Хромосомы — это плотные скрученные структуры, расположенные в ядре клетки, которые содержат всю генетическую информацию о живом организме.
Хромосомы содержат генетическую информацию о человеке и размещаются в ядре клетки
Различные участки хромосом определяют различные характеристики человека, такие как цвет глаз, группа крови, цвет волос и даже рост
Разнообразие хромосом — вот что отличает различные виды живых организмов. Например, у кошек хромосомы нумеруются 38, у собак — 78. А вот у коров — целых 120 хромосом, а у плодовых мушек — всего лишь 16.
Инфузория окситрихия — лидер среди всех организмов по числу хромосом. У этого крошечного одноклеточного микроорганизма их целых 16 000.
Меньше всего хромосом у черных муравьев-бульдогов. У самок лишь одна пара хромосом, а у самцов — только одна хромосома.
У человека обычно имеется 46 пар хромосом. Из них 22 пары одинаковы как у мужчин, так и у женщин, и называются аутосомами.
Аутосомы отвечают за рост, цвет глаз и волос, оттенок кожи, склонность к определенным заболеваниям и другие признаки, не связанные с полом. 23-я пара хромосом, которая состоит из половых хромосом или гоносом, определяет пол человека. У мужчин эта пара состоит из XY (X-хромосома и Y-хромосома), а у женщин — XX.
Кариотип — это полный набор хромосом клетки человека. У мужчин нормальный кариотип — 46,XY, у женщин — 46,XX.
У человека обычно 46 хромосом — 23 пары. 22 из них одинаковы для мужчин и женщин, а одна отличается (на фото — нормальный мужской кариотип)
Основные типы хромосомных аномалий
Хромосомы очень ранимы перед взаимодействием с окружающей средой, такой как электромагнитное излучение, источники которого могут быть бытовой и офисной техникой, опасные химические вещества и вирусные инфекции, такие как грипп или гепатит.
Реакцией на негативные факторы может стать хранение хромосом — мутация, меняющая структуру хромосомы.
Зачастую хромосомные мутации не проявляются сами по себе. Люди сталкиваются с их последствиями в основном при планировании семьи: возникают проблемы с зачатием, осложнения во время беременности, и на свет появляются дети с врожденными заболеваниями.
Основные виды хромосомных перестроек:
- трисомия — это когда к одной паре хромосом добавляется еще одна и их становится три;
- моносомия — это когда одна из хромосом в паре теряется;
- делеция — это когда теряется фрагмент хромосомы;
- дупликация — это когда определенный участок хромосомы удваивается;
- инверсия — это когда участок хромосомы разворачивается;
- транслокация — это когда участок хромосомы меняет свое местоположение.
Заболевания, вызванные хромосомными нарушениями
Хромосомные мутации чаще обнаруживаются у мужчин. Причина в том, что у них всего одна X-хромосома, в то время как у женщин их две. Если происходит мутация в одной из хромосом, то вторая X-хромосома у женщин это компенсирует и патология не развивается.
Основные заболевания, вызванные хромосомными мутациями
.grid-table—nz6clp{grid-template-columns: minmax(min-content, max-content) minmax(min-content, max-content) minmax(min-content, auto)}
Синдром Клайнфельтера – состояние, выявляемое у одного из 850–1 000 новорожденных мальчиков.
По своему появлению дети, как правило, обладают полностью нормальными параметрами роста и веса. Размер их половых органов также не вызывает нареканий.
Основные проявления синдрома Клайнфельтера:
- частые ОРВИ, бронхиты, пневмонии;
- задержка в физическом и речевом развитии;
- отсутствие одного или обоих яичек в мошонке;
- недостаточный размер полового члена;
- увеличенные молочные железы;
- отсутствие волос на лице, в подмышечных впадинах;
- волосы на лобке по женскому типу;
- уменьшенное желание;
- умственная отсталость (примерно в половине случаев);
- порушение структуры зубов;
- сердечные дефекты сродного характера;
- нистагм, астигматизм, птоз века.
У больных синдромом Клайнфельтера повышается риск эпилепсии, рака груди, хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ), сахарного диабета, желчнокаменной болезни (ЖКБ), гипертонии, варикоза и лейкоза.
Шерешевский-Тёрнер синдром представляет собой аномалию, которая возникает у каждого 1 из 3000 детей, причем в большинстве случаев это девочки. У мальчиков этот синдром встречается крайне редко.
У детей с таким синдромом часто наблюдается недоношенность. Однако даже при нормальной продолжительности беременности показатели роста и веса у младенцев снижены (вес до 2800 г, рост до 48 см). Новорожденные также могут иметь характерные признаки патологии: короткая шея с кожными складками по бокам, врожденные сердечные дефекты, отеки кистей и стоп.
У пациентов с синдромом Шерешевского-Тёрнера частично или полностью отсутствует X-хромосома в 23-й паре
Основные симптомы шерешевского-Тёрнер синдрома:
- Возможно, у вас есть ряд врожденных аномалий сердца и крупных сосудов, таких как коарктация аорты, дефект межжелудочковой перегородки, стеноз аортального клапана и незаращенный проток Боталли;
- Также могут быть отклонения в развитии почек;
- Наблюдается замедление роста;
- Возможно, присутствует задержка в физическом и речевом развитии;
- Может быть заметна бочкообразная форма грудной клетки и широко расставленные соски;
- Часто возникают рецидивы среднего отита;
- У женщин может наблюдаться гипогонадизм — недоразвитие яичников, у мужчин — яичек, что может привести к бесплодию;
- Могут возникнуть проблемы с менструацией и недоразвитие внешних половых органов;
- Можно заметить складки кожи на шее, напоминающие крылья;
- Также можно увидеть деформацию ушных раковин и их низкое расположение;
- Возможно, низкая линия роста волос на задней части шеи;
- Грудная клетка может быть слишком широкой;
- Может быть сколиоз и остеопороз;
- Возможны проблемы с зрением, такие как косоглазие, близорукость или дальтонизм.
При синдроме Шерешевского—Тёрнера возникают некоторые проблемы с умственным и физическим развитием: уменьшение способности к обучению, задержка речи, трудности с вниманием и памятью. Иногда возникает олигофрения— задержка умственного развития.
Трисомия по X-хромосоме— это генетическое заболевание, которое встречается только у женщин из-за наличия лишней X-хромосомы. Частота возникновения составляет 1 случай на 1 000 новорожденных девочек.
Основные признаки трисомии по X-хромосоме:
- раннее половое созревание;
- преждевременное начало менструации;
- эмоциональная нестабильность— внезапные изменения настроения;
- редко— уменьшение мышечного тонуса, небольшая задержка психического развития.
У большинства женщин с дополнительной Х-хромосомой не наблюдается каких-либо явных признаков или симптомов заболевания.
Умственные расстройства при трисомии по Х-хромосоме могут включать трудности в обучении, синдром дефицита внимания и гиперактивности, а также умственную отсталость. У девочек с такой хромосомной патологией могут возникать затруднения с отдельными школьными предметами, памятью, концентрацией внимания и общей организованностью.
Синдром Дауна — распространенное заболевание. Оно встречается у одного новорожденного из 500-800, одинаково часто у девочек и мальчиков.
Специфические внешние признаки синдрома Дауна: плоский затылок, сглаженная переносица, особенный разрез глаз, одна кожная складка на ладони
Основные симптомы синдрома Дауна:
- лицо и нос с плоскостью;
- голова короткая и широкая;
- шея короткая;
- глаза с монголоидным разрезом;
- вертикальная складка кожи над внутренним углом глаза (эпикантус);
- деформация грудной клетки;
- руки и ноги короткие;
- неправильный прикус.
Синдром Дауна увеличивает вероятность сердечно-сосудистых заболеваний, проблем со зрением и слухом, а также патологии ЖКТ.
У людей с этим синдромом часто есть умственная отсталость легкой или средней степени.
Синдром Тризомии 18 — патология, которая выявляется в 75% случаев у девочек. Частота рождения детей с синдромом Тризомии 18 — 1 из 5 000–7 000. Возможно, это обусловлено тем, что беременности с плодами женского пола в основном заканчиваются выкидышами.
Основные признаки синдрома Тризомии 18:
- низкая масса тела ребёнка при рождении;
- длинная и узкая голова;
- выступающий затылок;
- маленький рот;
- микрофтальмия — уменьшенный размер глазных яблок;
- расщелины верхней губы;
- косоглазие;
- короткая шея с кожной складкой;
- деформации ушей: отсутствие мочек, узкие слуховые проходы, слишком низкое расположение ушей;
- укороченная грудина;
- врождённый вывих бедра;
- косолапость;
- гемангиомы на коже.
Дети с синдромом Патау сталкиваются с тяжелыми врожденными дефектами сердца и органов ЖКТ, патологиями мочеполовой и нервной системы. В большинстве случаев они умирают в первый год жизни.
Синдром Эдвардса — редкое заболевание, которое встречается у одного ребенка из 7 000-10 000.
У детей с синдромом Эдвардса имеется дополнительная 13-я хромосома
Основные признаки синдрома Эдвардса:
- микроцефалия — слишком маленький объем головы;
- низкий угловатый лоб;
- узкие глазные щели;
- опущенный переносица;
- деформация лица — кроличья губа, волчья пасть;
- деформация ушей;
- врожденная катаракта.
Дети, страдающие от синдрома Патау, часто имеют врожденные дефекты сердца, отклонения в работе почек, аномалии в развитии пищеварительной системы и нарушения в костно-мышечной системе. Примерно 90% пациентов умирают в первый год жизни.
Синдром кошачьего крика — это редкое генетическое заболевание, название которого связано с особенными звуками, издаваемыми новорожденными: их плач напоминает мяуканье кошки.
Синдром кошачьего крика проявляется лишь у одного ребенка из 45 000–50 000.
Основные признаки синдрома кошачьего крика:
- Особенный детский плач — высокий и пронзительный;
- Микроцефалия;
- Косоглазие;
- Нарушение прикуса;
- Проблемы со зрением;
- Деформация ушных раковин;
- Плоский нос;
- Короткая шея с крыловидными складками;
- Косолапость;
- Разрезы в небе и верхней губе;
- Задержка в умственном развитии.
У детей с синдромом кошачьего крика часто имеется интеллектуальная отсталость в тяжелой степени, нарушения речи, значительное отставание в физическом развитии.
Продолжительность жизни обычно не превышает 1 года, лишь 10% детей достигают подросткового возраста.
Кариотипирование — изучение числа и структуры хромосом
Хромосомные нарушения похожи на замедленную бомбу, которая иногда может взорваться спустя много лет. Многие люди даже не подозревают, что у них есть генетические отклонения, которые могут вызвать различные заболевания не только у их детей, но и у внуков или правнуков.
Планирование семьи может стать проблемой. Чаще всего это затруднение с зачатием, осложнения беременности или рождение ребенка с врожденными патологиями.
Для выявления хромосомных нарушений применяется метод кариотипирования.
Кариотипирование — это анализ структуры и количества хромосом. Для этого исследования берется венозная кровь и изучается под микроскопом.
Методы кариотипирования
Основные подходы к изучению кариотипа включают классическую цитогенетику и молекулярные методы.
Для проведения анализа обычно используют венозную кровь, но также возможно взять образцы костного мозга, слюны, хориона или околоплодных вод.
В ходе цитогенетического исследования специалисты выделяют лимфоциты из крови пациента — это особый тип белых кровяных клеток.
Лимфоциты выращивают и подавляют их рост, чтобы проанализировать хромосомы в оптимальный момент.
После этого хромосомы окрашивают и исследуют под микроскопом, оценивая их количество, размер и структуру.
Существуют и более современные методы исследования кариотипа — FISH (молекулярный анализ) и аCGH (сравнительная геномная гибридизация).
При FISH-анализе в образец вводят ДНК-зонды — фрагменты ДНК с разноцветными светящимися метками. Если в крови нет изменённых хромосом, то зонды просто «вымываются» в процессе химической реакции. Если есть — зонды «приклеиваются» к нарушенным участкам хромосом и подсвечивают их.
Благодаря FISH-анализу можно точно определить тип хромосомной мутации.
Метод aCGH заключается в сравнении эталонной ДНК и ДНК пациента. Для анализа образцы размечают флуоресцентными маркерами. Для нормальной ДНК используют красный цвет, а для исследуемой — зелёный.
Оба образца смешивают и наносят на микрочип — миниатюрное стекло, на которое в строго определённом порядке нанесены участки ДНК всех хромосом человека.
В норме фрагменты ДНК контрольного и исследуемого образца равномерно покрывают микрочип смешанным — синим — цветом. Если в образце пациента нет какого-то фрагмента хромосомы, то цвет на микрочипе будет красный. Если же, наоборот, хромосом больше, чем нужно, то участок микрочипа окрашивается в зелёный цвет.
Показания к кариотипированию
Будущим родителям рекомендуется сдать анализ на кариотипирование на этапе планирования беременности.
Основные показания к кариотипированию:
- Если после полного отмены контрацепции прошел год, а беременность так и не наступила;
- Если произошло два и более выкидыша или замершая беременность;
- Если случались мертворождение или смерть ребенка до достижения им года;
- Если в семье уже есть ребенок с заболеванием, связанным с хромосомными нарушениями;
- Если результаты спермограммы мужчины показали отсутствие половых клеток в сперме или их значительное снижение;
- Если у женщины отсутствует менструация в течение шести месяцев;
- Если среди родственников хотя бы одного из будущих родителей есть люди с генетическими заболеваниями.
Кариотипирование целесообразно провести детям, у которых есть врожденные пороки внутренних органов и систем, задержка физического или умственного развития, а также характерные признаки заболеваний, вызванных хромосомными мутациями.
Подготовка к кариотипированию
Правил для подготовки к кариотипированию нет специальных. Однако, есть общие рекомендации: за 2 часа до процедуры допускается легкая закуска нежирной пищей, а прямо перед анализом рекомендуется употребить что-то сладкое.
Исследование можно провести через 2 недели после того, как перенесли инфекционные заболевания.
Результаты кариотипирования
Нормальные результаты кариотипирования выглядят так: 46,XX — это женский кариотип, 46,XY — мужской.
Иногда можно обнаружить мозаичный кариотип, когда нарушения хромосом выявляются только в некоторых клетках.
Кариотипирование позволяет выявить следующие хромосомные нарушения:
- Трисомия — это лишняя, третья хромосома в паре. Обычно обозначается значком «+»;
- Моносомия — это когда одна из хромосом в паре утрачена;
- Делеция (del) — это когда теряется фрагмент хромосомы;
- Дупликация (dup) — это когда участок хромосомы удваивается;
- Инверсия (inv) — это когда участок хромосомы разворачивается;
- Транслокация (t) — это когда участки хромосомы меняются местами.
Если результаты кариотипирования показали отклонения от нормы, то супругам необходимо обратиться к врачу-генетику. Он определит риск рождения больного ребёнка и порекомендует способы, которые помогут этого избежать, такие как вспомогательные репродуктивные технологии (ЭКО, ИКСИ, использование донорских половых клеток) или предимплантационную генетическую диагностику эмбрионов (до переноса в матку).
Обнаружение отклонений в кариотипе у ребенка может помочь подобрать стратегию лечения, а также устранить неприятные симптомы, которые могут беспокоить малыша.
Литература
- Доброхотова Ю. Э. Генетический аспект невынашивания беременности. Значимость проблемы // Лечащий врач. 2022.
- Kannan T. P., Zilfalil B. A. Цитогенетика: Прошлое, Настоящее и Будущее // Malays J Med Sci. 2009. Том 16(2). С. 4–9.
- Трофимова И. Л. Практическое пособие по цитогенетике: исследование кариотипа человека : учебно-методическое пособие. СПб., 2018.
Виды хромосомных аномалий
Существует несколько видов хромосомных аномалий, каждая из которых имеет свои особенности и последствия. Например, анеуплоидия — это изменение числа хромосом, которое может привести к синдромам, таким как синдром Дауна (трисомия 21 хромосомы) или синдром Тернера (моносомия Х хромосомы).
Другим типом хромосомной аномалии является структурная аномалия, когда части хромосомы могут быть удалены, дублированы или перемещены. Это может привести к различным генетическим синдромам, таким как синдром кри-ду-шатена или синдром Прадера-Вилли.
Важно отметить, что хромосомные аномалии могут влиять на здоровье человека, вызывая различные проблемы с развитием органов и систем организма. Поэтому диагностика и изучение таких изменений в кариотипе играют важную роль в определении рисков и принятии мер по предотвращению возможных осложнений.
Как изменения в кариотипе влияют на здоровье человека
Генетические болезни
Некоторые изменения в кариотипе могут быть ответственны за развитие генетических заболеваний, таких как синдром Дауна, синдром Патау или синдром Эдвардса. Эти состояния связаны с лишней или недостаточной хромосомной информацией и могут сказываться на физическом и умственном развитии человека.
Например, лишняя хромосома 21 приводит к синдрому Дауна, характеризующемуся умственной отсталостью и физическими аномалиями.
Рак и другие заболевания
Некоторые хромосомные аномалии могут увеличить риск развития рака и других тяжелых заболеваний. Например, изменения в кариотипе могут повысить склонность к онкологическим заболеваниям, таким как рак молочной железы или лейкемия.
Существует прямая связь между мутациями в геноме и развитием онкологических заболеваний.
Наследственность
Изменения в кариотипе могут также влиять на наследственность и передачу генетических особенностей от родителей к потомкам. Некоторые генетические мутации могут передаваться от одного поколения к другому, увеличивая риск наследственных заболеваний.
Например, генетическая мутация, ответственная за цистический фиброз, может быть унаследована от одного из родителей и перейти к потомству.
Новейшие методы кариотипирования
В данном разделе мы рассмотрим современные подходы к проведению кариотипирования, которые позволяют получить более детальную информацию о структуре и составе хромосом. Новые методы анализа помогают выявлять хромосомные аномалии с высокой точностью и делают процесс диагностики более эффективным.
Молекулярное кариотипирование — один из современных методов, основанный на анализе ДНК. С его помощью можно выявить мельчайшие изменения в структуре хромосом, которые могут быть причиной различных генетических заболеваний. Этот метод позволяет провести более точную диагностику и определить стратегию лечения с учетом индивидуальных особенностей пациента.
Аррей-компаративная геномная гибридизация — еще один инновационный метод, который позволяет выявлять копии генома и структурные аномалии хромосом. Благодаря высокой чувствительности и специфичности, этот метод стал неотъемлемой частью диагностики генетических заболеваний и определения наследственного риска.
Секвенирование ДНК — еще один прогрессивный метод, который позволяет анализировать последовательность нуклеотидов в геноме. Эта технология открывает новые возможности для изучения генетических дисфункций и индивидуального подхода к лечению пациентов.
Современные методы кариотипирования позволяют расширить возможности диагностики и повысить эффективность лечения генетических заболеваний. Их внедрение в практику помогает улучшить качество медицинской помощи и повысить шансы пациентов на выздоровление.
Как правильно декодировать данные кариотипа
При анализе результатов кариотипирования важно иметь понимание того, как правильно проанализировать и интерпретировать информацию о хромосомах.
В первую очередь необходимо учитывать, что каждая хромосома имеет определенную структуру и размер, которые могут варьироваться в зависимости от возможных аномалий. При обнаружении дополнительных или отсутствующих хромосом, а также структурных изменений, необходимо учитывать возможные последствия для здоровья человека.
Для более точной интерпретации результатов кариотипирования следует обращать внимание на тип хромосомной аномалии, ее возможные причины и последствия. Важно помнить, что не все изменения в кариотипе могут привести к патологиям, некоторые из них могут быть нейтральными или даже положительными.
Помимо традиционных методов анализа кариотипа, существуют и новейшие технологии, такие как молекулярно-цитогенетические исследования, которые позволяют более точно определять характер хромосомных изменений и их влияние на здоровье человека.
Интерпретация результатов кариотипирования требует не только знаний в области генетики, но и специального обучения, чтобы правильно определить характер и последствия обнаруженных аномалий.
Видео по теме:
Вопрос-ответ:
Чем отличаются хромосомы от генов?
Хромосомы — это структуры, на которых располагается генетическая информация, в то время как гены — это участки ДНК, кодирующие определенные белки или регулирующие функции клетки.
Какие функции выполняют хромосомы в клетке?
Хромосомы выполняют основную функцию хранения и передачи генетической информации, участвуют в процессах деления клетки и контролируют активность генов.
Какова роль хромосом в наследственности организмов?
Хромосомы содержат всю наследственную информацию организма, которая передается от родителей к потомкам. Распределение и комбинирование хромосом влияет на наследственные черты и разнообразие видов.
Что происходит с хромосомами в процессе митоза и мейоза?
Во время митоза хромосомы дублируются и распределяются между дочерними клетками, обеспечивая точное копирование генетической информации. В мейозе происходит обмен участками хромосом, что приводит к генетическому разнообразию.