzhledem k tomu, že kosti umístěné v oblasti lebeční klenby jsou tvořeny pojivovou tkání, rostou podle věku a to vyvolává nerovnováhu v proporcích a vytváření specifického tvaru lebky pacienta.
Příznaky
Anatomické abnormality jsou patrné po narození dítěte. Lékaři zaznamenávají takové vnější projevy u novorozence jako:
- hlava s velkým objemem;
- končetiny jsou velmi krátké.
Na hlavičce dítěte je jasně vidět, že čelo má konvexní tvar a vyčnívají týlní a parietální výběžky. V některých případech je diagnostikován hydrocefalus. Oční bulvy jsou posazeny hluboko a vzdálenost mezi nimi je široká. Tvar nosu je sedlový a horní část je široká. Čelo, stejně jako horní čelist, má výběžek dopředu.
Paže a nohy pacientů s achondroplázií jsou zkráceny na úkor kyčlí a ramen. Lékaři si všimnou, že ruce novorozence mohou dosáhnout pouze k pupku. Tělo dítěte má normální vývoj, na hrudníku nejsou žádné změny, žaludek je vysunutý dopředu.
U dětí s diagnózou achondroplázie je pravděpodobnější než u jiných dětí náhlá smrt ve spánku. Lékaři to vysvětlují tím, že u takových pacientů dochází ke stlačení prodloužené míchy a horní části míchy kvůli malému průměru otvoru v týlní oblasti.
V prvních dvou letech života se u dítěte vyvine kyfóza v cervikothorakální oblasti, která může vymizet poté, co dítě začne chodit. Všechny děti s achondroplázií mají zpoždění ve fyzickém vývoji, ale duševní a intelektuální vývoj netrpí.
Jak pacient stárne, začnou se tvořit ploché nohy a kolenní klouby ztrácejí stabilitu. Dospělé ženy dosahují výšky 124 centimetrů a muži - 131 centimetrů. Stojí za zmínku, že většina pacientů s touto diagnózou je náchylná k přibírání na váze a trpí obezitou.
Diagnostika
Vzhledem k tomu, že vzhled pacienta má charakteristické rysy, není pro lékaře obtížné stanovit diagnózu. Všechny děti by měly být vyšetřeny k posouzení závažnosti patologie a získané údaje by měly být zaznamenány do souhrnné tabulky. Je důležité jej pravidelně vyplňovat a výsledky se porovnávají s normovými údaji vyvinutými pro pacienty s achondroplázií.
Je také důležité provádět výzkum různých orgánů. Za tímto účelem jsou zapojeni následující specialisté:
- neurochirurg (doporučuje MRI a CT);
- otolaryngolog;
- pneumolog
Každý pacient je povinen přinést lékaři výsledky rentgenového snímku, podle kterého může lékař diagnózu potvrdit nebo vyvrátit.
Rentgenový snímek pacienta s anamnézou achondroplazie odhaluje porušení proporcí mezi takovými částmi lebky, jako je obličejová a mozková. Otvor v zadní části hlavy má zmenšený průměr a velikost dolní čelisti a kostí lebeční klenby je větší než u zdravých pacientů.
Rentgen hrudníku ukazuje, že hrudní kost je zakřivená a žebra jsou zesílená a deformovaná. V některých případech je určena nepřítomnost normálního anatomického ohybu klíční kosti.
Páteř pacienta nevykazuje žádné zvláštní změny v obraze, ale její fyziologické křivky jsou slabě vyjádřeny, což může vést k rozvoji bederní hyperlordózy.
Rentgenový snímek pánve ukazuje změněný tvar kyčelního křídla. Je obdélníkový, rozložený a výrazně zkrácený.
Pořízením rentgenových snímků kloubu mohou lékaři určit prodloužení fibuly, deformitu a inkongruenci.
Léčba
K dnešnímu dni neexistují žádné metody pro úplné vyléčení pacientů z achondroplazie v ortopedii. Byly provedeny klinické studie o použití růstového hormonu, ale tato metoda neprokázala svou účinnost.
- používat speciální ortopedickou obuv;
- zapojit se do fyzikální terapie;
- absolvovat masážní kurz;
- zhubnout.
Pokud jsou ruce a nohy pacienta velmi deformované a míšní kanál je zúžený, doporučuje se podstoupit operaci. K nápravě deformity lékaři provádějí osteotomii, v případě potřeby k odstranění zúžení laminektomii.
V případě prodloužení nohy za účelem zvýšení výšky se chirurgická intervence provádí napříč v několika fázích. To znamená, že v první fázi se operuje stehno pravé nohy a holeň levé a ve druhé - naopak.
Během celého průběhu operací může dítě vyrůst až do 28 centimetrů. Terapie začíná ve 4 letech věku. V tomto období se provádějí první tři etapy zásahu. Rehabilitace po každé operaci je asi 5 měsíců a interval mezi manipulacemi by neměl být kratší než 2-3 měsíce.
K opakovaným etapám je dítě zváno ve věku 14–15 let. V tomto období musí teenager opět projít všemi fázemi bolestivých procedur.
Zvýšení výšky (video)