Близнецовый метод антропогенетики Понятие о монозиготных и дизиготных близнецах

1. 
   Понятие о монозиготных и дизиготных близнецах
   

Близнецовый метод является одним из важных методов генетики человека. Близнецовый метод позволяет количественно оценить вклад наследственности, то есть генотипа человека, и вклад окружающей среды в развитие изучаемого признака (болезни). При этом методе используют монозиготных и дизиготных близнецов.

Близнецами называют одновременно родившихся детей.

Монозиготные (однояйцевые) близнецы развиваются из одной зиготы — оплодотворенной яйцеклетки, причем в оплодотворении яйцеклетки принимает участие только один сперматозоид. Обычно из зиготы развивается один зародыш. Но иногда после первого митотического деления два бластомера отделяются друг от друга и начинают самостоятельное развитие: из каждого бластомера формируется обособленный от другого зародыш, в результате чего у матери рождаются два ребенка, одинаковые по полу, генотипу и фенотипу. Имеющиеся у них очень незначительные различия обусловлены небольшими наследственными и ненаследственными изменениями, которые возникают в их соматических клетках в ходе индивидуального развития.

Схема, поясняющая развитие дизиготных боизнецов.

1 – сперматозоид 2 – яйцеклетка 3 – зигота 4 – бластомер.

Дизиготные (двуяйцевые) близнецы развиваются из разных зигот, когда две разные яйцеклетки одновременно выходят из яичника женщины и оплодотворяются каждая “своим” сперматозоидом. Дизиготные близнецы вследствие комбинативной изменчивости, возникающей при гаметогенезе у родителей, отличаются друг от друга наборами конкретных хромосом и аллелей генов и, следовательно, своими генотипами и фенотипами. Родившиеся одновременно дизиготные близнецы похожи друг на друга и отличаются друг от друга в той же степени, в какой дети одних и тех же родителей, родившиеся в разные годы, во многом похожи друг на друга, и одновременно отличаются друг от друга. Разница между ними заключается лишь в том, что дизиготные близнецы рождаются одновременно, а не с интервалом в несколько лет, как обычные сибсы – братья и сестры.

Схема, поясняющая развитие дизиготных боизнецов.

1 – сперматозоид 2 – яйцеклетка 3 – зигота 4 – бластомер.

1.2. Частота рождения близнецов

Общая частота рождения близнецов составляет в среднем 1,1 – 1,2 % от всех рождений; из них около 1/3 приходится на монозиготных близнецов, а 2/3 – на дизиготных близнецов. Частота рождения монозиготных близнецов сходна в разных популяциях, а частота рождения дизиготных близнецов существенно различается в разных популяциях. Например, в США дизиготные близнецы среди негров рождаются чаще, чем среди белых. В Европе дизиготные близнецы рождаются с частотой 8 на 1 000 рождений. Самая низкая частота рождения дизиготных близнецов присуща монголоидным популяциям, где она составляет 2-2,5 на 1 000 рождений.

Вероятность рождения дизиготных близнецов повышается с увеличением возраста матери, а также порядкового номера рождения детей. Это правило касается исключительно дизиготных близнецов. Влияние возраста матери объясняется, по-видимому, повышением с возрастом уровня фолликулостимулирующего гормона у женщин. Фолликулостимулирующие гормон – гормон передней доли гипофиза, который стимулирует образование фолликулов в яичниках, их рост и созревание, способствует процессу выбора доминантного фолликула и образованию зрелых граафовых пузырьков. Повышение уровня этого гормона и приводит к более частой полиовуляции.

Эту гипотезу подтверждают и факты повышенной частоты многоплодных родов у женщин, проходивших лечение от бесплодия с помощью гонадотропных гормонов. В отношении дизиготного многоплодия имеются также факты, свидетельствующие о влиянии генетических факторов на вероятность рождения близнецов. Вероятность рождения дизиготных близнецов выше для тех женщин, родственники которых уже имели близнецов. Возможно, основной генетически детерминированной причиной в этом случае также может быть уровень гонадотропина. В отношении монозиготных близнецов таких данных не имеется.

В связи с несколько повышенной смертностью среди близнецов, по сравнению с таковой у одиночно рожденных, доля близнецов среди населения составляет всего 0,9 %. Столь низкая частота близнецов осложняет подбор достаточного количества пар с исследуемым признаком.

1.3. Идентификация монозиготных близнецов

Предварительным этапом близнецового метода является идентификация монозиготных близнецов, то есть подтверждение того, что они образовались из одной зиготы и имеют одинаковый генотип.

Для идентификации монозиготных близнецов используют критерии диагностики зиготности близнецов – фенотипические признаки, обусловливаемые только генотипом. К таким признакам относятся следующие:

• 
  пол,
  
• 
  группы крови по разным системам (АВО, Rh, MN и др.),
  
• 
  цвет глаз и кожи,
  
• 
  цвета и формы волос,
  
• 
  формы носа, губ, рта,
  
• 
  форма и величина головы, ушных раковин, пальцев и кистей,
  
• 
  особенности строения зубов, цвета их эмали,
  
• 
  расположение веснушек, кожных сосудов,
  
• 
  кожные узоры на пальцах и ладонях.
  

2. 
   Классический близнецовый метод
   

Классический близнецовый метод включает в себя следующие этапы:

• 
  подбор групп монозиготных и дизиготных близнецов
  
• 
  вычисление степени сходства близнецов внутри каждой из групп близнецов
  
• 
  вычисление доли наследственности и доли среды в развитии изучаемого признака.
  

Сначала подбирают две группы близнецов: группу монозиготных близнецов и группу дизиготных близнецов. Причем подбирают такие пары близнецов, в которых хотя бы у одного из двух близнецов имеется изучаемый признак.

Затем подсчитывают количество таких пар близнецов, в которых изучаемый признак встречается у обоих близнецов. Такой подсчет делают отдельно для монозиготных и дизиготных близнецов. Для каждой группы близнецов рассчитывают величину коэффициента конкордантности (К) (сходства), которую оценивают по встречаемости (в %) изучаемого признака одновременно у обоих близнецов. Так, например, если среди 80-и пар монозиготных близнецов, в которых хотя бы один близнец имеет изучаемый признак, в 36-и парах этот признак встречается у обоих близнецов, то коэффициент конкордантности монозиготных близнецов по изучаемому признаку равен К_мб = 36/80 = 35%

Поскольку монозиготные близнецы имеют одинаковый генотип, то конкордантность их выше, чем у дизиготных близнецов.

Познакомьтесь с величинами коэффициента конкордантности по нормальным и патологическим признакам для монозиготных (МБ) и дизиготных (ДБ) близнецов.

Одной из таких формул является формула Хольцингера:

где Н – коэффициент наследуемости, доля вклада наследственности в формирование изучаемого признака

К_МБ - коэффициент конкордантности монозиготных близнецов по изучаемому признаку

К_ДБ - коэффициент конкордантности дизиготных близнецов по изучаемому признаку

С – доля среды в формирование изучаемого признака.

Коэффициент наследуемости выражают обычно в долях единицы, выраженных десятичным числом, например, 0,76.

По величине показателя Н судят о степени участия генетических и средовых факторов в развитии изучаемого признака. Если значение Н близко к 0, то считают, что развитие признака обусловлено только факторами внешней среды. Значение Н от 0,3 до 0,7 является показателем того, что признак развивается под влиянием факторов внешней среды при наличии генетической предрасположенности. Значение Н от 0,7 до 1 свидетельствует о том, что развитие признака обусловлено, в основном, наследственными факторами.

2.2. Допущения и погрешности классического близнецового метода

Близнецовый метод в классическом варианте основывается на нескольких допущениях:

1. 
   предполагается равенство сред для обоих близнецов как в парах монозиготных, так и в парах дизиготных близнецов;
   
2. 
   предполагается отсутствие систематических различий между близнецами и одиночно рожденными.
   

Существуют следующие причины разного влияния среды на развитие близнецов:

• 
  подчеркивание сходства монозиготных близнецов окружающими их людьми;
  
• 
  акцентирование различий дизиготных близнецов, например, по успехам в разных видах деятельности; стремление дизиготных близнецов подчеркнуть свою непохожесть;
  
• 
  условия развития могут уменьшать сходство близнецов как среди монозиготных пар, так и среди дизиготных пар; так, например, во время внутриутробного развития близнецы часто оказываются в неравных условиях:
  

• 
  различия в кровоснабжении;
  
• 
  неравномерногсть сдавливания плацент;
  
• 
  различия в подверженности родовой травме и т.п.
  

2. 
   Результаты использования близнецового метода
   

С помощью близнецового метода была показана высокая доля наследственности в формировании таких признаков как продолжительность жизни человека, развитие одаренности, чувствительность к лекарственным препаратам и т.п. С помощью близнецового метода было выявлено значение генотипа и внешней среды в развитии многих инфекционных болезней. Так, при заболевании корью и коклюшем ведущее значение имеют инфекционные факторы, а при туберкулезной инфекции и заболевании менингитом существенное влияние оказывает генотип.

Близнецовый метод позволил доказать основной закон генетики развития: индивидуальные свойства каждого организма формируются, складываются в онтогенезе под контролем генотипа и среды. Закон взаимодействия наследственности с физической и социальной средой относится к любым признакам человека, к особенностям строения его тела, физиологическим функциям, патологии. Ему подчиняется и развитие таких сложных признаков, как тип высшей нервной деятельности, особенности психики, способности и склонности. Социальная среда, наставники, тренировки и упражнения не сформируют выдающегося художника, певца, математика, спортсмена из ребенка, не имеющего соответствующих наследственных задатков. Однако эти задатки не смогут полностью проявиться без соответствующих условий. Необходимым условием их развития является социальная среда – воспитание, обучение, опытное руководство и систематический труд.

В последние годы, несмотря на возможности близнецового метода для понимания роли наследственности и среды, он не имеет столь широкого практического применения в медицине, как ранее. Это обусловлено появлением более точных современных методик, дающих однозначный ответ относительно генетической предрасполроженности к конкретному заболеванию.

2. 
   Содержание задач на классический близнецовый метод
   

В задачах на классический близнецовый метод обычно сообщаются численные величины коэффициентов конкордантности для моно- и дизиготных близнецов. Подставив эти величины в формулу Хольцингера, рассчитывают численное значение доли наследственности в формировании изучаемого признака.

В ряде задач содержится косвенная информация о встречаемости изучаемого признака среди моно- и дизиготных близнецов. В этом случае необходимо предварительно вычислить значения коэффициентов конкордантности по изучаемому признаку для моно- и дизиготных близнецов.

Познакомьтесь с содержанием двух таких задач.

2. 
   Решение задач на использование классического близнецового метода
   

Для успешного решения задач по классическому близнецовому методу необходимо

• 
  понимать сущность понятия “конкордантность” и уметь рассчитывать численное значение коэффициента конкордантности
  
• 
  знать формулу Хольцингера и значение используемых в ней символов
  
• 
  уметь производить простейшие арифметические действия.
  

1. 
   Рекомендации по решению задач по близнецовому методу
   

Рекомендуем следующую последовательность действий по решению задач по близнецовому методу.

1. 
   Прочитайте условие задачи и убедитесь в том, что в условии указаны численные значения коэффициентов конкордантности для моно- и дизиготных близнецов, соответственно К_мб и К_дб.
   
2. 
   Если значения коэффициентов конкордантности для моно- и дизиготных близнецов не указаны в условии задачи, то их необходимо найти, используя информацию о встречаемости изучаемого признака среди моно- и дизиготных близнецов.
   
3. 
   Напишите формулу Хольцингера для определения коэффициента наследуемости изучаемого признака.
   
4. 
   Подставив численные значения коэффициента конкордантности для моно- и дизиготных близнецов, найдите численное значение коэффициента наследуемости Н.
   
5. 
   Если требуется найти степень участи среды (С) в формировании изучаемого признака, сделайте это, используя соответствующую формулу.
   

2. 
   Образцы решения задач по близнецовому методу.
   

1. В условии задачи сказано о численных значениях коэффициента конкондартности для моно- и дизиготных близнецов. Запишем эти численные значения в “Дано”.

2. Теперь напишем формулу Хольцингера, позволяющую определить долю наследственности (Н) в развитии изучаемого признака, и формулу для расчета доли среды (С) в формировании изучаемого признака.

Н = (К_мб – К_дб)/(100 – К_дб); С = 1 - Н
3. Подставим в формулу Хольцингера численные значения коэффициента конкондартности для моно- и дизиготных близнецов и выполним соответствующие вычисления.

Н = (67 – 12,1)/(100 – 12,1) = 54,9/87,9 = 0,645

С = 1 – Н = 1 – 0,645 = 0,355

К_мб = 23/46 = 0,5 = 50%

К_дб = 6/120 = 0,05 = 5%

5. Теперь, подставив ранее найденные численные значения коэффициентов конкордантности, вычислим коэффициент наследуемости бронхиальной астмы.

Н = (50 – 5)/(100 – 5) = 45/95 = 0,47

6. Решив задачу, напишем ответ.