Les mutations génétiques et génomiques sont étudiées par quelle méthode. Types de mutations

Mutation(lat. mutatio - changement) - une transformation persistante (c'est-à-dire qui peut être héritée par les descendants d'une cellule ou d'un organisme donné) du génotype qui se produit sous l'influence de l'environnement externe ou interne. Le terme a été proposé par Hugo de Vries

Mutations génomiques- Il s'agit de mutations qui entraînent l'ajout ou la perte d'un, de plusieurs ou d'un ensemble haploïde complet de chromosomes. Différents types de mutations génomiques sont appelés hétéroploïdie et polyploïdie.

Selon l'origine des ensembles de chromosomes parmi les polyploïdes, on distingue les allopolyploïdes, qui possèdent des ensembles de chromosomes obtenus par hybridation de différentes espèces, et les autopolyploïdes, dans lesquels le nombre d'ensembles de chromosomes de leur propre génome augmente d'un multiple de n.

Les mutations génomiques sont associées à des modifications du nombre de chromosomes. Par exemple, chez les plantes, le phénomène de polyploïdie est assez souvent détecté - une modification multiple du nombre de chromosomes. Dans les organismes polyploïdes, l'ensemble haploïde de chromosomes n dans les cellules n'est pas répété 2 fois, comme chez les diploïdes, mais un nombre beaucoup plus grand de fois (3n, 4n, 5n et jusqu'à 12n). La polyploïdie est une conséquence d'une perturbation au cours de la mitose ou de la méiose : lorsque le fuseau est détruit, les chromosomes dupliqués ne se séparent pas, mais restent à l'intérieur de la cellule non divisée. En conséquence, des gamètes portant le nombre de chromosomes 2n apparaissent. Lorsqu'un tel gamète fusionne avec un gamète normal (n), le descendant aura un triple jeu de chromosomes. Si une mutation génomique ne se produit pas dans les cellules germinales, mais dans les cellules somatiques, des clones (lignées) de cellules polyploïdes apparaissent dans le corps. Souvent, le taux de division de ces cellules est plus rapide que le taux de division des cellules diploïdes normales (2n). Dans ce cas, une ligne de division rapide de cellules polyploïdes forme une tumeur maligne. S'il n'est pas retiré ou détruit, en raison de la division rapide, les cellules polyploïdes déplaceront les cellules normales. C’est ainsi que se développent de nombreuses formes de cancer. La destruction du fuseau mitotique peut être causée par les radiations, l'action d'un certain nombre de produits chimiques - mutagènes

Les mutations génomiques dans le monde animal et végétal sont diverses, mais chez l'homme on ne retrouve que 3 types de mutations génomiques : la tétraploïdie, la triploïdie et l'aneuploïdie. De plus, parmi toutes les variantes de l'aneuploïdie, on ne trouve que la trisomie sur les autosomes, la polysomie sur les chromosomes sexuels (tri-, tétra- et pentasomie), et parmi les monosomies, seule la monosomie-X est trouvée.

Mutations génomiques– modification du nombre de chromosomes. Les causes sont des perturbations dans la divergence des chromosomes.
Polyploïdie– plusieurs changements (plusieurs fois, par exemple 12 → 24). Cela ne se produit pas chez les animaux ; chez les plantes, cela entraîne une augmentation de la taille.
Aneuploïdie– des changements sur un ou deux chromosomes. Par exemple, un vingt et unième chromosome supplémentaire conduit au syndrome de Down (le nombre total de chromosomes est de 47).

Les mutations génomiques sont caractérisées par des modifications du nombre de chromosomes, qui peuvent être multiples ou multiples.

Un changement multiple dans le nombre de chromosomes dans un ensemble diploïde est appelé hétéroploïdie ou aneuploïdie. Cela peut s'accompagner de l'absence d'un des chromosomes - monosomie pour une paire de chromosomes donnée ou de la paire entière de chromosomes homologues - nullisomie. La présence d'un ou plusieurs chromosomes supplémentaires est appelée polysémie, qui, à son tour, est divisée en trisomie, si un chromosome est supplémentaire, en tétrasomie - s'il y a deux chromosomes supplémentaires, etc. Le nom dans ce cas est déterminé par le nombre de chromosomes homologues, par exemple, s'il y en a deux existants, un supplémentaire est ajouté, alors c'est une trisomie, s'il y en a deux supplémentaires, alors il y a quatre de ces chromosomes homologues au total et le trouble est appelé tétrasomie, etc. Tous ces changements se reflètent dans le phénotype, puisqu'ils s'accompagnent soit d'un déficit, soit, par conséquent, d'un excès de gènes. La cause de l'hétéroploïdie est une violation de la ségrégation des chromosomes pendant la méiose. Si les chromosomes homologues ou les chromatides ne se séparent pas, alors deux chromosomes se retrouveront dans l’un des gamètes et aucun dans l’autre. En conséquence, avec la participation de ces gamètes à la fécondation, un zygote avec un nombre modifié de chromosomes se forme. Le phénomène d'hétéroploïdie a été découvert pour la première fois par K. Bridges dans des expériences étudiant l'hérédité de traits liés au sexe chez la drosophile.

Hétéroploïdie possible dans les autosomes et les chromosomes sexuels. Très souvent, elle s'accompagne de maladies graves et peut même entraîner la mort. En particulier, la monosomie (absence d’un des chromosomes homologues) chez les sporophytes végétaux est généralement mortelle. Chez les mouches des fruits, la monosomie sur le quatrième chromosome donne des mouches plus petites et moins fertiles. Cependant, la monosomie sur le deuxième ou le troisième chromosome chez les mêmes mouches provoque la mort, ce qui indique l'inégalité des gènes situés sur ces chromosomes. L'effet de la polysomie sur les spores des plantes varie. Ainsi, dans les microspores, le gamétophyte ne se développe pas et dans les mégaspores, le chromosome supplémentaire n'affecte pas le développement du gamétophyte femelle.

Une ségrégation incorrecte des chromosomes est possible non seulement pendant la méiose, mais également pendant la mitose. Une division ultérieure de ces cellules entraîne une augmentation de leur nombre. Le résultat sera un organisme multicellulaire, dont certaines cellules auront un nombre modifié de chromosomes et présenteront des propriétés différentes. La présence dans l’organisme de cellules du même type aux propriétés différentes est appelée mosaïcisme. La proportion relative de cellules altérées dépend du stade de fragmentation auquel s'est produite la ségrégation incorrecte des chromosomes : plus cela s'est produit tôt, plus il y aura de cellules altérées dans l'organisme en développement. Ensuite, comme dans les cas de violation de la divergence chromosomique au cours de la méiose, des gamètes se forment, dont la participation ultérieure à la fécondation conduira à la formation d'un organisme dont toutes les cellules seront modifiées.

Pour référence :

Mutations chromosomiques– modification de la structure des chromosomes : perte d'une section, doublement d'une section, rotation d'une section de 180 degrés, transfert d'une section sur un autre chromosome (non homologue), etc. Les raisons sont des violations lors du passage. Exemple : le syndrome du chat qui pleure.
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Méthode généalogique

Cette méthode est basée sur la compilation et l'analyse de pedigrees. Cette méthode a été largement utilisée depuis l'Antiquité jusqu'à nos jours dans l'élevage de chevaux, la sélection de lignées précieuses de bovins et de porcs, pour l'obtention de chiens de race pure, ainsi que pour l'élevage de nouvelles races d'animaux à fourrure. Les généalogies humaines ont été compilées au fil des siècles concernant les familles régnantes d’Europe et d’Asie.

En tant que méthode d'étude de la génétique humaine, la méthode généalogique est devenue

ne s'applique qu'à partir du début du XXe siècle, lorsqu'il est devenu clair que l'analyse

les pedigrees, dans lesquels est retracée la transmission de génération en génération d'un certain trait (maladie), peuvent remplacer la méthode hybridologique, qui est en réalité inapplicable à l'homme. Lors de la compilation des pedigrees, le point de départ est la personne - le proposant,

dont le pedigree est à l'étude. Il s'agit généralement soit du patient, soit d'un porteur

un trait spécifique dont l'hérédité doit être étudiée. À

Lors de la compilation des tables généalogiques, utilisez les conventions proposées

G. Yustom en 1931 (Fig. 6.24). Les générations sont désignées par des chiffres romains, les individus d'une génération donnée sont désignés par des chiffres arabes. Grâce à la méthode généalogique, le caractère héréditaire du trait étudié peut être établi, ainsi que le type de son héritage (autosomique dominant, autosomique récessif, dominant lié à l'X ou récessif, lié à l'Y).

Lors de l'analyse des pedigrees en fonction de plusieurs caractéristiques

la nature liée de leur héritage peut être révélée, ce qui est utilisé dans la compilation de cartes chromosomiques. Cette méthode permet d'étudier l'intensité du processus de mutation, d'évaluer l'expressivité et la pénétrance de l'allèle. Il est largement utilisé dans le conseil génétique médical pour prédire la progéniture. Il convient toutefois de noter que l’analyse généalogique devient nettement plus compliquée lorsque les familles ont peu d’enfants.

Méthode cytogénétique

La méthode cytogénétique repose sur l’étude microscopique des chromosomes des cellules humaines.

Il a commencé à être largement utilisé dans la recherche en génétique humaine depuis 1956, lorsque les scientifiques suédois J. Tijo et A. Levan, proposant une nouvelle méthode d'étude des chromosomes, ont établi que le caryotype humain possède 46 et non 48 chromosomes, comme envisagé plus tôt. L'étape actuelle dans l'application de la méthode cytogénétique est associée à qui a élargi les capacités de l'analyse cytogénétique, permettant d'identifier avec précision les chromosomes par la nature de la distribution des segments colorés dans ceux-ci. L'utilisation de la méthode cytogénétique permet non seulement d'étudier la morphologie normale des chromosomes et le caryotype dans son ensemble, déterminer le sexe génétique de l'organisme, mais, surtout, diagnostiquer diverses maladies chromosomiques associées à des modifications du nombre de chromosomes ou à une violation de leur structure.

De plus, cette méthode permet d'étudier les processus de mutagenèse au niveau des chromosomes et

caryotype.

Son utilisation dans le conseil génétique médical à des fins de diagnostic prénatal des maladies chromosomiques permet, grâce à une interruption de grossesse opportune, de prévenir l'apparition de progénitures présentant de graves troubles du développement.

Le matériel pour les études cytogénétiques est constitué de cellules humaines obtenues à partir de différents tissus - lymphocytes du sang périphérique, cellules de la moelle osseuse, fibroblastes, cellules tumorales et tissus embryonnaires, etc. Une condition indispensable pour l'étude des chromosomes est la présence de cellules en division. Il est difficile d’obtenir directement de telles cellules du corps, c’est pourquoi du matériel facilement accessible, tel que les lymphocytes du sang périphérique, est souvent utilisé.

Normalement, ces cellules ne se divisent pas, mais un traitement spécial de leur culture avec de la phytohémagglutinine les ramène au cycle mitotique. L'accumulation de cellules en division au stade métaphase, lorsque les chromosomes sont spiralés au maximum et clairement visibles au microscope, est obtenue en traitant la culture avec de la colchicine ou

le colcémide, qui détruit le fuseau et empêche la séparation des chromatides. La microscopie de frottis préparés à partir d'une culture de telles cellules permet l'observation visuelle des chromosomes. La photographie de plaques métaphasiques et le traitement ultérieur des photographies avec la compilation de caryogrammes, dans lesquels les chromosomes sont disposés par paires et répartis en groupes, permettent dans les cellules non en division de la muqueuse buccale. La chromatine sexuelle, ou corps de Barr, se forme dans les cellules du corps féminin sur l'un des deux chromosomes X. Cela ressemble à une masse intensément colorée située près de la membrane nucléaire. Avec une augmentation du nombre de chromosomes X dans le caryotype d'un organisme, des corps de Barr se forment dans ses cellules en quantité inférieure d'un nombre de chromosomes X. À

Avec une diminution du nombre de chromosomes X (monosomie X), le corps de Barr est absent.

Dans le caryotype masculin, le chromosome Y peut être détecté par plus

luminescence intense par rapport aux autres chromosomes pendant le traitement

leur quinacrine et étude en lumière ultraviolette.

Pour une observation à court terme, les cellules sont simplement placées dans un milieu liquide sur une lame de verre ; Si une observation à long terme des cellules est nécessaire, des caméras spéciales sont utilisées. Il s'agit soit de bouteilles plates avec des trous recouverts de verre fin, soit de chambres plates pliables.

Méthode biochimique

Contrairement à la méthode cytogénétique, qui permet d'étudier la structure des chromosomes et le caryotype normal et de diagnostiquer maladies héréditaires associées à des modifications de leur nombre et à une perturbation de l'organisation, des maladies héréditaires causées par des mutations génétiques, ainsi que du polymorphisme de

les produits génétiques primaires normaux sont étudiés à l’aide de méthodes biochimiques. Ces méthodes ont été utilisées pour la première fois pour diagnostiquer les maladies génétiques au début du 20e siècle. Au cours des 30 dernières années, ils ont été largement utilisés dans la recherche de nouvelles formes d’allèles mutants. Avec leur aide, plus de 1000 maladies métaboliques congénitales ont été décrites.

Pour beaucoup d’entre eux, un défaut dans le produit génique primaire a été identifié. Les plus courantes parmi ces maladies sont les maladies associées à des enzymes défectueuses, structurelles, de transport ou autres.

écureuil. Une carence du produit final, accompagnée de l'accumulation de produits intermédiaires et finaux d'un métabolisme altéré, indique un défaut enzymatique ou sa carence dans l'organisme. Le diagnostic biochimique des troubles métaboliques héréditaires est réalisé en deux étapes. Dans un premier temps, les cas présumés de maladies sont sélectionnés, dans un deuxième temps, le diagnostic de la maladie est clarifié à l'aide de méthodes plus précises et plus complexes. L'utilisation d'études biochimiques pour diagnostiquer des maladies pendant la période prénatale ou immédiatement après la naissance permet d'identifier en temps opportun la pathologie et de commencer des mesures médicales spécifiques, comme par exemple dans le cas de la phénylcétonurie. Déterminer la teneur en produits métaboliques intermédiaires, sous-produits et finaux dans le sang, l'urine ou le liquide amniotique, en plus des produits qualitatifs

les réactions avec des réactifs spécifiques pour certaines substances utilisent des méthodes chromatographiques pour étudier les acides aminés et d'autres composés.

Méthodes d'étude de l'ADN dans la recherche génétique

Comme indiqué ci-dessus, les troubles des produits génétiques primaires sont détectés à l'aide de méthodes biochimiques. La localisation des dommages correspondants dans le matériel héréditaire lui-même peut être révélée par des méthodes de génétique moléculaire. Développement de méthodes transcription inverse L'ADN sur les molécules d'ARNm de certaines protéines et la reproduction ultérieure de ces ADN ont conduit à l'apparition sondes ADN pour diverses mutations de séquences nucléotidiques humaines. L’utilisation de telles sondes ADN pour l’hybridation avec l’ADN des cellules du patient permet de détecter les changements correspondants dans le matériel héréditaire du patient, c’est-à-dire diagnostiquer certains types de mutations génétiques (diagnostic génétique). Les réalisations importantes de la génétique moléculaire au cours des dernières décennies ont été des travaux sur séquençage - détermination de la séquence nucléotidique de l'ADN.

Les gaz de restriction protègent la cellule de la pénétration d'ADN étranger dans son appareil génétique et de sa reproduction. L'utilisation expérimentale de ces enzymes permet d'obtenir de courts fragments d'ADN dans lesquels la séquence nucléotidique peut être déterminée relativement facilement. Les méthodes de génétique moléculaire et de génie génétique permettent non seulement de diagnostiquer un certain nombre de mutations génétiques et d'établir des nucléotides

la séquence de gènes humains individuels, mais aussi de les reproduire (cloner) et d'obtenir de grandes quantités de protéines - produits des gènes correspondants. Le clonage de fragments d'ADN individuels est réalisé en les incorporant dans des plasmides bactériens qui, en se multipliant de manière autonome dans la cellule, fournissent un grand nombre de copies des fragments d'ADN humain correspondants. L'expression ultérieure de l'ADN recombinant dans des bactéries produit le produit protéique du gène humain cloné correspondant. Ainsi, grâce aux méthodes de génie génétique, il est devenu possible d'obtenir certains produits génétiques primaires (insuline) à partir de gènes humains.

Méthode jumelle

Cette méthode consiste à étudier les schémas de transmission des traits chez des paires de jumeaux identiques et fraternels.

Galton l'a initialement proposé en 1875 pour évaluer le rôle de l'hérédité et de l'environnement dans le développement des propriétés mentales humaines. Actuellement, cette méthode est largement utilisée dans l'étude

l'hérédité et la variabilité chez l'homme pour déterminer le rôle relatif de l'hérédité et de l'environnement dans la formation de diverses caractéristiques, à la fois normales et pathologiques. Il permet d'identifier le caractère héréditaire du trait, de déterminer la pénétrance de l'allèle et d'évaluer l'efficacité de l'action sur

l'organisme de certains facteurs externes (médicaments, formation, éducation). L'essence de la méthode est de comparer la manifestation d'un trait dans différents groupes de jumeaux, en tenant compte des similitudes ou des différences de leurs génotypes. Jumeaux monozygotes,

se développant à partir d’un œuf fécondé sont génétiquement identiques, car ils possèdent 100 % des mêmes gènes. Ainsi, parmi les jumeaux monozygotes, il existe pourcentage élevé couples concordants,

dans lequel les deux jumeaux développent le trait. La comparaison de jumeaux monozygotes élevés dans différentes conditions de la période postembryonnaire permet d'identifier des signes chez désaccord, ceux. différences. Au contraire, la préservation des similitudes entre jumeaux, malgré les différences dans les conditions de leur existence, indique le conditionnement héréditaire du trait.

La comparaison de la concordance par paire pour ce trait chez des jumeaux monozygotes et dizygotes génétiquement identiques, qui possèdent en moyenne environ 50 % de gènes communs, permet de juger plus objectivement le rôle du génotype dans la formation du trait. Une concordance élevée chez les paires de jumeaux monozygotes et une concordance significativement plus faible chez les paires de jumeaux dizygotes indiquent l'importance des différences héréditaires entre ces paires pour déterminer le trait. La similarité du taux de concordance entre mono- et

les jumeaux dizygotes indiquent le rôle insignifiant des différences génétiques et le rôle déterminant de l'environnement dans la formation d'un trait ou le développement d'une maladie. Des taux de concordance significativement différents mais plutôt faibles dans les deux groupes de jumeaux permettent de juger de la prédisposition héréditaire à la formation d'un trait qui se développe sous l'influence de facteurs environnementaux.

Un certain nombre de méthodes sont utilisées pour identifier la monozygotie des jumeaux. 1. Une méthode polysymptomatique pour comparer des jumeaux selon de nombreuses caractéristiques morphologiques (pigmentation des yeux, des cheveux, de la peau, forme des cheveux et caractéristiques des cheveux sur la tête et le corps, forme des oreilles, du nez, des lèvres, des ongles, du corps, motifs des doigts) ). 2. Méthodes basées sur l'identité immunologique des jumeaux à base d'antigènes érythrocytaires (systèmes ABO, MN, Rhésus) et de protéines sériques (γ-globuline). 3. Le critère le plus fiable de monozygotie est fourni par

test de transplantation par greffe de peau jumelle croisée. (NON UTILISÉ)

Méthode statistique démographique

Grâce à la méthode statistique de population, les caractéristiques héréditaires sont étudiées dans de grands groupes de population, sur une ou plusieurs générations. Un point essentiel lors de l’utilisation de cette méthode est le traitement statistique des données obtenues. Avec cette méthode, vous pouvez calculer la fréquence

l'apparition de divers allèles génétiques et de différents génotypes pour ces allèles dans une population, pour connaître la répartition de divers traits héréditaires, y compris les maladies, dans celle-ci. Il permet d'étudier le processus de mutation, le rôle de l'hérédité et de l'environnement dans la formation du polymorphisme phénotypique

une personne selon des caractéristiques normales, ainsi que dans l'apparition de maladies, notamment à prédisposition héréditaire. Cette méthode est également utilisée pour clarifier l'importance des facteurs génétiques dans l'anthropogenèse, en particulier dans la formation des races. la base pour élucider la structure génétique d’une population estloi . Équilibre génétique Hardy-Weinberg

Il reflète un modèle, conformément à

qui, sous certaines conditions, le rapport des allèles génétiques et des génotypes dans le pool génétique d'une population reste inchangé au fil des générations de cette population. Sur la base de cette loi, disposer de données sur la fréquence. apparition dans une population d'un phénotype récessif qui possède un génotype homozygote (aa), on peut calculer la fréquence d'apparition de l'allèle spécifié (a) dans le pool génétique d'une génération donnée. L'expression mathématique de la loi de Hardy-Weinberg est la formule ( r UN. apparition dans une population d'un phénotype récessif qui possède un génotype homozygote (aa), on peut calculer la fréquence d'apparition de l'allèle spécifié (a) dans le pool génétique d'une génération donnée. L'expression mathématique de la loi de Hardy-Weinberg est la formule (+q a)^2, où Et

q-

fréquence d'apparition des allèles A et a du gène correspondant. L'élargissement de cette formule permet de calculer la fréquence d'apparition des personnes de génotypes différents et, tout d'abord, des hétérozygotes - porteurs de maladies cachées allèle récessif : + 2p^2AA + pq

Aa

q ^ 2aa.

Méthode de modélisation. Méthode d'étude des modèles génétiques à l'aide de modèles biologiques et mathématiques, d'organismes ou de populations.

Modélisation biologique

– basé sur la loi de Vavilov des séries homologues de l’hérédité. Elle est basée sur le fait que les genres et les espèces génétiquement proches présentent des séries similaires de variabilité héréditaire, avec une telle précision que la connaissance des changements dans un genre ou une espèce peut être prédite à partir de l'apparition dans d'autres genres et espèces.

L’humanité est confrontée à un grand nombre de questions, dont beaucoup restent encore sans réponse. Et les plus proches d'une personne sont liés à sa physiologie. Une modification persistante des propriétés héréditaires d'un organisme sous l'influence de l'environnement externe et interne est une mutation. Ce facteur constitue également un élément important de la sélection naturelle, car il est source de variabilité naturelle.

Très souvent, les éleveurs ont recours à des organismes mutants. La science divise les mutations en plusieurs types : génomiques, chromosomiques et génétiques.

La génétique est la plus courante, et c’est celle que l’on rencontre le plus souvent. Elle consiste à modifier la structure primaire, et donc les acides aminés lus dans l'ARNm. Ces dernières sont disposées de manière complémentaire à l'une des chaînes d'ADN (biosynthèse des protéines : transcription et traduction).

Le nom de la mutation a initialement subi des changements brusques. Mais les idées modernes sur ce phénomène ne se sont développées qu’au XXe siècle. Le terme « mutation » lui-même a été introduit en 1901 par Hugo De Vries, un botaniste et généticien néerlandais, un scientifique dont les connaissances et les observations ont révélé les lois de Mendel. C'est lui qui a formulé le concept moderne de mutation et a également développé la théorie de la mutation, mais à peu près à la même époque, elle a été formulée par notre compatriote Sergueï Korjinski en 1899.

Le problème des mutations dans la génétique moderne

Mais les scientifiques modernes ont apporté des précisions sur chaque point de la théorie.
Il s’avère que des changements particuliers s’accumulent au fil des générations. On a également appris qu'il existe des mutations faciales, qui consistent en une légère distorsion du produit original. La disposition relative à la réémergence de nouvelles caractéristiques biologiques s'applique exclusivement aux mutations génétiques.

Il est important de comprendre que la détermination de son caractère nocif ou bénéfique dépend en grande partie de l’environnement génotypique. De nombreux facteurs environnementaux peuvent perturber l’ordre des gènes, le processus strictement établi de leur auto-reproduction.

Au cours du processus de sélection naturelle, l'homme a acquis non seulement des caractéristiques utiles, mais pas non plus les plus favorables liées aux maladies. Et l’espèce humaine paie ce qu’elle reçoit de la nature par l’accumulation de symptômes pathologiques.

Causes des mutations génétiques

Facteurs mutagènes. La plupart des mutations ont un effet néfaste sur l’organisme, perturbant les traits régulés par la sélection naturelle. Chaque organisme est prédisposé à la mutation, mais sous l'influence de facteurs mutagènes, leur nombre augmente fortement. Ces facteurs comprennent : les rayonnements ionisants, ultraviolets, les températures élevées, de nombreux composés chimiques ainsi que les virus.

Les facteurs antimutagènes, c'est-à-dire les facteurs protégeant l'appareil héréditaire, peuvent être attribués en toute sécurité à la dégénérescence du code génétique, à la suppression de sections inutiles qui ne portent pas d'informations génétiques (introns), ainsi qu'au double brin de la molécule d'ADN.

Classification des mutations

1. Reproduction. Dans ce cas, la copie se produit d'un nucléotide de la chaîne vers un fragment de la chaîne d'ADN et les gènes eux-mêmes.
2. Effacement. Dans ce cas, une partie du matériel génétique est perdue.
3. Inversion. Avec ce changement, une certaine zone pivote de 180 degrés.
4. Insertion. L'insertion d'un seul nucléotide dans des parties d'ADN et un gène est observée.

Dans le monde moderne, nous sommes de plus en plus confrontés à la manifestation de changements dans divers signes chez les animaux et chez les humains. Les mutations excitent souvent les scientifiques chevronnés.

Exemples de mutations génétiques chez l'homme

1. Progéria. La progeria est considérée comme l’une des anomalies génétiques les plus rares. Cette mutation se manifeste par un vieillissement prématuré de l’organisme. La plupart des patients meurent avant l’âge de treize ans et rares sont ceux qui parviennent à sauver leur vie avant vingt ans. Cette maladie développe des accidents vasculaires cérébraux et des maladies cardiaques, et c'est pourquoi, le plus souvent, la cause du décès est une crise cardiaque ou un accident vasculaire cérébral.
2. Syndrome de Yuner Tan (YUT). Ce syndrome a la particularité de se déplacer à quatre pattes. En règle générale, les personnes SUT utilisent le langage le plus simple et le plus primitif et souffrent d'insuffisance cérébrale congénitale.
3. Hypertrichose. On l’appelle aussi « syndrome du loup-garou » ou « syndrome d’Abrams ». Ce phénomène a été retracé et documenté depuis le Moyen Âge. Les personnes sensibles à l'hypertrichose se distinguent par une quantité dépassant la norme, notamment au niveau du visage, des oreilles et des épaules.
4. Déficit immunitaire combiné sévère. Les personnes sensibles à cette maladie sont déjà privées à la naissance du système immunitaire efficace dont dispose une personne moyenne. David Vetter, qui a fait connaître la maladie en 1976, est décédé à l'âge de treize ans après une tentative chirurgicale infructueuse visant à renforcer le système immunitaire.
5. Syndrome de Marfan. La maladie survient assez souvent et s'accompagne d'un développement disproportionné des membres et d'une mobilité excessive des articulations. Beaucoup moins fréquente est une déviation exprimée par une fusion des côtes, qui entraîne soit un renflement, soit un affaissement de la poitrine. La courbure de la colonne vertébrale est un problème courant chez les personnes sensibles au syndrome des fesses.

Mutations génomiques caractérisé par des changements dans le nombre de chromosomes. Chez l'homme, la polyploïdie (y compris la tétraploïdie et la triploïdie) et l'aneuploïdie sont connues.

Polyploïdie- une augmentation du nombre d'ensembles de chromosomes, un multiple de celui haploïde (Зn, 4n, 5n, etc.). Raisons : double fécondation et absence de première division méiotique. Chez l'homme, la polyploïdie, ainsi que la plupart des aneuploïdies, conduisent à la formation de cellules mortelles.

Aneuploïdie- modification (diminution - monosomie, augmentation - trisomie) du nombre de chromosomes dans l'ensemble diploïde, c'est-à-dire pas un multiple de haploïde (2n+1, 2n-1, etc.). Mécanismes d'apparition : non-disjonction des chromosomes (les chromosomes en anaphase se déplacent vers un pôle, tandis que pour chaque gamète avec un chromosome supplémentaire, il y en a un autre - sans un chromosome) et « décalage en anaphase » (en anaphase, l'un des chromosomes en mouvement est en retard sur tous les autres). ).

Trisomie- la présence de trois chromosomes homologues dans le caryotype (par exemple, sur la 21ème paire, ce qui conduit au développement du syndrome de Down ; sur la 18ème paire - syndrome d'Edwards ; sur la 13ème paire - syndrome de Patau).

Monosomie- la présence d'un seul chromosome homologue sur deux. Avec la monosomie de l'un des autosomes, le développement normal de l'embryon est impossible. La seule monosomie compatible avec la vie chez l'homme - sur le chromosome X - conduit au développement du syndrome de Shereshevsky-Turner (45,X0).

Maladies chromosomiques (syndromes) est un groupe d'affections pathologiques congénitales se manifestant par des anomalies du développement et causées par des perturbations du nombre ou de la structure des chromosomes somatiques (syndromes autosomiques) ou des chromosomes sexuels (syndromes gonosomiques). Leur fréquence globale dans la population est d'environ 1 %. Il s’agit pour la plupart de cas sporadiques dus à diverses mutations chromosomiques et génomiques.

Syndrome de Shereshevsky-Turner

Syndrome de Shereshevsky-Turner- une maladie chromosomique accompagnée d'anomalies caractéristiques du développement physique, d'une petite taille et d'un infantilisme sexuel. Caractérisé par un développement physique particulier et un développement sexuel retardé. L'incidence de la maladie chez les nouveau-nés est de 1 : 3000.

Étiologie et pathogenèse

Cette maladie est une conséquence de diverses anomalies de l'ensemble chromosomique, résultant le plus souvent de la non-disjonction des chromosomes sexuels chez la mère ou le père, de perturbations de la division mitotique du zygote fécondé et de l'absence du bras court de l'un des deux X. chromosomes. Représente la monosomie sur le chromosome X (XO).

Aucun lien clair entre l'apparition du syndrome de Turner et l'âge et les maladies des parents n'a été identifié. Cependant, les grossesses sont généralement compliquées par une toxicose, un risque de fausse couche et l'accouchement est souvent prématuré et pathologique. La formation altérée des gonades dans le syndrome de Turner est causée par l'absence ou des défauts structurels d'un chromosome sexuel (chromosome X).

Clinique du syndrome de Shereshevsky-Turner

Le tableau clinique de la maladie est très diversifié. Le symptôme le plus courant est la petite taille. Même dans l'enfance, ces patients sont en retard par rapport à leurs pairs en termes de développement physique et, au moment de la puberté, leur taille est de 130 à 145 cm. Il existe des preuves d'une incidence élevée du syndrome de Shereshevsky-Turner chez les filles de petite taille dans de nombreux pays, en particulier dans le pays. Japon. Le deuxième trait caractéristique est l'infantilisme sexuel, qui se manifeste particulièrement souvent pendant la puberté sous forme d'aménorrhée, de sous-développement des organes génitaux et de caractères sexuels secondaires. Des brins sont identifiés à la place des ovaires.

L'une des principales manifestations- un vieillissement prématuré dont les signes apparaissent dès 15-17 ans. Selon les concepts modernes, le rôle décisif dans les mécanismes généraux du vieillissement appartient au vieillissement du tissu conjonctif. De nombreuses données cliniques et radiologiques indiquent divers troubles du tissu conjonctif, en particulier du système squelettique, dans les maladies chromosomiques humaines.

La structure du corps est disproportionnée - la longueur de la moitié supérieure du corps est beaucoup plus longue que la moitié inférieure. Les oreilles sont déformées et positionnées bas. Le palais dur est parfois haut et étroit (« gothique »), et on note une croissance irrégulière des dents. Le cou est large et court et on observe une faible croissance des poils. De larges plis de peau sur le cou, allant des apophyses mastoïdes aux épaules, donnent au cou un aspect ptérygoïdien typique (pterigium coli). Les anomalies dans le développement des mains s'expriment par un raccourcissement du quatrième doigt (dû aux os métacarpiens courts) et une courbure du cinquième doigt. Les orteils III, IV, V sont également raccourcis et déformés. Souvent, la distance entre le premier et le deuxième orteil est augmentée. On note un gonflement persistant des extrémités. Avec le syndrome de Shereshevsky-Turner, il existe un certain nombre de changements dans les organes internes - malformations cardiaques congénitales et gros vaisseaux (coarctation de l'aorte, cloison interventriculaire perméable, sténose aortique, sténose pulmonaire), anomalies rénales (rein en fer à cheval, double bassin ou uretères). ). Il n'y a aucun changement pathologique dans l'état neurologique. L'intelligence est extrêmement rarement réduite. La déficience intellectuelle est mineure. Les enfants étudient avec succès dans l’école de soutien. Le comportement enfantin est uniquement combiné avec un travail acharné, de la persévérance et de la minutie dans le travail.

Syndrome de Down

Le syndrome de Down (maladie) (DS) - syndrome de la trisomie 21 - est la forme la plus courante de pathologie chromosomique chez l'homme (1:750). Cytogénétiquement, le syndrome de Down est représenté par une trisomie simple (94 % des cas), une forme de translocation (4 %) ou un mosaïcisme (2 % des cas). Chez les garçons et les filles, la pathologie survient aussi souvent.

Il a été établi de manière fiable que les enfants trisomiques naissent plus souvent de parents âgés. Si l'âge de la mère est de 35 à 46 ans, la probabilité d'avoir un enfant malade augmente jusqu'à 4,1 %. La possibilité d'un deuxième cas de la maladie dans une famille atteinte de trisomie 21 est de 1 à 2 % (le risque augmente avec l'âge de la mère).

Pour la recherche génétique, une personne est un objet peu pratique, puisque chez l'homme : le croisement expérimental est impossible ; un grand nombre de chromosomes; la puberté survient tardivement ; petit nombre de descendants dans chaque famille ; il est impossible d'égaliser les conditions de vie de la progéniture.

Un certain nombre de méthodes de recherche sont utilisées en génétique humaine.

Méthode généalogique

L'utilisation de cette méthode est possible lorsque des parents directs sont connus - les ancêtres du propriétaire du trait héréditaire ( proposant) sur les lignées maternelles et paternelles sur plusieurs générations ou sur les descendants du proposant également sur plusieurs générations. Lors de la compilation des pedigrees en génétique, un certain système de notation est utilisé. Après avoir établi le pedigree, celui-ci est analysé afin d'établir la nature de l'hérédité du trait étudié.

Conventions adoptées lors de l'établissement des pedigrees :
1 - homme; 2 - femme ; 3 — le sexe est inconnu ; 4 - propriétaire du trait étudié ; 5 - porteur hétérozygote du gène récessif étudié ; 6 - mariage ; 7 - mariage d'un homme avec deux femmes ; 8 - mariage consanguin ; 9 - les parents, les enfants et leur ordre de naissance ; 10 - jumeaux dizygotes ; 11 - jumeaux monozygotes.

Grâce à la méthode généalogique, les types de transmission de nombreux traits chez l'homme ont été déterminés. Ainsi, le type autosomique dominant hérite de la polydactylie (augmentation du nombre de doigts), de la capacité d'enrouler la langue en tube, de la brachydactylie (doigts courts en raison de l'absence de deux phalanges sur les doigts), des taches de rousseur, de la calvitie précoce, des doigts fusionnés, de la fente labiale, fente palatine, cataractes oculaires, fragilité osseuse et bien d’autres. L'albinisme, les cheveux roux, la susceptibilité à la polio, le diabète sucré, la surdité congénitale et d'autres traits sont hérités de manière autosomique récessive.

Le trait dominant est la capacité à enrouler la langue dans un tube (1) et son allèle récessif est l'absence de cette capacité (2).
3 - pedigree pour la polydactylie (hérédité autosomique dominante).

Un certain nombre de traits sont hérités de manière liée au sexe : hérédité liée à l'X - hémophilie, daltonisme ; Liée en Y - hypertrichose du bord de l'oreillette, orteils palmés. Il existe un certain nombre de gènes localisés dans des régions homologues des chromosomes X et Y, par exemple le daltonisme général.

L'utilisation de la méthode généalogique a montré qu'avec un mariage apparenté, par rapport à un mariage non apparenté, la probabilité de malformations, de mortinaissances et de mortalité précoce chez la progéniture augmente considérablement. Dans les mariages consanguins, les gènes récessifs deviennent souvent homozygotes, entraînant le développement de certaines anomalies. Un exemple en est l’héritage de l’hémophilie dans les maisons royales d’Europe.

- hémophile; - femme porteuse.

Méthode jumelle

1 - jumeaux monozygotes ; 2 - jumeaux dizygotes.

Les jumeaux sont des enfants nés en même temps. Ils arrivent monozygote(identique) et dizygote(fraternel).

Les jumeaux monozygotes se développent à partir d'un zygote (1), qui, au stade du clivage, est divisé en deux (ou plus) parties. Par conséquent, ces jumeaux sont génétiquement identiques et toujours du même sexe. Les jumeaux monozygotes se caractérisent par un degré élevé de similitude ( concordance) pour de nombreuses raisons.

Les jumeaux dizygotes se développent à partir de deux ovules ou plus qui ont été simultanément ovulés et fécondés par différents spermatozoïdes (2). Par conséquent, ils ont des génotypes différents et peuvent être du même sexe ou de sexes différents. Contrairement aux jumeaux monozygotes, les jumeaux dizygotes se caractérisent par une discordance - une dissemblance à bien des égards. Les données sur la concordance gémellaire pour certaines caractéristiques sont présentées dans le tableau.

Comme le montre le tableau, le degré de concordance des jumeaux monozygotes pour toutes les caractéristiques ci-dessus est nettement supérieur à celui des jumeaux dizygotes, mais il n'est pas absolu. En règle générale, la discordance chez les jumeaux monozygotes résulte de violations du développement intra-utérin de l'un d'entre eux ou sous l'influence de l'environnement externe, s'il était différent.

Grâce à la méthode des jumeaux, la prédisposition héréditaire d’une personne à un certain nombre de maladies a été déterminée : la schizophrénie, l’épilepsie, le diabète sucré et autres.

Les observations de jumeaux monozygotes fournissent des éléments permettant d'élucider le rôle de l'hérédité et de l'environnement dans le développement des caractères. De plus, l’environnement externe fait référence non seulement aux facteurs environnementaux physiques, mais également aux conditions sociales.

Méthode cytogénétique

Basé sur l'étude des chromosomes humains dans des conditions normales et pathologiques. Normalement, un caryotype humain comprend 46 chromosomes – 22 paires d'autosomes et deux chromosomes sexuels. L'utilisation de cette méthode a permis d'identifier un groupe de maladies associées soit à des modifications du nombre de chromosomes, soit à des modifications de leur structure. De telles maladies sont appelées chromosomique.

Le matériel pour l'analyse caryotypique est le plus souvent constitué de lymphocytes sanguins. Le sang est prélevé dans une veine chez l'adulte et dans un doigt, un lobe d'oreille ou un talon chez le nouveau-né. Les lymphocytes sont cultivés dans un milieu nutritif spécial, qui contient notamment des substances qui « forcent » les lymphocytes à se diviser intensément par mitose. Après un certain temps, de la colchicine est ajoutée à la culture cellulaire. La colchicine arrête la mitose au niveau métaphase. C'est pendant la métaphase que les chromosomes sont le plus condensés. Ensuite, les cellules sont transférées sur des lames de verre, séchées et colorées avec divers colorants. La coloration peut être a) routinière (les chromosomes sont colorés uniformément), b) différentielle (les chromosomes acquièrent des stries croisées, chaque chromosome ayant un motif individuel). La coloration de routine permet d'identifier des mutations génomiques, de déterminer l'appartenance à un groupe d'un chromosome et de découvrir dans quel groupe le nombre de chromosomes a changé. La coloration différentielle vous permet d'identifier les mutations chromosomiques, de déterminer le chromosome par numéro et de connaître le type de mutation chromosomique.

Dans les cas où il est nécessaire d'effectuer une analyse caryotypique du fœtus, des cellules du liquide amniotique (liquide amniotique) - un mélange de cellules de type fibroblaste et épithéliales - sont prélevées pour la culture.

Les maladies chromosomiques comprennent : le syndrome de Klinefelter, le syndrome de Turner-Shereshevsky, le syndrome de Down, le syndrome de Patau, le syndrome d'Edwards et autres.

Les patients atteints du syndrome de Klinefelter (47, XXY) sont toujours des hommes. Ils se caractérisent par un sous-développement des gonades, une dégénérescence des tubules séminifères, souvent un retard mental et une croissance élevée (due à des jambes disproportionnellement longues).

Le syndrome de Turner-Shereshevsky (45, X0) est observé chez la femme. Elle se manifeste par un retard de puberté, un sous-développement des gonades, une aménorrhée (absence de menstruation) et une infertilité. Les femmes atteintes du syndrome de Turner-Shereshevsky sont petites, leur corps est disproportionné - la partie supérieure du corps est plus développée, les épaules sont larges, le bassin est étroit - les membres inférieurs sont raccourcis, le cou est court avec des plis, le « Mongoloïde " forme des yeux et un certain nombre d'autres signes.

Le syndrome de Down est l'une des maladies chromosomiques les plus courantes. Il se développe à la suite d'une trisomie sur le chromosome 21 (47 ; 21, 21, 21). La maladie est facilement diagnostiquée car elle présente un certain nombre de signes caractéristiques : membres raccourcis, crâne petit, arête nasale plate et large, fissures palpébrales étroites avec incision oblique, présence d'un pli dans la paupière supérieure, retard mental. Des perturbations dans la structure des organes internes sont également souvent observées.

Les maladies chromosomiques résultent également de modifications des chromosomes eux-mêmes. Oui, suppression apparition dans une population d'un phénotype récessif qui possède un génotype homozygote (aa), on peut calculer la fréquence d'apparition de l'allèle spécifié (a) dans le pool génétique d'une génération donnée. L'expression mathématique de la loi de Hardy-Weinberg est la formule (-le bras de l'autosome n°5 conduit au développement du syndrome du « cri du chat ». Chez les enfants atteints de ce syndrome, la structure du larynx est perturbée et, dans la petite enfance, ils ont un timbre de voix particulier « miaulant ». À cela s’ajoutent un retard du développement psychomoteur et une démence.

Le plus souvent, les maladies chromosomiques sont le résultat de mutations survenues dans les cellules germinales de l'un des parents.

Méthode biochimique

Vous permet de détecter des troubles métaboliques causés par des modifications génétiques et, par conséquent, des modifications de l'activité de diverses enzymes. Les maladies métaboliques héréditaires sont divisées en maladies du métabolisme des glucides (diabète sucré), du métabolisme des acides aminés, des lipides, des minéraux, etc.

La phénylcétonurie est une maladie du métabolisme des acides aminés. La conversion de la phénylalanine, un acide aminé essentiel, en tyrosine est bloquée, tandis que la phénylalanine est convertie en acide phénylpyruvique, qui est excrété dans l'urine. La maladie conduit au développement rapide de la démence chez les enfants. Un diagnostic précoce et un régime alimentaire peuvent arrêter le développement de la maladie.

Méthode statistique démographique

Il s'agit d'une méthode permettant d'étudier la répartition des traits héréditaires (maladies héréditaires) dans les populations. Un point essentiel lors de l’utilisation de cette méthode est le traitement statistique des données obtenues. Sous population comprendre un ensemble d'individus d'une même espèce, vivant longtemps sur un certain territoire, se croisant librement les uns avec les autres, ayant une origine commune, une certaine structure génétique et, à un degré ou à un autre, isolés des autres ensembles d'individus d'une espèce donnée. Une population n'est pas seulement une forme d'existence d'une espèce, mais aussi une unité d'évolution, puisque les processus microévolutifs qui aboutissent à la formation d'une espèce reposent sur des transformations génétiques dans les populations.

Une branche spéciale de la génétique s'occupe de l'étude de la structure génétique des populations - génétique des populations. Chez l'homme, on distingue trois types de populations : 1) panmictiques, 2) dèmes, 3) isolats, qui diffèrent les uns des autres par le nombre, la fréquence des mariages intragroupes, la proportion d'immigrés et la croissance démographique. La population d'une grande ville correspond à une population panmictique. Les caractéristiques génétiques de toute population comprennent les indicateurs suivants : 1) pool génétique(la totalité des génotypes de tous les individus d'une population), 2) les fréquences des gènes, 3) les fréquences des génotypes, 4) les fréquences des phénotypes, le système de mariage, 5) les facteurs modifiant les fréquences des gènes.

Pour déterminer la fréquence d'apparition de certains gènes et génotypes, il est utilisé Loi Hardy-Weinberg.

Loi Hardy-Weinberg

Dans une population idéale, de génération en génération, un rapport strictement défini des fréquences des gènes dominants et récessifs est maintenu (1), ainsi que le rapport des fréquences des classes génotypiques d'individus (2).

Où p— fréquence d'apparition du gène dominant A ; q— fréquence d'apparition du gène récessif a ; apparition dans une population d'un phénotype récessif qui possède un génotype homozygote (aa), on peut calculer la fréquence d'apparition de l'allèle spécifié (a) dans le pool génétique d'une génération donnée. L'expression mathématique de la loi de Hardy-Weinberg est la formule ( 2 - fréquence d'apparition des homozygotes pour l'AA dominant ; 2 p— fréquence d'apparition des hétérozygotes Aa ; q 2 - fréquence d'apparition des homozygotes pour l'aa récessif.

La population idéale est une population panmictique suffisamment grande (panmixie - croisement sans croisement) dans laquelle il n'y a pas de processus de mutation, de sélection naturelle et d'autres facteurs perturbant l'équilibre des gènes. Il est clair que les populations idéales n'existent pas dans la nature ; dans les populations réelles, la loi de Hardy-Weinberg est utilisée avec des amendements.

La loi de Hardy-Weinberg, en particulier, est utilisée pour approximer le nombre de porteurs de gènes récessifs pour les maladies héréditaires. Par exemple, on sait que dans cette population, la phénylcétonurie survient à une fréquence de 1 : 10 000. La phénylcétonurie est héritée de manière autosomique récessive, par conséquent, les patients atteints de phénylcétonurie ont le génotype aa, c'est-à-dire q 2 = 0,0001. D'ici : q = 0,01; p= 1 - 0,01 = 0,99. Les porteurs d'un gène récessif ont le génotype Aa, c'est-à-dire qu'ils sont hétérozygotes. Fréquence d'apparition des hétérozygotes (2 p) est 2 · 0,99 · 0,01 ≈ 0,02. Conclusion : dans cette population, environ 2 % de la population sont porteurs du gène de la phénylcétonurie. Parallèlement, vous pouvez calculer la fréquence d'apparition des homozygotes par dominante (AA) : p 2 = 0,992, soit un peu moins de 98 %.

Un changement dans l'équilibre des génotypes et des allèles dans une population panmictique se produit sous l'influence de facteurs agissant constamment, notamment : le processus de mutation, les vagues de population, l'isolement, la sélection naturelle, la dérive génétique, l'émigration, l'immigration, la consanguinité. C'est grâce à ces phénomènes qu'apparaît un phénomène évolutif élémentaire : un changement dans la composition génétique d'une population, qui est l'étape initiale du processus de spéciation.

La génétique humaine est l’une des branches scientifiques qui se développent le plus rapidement. C'est la base théorique de la médecine et révèle les bases biologiques des maladies héréditaires. La connaissance de la nature génétique des maladies permet de poser un diagnostic précis à temps et d'effectuer le traitement nécessaire.

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