Studium člověka se od jiných organismů značně liší. Možnosti studia jsou do jisté míry omezené:
- Dlouhá generační doba člověka
- Nízký počet dětí v rodině
- nelze provádět řízená křížení jedinců-nelze ho zkoumat experimentálně
- používají se jen pozorovací metody
- člověk je ovlivněn řadou sociálních a biologických faktorů (výchova, škola, zaměstnání..)
- člověk nesmí být používám ke genetickým pokusům a klonům (toto porušili nacisté za II. sv. války když chtěli vyšlechtit „nordickou rasu“
Metody výzkumu: a) genealogický- zkoumání rodokmenů
- b) populační- zkoumá náhodně vybraný vzorek určité populace
- c) gemelilogický- zkoumá dědičnost dvojčat
RODOKMENOVÁ METODA
Zabývá se sestavováním rodokmenů několika generací. Znalost způsobu dědičnosti určité odchylky nebo nemoci pomáhá stanovit s jakým rizikem budou postiženi další členové rodiny. Pro jeho sestavení se používají mezinárodně uznávané symboly.
proband- jedinec od kterého vycházíme z rodokmenu, značí se šipkou
POPULAČNÍ VÝZKUM
Zkoumá se přenos genetické informace na úrovni populace. Je důležitá hlavně pro přenos recesivních onemocnění.
VÝZKUM DVOJČAT
Zabývá se především výzkumem jednovaječných dvojčat, která vznikla oplozením jednoho vajíčka, jednou spermií. Mají stejný genotyp a jsou stejného pohlaví a jakákoliv změna v jejich fenotypu by měla být způsobena nedědičnou složkou.
(Dvouvaječná dvojčata vzniknou oplozením dvou vajíček a dvěma spermiemi)
VÝZKUM CHROMOZOMŮ – karyotypu
Cytogenetický výzkum – zabývá se studiem sestavy a morfologie lidských chromozomů, tzn. karyotypů. Jednotlivé chromozomy lze od sebe odlišit pomocí speciálních barvících technik, které umožňují zjistit změny na chromozomech (chromozomové mutace). Chromozomy se liší svou délkou a polohou centromery (23páru= 1- 22autozomy, 23.-gonozomy). Podle toho pak dělíme nepohlavní chromozomy (autozomy) do sedmi skupin A-G s označením 1-22; pohlavní chromozomy X,Y (gonozomy) se nečíslují.
Účelem je sestavení chromozomové mapy- zjištění a znázornění všech genů na chromozomu tzv. proužkování
Molekulárně genetický výzkum lidského genomu = HGP – moderní metoda zkoumající lidský genom s možností genové terapie – nahrazení mutovaných genů zdravými.
DĚDIČNÉ CHOROBY A DISPOZICE
Mohou být vyvolané mutací 1 genu = monogenní. Jedná se o neaktivní alelu nebo produkuje nefunkční protein. Alkaptonurie, fenyketonurie = hyperfenyalaninémie, albinismus…
AUTOZOMÁLNĚ RECESIVNÍ
Přenos: AA zdravý, Aa přenašeč, aa nemocný
Alkaptonurie: Defekt enzymu, který se podílí na přeměně AK tyrosinu. Nepřeměněná kys. homogentizinová se ukládá do kloubů, páteře a způsobuje bolesti a postupnou ztrátu hybnosti.
Albinismus: Defekt enzymu, který má vyrábět melanin. Šedomodrá duhovka s červeným odleskem, blond vlasy, světlá růžová pleť. Poruchy zraku.
Fenylketonurie: Vrozená porucha metabolismu aminokyseliny fenylalaninu. To vede k poškozování CNS a následné mentální zaostalosti. U postižených jedinců musí být dodržována přísná dieta, potom je onemocnění relativně bezproblémové. Neléčené onemocnění může CNS způsobit těžké defekty. Matky i s lehčí formou onemocnění musí během těhotenství dietu přísně dodržovat, jinak hrozí poškození vývoje plodu. Výskyt onemocnění v populaci je asi 1 : 10000.
Galaktosemie: Chybí enzym pro trávení galaktosy, která se hromadí v organismu a alternativní cestou se metabolizuje na galaktitol. Ten působí toxicky na játra, mozek (vznik mentální retardace), ledviny a oční čočky a může vést k jejich poškození až slepotě. Neléčené onemocnění vede až ke smrti jedince. Galaktosa je mléčný cukr a proto musí být nemoc u novorozenců rychle diagnostikována a jako terapie nasazena bezmléčná dieta. Výskyt asi 1 : 60000.
Cystická fibrosa = muskoviscidóza: Viníkem choroby je mutace genu, díky které je kódován vadný protein, a ten způsobí nefunkčnost membránových iontových kanálů v postižených buňkách. Jde o jedno z nejčastějších autozomálně recesivních onemocnění člověka (asi 1 : 2500). Postihuje žlázy s vnitřní sekrecí (pankreas, játra). V plicích se navíc tvoří vazký hlen, vedoucí k respiračním potížím. Sekundární infekce dýchacích cest může vést až k vážnému poškození plic, i smrti. Ucpávání žlučovodů zase vede k poruchám trávení. U postižených žen je plodnost snížená, muži bývají neplodní. Úmrtnost do 30 let.
AUTOZOMÁLNĚ DOMINANTNÍ
Přenos. AA postižený, Aa postižený, aa zdravý – stačí jedna dominantní alela a jedinec je nemocný, pokud se nemocný potomek narodí zdravým rodičům, jde o nově vzniklou mutaci.
Chondrodystrofie: trpasličí vzrůst.
Syndaktylie: Srůst, respektive znásobení několika prstových článků. Onemocnění je relativně časté, ale dá se velmi dobře řešit chirurgickou cestou v raném věku.
Brachydaktylie: Projevuje se krátkými, zavalitými prsty. Často též malý vzrůst + krátké ruce a nohy.
Polydaktylie: více prstu než obvykle.
Arachnodaktylie: Hlavním projevem jsou nepřirozeně dlouhé a tenké prsty. Taktéž celé končetiny mohou být abnormálně dlouhé a tenké. Vyskytuje se i jako součást různých syndromů
Huntingtnova choroba: Onemocnění má značně pozdní nástup až mezi 30. a 45. rokem věku. Po nástupu choroby dochází k degenerativním změnám na mozku, což se projevuje motorickými poruchami (neúčelné pohyby) a progresivní demencí. Dochází k celkovým změnám osobnosti a postižení umírají.
Marfanův syndrom: Mezi příznaky patří arachnodaktylie (dlouhé a tenké prsty), nadměrný vzrůst, dlouhý a úzký obličej, dlouhé a tenké končetiny. Vyskytují se srdeční vady. Délka života bývá zkrácena, někdy se vyskytují náhlá úmrtí.
GONOZOMÁLNÍ CHOROBY
Gonosomálně dědičné choroby jsou vázány na gonosomech. V drtivé většině jde o choroby vázané na chromosomu X. Proto také někdy gonosomální dědičnost označujeme jako dědičnost X-vázanou.
- Gonosomálně recesivní choroby postihují většinou muže. Ženy bývají častěji přenašečky a jen zřídka jsou samy postiženy (recesivní homozygotky). Vzhledem k tomu, že u ženy je v každé buňce jeden z X chromosomů inaktivován (a to zcela náhodně, bez ohledu na to, zda nese mutovanou alelu nebo ne), mohou i heterozygotky vykazovat určité příznaky onemocnění, s ohledem na to, kolik buněk obsahuje inaktivovaný X chromosom se zdravou alelou.
- Gonosomálně dominantní choroby postihují obě pohlaví, postižený otec však nikdy nepředá nemoc svému synovi, zatímco všechny jeho dcery budou postiženy (samozřejmě uvažujeme X-vázanou dědičnost).
Hemofilie: Hemofilie je vrozená nesrážlivost krve. Projevují se krvácením do měkkých tkání, svalů i kloubů.
Dědičnost – gonosomálně recesivní
Daltonismus: Jedna z vrozených příčin barvosleposti. U postižených chybí, nebo je omezena schopnost rozlišit červenou a zelenou barvu.
Dědičnost – gonosomálně recesivní
Svalové dystrofie: svalová dystrofie jsou X-vázané poruchy syntézy dystrofinu, což je jeden ze strukturních proteinů svalových tkání. U postižených se v raném dětství začne projevovat svalová slabost, která začíná progresivně omezovat motoriku jedince. Charakteristickým projevem jsou hypertrofická lýtka.
-Duchennova svalová dystrofie má závažnější prognózu; úbytek hybnosti je rychlý a postižení
umírají okolo 20. roku života na srdeční nebo respirační selhání.
-Beckerova svalová dystrofie má mírnější a více variabilní průběh.
Dědičnost – gonosomálně recesivní
Vitamin D rezistentní rachitis: Jde o jeden z typů křivice, která je rezistentní vůči léčbě vitamínem D. Jedna z menšího množství gonosomálně dominantních chorob. Projevem je klasická křivice s možnými dalšími kostními deformitami.
Dědičnost – gonosomálně dominantní
GLOBINOVÁ ONEMOCNĚNÍ
Hemoglobin je červené krevní barvivo, schopné vázat (prostřednictvím atomu dvojmocného železa) kyslík. Skládá se z prostetické skupiny hemu a proteinové složky – globinu.
Srpková anemie: Těžká, dědičná forma hemolytické anemie. Erytrocyty pacientů se za určitých podmínek zkroutí do srpkovité podoby. Dochází k ucpávání kapilár a zvětšení sleziny, která má sníženou funkci. Onemocnění je recesivně dědičné, heterozygoti jsou zdraví, pouze za výjimečných okolností se u nich mohou objevit nějaké potíže. Heterozygoti jsou mnohem odolnější proti malárii, než zdraví jedinci; v oblasti výskytu malárie tvoří heterozygoti až polovinu populace.
Dědičnost – autosomálně recesivní
MITOCHONDRIÁLNÍ CHOROBY
Mitochondriálně dědičné choroby jsou způsobeny mutacemi v mitochondriální DNA (mtDNA) a dědí se pouze po matce. Většina takovýchto mutací je spojena s poruchou energetické funkce mitochondrie, proto se tyto mutace projevují zejména poruchami energeticky náročných orgánů, jako je třeba nervový systém nebo zrakové ústrojí. Většinou mají pozdější nástup (až v dospělém věku).)
Leberova atrofie optiku: Jde o onemocnění s nástupem na začátku dospělosti a projeví se rychlým, progresivním a oboustranným ubýváním zraku a následnou slepotou. Dochází k atrofii zrakového nervu. Onemocnění je častější u chlapců.
Dědičnost – maternální (mitochondriální)
CHROMOZOMÁLNÍ PORUCHY
Downův,Pataův, Klinefelterův, a Turnerův syndrom
LÉKAŘSKÁ GENETIKA
Jejím úkolem je včasné poznání a léčení chorob s dědičnou dispozicí a chorob dědičných. A dále aby nebyly přenášeny vadné genotypy na další generace. K tomuto jsou k dispozici genetické poradny. Při zvýšeném genetickém riziku jsou zde možnosti preventivního opatření: úprava životosprávy, prenatální diagnostika, umělé oplodnění, zabránění početí, přerušení těhotenství….
Příznaky pro vyšetření karyotypu člověka: nádorová onemocnění problémy s fertilitou, těhotenství u žen staršího věku, rodinná anamnéza-už se někdy v rodině vyskytlo onemocnění, narození mrtvého plodu, úmrtí novorozence, problémy růstu a vývoje……
Materiál pro vyšetření chromozomů: krev, vzorky tkání, buňky plodové vody = amniocentéza (odběr plodové vody), odběr placenty, pupečníková krev, kostní dřeň, vzorky z nádorů….
Metody využívané při výzkumu karyotypu člověka:
Amniocentéza – odběr plodové vody
DNA sondy – Jako sondu označujeme v molekulární genetice molekulu nukleové kyseliny, kterou použijeme k vyhledání určité sekvence ve vzorku testované DNA nebo RNA. Pomocí sond tedy můžeme např. vyšetřit přítomnost chorobné nebo zdravé alely genu
Genetická prevence – různá vyšetření v genetické poradně, viz. příznaky pro vyšetření karyotypu
Asistovaná reprodukce
Soubor lékařských postupů umožňující reprodukci bezdětných párů.
Sterilita u žen – neprůchodnost vejcovodů, porucha funkce dělohy, imunologická sterilita – imunitní rekace
proti spermiím.
Sterilita mužů – neprůchodnost chámovodů, poruchy spermatogeneze – defektní spermie, azoospermie –
úplné chybění spermií v ejakulátu.
Inseminace – odebrání spermií samci a uměle oplození samice.
Nitroděložní inseminace – tenkou trubičkou se zavání sperma do dělohy ženy.
Homologní inseminace – oplodnění spermiemi svého partnera.
Heterologní inseminace – oplodnění cizími spermiemi.
Fertilizace in vitro – „ze zkumavky“ k oplodnění dochází mimo organismus matky. Vyvoláním
superovulace – pomocí hormonů, se vyvinou zralé oocyty, které se odeberou jehlou a
jsou oplodněna, poté se 2-3 vajíčka zavedou do dělohy.
Intracytoplazmatická injekce spermie – při neschopnosti spermie proniknout do vajíčka, se vhodná
spermie nasaje a v píchne do oocytu.
GENOVÉ INŽENÝRSTVÍ
Používá se pro nalézání vhodných genů v bakteriální i eukaryotiké buňce a jejich přenos do genomu jiných organismů.
- Izolace NK – rozpuštěním plazmatické a jaderné membrány a oddělením DNA od bílkovin, sacharidů a lipidů. (vysrážením absolutním alkoholem, nebo přichycením na silikátových kuličkách) pokud chceme oddělit i RNA použijeme enzym RNA-ázu.
- Podélné štěpení DNA vyšší teplotou – při teplotě okolo 95°C zanikají vodíkové vazby mezi bázemi a DNA se rozpadá na 2 samostatná vlákna = denaturace, při opakovaném ochlazení = renaturace.
- Příčné štěpení DNA=restrikce – Pro práci s geny musí být molekula DNA rozdělena jak podélně tak příčně. Příčné dělení umožňují restrikční endonukleázy. Štěpí DNA v místě určité sekvence nukleotidů, ty jsou pak slepeny pomocí Ligáz.
- Třídění fragmentů DNA – fragmenty DNA lze rozdělit podle jejich délky elektroforézou v agarosovém gelu (metoda PAGE). Rychleji jdou kratší segmenty k +, proužkování
- Klonování DNA a její pomnožení – používáme k tomu klonovací vektory = plazmidy, bakteriofágy, umělé chromozomy kvasinek. Největší význam mají plazmidy nesoucí geny pro rezistenci vůči antibiotikům. Vpraví se do organismů do bakterií a nechají se pěstovat na agarové půdě s antibiotiky. Namnoží se potřebná DNA.
- Sekventování DNA – (zjišťování pořadí nukleotidů), syntéza nového vlákna DNA replikonu podle neznámého templátu, na začátek je přidán primer (část komplementárního úseku k DNA) začátek replikace a DNA – polymeráza může začít připojovat komplementární báze.
- Polymerázová řetězová reakce – (PCR)- je formou bezbuněčného molekulového klonování , které trvá asi 2-4hod, zatímco ostatní klonovací metody mají dobu několik dnů až týdnů. Využívají se DNA-polymerázy z termofilních baterií žijících v okolí sopek. Využívá se k rychlé diagnostice infekčních onemocnění, v soudním lékařství-kdy z jediného vlasu nebo spermie lze identifikovat jedince…
- Rekombinace – označení pro různé změny v DNA spočívající v jejím rozštěpení a připojení k jinému řetězci, jíž vznikají nové vlastnosti
Meiotická rekombinace – tzv. crossing-over
Mitotická rekombinace – vzácnější
Rekombinantní DNA technologie – je v genovém inženýrství postup, při kterém se z buněk izolují
jednoduché geny a ty se pak zavádějí zpět do buněk stejného nebo odlišného druhu organismu.
Rekombinantní DNA technologie není jeden konkrétní postup – jde o společné označení
biotechnologických postupů, které takto umožňují vytvářet nové kombinace molekul DNA, které se v přirozeném organismu společně nevyskytují.
9. Somatická hybridizace: spojením 2 somatických buněk z různých jedinců vzniká hybridní buňka (využívá se při výrobě protilátek i při mapovaní lidských chromozomů).