Ahondroplazija ir visizplatītākais iedzimtais defekts, kam raksturīgas patoloģiskas ķermeņa proporcijas: cilvēkiem, kuri cieš no šīs slimības, ir relatīvas makrocefālijas pazīmes (piere izvirzīta uz priekšu un deguna tilts ir plakans), rokas un kājas ir ļoti īsas, savukārt kājas un mugurkauls ir deformētas, pleci un gurni kauli ir saīsināti vairāk nekā rādiusi, un rumpis ir gandrīz normāla izmēra.
Dažreiz liela galva atspoguļo hidrocefāliju - liekā šķidruma klātbūtni smadzenēs - un nepieciešama ķirurģiska iejaukšanās. Ahondroplazijas slimnieku plaukstas ir mazas ar īsiem, resniem pirkstiem. Starp vidējo un zeltneša pirkstu ir zināms attālums (trīszaru roka). Vairumā gadījumu cilvēki, sasnieguši pilngadību, aug ne vairāk kā 120-130 cm.
Kas tas ir?
Ahondroplazija ir ģenētiska slimība, kas izraisa kaulu augšanas traucējumus. Šis ir viens no visizplatītākajiem pundurisma veidiem. Par to, vai bērnam ir šī patoloģija, var spriest jau no dzimšanas brīža.
Patoģenēze un ģenētika
Ahondroplaziju izraisa mutācijas FGFR3 gēnā, un tā atrodas ceturtajā hromosomā. Tajā pašā laikā tiek kavēta skrimšļa augšana. FGFR3 kodē proteīnu, ko sauc par Fibroblastu augšanas faktoru 3. Šis proteīns ir atbildīgs par kaulu augšanu organismā. Ahondroplazijas gadījumā FGFR3 nevar pareizi funkcionēt, un kaulu un skrimšļu augšana palēninās. Tā rezultātā veidojas īsi kauli, patoloģiska kaulu forma un īss augums.
FGFR3 ir transmembrānas tirozīna kināzes receptors, kas saistās ar FGF. FGF saistīšanās ar FGFR3 ekstracelulāro reģionu aktivizē receptora intracelulāro domēnu un izraisa signāla secību. Endohondrālajā kaulā FGFR3 aktivācija kavē hondrocītu proliferāciju augšanas plāksnē, tādējādi palīdzot koordinēt hondrocītu augšanu un diferenciāciju ar kaulu cilmes šūnu augšanu un diferenciāciju.
Ar ahondroplaziju saistītās FGFR3 mutācijas ir funkcionālās mutācijas, kas izraisa no ligandu neatkarīgu FGFR3 proteīna aktivāciju. Šī pastāvīgā FGFR3 proteīna regulēšana nepareizi kavē hondrocītu proliferāciju augšanas plāksnē un izraisa garo kaulu saīsināšanu, kā arī citu kaulu patoloģisku veidošanos.
Guanīns 1138. pozīcijā FGFR3 gēnā ir viens no visvairāk mainīgajiem nukleotīdiem, kas identificēti visos cilvēka gēnos. Šī nukleotīda mutācija notiek gandrīz 100% ahondroplazijas gadījumu; vairāk nekā 80% pacientu ir jauna mutācija. Jaunas guanīna mutācijas FGFR3 gēna 1138. pozīcijā notiek tikai tēva dzimumšūnās, un to biežums palielinās līdz ar tēva vecumu (>35 gadi).
Ahondroplazijas simptomi
Tūlīt pēc piedzimšanas jūs varat atklāt visredzamākās ahondroplazijas pazīmes jaundzimušajam:
- Acs orbītu dziļa atrašanās vieta,
- Papildu kroku klātbūtne acu iekšējos kaktiņos,
- Seglu formas saplacināta deguna forma,
- Palielināta galva
- Izliekta piere
- Manāmi izvirzīti parietālie un pakauša bumbuļi,
- Plaši novietotas acis
- Hidrocefālija,
- Spēcīgs sēžamvietas izvirzījums iegurņa aizmugurējā stāvokļa dēļ,
- Maza krūtis
- Palielinātas mandeles,
- Elpošanas problēmas
- Muskuļu tonusa pārkāpums,
- Ievērojams augšējā žokļa izvirzījums,
- Augstas debesis
- Rupja mēle
- Īsas mazuļa rokas un kājas,
- Plašas plaukstas un pēdas ar īsiem pirkstiem,
- Palēnināta fiziskā attīstība
- Iespējama torticollis
- Dzirdes un redzes traucējumi.
Viņiem augot, visi šie simptomi progresē, izraisot vairākas komplikācijas, no kurām daudzas var būt letālas.
Ahondroplazijas diagnostika
Lai novērtētu orgānu un sistēmu stāvokli, tiek veikta visaptveroša pārbaude. Lai izslēgtu hidrocefāliju bērniem ar ahondroplaziju, tiek veikta smadzeņu MRI un CT skenēšana.
- Veicot galvaskausa rentgenogrāfiju pacientiem ar ahondroplāziju, rodas disproporcija starp smadzenēm un sejas daļām, tiek samazināts foramen magnum izmērs, palielināti galvaskausa velves un apakšējā žokļa kauli. Turku segli ir raksturīgi kurpveida un plakani, pamatne ir iegarena.
- Mugurkaula rentgenstari parasti neatklāj rupjas izmaiņas. Fizioloģiskās līknes ir mazāk izteiktas nekā parasti.
- Krūškurvja rentgens parasti nemainās, dažos gadījumos krūšu kauls izvirzās uz priekšu un ir nedaudz izliekts. Iespējamas ribu deformācijas un sabiezējums. Dažreiz atslēgas kaula anatomisko līkumu nav.
- Cauruļveida kaulu rentgenstari atklāj diafīzes saīsināšanu, retināšanu, kausa paplašināšanos un metafīzes sabiezēšanu.
- Locītavu rentgenstari atklāj locītavu virsmu deformāciju, epifīžu formas traucējumus un locītavu spraugu paplašināšanos.
- Rentgens iegurņa atklāj izmaiņas gūžas kaulu spārnu izmērā un formā. Tiek noteikta acetabuluma jumta horizontālā atrašanās vieta.
Parasti diagnozes noteikšana nerada grūtības pacienta ķermeņa raksturīgā izskata un proporciju dēļ.
Ahondroplazija - ārstēšana
Efektīva ahondroplazijas ārstēšana pašlaik nav iespējama. Ārsti var tikai samazināt sekas, lai uzlabotu pacientu dzīves kvalitāti.
Bērnībā šādiem bērniem tiek veikta konservatīva terapija - masāža, fizikālā terapija. Tas palīdz nostiprināt muskuļu korseti un novērst smagu apakšējo ekstremitāšu deformāciju. Pacientiem ieteicams valkāt īpašus apavus, kas samazina spiedienu uz kauliem. Svarīgi ir arī ievērot diētu, lai nenoslogotu skeletu ar lieko svaru. Defekti žokļu zonā tiek koriģēti, valkājot īpašas plāksnes.
Ir gadījumi, kad bērnībā tiek nozīmēta hormonterapija, kas palīdz nedaudz kompensēt augšanas trūkumu. Pieaugušajiem hormonu terapiju neizmanto. Ja vecāki nolemj problēmu risināt ķirurģiski, tad ir jāsazinās ar specializētu klīniku, kurai ir pietiekama pieredze šādu operāciju veikšanā.
- Operācija tiek veikta, ja slimība pacientam rada acīmredzamu diskomfortu. Viennozīmīgs lēmums par labu operācijai tiek pieņemts, ja pastāv muguras smadzeņu iesprūšanas, muguras vidusdaļas kifozes vai “o” formas kājas draudi.
- Ir iespējams arī pagarināt kaulus, kam pa posmiem tiek veiktas vairākas ķirurģiskas iejaukšanās. Bērniem četru līdz sešu gadu vecumā tiek veikta operācija, lai pagarinātu kājas (līdz sešiem cm), gurnus (līdz aptuveni septiņiem līdz astoņiem cm) un plecus (iespējams, līdz pieciem centimetriem). Šādu posmu ilgums ir aptuveni pieci mēneši ar divu līdz trīs mēnešu pārtraukumu. Nākamā intervences sērija tiek veikta vecumā no četrpadsmit līdz piecpadsmit gadiem. Šeit pacients arī iziet trīs posmus, sagaidāmais rezultāts ir tāds pats kā pirmajā reizē.
Tomēr šādas darbības pilnībā nenovērš slimību un tās simptomus, jo ar īsu augumu kaulu pagarināšanās pat līdz desmit centimetriem neliek pacientiem izskatīties kā parastiem cilvēkiem. Turklāt ne visi pacienti ir gatavi veikt virkni operāciju un sāpīgus rehabilitācijas periodus.
Ahondroplazijas iedzimtība
Veseliem vecākiem, kam ir bērns ar ahondroplaziju, atkārtošanās risks nākamajiem bērniem ir zems, bet, iespējams, nedaudz augstāks nekā parastajai populācijai, jo ir pierādīta seksuālās mozaīkas iespējamība, kaut arī ahondroplazijas gadījumā tas ir ārkārtīgi reti.
Laulībā, kurā vienam partnerim ir ahondroplazija, atkārtošanās risks katram bērnam ir 50%, jo ahondroplazija ir autosomāli dominējoša slimība ar pilnīgu penetranci. Divu skarto personu laulībā katram bērnam ir 50% ahondroplazijas risks, 25% letālas homozigotas ahondroplazijas risks un 25% normālas izaugsmes iespējamība.
Kad māte ar ahondroplaziju ir stāvoklī, normāla izmēra auglim nepieciešama piegāde ar ķeizargriezienu.
Profilakse
Ahondroplazijas profilakse sastāv no medicīniskās ģenētiskās konsultācijas un pirmsdzemdību diagnostikas, kas ļauj atklāt patoloģijas pat intrauterīnās attīstības stadijā. Ģenētiķa konsultācija ir īpaši nepieciešama tiem, kuru ģimenē jau ir novērots pundurisms. Speciāla pārbaude ļaus novērtēt slima bērna piedzimšanas risku.
Ja vecākiem jau ir ahondroplazija, slimību nevar novērst, jo tā ir iedzimta.
Ahondroplazija ir iedzimta slimība, kas saistīta ar ģenētisku mutāciju, kuras rezultātā cilvēka kājas ievērojami samazinās, saglabājot normālu ķermeņa izmēru. Slimības pazīmes ir īss augums - ne vairāk kā 130 centimetri pieaugušā vecumā, mugurkaula izliekums, liels galvas izmērs ar izvirzītiem priekšējiem bumbuļiem.
Saskaņā ar statistiku, slimība var rasties vienam jaundzimušajam no 10 tūkstošiem, ahondroplazija visbiežāk skar vīriešu jaundzimušos.
Ahondroplazija rodas FGFR3 gēna mutācijas rezultātā, kas ir tieši atbildīgs par skrimšļa audu pārkaulošanos un proliferāciju.
Šo problēmu rezultātā ekstremitātes pārstāj augt garumā un iegūst patoloģisku struktūru. Saskaņā ar medicīnas pētījumiem gēnu mutācija notiek nejauši un praktiski nav atkarīga no ārējiem faktoriem.
Mutācijas iespējamība palielinās šādos gadījumos:
- bērna vecāki (īpaši tēvs) ir vecāki par 35 gadiem;
- Ahondroplazija tika diagnosticēta vienam no mazuļa vecākiem.
Vecāku vecums netiek uzskatīts par 100% faktoru ahondroplazijas attīstībā nedzimušam bērnam.
Simptomi
Par gēnu mutāciju var spriest bez diagnostikas pētījuma: mazulim ir pārāk liela galva un nesamērīgi mazas ekstremitātes, uz galvas izceļas frontālās un pakauša izciļņi. Dažreiz jaundzimušajam tiek diagnosticēta hidrocefālija.
Citi slimības simptomi ir:
- Normālas kaulu struktūras traucējumi galvas pamatnē;
- Acu zonā ir krokas, kas nav raksturīgas parastajiem bērniem, pašas acis ir novietotas pārāk plati;
- Degunam ir seglu formas izskats;
- Izvirzīts augšžoklis;
- Izvirzītas galvas priekšējās daļas;
- Paaugstinātas aukslējas un raupja mēle.
Jaundzimušajam ir vienmērīgi īsas ekstremitātes, tās ir izliektas locītavu zonās. Bērns var sasniegt nabas zonu tikai ar rokām. Pēdām ir pārāk plats izskats un tās ir īsākas. Plaukstas, tāpat kā pēdas, ir platas, visi pirksti, izņemot pirmo, ir gandrīz vienāda izmēra.
Jaundzimušajam ar mutāciju ir daudzas ādas krokas un tauku nogulsnes augšējās un apakšējās ekstremitātēs. Neskatoties uz visām augšanas problēmām, pacienta rumpis attīstās pareizi un ir normāla izmēra, izmaiņas neietekmē krūtis, savukārt kuņģis strauji izvirzīts uz priekšu, iegurnis noliecas atpakaļ un sēžamvieta spēcīgi izceļas.
Ar ahondroplaziju bērnam var rasties problēmas ar normālu elpošanu, ko izraisa sejas un krūškurvja struktūras īpatnības. Pacientiem bieži tiek diagnosticētas problēmas ar normālu fizisko attīstību: bērns sāk turēt galvu tikai pēc 3-4 dzīves mēnešiem, mazulis sēž 8-9 mēnešus no dzimšanas dienas, bērns pieceļas kājās un sāk patstāvīgi staigāt ne agrāk kā 1,5-2 gadus pēc dzimšanas. Zīmīgi, ka fiziskās attīstības nobīde intelektuālajās spējās praktiski neatšķiras - bērna garīgā attīstība notiek normas robežās, viņš neatpaliek no vienaudžiem.
Bērnam augot, ekstremitāšu kauli turpina sabiezēt un saliekties, un tie iegūst gabaliņu struktūru. Pēc tam sākas augšstilba kaulu iekšēja savīšana apakšējos posmos, ceļa locītavas iegūst vaļīgu izskatu, un pēc ārējās pārbaudes tiek diagnosticētas planovalgus pēdas.
Izliekums ietekmē ne tikai apakšējās, bet arī augšējās ekstremitātes, apakšdelmi ir īpaši jutīgi pret deformācijām.
Pieaugušā vecumā sieviešu ar mutācijas gēnu augums nepārsniedz 124 centimetrus, pieaugušu vīriešu augums nepārsniedz 131 centimetru. Visas bērnībā radušās galvas un sejas skeleta deformācijas ne tikai saglabājas pieaugušā vecumā, bet arī kļūst izteiktākas. Dažreiz pacientiem ar ahondroplāziju attīstās šķielēšana, un zemas mobilitātes problēmu dēļ pacientiem attīstās aptaukošanās.
Ahondroplaziju bieži pavada mugurkaula kanāla izmēra samazināšanās mugurkaula jostas daļā. Šo problēmu papildina jutīguma samazināšanās un sāpju parādīšanās apakšējās ekstremitātēs. Pareizas ārstēšanas trūkuma gadījumā mugurkaula kanāla sašaurināšanās var izraisīt kāju paralīzi un iekšējo orgānu normālas darbības traucējumus iegurņa zonā.
Slimības diagnostika kļūst iespējama bez papildu sarežģītiem izmeklējumiem ahondroplazijai raksturīgās ķermeņa uzbūves un pacienta proporciju dēļ.
Parasti slims bērns tiek nosūtīts uz papildu visaptverošu pārbaudi, lai noteiktu iekšējo sistēmu un orgānu stāvokli:
Slimības formas
Atkarībā no slimības izcelsmes ir ierasts atšķirt šādus ahondroplazijas veidus:
- Iedzimta. Mutācijas gēns tiek nodots no slimā vecāka bērnam.
- Sporādiski. Slimība izpaužas neatkarīgi no iedzimtiem faktoriem, visas mutācijas ir spontānas.
Atklājot slimību, pacientu reģistrē un novēro ārsts visu mūžu no dzimšanas brīža.
Ārstēšana
Ahondroplazija ir iedzimta ģenētiska slimība, kuru nevar izārstēt. Bērnībā pacientiem tiek nozīmēta konservatīva ārstēšana, kuras pamatā ir fizikālā terapija un manuālā terapija. Šī pieeja ļauj ne tikai stiprināt muskuļus, bet arī novērst ekstremitāšu deformāciju.
Ķirurģiska iejaukšanās ir indicēta progresējošos gadījumos, kad pacientiem ir nopietnas skeleta struktūras deformācijas. Tiek veiktas šādas operācijas:
- Osteotomija – kāju kauli tiek sagriezti ar speciālu instrumentu un atkal piestiprināti pareizā stāvoklī. Operāciju izmanto tikai smagas apakšējo ekstremitāšu deformācijas gadījumos, ļauj nedaudz palielināt kāju garumu.
- Laminektomija - tiek veikta mugurkaula kanāla sadalīšana, tādējādi samazinot spiedienu. Operācija tiek veikta patoloģijām mugurkaula struktūrā.
Ja ahondroplazija izraisa vienlaicīgu slimību un komplikāciju attīstību, tiek izmantota atbilstoša ārstēšana, lai novērstu nepatīkamus simptomus.
Ārstēšana ietver arī noteiktas diētas ievērošanu. Pareizs uzturs palīdz ne tikai izvairīties no aptaukošanās, bet arī nodrošināt organismam nepieciešamos vitamīnus un minerālvielas.
Prognoze
Bērnam diagnosticējot ahondroplaziju, nav iespējams sniegt labvēlīgu prognozi, jo slimību pat nevar pilnībā izārstēt.
Veicot ārstnieciskās un profilaktiskās procedūras uzreiz pēc bērna piedzimšanas, prognoze ir labvēlīgāka - var samazināt visas deformācijas un novērst komplikāciju attīstību.
Visnelabvēlīgākā prognoze tiek dota ar skrimšļa audu želatīna mīkstināšanu - lielākā daļa jaundzimušo mirst vai nu tieši dzemdē, vai neilgi pēc dzimšanas.
Komplikācijas
Visbiežāk sastopamā ahondroplazijas komplikācija ir mugurkaula kanāla un nervu saspiešana.
Saspiešana savukārt var izraisīt:
- Problēmas ar urīnceļu sistēmas normālu darbību - pacienti bieži sūdzas par urīna un fekāliju nesaturēšanu, potences problēmām;
- Augšējās un apakšējās ekstremitātes zaudē normālu motorisko spēju;
- Vājums rodas apakšējās un augšējās ekstremitātēs, tiek traucēts normāls muskuļu tonuss.
Profilakse
Ģenētisko slimību profilakse ir vērsta uz konsultāciju apmeklēšanu medicīniskās ģenētikas jomā un augļa prenatālās diagnostikas procedūru veikšanu.
Ja kādam no vecākiem ir mutējis gēns, bērnam, visticamāk, šī slimība attīstīsies, un to novērst nebūs iespējams.
Preventīvie pasākumi:
- Visaptveroša pārbaude, plānojot grūtniecību;
- Slimības diagnostika pirms bērna piedzimšanas;
- Obligātās pirmsdzemdību pārbaudes.
Ahondroplazija ir nopietna ģenētiska slimība, no kuras nav iespējams izārstēties. Atcerieties, ka, ja sākat ārstēšanu bērnībā, lielāko daļu komplikāciju var izvairīties.
Populācijas genofonda ietvaros genotipu īpatsvars, kas satur viena un tā paša gēna dažādas alēles; ievērojot noteiktus nosacījumus, tas nemainās no paaudzes paaudzē. Šos apstākļus apraksta populācijas ģenētikas pamatlikums, ko 1908. gadā formulēja angļu matemātiķis J. Hārdijs un vācu ģenētiķis G. Veinbergs. "Populācijā, kurā ir bezgalīgi liels skaits brīvi krustojošu indivīdu, ja nav mutāciju, organismu ar dažādiem genotipiem selektīvās migrācijas un dabiskās atlases spiediena, sākotnējās alēļu frekvences tiek saglabātas no paaudzes paaudzē."
Hārdija-Veinberga vienādojums ģenētisko problēmu risināšanā
Ir labi zināms, ka šis likums ir piemērojams tikai ideālām populācijām: pietiekami liels indivīdu skaits populācijā; populācijai jābūt panmiksētai, ja nav ierobežojumu brīvai dzimumpartnera izvēlei; praktiski nedrīkst būt nekādas pētāmās pazīmes mutācijas; nav gēnu pieplūduma un aizplūšanas un nav dabiskās atlases.
Hārdija-Veinberga likums ir formulēts šādi:
ideālā populācijā gēnu alēļu un genotipu biežuma attiecība no paaudzes paaudzē ir nemainīga vērtība un atbilst vienādojumam:
p 2 + 2pq + q 2 = 1
kur p 2 ir homozigotu īpatsvars vienā no alēlēm; p ir šīs alēles biežums; q 2 ir homozigotu proporcija alternatīvajai alēlei; q ir atbilstošās alēles biežums; 2pq — heterozigotu īpatsvars.
Ko nozīmē “gēnu alēļu frekvenču attiecība” un “genotipu attiecība” - nemainīgas vērtības? Kādas ir šīs vērtības?
Lai gēna sastopamības biežums dominējošā stāvoklī (A) ir vienāds ar p, un recesīvās alēles biežums (a) tā paša gēna ir vienāds ar q(iespējams otrādi vai pat izmantojot vienu burtu, izsakot vienu apzīmējumu no cita) un saprotot, ka viena gēna dominējošo un recesīvo alēļu biežumu summa populācijā ir vienāda ar 1, mēs iegūstam pirmo vienādojumu:
1) p + q = 1
No kurienes nāk pats Hārdija-Veinberga vienādojums? Jūs atceraties, ka, monohibrīdi krustojot heterozigotus organismus ar genotipiem Aa x Aa saskaņā ar otro Mendeļa likumu, mēs novērojam dažādu genotipu parādīšanos pēcnācējos attiecībā 1AA:2 Aa:1aa.
Tā kā dominējošā alēliskā gēna A sastopamības biežumu apzīmē ar burtu p, bet recesīvo alēli a apzīmē ar burtu q, tad pašu organismu genotipu (AA, 2Aa un aa) sastopamības biežumu summai ir tie paši alēlie gēni A un a arī būs vienādi ar 1, tad:
2) p 2 AA + 2pqAa + q 2 aa =1
Populācijas ģenētikas problēmās, kā likums, ir nepieciešams:
a) nosaka katra alēliskā gēna sastopamības biežumu, pamatojoties uz zināmo indivīdu genotipu biežuma attiecību;
B) vai otrādi, atrodiet jebkura indivīdu genotipa sastopamības biežumu, pamatojoties uz zināmo pētāmās pazīmes dominējošās vai recesīvās alēles sastopamības biežumu.
Tātad, aizvietojot zināmo vienas no gēna alēļu sastopamības biežuma vērtību pirmajā formulā un atrodot otrās alēles sastopamības biežuma vērtību, mēs vienmēr varam izmantot Hārdija-Veinberga vienādojumu, lai atrastu pašu pēcnācēju dažādu genotipu sastopamības biežums.
Parasti dažas darbības (to acīmredzamības dēļ) tiek izlemtas prātā. Bet, lai būtu skaidrs, kas jau ir acīmredzams, jums labi jāsaprot, kādi ir burtu apzīmējumi Hārdija-Veinberga formulā.
Hardija-Veinberga likuma noteikumi attiecas arī uz vairākām alēlēm. Tādējādi, ja autosomālo gēnu attēlo trīs alēles (A, a1 un a2), tad likuma formulas iegūst šādu formu:
RA + qa1 + ra2 = 1;
P 2 AA+ q 2 a1a1 + r 2 a2a2 + 2pqAa1 + 2prAa2 + 2qra1a2 = 1.
"Iedzīvotāju skaitā no bezgalīgs skaits brīvi krustojošu īpatņu V mutāciju trūkums, selektīva migrācija organismi ar dažādiem genotipiem un dabiskās atlases spiediens sākotnējās alēļu frekvences tiek saglabātas no paaudzes paaudzē.
Pieņemsim, ka populācijas gēnu fondā, kas atbilst aprakstītajiem nosacījumiem, noteiktu gēnu pārstāv alēles A 1 un A 2, kas atrastas ar biežumu p un q. Tā kā šajā genofondā nav citu alēļu, tad p + q = 1. Šajā gadījumā q = 1 - p.
Attiecīgi noteiktas populācijas indivīdi veido p gametas ar A 1 alēli un q gametas ar A 2 alēli. Ja krustošanās notiek nejauši, tad dzimumšūnu īpatsvars, kas savienojas ar gametām A 1, ir vienāds ar p, un dzimumšūnu īpatsvars, kas savienojas ar gametām A 2, ir q. F 1 paaudzi, kas rodas aprakstītā reprodukcijas cikla rezultātā, veido genotipi A l A 1, A 1 A 2, A 2 A 2, kuru skaits korelē kā (p + q) (p + q) = p 2 + 2pq + q 2 (10.2. att.). Sasniedzot dzimumbriedumu, indivīdi AlAi un ArA2 katrs veido viena veida gametas - A 1 vai A 2 - ar biežumu, kas ir proporcionāls norādīto genotipu organismu skaitam (p un q). Indivīdi A 1 A 2 veido abu veidu gametas ar vienādu frekvenci 2pq /2.
Rīsi. Regulāra genotipu izplatība paaudžu sērijā atkarībā no dažāda veida gametu veidošanās biežuma (Hardija-Veinberga likums)
Tādējādi gametu A 1 proporcija F 1 paaudzē būs p 2 + 2pq/2 = p 2 + p(1-p) = p, un gametu A 2 proporcija būs vienāda ar q 2 + 2pq/2. = q 2 + + q (l -q) = q.
Tā kā dzimumšūnu ar dažādām alēlēm biežums fi paaudzē, salīdzinot ar vecāku paaudzi, nemainās, F 2 paaudzi pārstāvēs organismi ar genotipiem A l A 1, A 1 A 2 un A 2 A 2 vienādās proporcijās p 2 + 2pq + q 2 . Pateicoties tam, nākamais reprodukcijas cikls notiks p gametu A 1 un q gametu A 2 klātbūtnē. Līdzīgus aprēķinus var veikt lokusiem ar jebkuru alēļu skaitu. Alēļu frekvenču saglabāšana balstās uz nejaušu notikumu statistiskiem modeļiem lielos paraugos.
Hārdija-Veinberga vienādojums, kā minēts iepriekš, ir derīgs autosomālajiem gēniem. Ar dzimumu saistītiem gēniem A l A 1, A 1 A 2 un A 2 A 2 genotipu līdzsvara frekvences sakrīt ar autosomālo gēnu līdzsvara frekvencēm: p 2 + 2pq + q 2. Tēviņiem (heterogamētiskā dzimuma gadījumā) to hemizigotitātes dēļ ir iespējami tikai divi genotipi A 1 - vai A 2, kas tiek reproducēti ar biežumu, kas vienāds ar atbilstošo alēļu biežumu mātītēm iepriekšējā paaudzē: p un q. No tā izriet, ka fenotipi, ko nosaka ar X hromosomu saistīto gēnu recesīvās alēles, ir biežāk sastopami vīriešiem nekā sievietēm.
Tādējādi ar hemofilijas alēļu biežumu 0,0001 šī slimība šīs populācijas vīriešiem tiek novērota 10 000 reižu biežāk nekā sievietēm (1 no 10 tūkstošiem pirmajā un 1 no 100 miljoniem otrajā).
Citas vispārīgas sekas ir tādas, ka alēļu frekvenču nevienlīdzības gadījumā vīriešiem un sievietēm atšķirība starp frekvencēm nākamajā paaudzē samazinās uz pusi, un šīs atšķirības zīme mainās. Parasti ir vajadzīgas vairākas paaudzes, lai frekvences sasniegtu līdzsvaru abos dzimumos. Norādītais autosomālo gēnu stāvoklis tiek sasniegts vienas paaudzes laikā.
Hardija-Veinberga likums apraksta nosacījumus populācijas ģenētiskā stabilitāte. Tiek saukta populācija, kuras genofonds nemainās paaudzēs Mendeļa. Mendeļa populāciju ģenētiskā stabilitāte izslēdz tās ārpus evolūcijas procesa, jo šādos apstākļos dabiskās atlases darbība tiek apturēta. Mendeļa populāciju identificēšanai ir tīri teorētiska nozīme. Šīs populācijas dabā nav sastopamas. Hardija-Veinberga likumā ir uzskaitīti apstākļi, kas dabiski maina populāciju gēnu fondus. Šo rezultātu nosaka, piemēram, faktori, kas ierobežo brīvu šķērsošanu (panmixia), piemēram, ierobežots organismu skaits populācijā, izolācijas barjeras, kas neļauj nejauši atlasīt pārošanās pārus. Ģenētiskā inerce tiek pārvarēta arī ar mutācijām, indivīdu ar noteiktiem genotipiem ieplūšanu vai aizplūšanu populācijā un atlasi.
Dažu uzdevumu risinājumu piemēri, izmantojot Hārdija-Veinberga vienādojumu.
Problēma 1. Cilvēku populācijā indivīdu skaits ar brūnām acīm ir 51%, bet ar zilām acīm - 49%. Nosakiet dominējošo homozigotu procentuālo daudzumu šajā populācijā.
Šādu uzdevumu risināšanas grūtības slēpjas to šķietamajā vienkāršībā. Tā kā datu ir tik maz, risinājumam vajadzētu likties ļoti īsam. Izrādās, ka ne pārāk daudz.
Saskaņā ar šāda veida uzdevuma nosacījumiem mums parasti tiek sniegta informācija par kopējo indivīdu fenotipu skaitu populācijā. Tā kā indivīdu fenotipus populācijā ar dominējošām pazīmēm var attēlot gan genotipam AA homozigoti, gan heterozigoti Aa indivīdi, tad, lai noteiktu šīs populācijas kādu konkrētu indivīdu genotipu sastopamības biežumu, vispirms ir nepieciešams atsevišķi aprēķina A un a gēnu alēļu frekvences.
Kā mums vajadzētu pamatot šo problēmu?
Tā kā ir zināms, ka brūna acu krāsa dominē pār zilo, alēli, kas ir atbildīga par brūno acu pazīmes izpausmi, mēs norādīsim kā A, bet alēles gēnu, kas ir atbildīgs par zilo acu izpausmi, attiecīgi kā a. Tad brūnacainie pētāmajā populācijā būs cilvēki gan ar AA genotipu (dominējošie homozigoti, kuru īpatsvars jāatrod atbilstoši problēmas apstākļiem), gan Aa heterozigoti), un zilacainie būt tikai aa (recesīvi homozigoti).
Atbilstoši problēmas apstākļiem mēs zinām, ka cilvēku skaits ar AA un Aa genotipu ir 51%, bet cilvēku ar aa genotipu skaits ir 49%. Kā, pamatojoties uz šo statistiku (jābūt lielai, reprezentatīvai izlasei), var aprēķināt brūnacu cilvēku procentuālo daļu, kuriem ir tikai AA genotips?
Lai to izdarītu, aprēķināsim katra alēliskā gēna A un a sastopamības biežumu noteiktā cilvēku populācijā. Hārdija-Veinberga likums, kas attiecas uz lielām, brīvi krustojošām populācijām, ļaus mums to darīt.
Apzīmējot alēles A sastopamības biežumu noteiktā populācijā ar burtu q, mēs iegūstam alēles gēna sastopamības biežumu a = 1 - q. (Alēliskā gēna a sastopamības biežumu varētu norādīt ar atsevišķu burtu, kā tekstā augstāk - tā ir ērtāk visiem). Tad Hārdija-Veinberga formula genotipu biežuma aprēķināšanai monohibrīdos krustojumos ar pilnīgu viena alēliskā gēna dominēšanu pār otru izskatīsies šādi:
q 2 AA+ 2q(1 - q) Aa + (1 - q) 2 aa = 1.
Nu, tagad viss ir vienkārši, jūs droši vien visi uzminējāt, ko mēs zinām šajā vienādojumā, un kas būtu jāatrod?
(1 - q) 2 = 0,49 ir cilvēku ar zilām acīm sastopamības biežums.
Atrodiet q vērtību: 1 - q = kvadrātsakne no 0,49 = 0,7; q = 1 - 0,7 = 0,3, tad q2 = 0,09.
Tas nozīmē, ka brūnacu homozigotu AA indivīdu biežums šajā populācijā būs 0,09 vai to īpatsvars būs 9%.
2. uzdevums. Sarkanajam āboliņam vēlīnā gatavība dominē pār agrīno gatavību un tiek mantota monogēni. Pārbaudes laikā tika konstatēts, ka 4% augu pieder pie āboliņa agrīnās nogatavošanās veida, cik liela daļa no vēlīnā nogatavošanās augiem ir heterozigoti?
Šajā kontekstā aprobācija nozīmē šķirnes tīrības novērtēšanu. Bet vai šķirne nav tīra līnija, piemēram, Mendeļa zirņu šķirnes? Teorētiski "jā", bet praksē (lauki ir lieli - tie nav izcilā Mendeļa eksperimentālie parauglaukumi) katrā ražošanas šķirnē var būt zināms daudzums "junk" gēnu alēļu.
Šajā gadījumā ar vēlu nogatavojušos āboliņa šķirni, ja šķirne būtu tīra, būtu tikai augi ar AA genotipu. Taču šķirne testēšanas (aprobācijas) laikā izrādījās ne pārāk tīra, jo 4% īpatņu bija agri nogatavojušies augi ar aa genotipu. Tas nozīmē, ka alēles “a” ir iekļautas šajā šķirnē.
Tātad, tā kā tie ir “attārpoti”, tad šajā šķirnē vajadzētu būt arī indivīdiem, kas fenotipā ir vēlu nogatavojušies, bet heterozigoti ar Aa genotipu - vai mums ir jānosaka to skaits?
Atbilstoši problēmas apstākļiem 4% īpatņu ar aa genotipu veidos 0,04 no visas šķirnes. Faktiski tas ir q 2, kas nozīmē, ka recesīvās alēles a sastopamības biežums ir q = 0,2. Tad dominējošās alēles A sastopamības biežums ir p = 1 - 0,2 = 0,8.
Līdz ar to vēlu nogatavojušos homozigotu skaits p2 = 0,64 jeb 64%. Tad Aa heterozigotu skaits būs 100% - 4% - 64% = 32%. Tā kā kopējais vēlu nogatavojušos augu skaits ir 96%, heterozigotu īpatsvars starp tiem būs: 32 x 100: 96 = 33,3%.
3. uzdevums. Hārdija-Veinberga formulas izmantošana nepilnīgai dominēšanai
Pārbaudot karakulas aitu populāciju, tika identificēti 729 garausu īpatņi (AA), 111 īsausainie īpatņi (Aa) un 4 bezausu īpatņi (aa). Aprēķiniet novērotās fenotipu frekvences, alēļu frekvences un paredzamās genotipu frekvences, izmantojot Hārdija-Veinberga formulu.
Šī ir nepilnīga dominēšanas problēma, tāpēc genotipu un fenotipu biežuma sadalījumi sakrīt un tos varētu noteikt, pamatojoties uz pieejamajiem datiem. Lai to izdarītu, jums vienkārši jāatrod visu populācijas indivīdu summa (tā ir vienāda ar 844), jāatrod garausu, īsausu un bezausu īpatsvars, vispirms procentos (attiecīgi 86,37, 13,15 un 0,47). ) un frekvenču daļās (0,8637, 0,1315 un 0,00474).
Bet uzdevumā ir teikts, ka jāizmanto Hārdija-Veinberga formula, lai aprēķinātu genotipus un fenotipus un papildus aprēķinātu gēnu A un a alēļu frekvences. Tātad, lai aprēķinātu pašas gēnu alēļu frekvences, nevar iztikt bez Hārdija-Veinberga formulas.
Lūdzu, ņemiet vērā, ka šajā uzdevumā atšķirībā no iepriekšējā, lai apzīmētu alēlo gēnu frekvences, mēs izmantosim apzīmējumu nevis kā pirmajā uzdevumā, bet gan kā iepriekš tekstā apspriests. Skaidrs, ka rezultāts nemainīsies, taču jums būs tiesības turpmāk izmantot jebkuru no šīm pierakstīšanas metodēm, kura jums šķitīs ērtāka pašu aprēķinu izpratnei un veikšanai.
Alēles A sastopamības biežumu visās aitu populācijas gametās apzīmēsim ar burtu p, bet alēles a sastopamības biežumu – ar burtu q. Atcerieties, ka alēlija gēnu frekvenču summa p + q = 1.
Tā kā saskaņā ar Hārdija-Veinberga formulu p 2 AA + 2pqAa + q 2 aa = 1, mums ir, ka bezauss q2 sastopamības biežums ir vienāds ar 0,00474, tad, ņemot kvadrātsakni no skaitļa 0,00474, mēs atrodam frekvenci. recesīvās alēles rašanās a. Tas ir vienāds ar 0,06884.
Šeit mēs varam atrast dominējošās alēles A sastopamības biežumu. Tas ir vienāds ar 1 - 0,06884 = 0,93116.
Tagad, izmantojot formulu, mēs atkal varam aprēķināt garausu (AA), bezausu (aa) un īsausu (Aa) indivīdu sastopamības biežumu. Garausu ar AA genotipu būs p 2 = 0,931162 = 0,86706, bezausu ausīm ar aa genotipu būs q 2 = 0,00474 un īsausainiem ar Aa genotipu būs 2pq = 0,12820. (Jauniegūtie skaitļi, kas aprēķināti pēc formulas, gandrīz sakrīt ar sākotnēji aprēķinātajiem, kas norāda uz Hārdija-Veinberga likuma spēkā esamību).
4. problēma. Kāpēc albīnu īpatsvars populācijās ir tik mazs
84 000 rudzu stādu izlasē 210 stādi izrādījās albīni, jo... to recesīvie gēni ir homozigotā stāvoklī. Noteikt alēļu A un a biežumu, kā arī heterozigotu augu biežumu.
Dominējošā alēliskā gēna A sastopamības biežumu apzīmēsim ar burtu p, bet recesīvā gēna a sastopamības biežumu ar burtu q. Ko tad mums var dot Hārdija-Veinberga formula p 2 AA + 2pqAa + q 2 aa = 1, lai to piemērotu šai problēmai?
Tā kā mēs zinām, ka šīs rudzu populācijas visu īpatņu kopējais skaits ir 84 000 augu un pa daļām tas ir 1, tad homozigotu albīnu īpatņu ar genotipu aa, kas vienāds ar q2, no kuriem ir tikai 210 gabali, īpatsvars būs q2 = 210: 84000 = 0,0025, tad q = 0,05; p = 1 — q = 0,95 un pēc tam 2pq = 0,095.
Atbilde: alēles frekvence a - 0,05; alēles A biežums - 0,95; heterozigotu augu ar genotipu Aa biežums būs 0,095.
5. problēma. Mēs audzējām šinšillu trušus un nonācām pie albīniem.
Trušiem šinšillu matu krāsa (Cch gēns) dominē pār albīnismu (Ca gēns). CchCa heterozigoti ir gaiši pelēkā krāsā. Albīni parādījās starp jaunajiem šinšillu trušiem trušu fermā. No 5400 trušiem 17 izrādījās albīni. Izmantojot Hārdija-Veinberga formulu, nosakiet, cik homozigotu trušu ar šinšillas krāsojumu iegūti.
Vai jūs domājat, ka iegūtais 5400 trušu paraugs trušu populācijā var ļaut mums izmantot Hārdija-Veinberga formulu? Jā, paraugs ir ievērojams, populācija ir izolēta (trušu ferma) un aprēķinos tiešām var pielietot Hārdija-Veinberga formulu.Lai to pareizi lietotu, skaidri jāsaprot, kas mums dots un kas jāatrod.
Dizaina ērtībai mēs apzīmēsim šinšillu genotipu kā AA (mums būs jānosaka to skaits), albīna genotipu aa, pēc tam heterozigoto pelēko genotipu apzīmēsim ar Aa.
Ja jūs "summējat" visus trušus ar dažādiem genotipiem pētāmajā populācijā: AA + Aa + aa, tad kopā būs 5400 īpatņu.
Turklāt mēs zinām, ka bija 17 truši ar aa genotipu. Kā mēs tagad, nezinot, cik daudz bija heterozigotu pelēko trušu ar Aa genotipu, varam noteikt, cik šinšillu ar AA genotipu ir šajā populācijā?
Kā redzam, šis uzdevums ir gandrīz pirmā “kopija”, tikai tur mums tika doti aprēķinu rezultāti cilvēku populācijā brūnacu un zilacu īpatņu populācijā %, bet šeit faktiski ir zināms skaitlis. albīnu trušu - 17 gab. un visas homozigotās šinšillas un heterozigotās graylings kopā : 5400 - 17 = 5383 gab.
Ņemsim par 100% visu trušu 5400 gabalus, tad 5383 trušu (AA un Aa genotipu summa) būs 99,685% jeb pa daļām 0,99685.
Q 2 + 2q(1 - q) = 0,99685 ir visu šinšillu, gan homozigotu (AA), gan heterozigotu (Aa) sastopamības biežums.
Tad no Hārdija-Veinberga vienādojuma: q2 AA+ 2q(1 - q)Aa + (1 - q)2aa = 1, mēs atrodam
(1 - q) 2 = 1 - 0,99685 = 0,00315 ir albīnu trušu ar aa genotipu sastopamības biežums. Atrodiet, ar ko ir vienāda vērtība 1 - q. Šī ir kvadrātsakne no 0,00315 = 0,056. Un q tad ir vienāds ar 0,944.
Q 2 ir vienāds ar 0,891, un tas ir homozigotu šinšillu īpatsvars ar AA genotipu. Tā kā šī procentuālā vērtība būs 89,1% no 5400 īpatņiem, homozigotu šinšillu skaits būs 4811 gabali.
6. uzdevums. Heterozigotu indivīdu sastopamības biežuma noteikšana, pamatojoties uz zināmo recesīvo homozigotu sastopamības biežumu
Viena no glikozūrijas formām tiek mantota kā autosomāli recesīva iezīme un notiek ar biežumu 7:1000000. Nosakiet heterozigotu sastopamības biežumu populācijā.
Norādīsim alēlisko gēnu, kas ir atbildīgs par glikozūrijas a izpausmi, jo tiek teikts, ka šī slimība tiek mantota kā recesīva iezīme. Tad alēlija dominējošais gēns, kas ir atbildīgs par slimības neesamību, tiks apzīmēts ar A.
Veseliem indivīdiem cilvēku populācijā ir genotipi AA un Aa; slimiem indivīdiem ir tikai aa genotips.
Apzīmēsim recesīvās alēles a sastopamības biežumu ar burtu q, bet dominējošās alēles A sastopamības biežumu ar burtu p.
Tā kā mēs zinām, ka slimu cilvēku ar aa genotipu (kas nozīmē q 2) sastopamības biežums ir 0,000007, tad q = 0,00264575
Tā kā p + q = 1, tad p = 1 - q = 0,9973543 un p2 = 0,9947155
Tagad aizstājot p un q vērtības formulā:
P2AA + 2pqAa + q2aa = 1,
Noskaidrosim heterozigotu 2pq indivīdu sastopamības biežumu cilvēku populācijā:
2pq = 1 - p 2 - q 2 = 1 - 0,9947155 - 0,000007 = 0,0052775.
Uzdevums 7. Tāpat kā iepriekšējais uzdevums, bet par albīnismu
Vispārējais albīnisms (pienbalta ādas krāsa, melanīna trūkums ādā, matu folikulās un tīklenes epitēlijā) tiek pārmantots kā recesīva autosomāla iezīme. Slimība notiek ar biežumu 1: 20 000 (K. Stern, 1965). Nosakiet heterozigotu gēnu nesēju procentuālo daudzumu.
Tā kā šī īpašība ir recesīva, slimiem organismiem būs aa genotips - to biežums ir 1: 20 000 vai 0,00005.
Alēles a biežums būs šī skaitļa kvadrātsakne, tas ir, 0,0071. A alēles biežums būs 1 - 0,0071 = 0,9929, un veselu AA homozigotu biežums būs 0,9859.
Visu heterozigotu biežums 2Aa = 1 - (AA + aa) = 0,014 vai 1,4%.
8. problēma. Viss šķiet tik vienkārši, ja zināt, kā to atrisināt
Saskaņā ar Rh asinsgrupu sistēmu Eiropas populācijā ir 85% Rh pozitīvu indivīdu. Nosakiet populācijas piesātinājumu ar recesīvo alēli.
Mēs zinām, ka alēliskais gēns, kas ir atbildīgs par Rh pozitīvo asiņu izpausmi, ir dominējošais R (tā sastopamības biežumu apzīmēsim ar burtu p), bet Rh negatīvais ir recesīvs r (tā sastopamības biežumu apzīmēsim ar burtu q).
Tā kā problēma saka, ka p 2 RR + 2pqRr veido 85% cilvēku, tas nozīmē, ka Rh negatīvie fenotipi q 2 rr veidos 15% vai to sastopamības biežums būs 0,15 no visiem cilvēkiem Eiropas populācijā.
Tad r alēles jeb “populācijas piesātinājuma ar recesīvo alēli” sastopamības biežums (apzīmēts ar burtu q) būs kvadrātsakne no 0,15 = 0,39 vai 39%.
Uzdevums 9. Galvenais ir zināt, kas ir penetrance
Iedzimta gūžas dislokācija tiek pārmantota dominējoši. Vidējā iespiešanās spēja ir 25%. Slimība notiek ar biežumu 6:10 000. Nosakiet homozigotu indivīdu skaitu populācijā recesīvai pazīmei.
Penetrance ir gēnu ekspresijas fenotipiskās mainīguma kvantitatīvais rādītājs.
Penetrance tiek mērīta kā procentuālā daļa no indivīdu skaita, kuriem konkrētais gēns izpaudās fenotipā, pret kopējo indivīdu skaitu, kuru genotipā šis gēns atrodas tā izpausmei nepieciešamajā stāvoklī (homozigots recesīvo gēnu gadījumā vai heterozigota dominējošo gēnu gadījumā). Gēna izpausmi 100% indivīdu ar atbilstošo genotipu sauc par pilnīgu penetranci, bet citos gadījumos - par nepilnīgu penetranci.
Dominējošā alēle ir atbildīga par pētāmo pazīmi, apzīmēsim to A. Tas nozīmē, ka organismiem ar šo slimību ir genotipi AA un Aa.
Zināms, ka fenotipiski gūžas dislokācija tiek konstatēta 6 organismiem no visas populācijas (izmeklēti 10 000), taču tā ir tikai viena ceturtā daļa no visiem cilvēkiem, kuriem faktiski ir genotipi AA un Aa (jo teikts, ka caurlaidība ir 25%). .
Tas nozīmē, ka patiesībā ir 4 reizes vairāk cilvēku ar genotipiem AA un Aa, tas ir, 24 no 10 000 jeb 0,0024. Tad būs 1 - 0,0024 = 0,9976 cilvēki ar genotipu aa jeb 9976 cilvēki no 10 000.
Problēma 10. Ja slimo tikai vīrieši
Podagra rodas 2% cilvēku, un to izraisa autosomāli dominējošais gēns. Sievietēm podagras gēns neizpaužas, vīriešiem tā penetrance ir 20% (V.P. Efroimson, 1968). Nosakiet populācijas ģenētisko struktūru, pamatojoties uz analizēto pazīmi, pamatojoties uz šiem datiem.
Tā kā podagra tiek atklāta 2% vīriešu, tas ir, 2 cilvēkiem no 100 ar penetrāciju 20%, tad 5 reizes vairāk vīriešu, tas ir, 10 cilvēki no 100, faktiski ir podagras gēnu nesēji.
Bet, tā kā vīrieši veido tikai pusi no populācijas, tad kopumā no 100 cilvēkiem ar genotipiem AA + 2Aa populācijā būs 5 cilvēki, kas nozīmē, ka 95 no 100 būs aa genotips.
Ja organismu ar genotipu aa sastopamības biežums ir 0,95, tad recesīvās alēles a sastopamības biežums šajā populācijā ir vienāds ar kvadrātsakni no 0,95 = 0,975. Tad dominējošās alēles “A” sastopamības biežums šajā populācijā ir 1 - 0,975 = 0,005.
11. uzdevums. Cik maz cilvēku ir izturīgi pret HIV infekciju
Izturība pret HIV infekciju ir saistīta ar noteiktu recesīvu gēnu klātbūtni genotipā, piemēram, CCR un SRF. Recesīvās alēles CCR-5 biežums Krievijas populācijā ir 0,25%, bet alēles SRF - 0,05%. Kazahstānas populācijā šo alēļu biežums ir attiecīgi 0,12% un 0,1%. Aprēķiniet to organismu biežumu, kuriem ir paaugstināta rezistence pret HIV infekciju katrā populācijā.
Ir skaidrs, ka tikai homozigotiem organismiem ar aa genotipiem būs paaugstināta rezistence pret HIV infekciju. Organismi ar genotipu AA (homozigoti) vai Aa (heterozigoti) nav rezistenti pret HIV infekciju.
Krievijas rezistento organismu populācijā CCR alēliskais gēns būs 0,25% kvadrātā = 0,0625%, un SRF alēliskais gēns būs 0,05% kvadrātā = 0,0025%.
Kazahstānas rezistento organismu populācijā CCR alēliskais gēns būs 0,12% kvadrātā = 0,0144%, un SRF alēliskais gēns būs 0,1% kvadrātā = 0,01%.
Populācijas ģenētika
Tipisku problēmu risināšana
1. problēma . Dienvidamerikas džungļos dzīvo 127 aborigēnu iedzīvotāji (ieskaitot bērnus). M asinsgrupas biežums ir 64%. Vai ir iespējams aprēķināt N asinsgrupas frekvences un MN šajā populācijā?
Risinājums . Nelielai populācijai Hārdija-Veinberga likuma matemātisko izteiksmi nevar piemērot, tāpēc nav iespējams aprēķināt gēnu frekvences.
2. uzdevums. Tay-Sachs slimība, ko izraisa autosomāli recesīvs gēns, ir neārstējama; cilvēki, kas cieš no šīs slimības, mirst bērnībā. Vienā lielā populācijā skarto bērnu dzimstība ir 1:5000. Vai šīs populācijas nākamajā paaudzē mainīsies patoloģiskā gēna koncentrācija un šīs slimības biežums?
Risinājums
|
Pierakstīties |
Gene |
Genotips |
|
Tay-Sachs slimība |
ahh |
|
|
Norm |
Mēs veicam Hārdija-Veinberga likuma matemātisko apzīmējumu
p + q - 1, p 2 .+ 2 pq + q 2 = 1.
p gēna A sastopamības biežums;
q gēna a sastopamības biežums;
2. lpp dominējošo homozigotu sastopamības biežums
(AA);
2 pq heterozigotu sastopamības biežums (Aa);
q 2 recesīvo homozigotu sastopamības biežums (aa).
No problēmas apstākļiem pēc Hārdija-Veinberga formulas zinām slimu bērnu rašanās biežumu (aa), t.i. q 2 = 1/5000.
Šo slimību izraisošais gēns nākamajai paaudzei pāries tikai no heterozigotiem vecākiem, tāpēc nepieciešams atrast heterozigotu (Aa) sastopamības biežumu, t.i., 2 pq.
q = 1/71, p = l - q - 70/71, 2 pq = 0,028.
Mēs nosakām gēnu koncentrāciju nākamajā paaudzē. Tas būs 50% gametu heterozigotos, tā koncentrācija genofondā ir aptuveni 0,014. Slimu bērnu iespējamība q 2 = 0,000196 jeb 0,98 uz 5000 iedzīvotājiem. Tādējādi patoloģiskā gēna koncentrācija un šīs slimības biežums nākamajā šīs populācijas paaudzē praktiski nemainīsies (samazinājums ir nenozīmīgs).
3. uzdevums. Iedzimta gūžas dislokācija tiek pārmantota dominējoši, gēna caurlaidība vidēji ir 25%. Slimība rodas ar biežumu 6:10000 (V.P. Efroimson, 1968). Nosakiet homozigotu indivīdu skaitu recesīvajam gēnam.
Risinājums . Mēs formulējam problēmas nosacījumu tabulas veidā:
|
Pierakstīties |
Gene |
Genotips |
|
Norm |
ahh |
|
|
Gūžas dislokācija |
Tādējādi no problēmas apstākļiem pēc Hārdija-Veinberga formulas zinām genotipu AA un Aa sastopamības biežumu, t.i., p. 2 + 2 pq . Nepieciešams atrast genotipa aa sastopamības biežumu, t.i. q2.
No formulas p 2 - t - 2 pq + q 2 = l ir skaidrs, ka recesīvajam gēnam homozigotu indivīdu skaits (aa) q 2 = 1 (p 2 + 2 pq ). Taču problēmā norādītais pacientu skaits (6:10 000) nav p 2 + 2 pq , bet tikai 25% ir A gēna nesēji, bet patiesais cilvēku skaits, kuriem ir šis gēns, ir četras reizes lielāks, t.i., 24: 10 000. Tāpēc p. 2 + 2 pq = 24:10 000. Tad q 2 (skaitlis
indivīdi, kas ir homozigoti recesīvajam gēnam) ir 9976:10 000.
4. problēma . Kidd asinsgrupu sistēmu nosaka alēlie gēni Ik a un Ik in . Džīns Ik a ir dominējošs gēnam Ik iekšā un personas, kurām tas ir, ir Kidd pozitīvi. Gēnu frekvence Ik a Krakovas iedzīvotāju vidū ir 0,458 (W. Socha, 1970).
Kidd pozitīvu cilvēku biežums melnādaino vidū ir 80%. (K. Šterns, 1965). Nosakiet Krakovas un melnādaino iedzīvotāju ģenētisko struktūru saskaņā ar Kidd sistēmu.
Risinājums . Mēs formulējam problēmas nosacījumu tabulas veidā:
|
Pierakstīties |
Gene |
Genotips |
|
Kidz pozitīvas asinis |
Ik α |
lk α lk α ;lk β lk β . |
|
Kidd negatīvas asinis |
Ik β |
Ik β Ik β |
Mēs veicam Hārdija-Veinberga likuma matemātisko apzīmējumu: - p + q = I, p 2 + 2 pq + q 2 = 1.
p gēnu biežums Ik α ;
q gēnu biežums Ik β ; . 2. lpp dominējošo homozigotu sastopamības biežums ( Ik α lk α );
2 pq heterozigotu sastopamības biežums ( Ik α Ik β );
q 2 recesīvo homozigotu sastopamības biežums ( Ik β Ik β ).
Tādējādi no problēmas apstākļiem pēc Hārdija-Veinberga formulas zinām dominējošā gēna sastopamības biežumu Krakovas populācijā p = 0,458 (45,8%). Atrodiet recesīvā gēna sastopamības biežumu: q = 1 0,458 = 0,542 (54,2%). Mēs aprēķinām Krakovas populācijas ģenētisko struktūru: dominējošo homozigotu sastopamības biežums lpp 2 = 0,2098 (20,98%); heterozigotu sastopamības biežums 2 pq = 0,4965 (49,65%); recesīvo homozigotu sastopamības biežums Q2 = 0,2937 (29,37%).
Melnajiem no problēmas apstākļiem mēs zinām dominējošo homozigotu un heterozigotu sastopamības biežumu (ar
dominējošā zīme), t.i. R 2 +2 pq =0,8. Saskaņā ar Hārdija-Veinberga formulu mēs atrodam recesīvo homozigotu sastopamības biežumu ( Ik β Ik β ): q 2 =1р 2 +2 pq =0,2 (20%). Tagad mēs nosakām recesīvā gēna biežumu Ik β : q =0,45 (45%). Gēnu sastopamības biežuma noteikšana Ik α : p=1-0,45=0,55 (55%); dominējošo homozigotu sastopamības biežums ( Ik α Ik α ): р 2 = 0,3 (30%); heterozigotu sastopamības biežums ( Ik α Ik β ): 2 pq = 0,495 (49,5%).
PAŠKONTROLES UZDEVUMI
1. problēma . Bērni ar fenilketonūriju piedzimst ar biežumu 1:10 000 jaundzimušo. Nosakiet heterozigotu gēnu nesēju procentuālo daudzumu.
2. problēma . Vispārējais albīnisms (pienbalta ādas krāsa, melanīna trūkums ādā, matu folikulās un tīklenes epitēlijā) tiek pārmantots kā recesīva autosomāla iezīme. Slimība notiek ar biežumu 1: 20 000 (K. Stern, 1965). Nosakiet heterozigotu gēnu nesēju procentuālo daudzumu.
3. problēma . Iedzimta methemoglobinēmija, autosomāli recesīva iezīme, notiek Aļaskas eskimosiem ar biežumu 0,09%. Nosakiet šīs pazīmes populācijas ģenētisko struktūru.
4. problēma . Cilvēki ar N asinsgrupu veido 16% no Ukrainas iedzīvotājiem. Nosakiet grupu M biežumu un MN.
5. problēma . Papuasiem N asinsgrupas biežums ir 81%. Nosakiet grupu M biežumu un MN šajā populācijā.
6. uzdevums. Aptaujājot Dienvidpolijas iedzīvotājus, tika atrastas personas ar asins grupām: M 11163, MN 15267, N 5134. Noteikt gēnu biežumu L N un L M Dienvidpolijas iedzīvotāju vidū.
7. problēma . Podagras sastopamība ir 2%; to izraisa dominējošs autosomāls gēns. Saskaņā ar dažiem datiem (V.P. Efroimson, 1968) podagras gēna iespiešanās vīriešiem ir 20%, bet sievietēm - 0%.
Nosakiet populācijas ģenētisko struktūru, pamatojoties uz analizēto pazīmi.
8. uzdevums. Amerikas Savienotajās Valstīs aptuveni 30% iedzīvotāju uztver feniltiourīnvielas (PTC) rūgto garšu, bet 70% to nejūt. Spēju nogaršot FTC nosaka recesīvais gēns a. Nosakiet alēļu A un a biežumu šajā populācijā.
9. problēma . Viena no fruktozūrijas formām tiek mantota kā autosomāli recesīva iezīme un sastopama ar biežumu 7: 1 000 000 (V.P. Efroimson, 1968). Nosakiet heterozigotu biežumu populācijā.
10. problēma. Nosakiet albīnu sastopamības biežumu lielā Āfrikas populācijā, kur patoloģiskā recesīvā gēna koncentrācija ir 10%.
11. problēma. Aniridija (varavīksnenes neesamība) tiek mantota kā autosomāli dominējoša pazīme, un tās sastopamība ir 1:10 000 (V.P. Efroimson, 1968). Nosakiet heterozigotu biežumu populācijā.
12. problēma . Esenciālā pentosūrija (izdalīšanās ar urīnu L -ksiluloze) tiek mantota kā autosomāli recesīva īpašība un sastopama ar biežumu 1:50 000 (L.O. Badalyan, 1971). Nosakiet dominējošo homozigotu sastopamības biežumu populācijā.
13. problēma. Alkaptonūrija (homgentīnskābes izdalīšanās ar urīnu, skrimšļa audu iekrāsošanās, artrīta attīstība) tiek mantota kā autosomāli recesīva pazīme ar biežumu 1:100 000 (V.P. Efroimson, 1968). Nosakiet heterozigotu biežumu populācijā.
14. problēma . Asins grupas atbilstoši M un N antigēnu sistēmai (M, MN, N ) nosaka kodominējošie gēni L N un L M . Gēnu frekvence L M ASV balto iedzīvotāju vidū tas ir 54%, indiešu vidū 78%, Grenlandes eskimosu vidū 91%, Austrālijas aborigēnu vidū 18%. Nosakiet asins grupu sastopamības biežumu MN katrā no šīm populācijām.
15. problēma . Viens kviešu grauds, heterozigots gēnam A, nejauši nokrita uz tuksneša salas.Grauds uzdīgusi un radīja vairākas paaudzes, kas vairojās pašapputes ceļā. Kāds būs heterozigotu augu īpatsvars starp pirmās, otrās, trešās kārtas pārstāvjiem; ceturtās paaudzes, ja gēna noteiktā pazīme neietekmē augu izdzīvošanu un to vairošanos?
16. problēma . Albinisms rudzos tiek mantots kā autosomāli recesīva iezīme. Apsekotajā teritorijā starp 84 000 augu atrasti 210 albīni. Nosakiet albīnisma gēna sastopamības biežumu rudzos.
17. problēma . Vienā no salām tika nošauti 10 000 lapsu. 9991 no tiem izrādījās sarkani (dominējošā pazīme) un 9 indivīdi bija balti (recesīvā pazīme). Noteikt homozigotu sarkano lapsu, heterozigotu sarkano un balto lapsu genotipu sastopamības biežumu šajā populācijā.
18. problēma. Lielā populācijā krāsu akluma gēna biežums (recesīvs, saistīts ar X -hromosomu iezīme) vīriešiem ir 0,08. Nosakiet dominējošo homozigotu, heterozigotu un recesīvo homozigotu genotipu sastopamības biežumu šīs populācijas sievietēm.
19. problēma . Short Horn liellopiem krāsa tiek mantota kā autosomāla iezīme ar nepilnīgu dominējošo stāvokli: hibrīdiem, kas iegūti, krustojot sarkanos un baltos dzīvniekus, ir raudas krāsa. Netālu N , kas specializējas šorthornu audzēšanā, reģistrējis 4169 sarkanos, 3780 raudas un 756 baltos. Nosakiet to gēnu biežumu, kas nosaka mājlopu sarkano un balto krāsojumu noteiktā apgabalā.
- CILVĒKA ĢENĒTIKA
TIPISKU PROBLĒMU RISINĀŠANA
1. uzdevums. Definējiet mantojuma veidu
Risinājums. Iezīme sastopama katrā paaudzē. Tas nekavējoties izslēdz recesīvo mantojuma veidu. Tā kā šī iezīme ir sastopama gan vīriešiem, gan sievietēm, tas izslēdz holandisko mantojuma veidu. Tas atstāj divus iespējamos mantojuma veidus: autosomāli dominējošo un ar dzimumu saistīto dominējošo, kas ir ļoti līdzīgi. Vīrietī II 3 ir meitas ar šo īpašību ( III 1, III 5, III 7), un bez tā ( III -3), kas izslēdz ar dzimumu saistītu dominējošo mantojuma veidu. Tas nozīmē, ka šim ciltsrakstam ir autosomāli dominējošs mantojuma veids.
2. problēma 
Risinājums. Pazīme nav sastopama katrā paaudzē. Tas izslēdz dominējošo mantojuma veidu. Tā kā šī pazīme sastopama gan vīriešiem, gan sievietēm, tas izslēdz holandisko mantojuma veidu. Lai izslēgtu ar dzimumu saistītu recesīvo mantojuma veidu, ir jāņem vērā laulības shēma Ш3 un III 4 (zīme nenotiek vīriešiem un sievietēm). Ja pieņemam, ka vīrieša genotips X A Y , un sievietes genotips ir X A X a , viņiem nevar būt meita ar šo īpašību (X a X a ), un šajā ciltsgrāmatā ir meita ar šo pazīmi IV -2. Ņemot vērā šīs pazīmes vienlīdz sastopamību vīriešiem un sievietēm, kā arī radniecīgo laulību gadījumu, varam secināt, ka šajā ciltsrakstā ir sastopams autosomāli recesīvs mantojuma veids.
3. uzdevums. Vienzigotisko dvīņu atbilstība pēc ķermeņa svara ir 80%, bet dizigotisko dvīņu atbilstība ir 30%. Kāda ir iedzimtības un vides faktoru saistība pazīmes veidošanā?
Risinājums. Izmantojot Holzingera formulu, mēs aprēķinām pārmantojamības koeficientu:
KMB%-KDB%
100% KDB%
N =
80% - 30%
100%-30%
Tā kā pārmantojamības koeficients ir 0,71, genotipam ir liela nozīme pazīmes veidošanā.
PAŠKONTROLES UZDEVUMI
1. problēma . Nosakiet mantojuma veidu.
2. problēma . Nosakiet mantojuma veidu.
3. problēma . Nosakiet mantojuma veidu.
4. uzdevums. Asins grupas pēc ABO sistēmas monozigotos
100% gadījumu sakrīt identiskie dvīņi, bet 40% - dizigotisko dvīņu. Kas nosaka pārmantojamības koeficientu – vide vai iedzimtība?
5. problēma . Vitamīniem izturīgs rahīts D (hipofosfatēmija) ir iedzimta slimība, ko izraisa dominējošs gēns, kas lokalizēts X hromosomā. Ģimenē, kurā tētis slimo ar šo slimību un mamma ir vesela, aug 3 meitas un 3 dēli. Cik daudzi no viņiem varētu būt slimi?
6. uzdevums. Vai olbaltumvielu sastāvs ir vienāds diviem monozigotiskiem dvīņiem, ja to šūnās nav mutāciju?
7. uzdevums. Kuras no šīm pazīmēm raksturo autosomāli dominējošo mantojuma veidu: a) slimība ir vienlīdz izplatīta sievietēm un vīriešiem; b) slimība tiek pārnesta no vecākiem uz bērniem katrā paaudzē; c) slimam tēvam visas meitas ir slimas; d) dēls nekad nav mantojis slimību no sava tēva; d) vai slimā bērna vecāki ir veseli?
8. uzdevums. Kuras no šīm pazīmēm raksturo autosomāli recesīvo mantojuma veidu: a) slimība ir vienlīdz izplatīta sievietēm un vīriešiem; b) slimība tiek pārnesta no vecākiem uz bērniem katrā paaudzē; c) slimam tēvam visas meitas ir slimas; d) vecāki ir asinsradinieki; d) vai slimā bērna vecāki ir veseli?
9. problēma . Kuras no šīm pazīmēm raksturo dominējošo, ar X saistītu mantojuma veidu: a) slimība ir vienlīdz izplatīta sievietēm un vīriešiem; b) slimība tiek pārnesta no vecākiem uz bērniem katrā paaudzē; c) slimam tēvam visas meitas ir slimas; d) dēls nekad nav mantojis slimību no sava tēva; e) ja māte ir slima, tad, neatkarīgi no dzimuma, varbūtība, ka bērnam būs slims, ir 50%?
Nevienu nevar pasargāt no slima bērna piedzimšanas. Tas ir liels trieciens ne tikai vecākiem, bet arī medicīnas darbiniekiem. Tas jo īpaši attiecas uz patoloģijām, kuras nevar novērst vai novērst. Ahondroplazija ir viena no šīm slimībām.
Ahondroplazija ir ģenētiska slimība, kuras galvenā iezīme ir īsas ekstremitātes, bet ķermeņa garums paliek normāls. Pacienta vidējais augums ir 130 centimetri, dažos gadījumos pat mazāks. Šāda pacienta mugurkaulam ir izliekta forma, galva ir liela, un frontālie bumbuļi ievērojami izvirzīti uz āru.
Patoloģijas biežums starp visiem jaundzimušajiem ir 1:10 000, un tas biežāk skar meitenes nekā zēnus.
Šo patoloģiju nevar izārstēt, un metodes pilnīgai augšanas atjaunošanai pašlaik nav zināmas. Visas terapijas metodes ir vērstas uz visu slimības negatīvo izpausmju samazināšanu līdz minimumam.
Cēloņi
Šīs patoloģijas pamatā ir problēmas kaulu veidošanās procesos, ko izraisa ģenētiska neveiksme epifīzes skrimšļa veidošanā. Augšanas zonas šūnas tiek sakārtotas nejauši, kas izraisa normālas osifikācijas traucējumus, un pacienta augšana palēninās.
Šajā procesā piedalās tikai tie kauli, kas aug atbilstoši enhondrālajam tipam. Tā kā kauli, kas atrodas galvaskausa velves zonā, veidojas no saistaudiem, tie aug atbilstoši vecumam, un tas izraisa pacienta galvaskausa proporciju nelīdzsvarotību un noteiktas formas veidošanos.
Simptomi
Anatomiskās novirzes kļūst pamanāmas pēc bērna piedzimšanas. Ārsti atzīmē šādas ārējās izpausmes jaundzimušajam:
- liela apjoma galva;
- ekstremitātes ir ļoti īsas.
Uz mazuļa galvas ir skaidri redzams, ka pierei ir izliekta forma, un pakauša un parietālie izvirzījumi ir izvirzīti uz āru. Dažos gadījumos tiek diagnosticēta hidrocefālija. Acu āboli atrodas dziļi, un attālums starp tiem ir plašs. Deguna forma ir seglu formas, un augšējā daļa ir plata. Pierei, tāpat kā augšžoklim, ir izvirzījums uz priekšu.
Ahondroplazijas slimnieku rokas un kājas tiek saīsinātas uz gurnu un plecu rēķina. Ārsti ievēro, ka jaundzimušā rokas var sasniegt tikai nabu. Bērna ķermenim ir normāla attīstība, krūtīs nav izmaiņu, vēders ir izvirzīts uz priekšu.
Bērni, kuriem diagnosticēta ahondroplazija, biežāk nekā citi bērni piedzīvo pēkšņu nāvi miegā. Ārsti to skaidro ar to, ka šādiem pacientiem iegarenās smadzenes un muguras smadzeņu augšdaļa ir saspiesti mazā cauruma diametra dēļ pakauša rajonā.
Pirmajos divos dzīves gados bērnam dzemdes un krūškurvja rajonā attīstās kifoze, kas var izzust pēc tam, kad bērns sāk staigāt. Visiem bērniem ar ahondroplaziju ir aizkavēta fiziskā attīstība, bet garīgā un intelektuālā attīstība necieš.
Pacientam novecojot, sāk veidoties plakanā pēda, un ceļa locītavas zaudē stabilitāti. Pieaugušas sievietes sasniedz 124 centimetru augstumu, bet vīrieši - 131 centimetru. Ir vērts atzīmēt, ka lielākajai daļai pacientu ar šo diagnozi ir tendence iegūt lieko svaru un cieš no aptaukošanās.
Diagnostika
Tā kā pacienta izskatam ir raksturīgas iezīmes, ārstiem nav grūti noteikt diagnozi. Visi bērni ir jāpārbauda, lai novērtētu patoloģijas smagumu, un iegūtie dati jāreģistrē kopsavilkuma tabulā. Ir svarīgi to regulāri aizpildīt, un rezultāti tiek salīdzināti ar normas datiem, kas izstrādāti pacientiem ar ahondroplaziju.
Ir svarīgi arī veikt dažādu orgānu izpēti. Šim nolūkam tiek piesaistīti šādi speciālisti:
- neiroķirurgs (viņš iesaka MRI un CT);
- otolaringologs;
- pulmonologs
Katram pacientam ārstam ir jāatnes rentgena rezultāti, pēc kuriem ārsts var apstiprināt vai atspēkot diagnozi.
Pacienta ar ahondroplāzijas anamnēzē rentgenstaru tiek noteikts proporciju pārkāpums starp tādām galvaskausa daļām kā sejas un smadzeņu daļas. Caurumam galvas aizmugurē ir samazināts diametrs, un apakšējā žokļa un galvaskausa velves kaulu izmērs ir lielāks nekā veseliem pacientiem.
Krūškurvja rentgenogramma parāda, ka krūšu kauls ir izliekts un ribas ir sabiezētas un deformētas. Dažos gadījumos tiek noteikts atslēgas kaula normāla anatomiskā līkuma trūkums.
Pacienta mugurkaulā nav redzamas īpašas izmaiņas attēlā, bet tā fizioloģiskās līknes ir vāji izteiktas, kas var izraisīt jostas hiperlordozes attīstību.
Iegurņa rentgenogramma parāda izmainītu gūžas spārna formu. Tas ir taisnstūrveida, nesalocīts un ievērojami saīsināts.
Veicot locītavas rentgena starus, ārsti var noteikt fibulāra pagarināšanos, deformāciju un neatbilstību.
Ārstēšana
Līdz šim ortopēdijā nav metožu, kā pilnībā izārstēt pacientus no ahondroplazijas. Ir veikti klīniski pētījumi par augšanas hormona lietošanu, taču šī metode nav pierādījusi savu efektivitāti.
- izmantojiet īpašus ortopēdiskos apavus;
- iesaistīties fizikālajā terapijā;
- iziet masāžas kursu;
- zaudēt svaru.
Ja pacienta rokas un kājas ir ļoti deformētas, un muguras smadzeņu kanāls ir sašaurināts, tad viņam ieteicams veikt operāciju. Lai labotu deformāciju, ārsti veic osteotomiju, un, ja nepieciešams, lai novērstu sašaurināšanos, laminektomiju.
Kāju pagarināšanas gadījumā auguma palielināšanai ķirurģiska iejaukšanās tiek veikta šķērsām vairākos posmos. Tas nozīmē, ka pirmajā posmā tiek operēts labās kājas augšstilbs un kreisās kājas apakšstilbs, bet otrajā - otrādi.
Visā operāciju laikā bērns var izaugt līdz 28 centimetriem. Terapija sākas 4 gadu vecumā. Šajā periodā tiek veikti pirmie trīs intervences posmi. Rehabilitācija pēc katras operācijas ir aptuveni 5 mēneši, un intervāls starp manipulācijām nedrīkst būt mazāks par 2-3 mēnešiem.
Uz atkārtotiem posmiem bērns tiek aicināts 14-15 gadu vecumā. Šajā periodā pusaudzim atkal jāiziet visi sāpīgo procedūru posmi.
Auguma pieaugums (video)