GENETYKA

- termin wprowadzony przez Batesona w 1906 r.

Mendel :

- jednostki dziedziczności, zawiązki cech - „merkmallen”

- prawo czystości gamet:

• „substancja dziedziczna ma charakter jednostkowy i nie miesza się w zygocie z substancją pochodzącą od drugiego z rodziców”

Pojęcia `gen'. `genotyp', `fenotyp' zaproponował Johansen

Gen - podstawowa jednostka dziedziczenia zajmująca w chromosomie określone miejsce, czyli locus, jest określonym segmentem DNA, który koduje odpowiednią sekwencję aminokwasów polipeptydu

- pierwszy raz zaproponował taką nazwę Johannes (1909 r.)

Genotyp - zespół cech danego osobnika, całość informacji genetycznej organizmu

• Każdy człowiek(oprócz bliźniąt monozygotycznych) ma swój charakterystyczny genotyp

• Genotyp nie zmienia się od poczęcia

• Cały `plan budowy' jest w pierwszej komórce po poczęcia, jest to plan nukleotydowy

• Różnorodność jest koncepcją biologiczną

Przenoszenie informacji genetycznej:

DNA -(transkrypcja) RNA -(translacja) białko

Kod genetyczny:

• Trójkowy - 3 nukleotydy kodują 1 aminokwas

• Kod genet. jest uniwersalny dla wszystkich organizmów

Fenotyp - zespół cech zewnętrznych powstałych na skutek ekspansji genotypu oraz działania środowiska, całość cech fizycznych organizmu

Cytogenetyka - dział genetyki zajmujący się:

- chromosomami

• liczbą

• klasyfikacją

• morfologią

• aberracjami

- determinacją płci

• chromosomowej

• chromatynowej

- relacjami płci - stosunek liczbowy/procentowy płci męskiej i żeńskiej w czasie rozwoju człowieka

- chromosomopatiami = chorobami chromos. spowodowanymi aberracjami chromosomowymi:

1. chromosomopatie autosomalne = Chromosomopatie autosomów:

• aneuploidie :

- trisomie - np. zespół Downa

2. chromosomopatie płci = Chromosomopatie heterochromosomów:

• aneuploidie :

- monosomie - np. zespół Turnera

- polisomie - np. zespół Klinefertera

Chromosomy:

- odkryte w 1875 r. przez Edwarda Strasburgera

- nazwę `chromosomy' wprowadził Waldayer w 1888 roku - chroma = barwa, soma = ciało

- wielkość chromosomów nie jest związana z ich liczbą

- definicje:

1. kontener z pulą informacji genetycznej (magazynuje informację genetyczną) służącym do przemieszczania tej informacji w czasie mitozy i mejozy

2. chromosom jest jednostką segregacji grup sprzężonych genów, które przemieszczają się razem

3. chromosom to struktura sprzężona, złożona z sekwencji nukleotydowych, spełniająca tę samą funkcją mimo różnic strukturalnych u eukariontów i prokariontów - przenoszenie informacji genetycznej z komórki na komórkę, z pokolenia na pokolenie, kontrolująca funkcję i rozwój komórki

Rodzaje chromatyny:

1. heterochromatyna - rodzaj chromatyny silnie barwiącej się barwnikami zasadowymi, silnie skondensowana - to chromatyna nieaktywna, niefunkcjonalna

• zawsze nieaktywna

• konstytutywna (długie ramiona chromosomu Y)

• fakultatywna (może przejść w euchromatynę)

euchromatyna - słabo się barwi, jest rozluźniona:

- procaryota - genofor (DNA) - zastępuje właściwy chromosom (nie jest to jednak struktura zaliczająca się do definicji pojęcia chromosomu)

- eucaryota - chromosomy (DNA, białka histonowe)

Rozmiary chromosomów:

- wielkość nie jest związana z ich liczbą komórce ani ze stopniem rozwoju organizmu,

- im organizm na większym stopniu rozwoju tym więcej materiału genetycznego

- u człowieka są małe chromosomy, u cebuli długie, krótkie u roślin z rodziny kapustowatych

Chromosomy olbrzymie - politeniczne:

- taenia (łac.) - wstążka - powstają w wyniku wielokrotnej endomitotycznej replikacji chromosomów bez mitoz, składają się z wielkiej liczby ułożonych równolegle chromosomów o bardzo słabej spiralizacji,

1. chromosomy ślimakowe - w jądrach nie dzielących się komórek gruczołów ślinowych larw Dwuskrzydłych

2. chromosomy szczoteczkowe - w oocytach kręgowców

3. chromosomy tojadu - Aconitum - trujące

Przewężenia chromosomów:

• pierwotne - zawierające centromer

- chromatyna słabo się barwi

- rozróżniamy rodzaje chromosomów ze względu na położenie centromeru

• Metacentryczne

• Submetacentryczne

• Akrocentryczne

• Telocentryczne (u konia i myszy)

- ramiona chromosomów: p (ramię krótkie), q(ramię długie) x_p , x_q

- region (kompleks): centromer (DNA) - kinetochor (białko)

- kinetochor - odpowiada za połączenie mikrotubul wrzeciona podziałowego do chromosomu i za właściwy ruch w trakcie podziałów komórki,

- Rodzaje kinetochorów:

a) zlokalizowany = chromosom monocentryczny - to najczęstszy rodzaj kinetochorów

b) niezlokalizowany (= dyfuzyjny = rozproszony) - w chromosomach holokinetycznych - brak przewężenia pierwotnego - mikrotubule przyczepiają się w wielu miejscach

• wtórne - organizator jąderkowy Nor - Nuclear Organization Region

- występuje w chromosomach akrocentrycznych z satelitą = trabantem (to oddzielony przez przewężenie wtórne koniec chromosomu)

- chromosomy z przewężeniem wtórnym nazywamy chromosomami jąderkotwórczymi - w telofazie w przewężeniu wtórnym powstają jąderka, przewężenie wtórne zawiera RNA (materiał tworzący jąderko), jest widoczne jako przewężenie, ponieważ RNA barwi się inaczej niż DNA budujące cały chromosom

Liczba chromosomów:

- jest charakterystyczna dla gatunku, ale może być taka sama u różnych gatunków:

- liczba haploidalna - n (w gametach) - u glonów, mszaków, grzybów z chromosomów rozwijają się samodzielne organizmy - organizmy haploidalne

- liczba diploidalna - 2n (w komórkach somatycznych)

- liczba chromosomów z przewężeniem wtórnym jest stała dla danego genomu i odpowiada liczbie jąderek w interfazie, o ile nie nastąpiła fuzja jąderek, np.:

Człowiek 2n=46

Pszenica 2n=46

Cebula 2n=16

Czosnek 2n=16

Drosophila melanogaster 2n=8

n = x n = x = 23

2n = 2x 2n = 2x = 46

Podstawowa liczba chromosomów to x, ale nie zawsze n = x !

n = 2x => 2n = 4x (tetraploidalny)

- na każdą cechę przypadają 2 geny

Tetraploid 2n = 4x !

Aberracje liczbowe chromosomów :

1. Aneuploidia - aberracje kilku chromosomów (2-4)

2. Poliploidia - zmiana całego garnituru chromosomowego

Jak powstaje triploid:

1. 2n + n - komórka jajowa zawiera 2n chromosomów, a plemnik n lub odwrotnie

2. Dispermia - kiedy komórka jajowa jest zapłodniona dwoma plemnikami

3. Endomitoza - podziały chromosomów bez podziałów komórki

Ad.2 - Poliploidia:

• poliploidalność występuje częściej u roślin - 50% roślin to poliploidy

• pewne tkanki mogą mieć różną liczbę chromosomów np. merystemy(2x), miękisz asymilacyjny, miękisz spichrzowy - jest zbudowany z komórek poliploidalnych

• poliploidalność może być indukowana (przez człowieka)

kolchicyna - alkaloid (Colchicum autumnale - zimowit jesienny)

oryzalina - herbicyd - środek chwastobójczy

• poliploidalność jest letalna dla człowieka

• rośliny poliploidalne mają lepsze cechy - odporność, większy pyłek

• - lecz są niepłodne lub mają obniżoną płodność

• Allium porum - por - jest tetraploidem, z kolei hodowlane chryzantemy są dekaploidami

Poliploidalność u człowieka:

• naturalna - niektóre tkanki - pojedyncze komórki łożyska, ale nigdy cały osobnik !!!

• patologiczna - tkanki nowotworowe

• organizmy poliploidalne, to najczęściej triploidy, rzadziej tetraploidy

• najczęstsze kariotypy, które są poronieniami XXX, XXY, XYY

• 10% poronień to triploidy

Kariotyp - zespół chromosomów charakterystyczny dla komórek somatycznych danego osobnika

- kariotyp ≠ genotyp !!!

• Zapis kariotypu :

- K(kobieta): 46, XX

- M(mężczyzna): 46,XY

• Zespół Klinefertera: 47, XXY

• Zespół Downa: dodatkowy 21 chromosom

• Mozaikowatość 46 XX , 47 XXX

- część komórek ma zestaw prawidłowy, a część nie

Kariogram = ideogram - zestaw sfotografowanych lub narysowanych chromosomów jednej komórki opracowany wg zasad ustalonych na konferencji w Paryżu 1971 roku

Konferencja Denver (1960 r.):

- zasady ustalono podziału:

- A-G (grupy) - wielkość i położenie centromerów

- 1-22 - pary chromosomów

- chromosom X - grupa C, para 6

- chromosom Y - grupa G

Determinacja płci:

- haploidalna - diploidalna (odrębne) - np. pszczoły: n - męskie (w wyniku partenogenezy), 2n - żeńskie (z jaj zapłodnionych)

Rodzaje płci człowieka:

Rodzaj	Kobieta	Mężczyzna
Genetyczna	------	SDR (odcinek chromosomu Y)
Chromosomowa	X	Y
Chromatynowa	chromatyna płciowa, ciałko Barra, pałeczka dobosza	------
Gonadalna	jajniki	jądra
Hormonalna	estrogeny	androgeny
Fenotypowa(somatyczna)	Noworodek - córka	Noworodek - syn
Metrykalna	Imię żeńskie	Imię męskie
Psychiczna = psychoseksualna	Model zachowania kobiety	Model zachowania mężczyzny

Płeć chromosomowa (XY):

• Szeroko rozpowszechniona u zwierząt (XY)

• Nie ma u roślin (wyjątek u mszaków!)

- u roślin nasiennych - rzadko - są rozdzielnopłciowe - np. szczaw, bniec biały

• Determinacja płci u człowieka - moment zapłodnienia(fenotypowo):

mężczyzna	kobieta
46 XY	45 X
47 XXY	46 XX
48 XXXY	47 XXX
49 XXXXY	48 XXXX

Chromosomy metafazowe (płytka metafazowa):

• Krew obwodowa

• Izolacja limfocytów (hodowle in vitro) - 72 godziny

• Fitohemaglutynina - stymuluje limfocyty do podziału

• Kolchicyna - zatrzymanie mitozy w metafazie poprzez uszkodzenie mikrotubul wrzeciona kariokinetycznego, zamiast niej wykorzystuje się kolcemid - działa jak kolchicyna

• Płyny hipotoniczne - chromosomy się rozsypują (szok hipotoniczny)

• Utrwalenie

• Barwienie metodą Feulgena (jednolite barwienie)

1. badanie prenatalne - w czasie ciąży

2. badanie postnatalne - po porodzie

ad.1

- pobieranie płynu owodniowego - amniopunkcja (amnioceteza)

Amnio - błona, centesis - przebicie

- badanie leukocytów z płynu owodniowego

- limfocyty płodu z krwioobiegu matki

- fibroblasty - komórki twórcze tkanki łącznej

- biopsja trofoblastu - pobiera się kosmki z kosmówki (narząd pośredniczący pomiędzy organizmem matki a organizmem dziecka)

Chromosom Y - 1/3 chromosomu X

- jest nieaktywny (prawie) - jest genetycznie prawie pusty, różni się kształtem, fluorescencją (części dystalne [końcowe] - inaczej świecą)

Techniki prążkowe - nowoczesne

- 1971 r. - schemat metody prążkowej GTG

- metody prążkowe umożliwiają jednoznaczną identyfikację i klasyfikację chromosomów oraz wyszukiwanie chromosomów płci, umożliwiają też wyszukiwanie aberracji chromosomowych

- chromosom barwi się w prążki - różne w zależności od metody

- analiza komputerowa - cytoscan - z zastosowaniem metody prążkowej

- prążki G uzyskuje się poprzez barwienie chromosomów barwnikiem Giemsy po uprzedniej, częściowej ich hydrolizie, GTG - G bo barwią się prążki G, T bo wytrawia się trypsyną, G bo barwi się barwnikiem Giemsy

- prążki Q uzyskuje się metodą fluorescencyjną - stosuje się fluorochormony

- prążki R - są odwrotnością prążków G, uzyskuje się je po wstępnej denaturacji i barwieniu barwnikiem Giemsy, pozwala to na ujawnienie drobnych aberracji niedostrzegalnych po wybarwieniu prążków G czy Q

Ciałko Y

- rozpoznanie chromosomu Y = ustalenie płci chromosomowej

- jest to dystalna część długich ramion chromosomu Y

Wykrywanie ciałka Y:

- metoda fluorescencyjna - fluorescencja po zabarwieniu fluorochromowymi barwnikami zarówno w jądrach interfazowych (nie dzielących się) jak i w czasie podziałów

- są trudności diagnostyczne - pod wpływem barwników barwią się też niektóre odcinki autosomów

- ciałko Y nie jest odpowiednikiem chromatyny X ani odpowiednikiem SDR !!!

- genotyp 46 XX oznacza brak ciałka Y (ciałko Y zależy od ilości chromosomów Y)

Płeć chromatynowa:

• Barr w interfazowych jądrach komórkowych samic kota znalazł nieznany dotąd element wyróżniający się od innych grudek chromatyny jądrowej wielkością i skondensowaniem - ten element to ciałko Barra (zwany tak z powodu nazwiska odkrywcy)

• Ciałko Barra - w jądrach interfazowych niemal wszystkich somatycznych komórek samic ssaków. Jest to zasadochłonna (barwiąca się barwnikami zasadowymi) grudka chromatyny - przylega do błony jądrowej bezpośrednio

• Wymiary 1,0-1,4 x 0,1-0,7 μm

Hipoteza Marii Lyon:

• Hipoteza wyjaśniająca istotę ciałka Barra

• Według tej teorii ciałko Barra jest to jeden nieaktywny genetycznie chromosom X (ulega inaktywacji)

Inaktywacja = heterochromatyzacja = lyonizacja:

- euchromatyna (aktywna genetycznie) heterochromatyna (nieaktywna genetycznie)

- długie ramiona chromosomu X centra inaktywacji

- cel - ilościowe zrównoważenie informacji genetycznej u kobiet i mężczyzn

- inaktywacja jest losowa - kwestia przypadku

- może być nieaktywny albo od matki albo od ojca(mozaika)

- przeważnie chromosomy o gorszej strukturze są inaktywowane

- liczba ciałek= X-1 gdzie X to liczba chromosomów, np. u mężczyzn jest 0

- inaktywacji ulegają wszystkie chromosomy dodatkowe

- w komórkach nowotworowych u kobiet niski poziom ciałek Barra




46, XX 1 ciałko Barra

47, XXX 2 ciałka Barra




Wykrywanie ciałek Barra:

- nabłonek jamy ustnej, cebulki włosowe, komórki płynu owodniowego

- bada się w 100 zakwalifikowanych do oceny (tzn. dobrze wybarwionych i nieuszkodzonych) jądrach komórkowych:

- 15-30% - norma dla kobiet

- 0-4% - norma dla mężczyzn

- zmiany samoistne w odsetku jąder z ciałkiem Barra w czasie życia osobnika oraz pod wpływem czynników zewnętrznych, chorób, leków

Pałeczka dobosza:

- chromatyna płciowa w granulocytach obojętnochłonnych w postaci pałeczki dobosza - wypustka jądra komórkowego

- liczba pałeczek dobosza to X-1

Hipoteza Lyon dziś:

- jeden z chromosomów ulega aktywacji, a nie odwrotnie

- jeden z dwóch nieaktywnych chromosomów X uaktywnia się (heterochromatyna euchromatyna)

Płeć molekularna:
- SDR - Sex Determing Region

- mały odcinek chromosomu Y wykrywalny tylko metodami molekularnymi

- delecja odcinka SDR

46, XY - SDR kobieta, ale bezpłodna, jajniki nierozwinięte prawidłowo, infantylne narządy płciowe, niedorozwój piersi, wzrost prawidłowy

- translokacja odcinka SDR:

46, XX + SDR mężczyzna, ale niepłodny, z ginekomastią, atrofią jąder, upośledzeniem spermatogenezy

- antygen H-Y to białko związane z błoną komórkową odpowiedzialne za rozwój pierwotnej gonady w kierunku męskim, brak go u normalnych kobiet




Pierwotna gonada

- za jej rozwój odpowiada antygen H-Y (kierunek męski)

- brak antygenu u kobiet

- za ekspresję SDR jest odpowiedzialny gen TDF

Relacje płci:

- większa przeżywalność kobiet w ciągu całej ontogenezy

- geny letalne sprzężone z płcią

- 106 chłopców/ 100 dziewczynek w momencie urodzenia

- 103 chłopców / 100 dziewczynek w momencie zapłodnienia

Przykłady chromosomopatii:

Zespół Downa

- John Langdon Down - „O etnicznej klasyfikacji upośledzenia umysłowego”

Złe określenia zespołu Downa:

- mongolizm, mongołowatość, idiotyzm mongoidalny - NIE MA TO NIC ZWIĄZANEGO Z RASĄ MONGOLSKĄ !!!

Zespół Downa trisomiczny i translokacyjny(rzadki):

- trisomia 21 pary:

• Regularna(94% występowania):

47, XY, + 21

47, XX, + 21

• Mozaicyzm:

46, XX / 47, XX, + 21

46, XY/ 47, XY, + 21

Przyczyny trisomii:

- zygota trisomiczna powstaje na skutek niewłaściwego zapłodnienia

- rzadko występuje nondysjunkcja w czasie pierwszych podziałów mitotycznych zygoty

- etiologia nondysjunkcji jest niewyjaśniona

- nondysjunkcja w czasie gametogenezy, głównie w 1 podziale mejotycznym

- występowanie:




Oogeneza - 95%

Spermatogeneza - 5%




Uwaga ! :

- część linii komórkowej może ulec zanikowi

- znaczna część ginie w embriogenezie

- według badań najnowszych to 22 para a nie 21, ale zamieniano je kolejnościami wbrew regule układania się chromosomów

Przykłady Trisomii

- trisomie chromosomów 1-7 są letalne

- trisomie letalne u zwierząt to trisomie chromosomów 12 i 19

- u roślin trisomie nie są letalne

Translokacyjny zespół Downa:

- przyczyna 3% przypadków zespołu Downa

Translokacja - to przemieszczenie fragmentu chromosomu na inny chromosom lub ten sam, ale w inne miejsce lub też przemieszczenie całego chromosomu na inny chromosom, wyróżniamy:

- translokację wzajemną - wzajemna wymiana odcinków między chromosomami niehomologicznymi

- translokacja robertsonowska - to fuzja:

• Zrównoważona - nie ma zmiany fenotypu

• Niezrównoważona - jest zmiana fenotypu

- w translokacji zespołu Downa chromosom 21 ma któryś z chromosomów grupy D: 13, 14, 15 lub z grupy G: 21, 22

- kariotyp zespołu translokacji:

46, XX, der(14q, 21q), +21

46, XY, der(14q, 21q), + 21

46, XX, der(15, 21), +21

- osobnik z przemieszczonym chromosomem jest przenosicielem zespołu Downa, nie ma objawów zespołu Downa

- translokacja zrównoważona:

45, XX (14:21)

45, XX (13:21)

- nie ma nadmiaru materiału genetycznego, osobnik nie ma objawów zespołu Downa, osobnik jest nosicielem

- monosomia 21 (45, XX - 21) - „antymongolizm” - nazwa niewłaściwa - monosomia jest letalna

- nullisomia - brak pary 21 - jest letalna

- mozaicyzm - 44, XX, - 21, - 21 - kiedy w jednych komórkach jest jeden zestaw chromosomów prawidłowych i jeden zmienionych

(45, XX, - 21), (47, XX, + 21)

- nondysjunkcja - podziały gamet

A) nondysjunkcja mitotyczna

B) nondysjunkcja mejotyczna

Fenotyp zespołu Downa:

- zespół somatycznych i psychicznych

- krótkie palce i kończyny

- niski wzrost (K- 137, M-153)

- nieprawidłowe proporcje ciała (75% - krótka szyja, 80% - otwarte usta)

- duży język - macroglossia

- zmarszczka nakątna (jest to wąski fałd skóry nad kącikiem wewnętrznym oka) - u 97% chorych

- skośne ustawienie oczu

- wąskie szpary powiekowe

- krótkie kończyny, krótkie palce

- odstający palec i kciuk

- bruzda dłoniowa - bruzda w poprzek dłoni

- zmniejszona liczba listewek skórnych

- nieprawidłowe dermatoglify - odciski linii papilarnych

- częściej niż w zdrowej populacji plamki Brunshfielda (świecące plamki) w tęczówce

- strategia uczenia się bez błędów - metoda pracy z chorymi

IQ poniżej normy (w 100% przypadków zespołu D.) - 35-55 (w normalnej populacji 75-100)

- głębokie upośledzenie gdy IQ~ 25-40

- niezdolność do abstrakcyjnego myślenia

- upór, zdolność do naśladowania

- usposobienie pogodne

- chętnie grają na instrumentach i malują - ale nie mają uzdolnień w tym kierunku (!) - mają tylko możliwość wypowiadania się przez to

- zespół Downa dziedziczy się tylko w wypadku translokacji !!

Cechy chorobowe zespołu Downa:

- niedrożność nosa

- skłonność do nieżytu dróg oddechowych

- wady wzroku, m.in. zaćma

- wrodzone wady serca - np. `dziura w sercu'

- skłonność do białaczek i Alzheimera (około 30-35 roku życia)

- niedoczynność tarczycy

- niski poziom płodności u kobiet, bezpłodność u mężczyzn

- obniżone napięcie mięśniowe - u blisko 100% przypadków

- w przypadku mozaicyzmu cechy mogą być słabiej zaznaczone

Przeżywalność w zespole Downa:

- śmierć najczęściej z powodu wrodzonych chorób

* choroby układu oddechowego (zapalenie płuc)

* choroby serca

- wzrost przeżywalności związany m.in. ze stosowaniem antybiotyków oraz prowadzeniem operacji serca.

- średnia długość życia osób z zespołem Downa to obecnie 35-40 lat (w Anglii w 1929 r. było 9 lat)

Częstość zespołu Downa:

- 1/500-600 urodzeń

- w Polsce rodzi się rocznie 800 dzieci z zespołem Downa

- zależność między wiekiem matki:

* 30-34 lata - 1/800

* >40 - 1/50

Leczenie:

- tylko objawowo - nie istnieje możliwość leczenia przyczynowego !!!

- witaminy i hormony - zapobiegawczo

- tzw. terapia komórkowa - komórki z płodu owcy

- antybiotykoterapia i kardiochirurgia

- operacje plastyczne - dla poprawienia wyglądu (raczej dla poprawienia samopoczucia rodziców)

Inne trisomie autosomalne

Zespół Edwardsa:

- trisomia 18 pary chromosomów,

- trisomia regularna:

47, XX, + 18 47, XY, + 18

- trisomia mozaikowa:

46, XX / 47, XX, + 18 46, XY / 47, XY, + 18

- 95% przypadków to poronienia samoistne

- im większe chromosomy tym bardziej nasilają się objawy zespołu Edwardsa

Częstość występowania:

- 1/3 000 - 7 500 żywych urodzeń

- z urodzonych 30% umiera w 1 roku życia, 1 rok osiąga tylko 10% dzieci

Cechy fenotypowe:

- małogłowie

- małe, nisko osadzone oczy

- niedorozwoje nerek, oczu

- zniekształcenie stopy

- zachodzące na siebie palce rąk

Zespół Patau:

- trisomia 13 pary chromosomów

- trisomia regularna (75% przypadków) :

47, XX, + 13 47, XY, + 13

- trisomia mozaikowata (5% przypadków) :

46, XX / 47, XX, + 13 46, XY / 47, XY, + 13

- noworodki z zespołem Patau najczęściej są martwe lub umierają w pierwszych miesiącach po urodzeniu

Cechy fenotypowe:

- występuje głęboki niedorozwój umysłowy

- wilcza i zajęcza warga

- zdeformowane, nisko osadzone oczy

- zrosłopalczastość - SYNDAKTYLIA

- wady oczu - cyklopizm

- wady serca

- torbiele nerek

Trisomia 8:

- trisomia regularna:

47, XX, + 8 47, XY, + 8

- trisomia mozaikowata:

46, XX / 47, XX, + 8 46, XY / 47, XY, + 8

Cechy fenotypowe:

- duże małżowiny uszne, nisko osadzone

- duży nos

- niski wzrost

- skrzywienie kręgosłupa

- nadliczbowe kręgi i żebra

- rozszczepienie kręgów

- upośledzenie umysłowe

Inne wiadomości:

- letalne są trisomie regularne (niemozaikowe) największych chromosomów

- u roślin np. u bielunia dziędzierzawy (Datura stramonium) trisomia występuje i nie jest letalna

Aneuploidie heterochromosomalne

- dotyczą chromosomów płci - heterochromosomów (małych chromosomów)

Zespół Klinefeltera:

- 1/1 000 noworodków męskich

- trisomia heterochromosomalna (82%):




47, XXY

48, XXXY

48, XXYY

49, XXXXY - występują wady serca, układu kostnego, niedorozwój umysłowy




- mozaicyzm:

46, XY / 47, XXY

48, XXY/ 49, XXXY

- przyczyny - nondysjunkcja w czasie oo/spermatogenezy lub w czasie pierwszych podziałów mitotycznych

Cechy fenotypowe:

- normalny wygląd do momentu pokwitania

- wysoki wzrost (>180cm)

- długie kończyny

- niepłodność

- ginekomastia - powiększone gruczoły piersiowe

- azoospermia - narządy płciowe słabo rozwinięte

Wykrywanie - badanie chromatyny płciowej

Leczenie - tylko objawowo poprzez podawanie hormonów męskich - androgenów

Zespół Turnera:

- 1938r. - Henry Turner opisał zespół objawów

- monosomia regularna(60% przypadków) - zespół Turnera chromatynoujemny:

45, X lub 45, X0

- mozaicyzm - zespół Turnera chromatynododatni:

45, X / 46, XX

45, X / 47, XXX

- przyczyna - nondysjunkcja w czasie gametogenezy - nieznana przyczyna tej nondysjunkcji

- w 80% przypadków chromosom X w zespole Turnera pochodzi od matki

Cechy fenotypowe:

- u noworodków:

- nadmiar skóry na szyi

- opuchlizna limfatyczna stóp

- u dorosłych:

- niska linia włosów na karku

- opadające powieki

- dysmorfia twarzy - tzw. twarz sfinksa

- nisko osadzone małżowiny

- koślawość łokci i kolan

- puklerzowata klatka piersiowa

- masywne dłonie i stopy

- skrócona, płetwiasta szyja - tzw. „skrzydlik”

- niski wzrost

Cechy chorobowe:

- zmiany barwnikowe na skórze

- nerki uszkodzone, podkowiaste, wędrujące

- dysgenezja gonad - niedorozwój gonad, słabo rozwinięte gruczoły płciowe

- brak miesiączki

- długość życia normalna

- choroby nosa i gardła

- wady wrodzone serca

- skłonność do niedorozwojów tarczycy

- zaburzenia widzenia barwnego

- zaburzenia rozwoju umysłowego rzadkie - tzw. uciekanie w chorobę

Wykrywanie - poprzez badanie chromatyny płciowej X w postaci ciałka Barra

- wynik bliski 0 oznacza zespół Turnera

Częstość występowania zespołu Turnera:

- 1/ 3 000 żywych urodzeń

- w Polsce około 100-200 urodzeń rocznie

- przyjmuje się, że około 8 000 kobiet w Polsce choruje na zespół Turnera

- występuje tu zjawisko teratanazji, czyli samoistnego usuwania przez organizm kobiety nieprawidłowych zarodków i płodów

Leczenie - tylko objawowe

- leczenie otyłości poprzez stosowanie odpowiedniej diety i aktywności fizycznej

- leczenie terapeutyczne hormonami w podanej kolejności (nigdy odwrotnie!) :

1. terapia wzrostowa - przed 10 rokiem życia (w wieku 14-15 lat jedynie `terapia ostatniej chwili')

2. terapia hormonalna - estrogeny dla rozwinięcia cech kobiecych

- operacje kosmetyczno-plastyczne

- wsparcie psychologiczno-pedagogiczne - zwłaszcza w okresie dojrzewania, ponieważ mogą pojawiać się kompleksy oraz depresje

Inne, `ciekawe' kariotypy

- „męski zespół Turnera” - 45, X / 46, XY - bardzo rzadko występuje - wynikiem jest mężczyzna z niedorozwojem narządów płciowych

- 45, Y (= 45, Y0) - letalny (męski odpowiednik zespołu Turnera o kariotypie 45, X0)

- trisomia 47, XXX lub 46, XX / 47, XXX

- kariotyp dawniej zwany `nadkobietą' - termin obecnie niewłaściwy

- kobiety normalne psychicznie i fizycznie, choć może wystąpić obniżona inteligencja

- większość kobiet jest płodna

- częstość występowania: 1/1 000 żywych urodzeń

- 48, XXXX - zaburzenia w narządach płciowych, także w cechach płciowych

- zespół Patrycji Jacobs - 47, XYY:

- tzw. `nadmężczyzna' - supermężczyzna

- wykryty przypadkowo u zdrowego ojca dziecka z zespołem Downa podczas badań diagnostycznych genezy choroby dziecka

- kiedyś uważano, że to kariotyp `wrodzonej przestępczości', obecnie uważa się, że 96% mężczyzn o tym kariotypie jest normalnych - nie są przestępcami !!!

- symptomami zespołu P.J. mogą być: trądzik, wysoki wzrost i problemy z mówieniem

- przyczyną zespołu P.J. jest nondysjunkcja - dotyczy spermatogenezy

Choroby genetyczne

1. Chromosomopatie = choroby chromosomowe - 4% ogółu chorób

2. Genopatie = choroby związane z genami - 96% , można je podzielić na:

1. monogenowe - uwarunkowane jedną parą alleli - 6% przypadków

2. poligenowe - uwarunkowane wieloma parami alleli - 90% przypadków

ad. A) - Genopatie monogenowe

A.a) autosomalne dominujące (AA, Aa)

A.b) autosomalne recesywne (aa)

A.c) sprzężone z chromosomem X - dominujące

A.d) sprzężone z chromosomem X - recesywne

Cechy autosomalne - to cechy kodowane przez geny występujące w chromosomach autosomalnych, dziedziczą się według praw Mendla

Dziedziczenie autosomalne - zapis alleli




A - allel dominujący

a - allel recesywny

AA - homozygota dominująca

aa - homozygota recesywna

Aa - heterozygota






Cechy prawidłowego fenotypu - cechy monogenowe:

- np. oczy czarne (CC i Cc) i niebieskie (cc), grupa krwi A (L^A L^A , L^A L⁰) i grupa 0 (L⁰ L⁰)

Cechy monogenowe patologiczne:

- WW i Ww - ujawnia się choroba/wada

- ww - brak objawów wady, osoba zdrowa




P (parentes) : WW x ww

F₁(pokolenie pierwsze) : Ww, Ww, Ww, Ww

100% z wadą lub chorobą




- rodzice w sensie genetycznym (krzyżówka Mendla) są homozygotami - jedno jest homozygotą dominującą, a drugie homozygotą recesywną

- rodzice w sensie biologicznym (krzyżówka biologiczna) są heterozygotami - nie oznacza się wtedy literami `P' i `F_x' pokolenia rodzicielskiego i potomnego

Przykłady krzyżówek biologicznych:




WW x Ww

Ww, Ww, WW, WW

Statystycznie 100% dzieci z wadą lub chorobą






Ww x Ww

WW, Ww, Ww, ww

Statystycznie 75% dzieci z wadą lub chorobą






Ww x ww

Ww, Ww, ww, ww

Statystycznie 50% dzieci z wadą lub chorobą




Wady wrodzone

1. NIEDZIEDZICZNE- powstają poprzez uszkodzenie płodu w łonie matki na skutek różnych czynników np.:

1. stosowanie niektórych leków - czynniki teratogenne (teratos gr. - potwór) - np. działanie talidomidu




Amelia - brak kończyn

Fokomelia - brak dłoni / stóp




3. zarażenie toksoplazmozą

4. zespół alkoholizowanego płodu

2. DZIEDZICZNE

• Autosomalne

a) monogenowe

b) poligenowe

• Sprzężone z płcią

Przykłady wad autosomalnych monogenowych (wady dłoni i stóp) :

- polidaktylia = wielopalczastość - dodatkowe palce, leczy się operacyjnie, częstość to 1/25 000

- syndaktylia = palcozrost - dotyczy części miękkich lub miękkich i kostnych, powstaje na skutek nie rozdzielenia się kończyn na palce podczas życia płodowego

- kamptodaktylia - skrzywienie palca/palców

• Przykurcz stawów międzypaliczkowych w jednym lub większej liczbie palców

• Różny stopień ekspresji tej cechy, najczęściej dotyczy to palca piątego

- brachydaktylia = krótkopalczastość - skrócenie paliczków pojedynczych (np. środkowych) lub wszystkich palców, cecha dominująca (!), częstość w Europie to 1/1 500 żywych urodzeń

- ektrodaktylia = `szczypce homara'(więcej o tym na ćwiczeniach) :

• Brak niektórych palców i palcozrosty u dłoni

• Etiologia genetyczna i ekologiczna (czynniki teratogenne), uważa się także, że ektrodaktylia symetryczna jest dziedziczna, zaś niesymetryczna jest niedziedziczna

• Występuje różny stopień ekspresji tej wady

Przykłady chorób monogenowych dominujących:

- torbielowatość nerek dorosłych - torbiele w nerkach, wątrobie i śledzionie, (nie mylić z torbielowatością nerek wieku dziecięcego - to dziedziczy się monogenowo recesywnie !!!)

- otoskleroza - patologiczne skostnienie błędnika, (oto - ucho, skleros - twardy)

• Utrata słuchu w wieku 20-25 lat

• Można operacyjnie usunąć skostniałą część

- nerkowłóknowatość - choroba Recklinghausena

• Występują włókniaki i nerwowłókniaki

• Możliwa lekka złośliwość

• Gen NF-1 w 17q (ramię dłuższe chromosomu), 1/ 3 300 urodzeń

- polipowatość rodzinna gruczolakowata jelita grubego

• Polipy dolnego odcinka jelita grubego

• Ryzyko uzłośliwienia 70-100%

• Leczenie objawowe - usunięcie całego jelita grubego

- albinizm oczny - brak barwnika w tęczówce, normalny wygląd ogólny, albinizm może być zaliczony do wad

Dziedziczenie cech monogenowych - fizjologicznych

- układ grupowy krwinek AB0

• Izoantygeny = alloantygeny = izoaglutynogeny A, B

• Substancja podstawowa, prekursorowi H - na błonie erytrocytów i innych komórek (oprócz układu nerwowego)

• Są już u 6-tygodniowego płodu

• Są glikoproteidami, ale ich aktywność i swoistość antygenowa związana jest z determinantami, którymi są reszty cukrowe, a nie z całą cząsteczką

• Przy białaczce - osłabienie antygenów A i B

Antygen :

- cząstka wiążąca się selektywnie z przeciwciałami

- izoprzeciwciała

- alloprzeciwciała

anty-A = α

anty-B = β

to są przeciwciała naturalne, są stałymi składnikami osocza krwi, nigdy nie są skierowane przeciw własnym

- od 3 miesiąca życia u człowieka są przeciwciała, wcześniej są matczyne

- przeciwciała anty-A i anty-B powstają w odpowiedzi na materiał A i B w komórkach bakterii

- z wiekiem spada ich stężenie

Reguła Landsteina:

- w surowicy / osoczu - nie występują aglutyniny dla cech grupowych zawartych we własnych krwinkach

- stwierdza się obecność aglutynin dla cech grupowych nieobecnych we własnych krwinkach









Allelizm wielokrotny, allele wielokrotne, odmiany allelomorficzne genu strukturalnego

- alternatywne formy genu

- 3 różne allele układu AB0 kodujące antygeny A i B, czyli allele strukturalne

- kontrolujące syntezę tych antygenów locus (miejsce genowe 9q 34




różny zapis:

I_­­­^A = L­^A = A

I^B = L­^B = B

I⁰ = L⁰ = i = 0

Allel amorficzny, nie koduje syntezy jakiegokolwiek antygenu




- antygeny regulatorowe - kontrolują czynności genów strukturalnych

Allelizm wielokrotny, allele wielokrotne

- odczyn zlepny = aglutynacja - zlepianie się antygenów w środowisku zawierającym swoiste przeciwciała

- izoaglutynacja - hemaglutynacja

- L­^A > L­⁰ dominacja, gr. krwi A

- L­^B > L­⁰ dominacja, gr. krwi B

- L­^A = L­^B kodominacja = współdziałanie w parze alleli - współdominowanie, gr krwi AB

- prawo Dungerna i Hirszfelda - 1910 r. - cechy grupowe krwi dziedziczą się według praw Mendla

- Dungern i Hirszfeld wyodrębnili 2 odmiany antygenu A

- `mocną' A₁ u ok. 80% grup krwi A

- `słabszą' A₂ u ok. 20% grup krwi A

- podgrupy te wyodrębniają się ok. 6 miesiąca życia, przy czym A₁ > A₂

- antygeny słabsze od A i antygeny podgrup B są rzadkie

Wydzielanie antygenów grupowych AB0

- antygeny A i B, jak i substancja podstawowa H mogą być wydzielane do wydzielin i wydalin ustrojowych, takich jak: ślina, mocz, mleko, osocze, sok żołądkowy

- substancje grupowe w ślinie reagują swoiście z przeciwciałami, jednak nie posiadają zdolności pobudzania do syntezy przeciwciał

Wydzielacze:

- antygeny w płynach ustrojowych - 80% populacji, w Polsce 84% - uwarunkowania genetyczne

- Se = W - Allel wydzielania

- Se = w - Allel niewydzielania




Genotypy:

- Se Se (W W)

- Se se (W w)

- se se (w w)

Fenotyp:

- Wydzielacie

- Wydzielacie

- Niewydzielacze





- locus genu kodującego wytwarzanie antygenów A i B w chromosomie 9q, a genu kodującego wydzielanie tych antygenów w chromosomie 19p, a więc kodowanie antygenów układu AB0 jest niezależne od kodowania wydzielania

- w danym locus może być jeden z 3 alleli (allelizm wielokrotny)

- cechy te dziedziczą się niezależnie od siebie, według II prawa Mendla - współdziałanie

Epistaza - hamowanie w układzie AB0 = grupa krwi Bombay = fenomen bombajski

Matka - grupa krwi B I^B I^B , I^B I⁰

Ociec - grupa krwi 0 I⁰ I⁰

Dziecko może mieć I^B I⁰ lub I⁰ I⁰

- badania krwi dziecka: brak aglutynacji z surowicami anty-A i anty-B oraz anty-H

- surowica anty-H aglutynuje krwinki 0, które posiadają substancję H

- zapis genotypu dziecka: I^B I⁰ hh lub I^B I⁰ xx

(nie sprzężone)

h(x) - allel hamujący - epistatyczny

I^B - allel hamowany - hipostatyczny

- substancja H jest wytwarzana jeśli są genotypy HH i Hh

- jeśli jest hh to nie ma substancji H i nie jest wytwarzany antygen B, bo w procesie powstawania grupy jest zablokowana produkcja transferazy (frukozylotransferazy)

- rodzice zatem byli heterozygotami:

Matka I^B I⁰ Hh ojciec I⁰ I⁰ Hh

		Grupa 0	Grupa Bombay
Genotyp		L^0 L^0 HH lub L^0 L^0 Hh	L^B L^B hh lub L^B L^0 hh
Obecność antygenów	A	-	-
		B	-	-
		H	+	-
	Obecność przeciwciał	anty-A	+	+
		anty-B	+	+
		anty-H	-	+
	Aglutynacja z surowcami	anty-A	-	-
		anty-B	-	-
		anty-H	+	-
Transferaza B		-	+

Prawa Mendla:

I) każda gameta wytwarzana przez organizm posiada tylko jeden allel z danej pary alleli genu. Wynika z tego, że każda komórka płciowa musi zawierać po jednym genie z każdej pary alleli.

II) geny dziedziczą się niezależnie od siebie. geny należące do jednej pary alleli są dziedziczone niezależnie od genów należących do drugiej pary alleli.

Grupy układu AB0 a choroby:

1. Sprzężenie grupy 0 z zespołem paznokciowo-rzepkowym:

• Brak rzepki (mała kość w stawie kolanowym)

• Małe paznokcie u rąk

• Cecha autosomalne dominująca

• Lokus genu w chromosomie 9, tak jak lokus genu AB0

2. Choroby:

1. Rak żołądka - grupa 0:

• 2x częściej niż u osób z grupy A i B

• Bo podobieństwo antygenowe z Helicobacter pylori

• Dżuma

• Pałeczka dżumy - antygen-H, jak w grupie 0, osoby z grupą krwi 0 nie wytwarzają przeciwciał anty-A

3. A i AB - ospa

Konflikt serologiczny w układzie AB0:

- niezgodność to nie to samo co konflikt (!)

- w układzie AB0 występują zarówno regularne jak i nieregularne przeciwciała

- immunizacja - uodpornianie - może zachodzić w:

1. ciąży - pod wpływem krwinek płodu

2. po transfuzji krwi

3. pod wpływem pewnych drobnoustrojów (zakażenie), które zamierają antygeny podobne do antygenów A i B

- niezgodność matka-dziecko:

• matka grupa krwi 0 ojciec A lub B

dziecko A lub B

• u noworodka pojawia się żółtaczka, spowodowana wzrostem stężenia bilirubiny z rozpadu erytrocytów

Grupa krwi a transfuzjologia:

- próba krzyżowa - test in vitro zgodności pomiędzy krwią dawcy a biorcy

Występowanie grup krwi:

- grupa 0:

- najwięcej w Ameryce Pn.(70-80%) i Pd.(90-100%), bo nie było tam dżumy(atakuje grupę 0)

- rzadziej w Indiach, Mongolii, na terenach ognisk dżumy

Fitochemaglutyniny:

- substancje białkowe wiążące cukry

- występują w roślinach (wyciągi z nasion i liści) i grzybach (wyciągi)

- charakteryzują się działaniem fitogenicznym

- stosuje się je do oddzielania białych od czerwonych krwinek

fasola	bób	Kolcosit europejski
zlepia krwinki A	zlepia krwinki A	zlepia krwinki A

- z grzybów

Lakówka pospolita	Huba pospolita
zlepia krwinki A i 0	zlepia krwinki B

Układ MNSs

- składa się z układów MN i Ss

- antygeny grupowe krwi M i N, dziedziczą się niezależnie od układu AB0

- mają małą aktywność

- znaczenie mają przeciwciała anty-M i anty-N

- przeciwciała produkuje się z krwi królików

MN:

- fenotypowo - M (36%) , MN (48%) - najczęstszy , N (16%)

- allele - L^M = M L^N = N = M^N

- występuje tu zjawisko kodominacji (= współdziałania)

- genotypy:




L^M L^M = MM

L^N L^N = NN = M^N M^N

L^M L^N = MN = M M^N

^- układ MN nie ma wyraźnego znaczenia klinicznego







Ss:

- tu też występuje zjawisko kodominacji

- allele - S i s S = s

- dziedziczą się wbrew prawom Mendla

- może wystąpić konflikt

- przeciwciała anty-S mają charakter odpornościowy

- lokus 4q 31, rzadko crossing-over

Genotypy	Fenotypy
L^M^SL^MS	MS
L^NSL^NS	NS
L^M^SL^M^S	MNS
L^M^SL^M^s	MSs
L^NSL^Ns	NSs
L^M^SL^Ns	MNSs

Układ Rh

- Landsteiner i Wiener w 1940 r. uodparniając króliki i świnki morskie orkryli nowe przeciwciała aglutynujące krwinki małp, nazwano go genem Rh

- allele Rh i rh:




rh rh - Rh -

Rh Rh

- Rh +


Rh rh




- genotypy - zapis rozwinięty

- allele C, D, E, c, d, e

- dominacja C > c , D > d , E > e

- przykłady genotypów (jest możliwych 35):

CDE / CDE , CDe / Cde , cDe / CDE itp. - Rh +

cde / cde - Rh -

- Allel D - jest najsilniejszym, o znaczeniu leczniczym

- Allel d - amorficzny, nie koduje żadnego antygenu

- antygeny są na błonie erytrocytów

- genotypy - 2-gi zapis uproszczony:

* DD i Dd - Rh+ - w Polsce odpowiednio - 35% i 49%

* dd - Rh- - w Polsce - 17%

- jeżeli oboje rodzice mają Rh+ to dziecko mimo tego może mieć zarówno Rh- jak i Rh+

- wykrywanie:

* dawniej za pomocą surowic zwierzęcych

* obecnie z surowic ludzkich:

a) w przypadku konfliktu serologicznego

b) od osób poddanych immunizacji

Konflikt serologiczny grupy Rh:

- to choroba płodu, a później noworodka wywołana przez przeciwciała matki

- konflikt występuje, gdy u kobiety jest immunizacja

- dopiero w 1924 r. Hirszfeld i Zborowski przedstawili hipotezę na temat Rh

Immunizacja kobiety:




- ciąża

- poronienie samoistne

- poronienie sztuczne (aborcja)

- cesarskie cięcie

- heterohemoterapia - lecznicze domięśniowe wstrzykiwanie krwi

- amniopunkcja

- biopsja trofoblastu

- przetaczanie krwi

- narkomania




Etapy konfliktu serologicznego:

1. uczuleni

2. krwinki płodu przez łożysko do matki tzw. przeciek ciąży

3. stymulacja przez krwinki płodu do wytwarzania antygenu anty Rh+

4. pamięć immunologiczna - szybsza i zwiększona odpowiedź immunologiczna

5. transfer przeciwciał przez łożysko do płodu

6. połączenie przeciwciał matki z antygenami dziecka

- konflikt serologiczny = choroba hemolityczna noworodków - objawy:

* niedokrwistość

* żółtaczka

* obrzęk uogólniony - 100% śmiertelności, nie leczona choroba hemolityczna - 75% śmiertelności

7. zmiany u dziecka:

uwolniony ze zniszczonych krwinek hem przekształca się w bilirubinę

uwolniony CO₂ łączy się z hemoglobiną w innych erytrocytach i obniża ich zdolność transportową

obrzęk płodu w 18-19 tygodniu ciąży

skutkiem choroby hemolitycznej jest przewlekła niedokrwistość

może dojść do obumarcia płodu

po urodzeniu objawy konfliktu są mocniejsze

część bilirubiny jest odprowadzana do organizmu matki

Wykrywanie:

1. identyfikacja krwinek płodu z krwi matki

2. badanie krwi płodu

3. określenie genotypu

4. odczyn antyhemoglobinowy Coombsa

Leczenie:

- pierwotnie stosowano przedwczesny poród (ze względu na wzrastającą przepuszczalność łożyska)

- perinatologia:

a) transfuzja fetoskopowa

b) transfuzja dootrzewnowa

c) transfuzja wewnątrzotrzewnowa

- transfuzja krwi u noworodków

- plazmoforeza

- immunoforeza - osocze dawców immunizowanych dla uzyskania większego miana krwinek

Profilaktyka:

- zapobieganie immunizacji kobiet

- osłabienie odpowiedzi immunologicznej - leki immunosupresyjne

- podawanie surowicy anty-D zaraz po urodzeniu dziecka

Albinizm (=bielactwo) uogólniony tyrozynoujemny:

- cecha monogenowe recesywna

- defekt przemiany tyrozyny, brak enzymu - tyrozynazy - przemieniającego tyrozynę

- zahamowanie syntezy melaniny w melanocytach (brak w skórze, włosach, tęczówce):

* melanosomy - pęcherzyki gromadzące melaninę

- u różnych raz są różne ilości melanosomów oraz melaniny:

* u rasy nigroidalnej brak enzymów rozkładających tyrozynę

Fenotyp:

- skóra różowa

- włosy bezbarwne

- tęczówki różowe lub niebieskie

- zmniejszenie ostrości wzroku

Mukowiscydoza = zwłóknienie, zwyrodnienie torbielowate trzustki = Cystic Fibrosis = CF

- najczęstsza choroba autosomalne rasy kaukaskiej

- częstość 1/2 000 - 1/3 000, w Polsce 1/2 300, Azjaci 1/90 000, Murzyni 1/17 000

- gen CFTR - 25 tys. nukleotydów, gen znajduje się w chromosomie 7q 23,2

* gen również koduje białko o nazwie CFTR lub białko kanału chlorkowego(reguluje procesy wydzielania wewnętrznego

- jest więcej jak 500 mutacji tego genu:

* mutacja najczęstsza - trójnukleotydowa delecja

* brak kodonu CTT brak w białku CFTR w pozycji 508 aminokwasu fenyloalaniny

* ta jedna delecja powoduje silne zaburzenia w regulacji procesów wydzielniczych organizmu (zaburzenia w transporcie jonów chlorkowych przez błony)

- do krzyżówki:

* mm - chory

* MM - zdrowy

* Mm - nosiciel

Fenotyp:

- jest zmienny, w różnych chorych jest różny

- wielonarządowa manifestacja choroby:

* zasadniczo dotyczy układu oddechowego i pokarmowego

* nadmierne wydzielanie śluzu, zwłaszcza w płucach

- duża śmiertelność - średnia wieku to około 30 lat

- występuje również niewydolność trzustki

- w ślinie i pocie wzrasta stężenie jonów chlorkowych

- heterozygoty Mn mają zwiększoną odporność na zakażenia bakteryjne dróg oddechowych i jelit

Wykrywanie:

- ocena zmian płucnych

- testy trzustki

- poziom jonów Cl^- w ślinie, ogólne badanie Na⁺

- badanie DNA w płynach prenatalnych,

- prowadzi się badania przesiewowe noworodków

- do tej pory jedynie 1 opisany nowy przypadek mutacji

Leczenie:

1. objawowe:

- leczenie dietą wysokokaloryczną

- stosuje się enzymatyczne preparaty trzustkowe

- antybiotykoterapia

- przeszczepy płuc, płucoserca

- inhalacja płuc, odsysanie śluzu

2. przyczynowe:

- „poprawianie genu” - genowa terapia somatyczna - wprowadza się `dziki', nie zmutowany gen

- transfekcja - podawanie genu do komórek nabłonka oddechowego

- retro lub adeno wirusy mogą być stosowanie w leczeniu

Fenyloketonuria

- blok metaboliczny:

- zdiagnozowana - 1934 r. Fölling

- genotypy:

* FF - zdrowy

* ff - chory

* Ff - nosiciel

- lokus 12q 24

- częstość to 1/2 000 - 1/20 000 żywych urodzeń

- u chorych:

Fenotyp:

- objawy ujawniają się dopiero około 3 miesiąca życia

- obniżone IQ, jasne włosy, jasna skóra

- wymioty, napięcie mięśniowe

Wykrywanie:

- test moczu - oliwkowe zabarwienie moczu

- test Guthriego - zastosowanie Bacillus subtillis żywiących się fenyloalaniną

- DNA - badania prenatalne

Leczenie:

- dietetyczne - bez fenyloalaninowa dieta (bez mleka):

* jeśli stosuje się dietę odpowiednio wcześnie, to można nawet wyleczyć

- fenokopia

Galaktozemia

- zaburzenia w przemianie galaktozy:

- lokus 9p

- występowanie 1/12 000 - 1/30 000 żywych urodzeń

- nietolerancja laktozy i mleka krowiego

Wykrywanie:

- oznaczanie aktywności urydynotransferazy

Leczenie:

- dietetyczne

- plejotropia

Niedokrwistość sierpowatokrwinkowa =

= hemoglobinopatia S

- występowanie 1/250 urodzeń, Afryka - murzyni

- hemoglobina A (normalnie we krwi) = hem + globina A(2α, 2β) - pozycja 6 w łańcuchu β - kwas glutaminowy

- hemoglobina S = hem + globina S (2α, 2β) - zmieniony - pozycja 6 w łańcuchu β-waliny

Genotyp	Fenotyp
HbS / HbS	- niedokrwistość sierpowatokrwinkowa - 50% krwinek sierpowatych - zamiast hemoglobiny A jest hemoglobina S - erytrocyty uszkodzone (zawierają stronty, łatwo hemolizują, zmienny ładunek elektryczny)
HbA / HbS	- zdrowa osoba - krwinek sierpowatych 1% - posiada obie hemoglobiny (A i S) - występuje wrażliwość na obniżanie ciśnienia tlenu
HbA / HbA	- zdrowa osoba - posiada hemoglobinę A

- kodominacja - wytwarzanie hemoglobiny HbA = HbS, podobnie było z grupami krwi A i B, układ…

Objawy (fenotyp):

- bóle głowy, żółtaczka

- niewydolność nerek, owrzodzenie goleni

- powiększenie wątroby i nerek

- zagrożeniem jest:

*duży wysiłek fizyczny

* znaczna wysokość

* wysiłek, podróż samolotu

Wykrywanie:

- badanie krwinek (inkubacja w 37*C:

* 0,5-1 godzina - HbS / HbS

* 4-6 godzin - HbA / HbS

- elektroforeza - badanie krwinek za pomocą prądu

- diagnostyka molekularna - badanie płynu owodniowego - bada się DNA za pomocą restryktaz, które dzielą DNA na fragmenty

Uprzywilejowanie heterozygot:

- preferowane na terenach malarycznych

- zarodziec malarii nie może się prawidłowo rozwijać

- 10% Murzynów HbA / HbS

Inne hemoglobinopatie - talasemia

- występowanie - rejon morza Śródziemnego:

- talasemia α - niedostateczna synteza łańcucha α

- talasemia β - niedostateczna synteza łańcucha β

Fenotyp:

- erytrocyty tarczowate

- niedokrwistość, powiększenie śledziony

Cechy sprzężone z płcią:

- to cechy zależne od genów znajdujących się w chromosomach płciowych:

* hemizygotyczność - pojedynczo allele w genotypie diploidalnych

* hemizygota - osobnik hemizygotyczny (hemi-połowa)

- są to cechy zależne od genów autosomalnych, ale możliwość ich rozwoju zależy od płci

Hemofilia = krwawiączka = choroba królewska

- genetyczny defekt układu krzepnięcia - skaza krwotoczna

- hemofilia A - brak czynnika VIII (globulina antyhemolityczna = globulina przeciwkrwawiączkowa)

* synteza w wątrobie

- w Polsce około 1/12 000 urodzeń

- królowa Wiktoria była nosicielką i jej córki także

- hemofilia A - lokus genu 10p 28, gen strukturalny, ……………….

- hemofilia B - lokus 10q 27.1-27.2 , w Polsce 1/30 000 urodzeń, brak czynnika X

- w lokusie hemofilii A jest też umiejscowiona ślepota na barwy

- hemofilia możliwa jest również u zwierząt

Objawy:

- objawy hemofilii ujawniają się w 1-2 roku życia

- ogólnonarządowe, pourazowe krwawienia

- krwawienie z błon śluzowych

	Genotyp	Fenotyp
homozygoty	XH XH	Kobieta zdrowa
		XH Y	Mężczyzna zdrowy
		Xh Xh	Kobieta chora
		Xh Y	Mężczyzna chory
		XH Xh	Kobieta zdrowa, ale nosicielka, obniżona zawartość czynnika VII

Częstość występowania homozygot:

X_h X_h = 1/10 000 x 1/10 000 = 1/100 000 000

Hipoteza Lyon a hemofilia:

- jeden chromosom jest aktywny, drugi nieaktywny

X_mat X_pat

1)	XH Xh act	50%		Kobieta zdrowa
		XH act Xh	50%		czynnik VIII +
2)	XH act Xh	100%	czynnik VIII +	Wszystkie……………………………….(?) Aktywny chromosom z allelem zmutowanym
3)	XH Xh act	100%	czynnik VIII - (brak czynnika)	Jawna heterozygota - hemofilia

Wykrywanie:

- diagnostyka DNA

Leczenie:

1. objawowe:

- leczenie substytucyjne - podajemy czynnik VII dożylnie, podawanie okresowe

- czynniki VIII jako produkt inżynierii genetycznej

2. przyczynowa:

- terapia genowa (gen typu dzikiego - transfekcja do szpiku)

Daltonizm

- ślepota na barwy

- według Younga-Hernholza - widzenie 3 barw - 3 fotoreceptory

- achromatyzm - całkowita ślepota na barwy, wada autosomalna recesywna

- monochromatyzm -

- dichromatyzm - daltonizm - widzenie dwóch barw:

a) tritanopia - niewidzenie barwy niebieskiej, dziedziczenie autosomalne monogenowe

b) protanopia - niewidzenie czerwnieni

c) deuteranopia - niewidzenie zieleni

- malie - niedowidzenie barw:

- tritanomalia

- protanomalia

- deuteranomalia

- wykrywanie daltonizmu za pomocą metody pigmentowej

P: X_d Y x X_D X_D X_h Y I^A I^B (hemofilik) x X_H X_H I⁰ I⁰ (zdrowa)

F₁: X_D X_d , X_D Y X_H X_h I^A I⁰, X_H X_h I^B I⁰, X_H Y I^A I⁰, X_H Y I^B I⁰

Dystrofia mięśniowa postępująca typu Duchenne'a

- najcięższa i najczęstsza odmiana dystrofii

- częstość - 1/3 000 chłopców

- gen DMD - jeśli jest niezmutowany to koduje białko zwane dystrofiną

- Allel typu zmutowanego (delecja) X_dst

- Allel typu dzikiego X_Dst

- genotyp z dystrofią: X_dst X_dst , X_dst Y

- wzrost poziomu enzymów: kinazy kreatynowej i dehydrogenazy mleczanowej

Objawy:

- ujawnia się w 2-3, a nawet 5-6 roku życia

- osobie trudno wstać z siadu

- dziwny, kaczkowaty chód

- charakterystyczny rozrost łydek (tkanka łączna a nie mięśniowa!)

- dawniej śmierć około 10 roku życia, obecnie najczęściej około 20, a czasem 30 roku życia

- śmierć z powodu niewydolności oddechowej oraz niewydolności krążenia

Wykrywanie:

- badania DNA:

a) prenatalne

b) postnatalne

- elektromiogram

Leczenie:

- podaje się steroidy anabolizujące, kwas glutaminowy

Głuchota - cecha sprzężona z płcią !

Dominujące choroby sprzężone z płcią:

- istnieją cechy sprzężone z chromosomem Y, ale są one niezwykle rzadkie

- niektóre cechy mylnie są przypisywane do chromosomu Y

Krzywica odporna na witaminę D = hipofosatemia

- wydzielana duża ilość fosforanów z moczem

Objawy:

- takie jak w zwykłej krzywicy, ale nie leczy się jej witaminą D, bo jest odporność

Istniał spór między zwolennikami Galtona i Mendla

Genetyka mendlowska Mendelizm

- dziedziczenie jakościowe

- krzyżówki mendlowskie

- prawa Mendla

- sukcesy:

1. czyste linie grochu

2. analiza matematyczna wyników badań

Genetyka Galtona dziedziczenie ilościowe

- lekarz, twórca eugeniki, ojciec daktyloskopii

- zajmował się cechami t.j wzrost, inteligencja, uzdolnienia, linie papilarne

Fischer:

- kuzyn Darwina, matematyk, eugenik

- zajmował się dziedziczeniem poligonowym, genetyka populacji

- „inbreeding” - chów wsobny

Dziedziczenie ilościowe spowodowane współdziałaniem dużej liczby genów

Współdziałanie w dziedziczeniu - rodzaje:

1. - w parze alleli - kodominacja

2. Genów niesprzężonych:

1. współdziałanie 2 genów:

• epistaza np. grupy krwi Bombaj

• komplementarność

1. poligenia:

• jakościowa = dziedziczenie

alternatywne = nieciągłe

• ilościowa = dziedziczenie addytywne = ciągłe

- poligeny wykryte na początku XX wieku, dziedziczenie barwy ziarniaków przenicy zależnie od 3 pary alleli:




ABC - dominujące (aktywne)

Abc - recesywne (nieaktywne)




Np.:

P: ABCDEFGHIJ x abcdefghij .

F₁: AaBbCcDdEeFfGgHhIiJj

Poligenia = dziedziczenie poligenowe - uwarunkowanie wieloczynnikowe

- kontrola jednej cechy fenotypowej odbywa się przez wiele współdziałających genów

Wady dziedziczone poligenowo:

Rozszczepy = rozszczepienie (brak ciągłości anatomicznej i niedorozwój tkanek):

a) podniebienia tzw. wilcza warga

b) wargi tzw. zajęcza warga

c) oba jednocześnie

- częstość występowania 0,4-2/1 000

- zaburzenia oddychania, ssania, mowy

- model wieloczynnikowy (genetyczno - środowiskowy)

- w Łodzi jest ośrodek leczenia wad rozwojowych:

- na 6070 pacjentów 3010 miało rozszczep podniebienia

Leczenie:

1. głównie chirurgiczno-plastyczne - plastyka warg

2. foniatryczne (?)

3. ortodontyczne

4. pediatryczne

- plastyka warg około 5-6 miesiąca życia, plastyka podniebienia około 16 - 24 miesiąc życia

- rozwój twarzy kończy się w wieku 18 lat

Choroby poligenowe jakościowe:

1. Choroba wrzodowa żołądka:

- owrzodzenia błony śluzowej penetrujące przez warstwę mięśniową śluzówki (też rodzaje dziedziczone monogenowo)

- czynniki środowiskowe:




* alkohol

* papierosy

* stres

* niektóre leki

* bakterie Helicobacter pylori (70% przypadków),

zwiększone ryzyko raka żołądka




2. Cukrzyca (Diabetes Mellitus)

- choroba nieuleczalna w dzisiejszych czasach

- zaburzenia gospodarki węglowodanowej

- występuje u około 2-4% populacji

Typy cukrzycy:

1. insulinozależna = typu I - tzn. młodzieńcza albo wieku młodzieńczego

- monogenowe dominująca

- upośledzenie wytwarzania insuliny przez trzustkę

2. insulinoniezależna = typu II - tzn. starcza, dorosła,

- rozwija się po 3,5 roku zycia

- Jest uwarunkowana wieloma czynnikami

- DIABETOLOGIA - zajmuje się leczeniem cukrzycy

- typ I - leczy się insuliną

- insulinę można uzyskać drogą inżynierii genetycznej

3. Nadczynność tarczycy:

- choroba autoimmunologiczna tzn. własne antygeny rozpoznawane są jak obce

4. Alergie:

- atopia i astma (dychawica) - astma w około 70% występuje rodzinnie

- czynnikiem środowiskowym są np. pyłki roślin, rozkruszki

5. Schizofrenia

6. Łuszczyca

7. Nowotwory:

- mutacje dotyczące komórek somatycznych

- komórki dzielą się i pasożytują własny organizm

8. Choroba wieńcowa (niedokrwienna mięśnia sercowego)

9. Miażdżyca:

- odkładanie blaszek miażdżycowych

- może być monogenowe dominująca, genotyp wtedy dotknięty ryzykiem, lecz kombinacja wpływu środowiska i genotypu powoduje przejście progu od zdrowia do choroby

Poligenia ilościowa:

- natężenie cechy, geny się kumulują (geny kumulatywne)

- geny dominujące (A, B, C, …..) są aktywne, ale o małym efekcie każdy

1. Dziedziczenie barwy skóry:

- AA ………………………………… HH - Murzyn

- aa …………………………………... hh - Biały

- Aa …………………………………..Hh - Mulat

- cecha zależy co najmniej od 8 par alleli (!):

P: AA …….. EE x aa ……..ee (Murzyn x Biały)

F₁: Aa Bb Cc Dd Ee (Mulat)

Gdy P: Mulat x Mulat to w F₁ będzie „jeszcze większy Mulat”

Trójkąt Pascala:

1

1 2 1 jedna para alleli

1 3 3 1

1 4 6 4 1 dwie pary alleli

1 5 10 10 5 1

1 6 15 20 15 6 1 trzy pary alleli

1 7 21 35 35 21 7 1

itd.

Zapis rozkładu cech:

- 1 para alleli: 1 : 2 : 1

- 2 para alleli: 1 : 4 : 6 : 4 : 1 ( 6/suma = prawdopodobieństwo heterozygot)

- liczba różnych fenotypów: 2n + 1

- 3ⁿ - liczba różnych genotypów

- częstość genotypów skrajnych w F2 to: (1/4)ⁿ n = liczba par alleli

Zjawisko transgresji

1. występowanie fenotypów bardziej skrajnych niż rodzice:

Murzyn Mulat Biały

1. b)




2. transgresja dodatnia

3. transgresja ujemna




- wzrost i inteligencja też dziedziczy się poligenowo ilościowo

2. wzrost - wpływ czynników środowiskowych ma bardzo duży wpływ na fenotyp cechy

3. suma linii papilarnych

4. ciężar ciała:

- uwarunkowanie wieloczynnikowe: poligenowe + czynniki środowiskowe np. dieta

5. dziedziczenie inteligencji:

- inteligencja = pojętność

- to ogólna zdolność jednostki do celowego działania, racjonalnego myślenia i efektywnego radzenia sobie w otaczającym nas środowisku

- inteligencja ogólna - 45% geny + 35% środowisko + 20% genetyczno-środowiskowa = 100%

Rodzaje inteligencji:

- inteligencja praktyczna:

a) inteligencja płynna - zdolność uczenia się

b) inteligencja skrystalizowana - inteligencja odzwierciedlająca doświadczanie się

- inteligencja akademicka - mierzona testami

Polska adaptacja sklai Werschlera - 11 testów:

1. test wiadomości

2. „braki w obrazkach”

3. powtarzanie cyfr - pamięć krótkotrwała

4. „porządkowanie obrazków”

5. definiowanie słów - „słownik”

6. klocki

7. arytmetyka

8. rozumienie

9. układanki

10. symbole cyfr

11. test podobieństwa

IQ w Japonii - czynniki wpływające na wzrost ilorazu inteligencji

1. wariancja genetyczna

2. wariancja środowiskowa:

1. migracja (wieś-miasto)

2. odżywianie

3. przeżywalność

3. wykształcenie

odziedziczalność = wpływ czynników ilościowych

H = 0% - 100%

0% - wyłączny wpływ czynników środowiska

100% - wyłączna zależność od dziedziczenia




Szerokość głowy H = 95%

Długość głowy H = 80%

Typ sylwetki H = 70%




- badanie bliźniąt dla określenia odziedziczalności danej cechy:

* częstość bliźniąt w Europie - 1/90

* 33% bliźniąt to monozygotyczne klony - ten sam genotyp

Wzory odziedziczalności:

- badania dzieci adoptowanych - porównanie cech genotypowych dzieci adoptowanych z cechami……

Genetyka populacji

Prawo równowagi genetycznej = prawo Hardy'ego i Weinberga

- `w każdej populacji organizmów diploidalnych utrzymuje się na stałym poziomie określona częstość występowania zarówno poszczególnych alleli jak i genotypów, gdy nie działają czynniki zakłócające tą równowagę i gdy populacja jest dostatecznie duża”

- różnorodność genetyczna populacji utrzymuje się więc na stałym poziomie, o ile nie działają czynniki zakłócające tą równowagę

- warunki spełnienia prawa H. & W. :

I. cechy monogenowe - 1 lokus

II. populacja mendlowska ( populacja idealna) - czyli populacja w stanie równowagi

1. dobór panmiktyczny (panmiksja) - dobór nieprzypadkowy = selektywny = asortatywny

2. brak mutacji

Kryteria rodzajów mutacji:




I

a) somatyczne

b) genetyczne

II

1. spontaniczne

2. indukowane

III

1. szkodliwe

2. obojętne

3. pozytywne




Częstość mutacji = liczba zmutowanych loci / 1 mln gamet:

- wg tego prawa nie może występować dryf genetyczny (w podręczniku Drewy jest błąd, bo mówi się dryf a nie dryft)

- prawdopodobieństwo p + q = 1 lub 100%

- Allel A - jego częstość p

- Allel a - jego częstość q

- osoby-nosiciele mukowiscydozy mają podwyższoną odporność na cholerę i salmonellozę

- uprzywilejowanie heterozygot występuje też w niedokrwistości sierpowatej

- jeżeli występuje rzadka cecha recesywna, to rzadki allel jest recesywny, nie podlega prawom eugeniki ani prawom doboru naturalnego, nie ulega ekspresji

Terapia genowa (genoterapia)

- przyczynowe leczenie chorób genetycznych

* polega na wprowadzeniu do komórki prawidłowej informacji lub usunięciu niepożądanej cechy

* wektor - służy do wprowadzania właściwych informacji - jest on nośnikiem

Rodzaje wektorów:

1. wirusy (pozbawione cech zjadliwości)

a) retrowirusy (pojedynczy t-RNA, uwalnia się i syntezuje na nim DNA) - przykładowy wirus to wirus białaczki mysiej

b) adenowirusy - są problemy, nie konieczna informacja do komórek dzielących się, ale może być reakcja odpornościowa

c) wirusy stowarzyszone z adenowirusami - nie wywołują reakcji odpornościowej, ale mają małą pojemność

d) herpeswirusy - drobne, ale istnieje ryzyko powstania wirusa patogennego

2. wektory niewirusowe:

a) formy DNA: plazmidy (kołowy DNA z komórek bakteryjnych)

i antysensy (zmodyfikowane DNA)

b) liposomy = lipokompleksy - niska skuteczność

c) polipleksy (??)

d) kapsuły biobalistyczne - mikrokulki z polimerów lub metali szlachetnych

- żeby nastąpiła ekspresja genu (żeby gen zadziałał) musi zajść biosynteza białka, innymi słowy gen leczniczy musi być tak wstrzyknięty, by doszło do powielenia

Zastosowanie terapii genowej:

- można leczyć zarówno błędy genetyczne jak i niektóre z chorób nabytych

- terapii genowej podlegają np. choroby takie jak:

* choroby nowotworowe

* mukowiscydozy

* hemofilia

* AIDS

* choroby krążenia

- szczepionki genetycznie zmodyfikowane:

a) w chorobach nowotworowych (wprowadza się cytokiny, interleukiny i inne czynniki stymulujące odpowiedź immunologiczną

b) w AIDS dla podwyższenia odporności

- terapia genetyczna mukowiscydozy - gen CTFR dostarczany in vivo przez liposomy

- w Polsce prowadzone są badania nad „szczepionką” na czerniaka - duże osiągnięcia

Inżynieria genetyczna

- biologia kreatywna - tworzenie nowych, nieznanych genetycznie naturze organizmów

GMO - genetycznie zmodyfikowane organizmy

Transgen - gen z nową informacją, może pochodzić od:

1. osobnika tego samego gatunku

2. osobnika innego gatunku

3. może być genem syntetycznym - heterologiczny gen - gen obcy - wbudowany do materiału genetycznego i przekazywany zgodnie z prawami genetyki

transformacja - technika wprowadzania obcego genu

* powstają organizmy transgeniczne

* może być transformacja protoplastów

* geny dawcy do biorcy trafiają na wektorach

Znaczenie praktyczne GMO:

1. zmodyfikowane mikroorganizmy:

* wytwarzają hormony i enzymy

* awaryjnie usuwają plamy ropy naftowej

* produkują odczynniki chemiczne

* dostarczają substancji wykorzystywanych w …………………………………………………..

2. enzymy:

* do produkcji soków owocowych

* do dojrzewania serów

* w piekarnictwie

* w przemyśle cukierniczym

* w przetwórstwie mięsnym

Zmodyfikowane genetycznie rośliny - konstrukcje roślin:

1. soja - pierwsza roślina transgeniczna

2. pomidor

3. kukurydza (koncern Monsanto )

4. ziemniak

5. bawełna

6. rzepak

7. burak cukrowy

8. ryż

9. batat

- na rynku powszechnie używane są zarówno naturalne jak i transgeniczne organizmy

- transformację przeprowadza się za pomocą (najczęściej) Agrobacterium tumefaciens (plazmidy) [bakterie te normalnie powodują guzowatość w rodzinie różowatych]. Pod wpływem tego DNA następuje replikacja i uwidacznianie

- można też stosować wirusy (wykorzystywany np. wirus mozaiki kalafiora) lub mikroiniekcje

- można także stosować `karabinek genetyczny' (kulki metalu - wolframu z informacją)

Kraje najbardziej zaawansowane w produkcji modyfikowanych roślin:




- USA

- Argentyna

- Kanada

- Chiny

- Brazylia




- w USA (2003 r.) produkcja GMP (% całości upraw) wynosiła:

- 69% bawełny

- 68% soi

- 26% kukurydzy

- w Japonii wyhodowano ponad 50 odmian ryżu zmodyfikowanego

Znaczenie transgenicznych roślin - odporność na:

* herbicydy

* wirusy

* grzyby

* owady (np. ziemniak nie zjadany przez stonkę)

- wprowadza się gen kodujący bakteryjną truciznę pochodzący z bakterii Gran+ Baccillus thuringlensis do genów ziemniaka, kukurydzy, bawełny, ryżu w celu odstraszenia owadów - szkodników danych upraw:

* odporność na mróz (gen ryb zimnych wód w roślinach)

* wzbogacenie roślin w korzystne składniki np.:

- olej rzepaku z korzystnymi kwasami tłuszczowymi

- wzbogacenie pomarańczy wapniem

- ryż z karotenem

- słodki pomidor

- wzbogacenie taumatyną (??) ogórków

* uzyskanie specjalnych, korzystnych cech np. długość przechowywania

* rośliny o odpowiednim składzie farmakologicznym

* uzyskanie roślin ozdobnych o odmiennych cechach

* produkcja roślin produkujących doustne szczepionki

* produkowanie białek zwierzęcych przez rośliny

* olbrzymie zyski:

- z upraw (odporność na szkodniki itp.)

- tańsza produkcja (brak konieczności stosowania herbicydów itp.)

- jedynie w Chinach nie ma kontroli społecznej nad wprowadzaniem upraw GMO

Rośliny transgeniczne w Polsce:

- 1993 r. - pierwsze pozwolenie

- na naszych terenach prowadzono badania polowe

Zagrożenia:

- jest ich sporo

1.

2.

3.

4.

5.

6. wartość nowych produktów opartych na roślinach transgenicznych może budzić zastrzeżenia np.:

7. uniezależnienie krajów uprzemysłowionych od surowców wytwarzanych w krajach rozwijających się np. wytwarzanie …………………….. masła kakaowego z tanich olejów

8. wymiar etyczny inżynierii genetycznej - `czy powinniśmy robić wszystko co potrafimy?'

9. zmniejszenie bioróżnorodności

10. stosowanie dużych dawek herbicydów niszczących, wyjaławiających glebę

Zwierzęta transgeniczne

- zawierają obcy gen - transgen z dodatkową informacją

Transgeneza ssaków:

- obcy gen podaje się na nośnikach wirusowych lub metodą mikroiniekcji, najczęściej wektorami są retrowirusy

- najlepsze wyniki uzyskuje się, gdy obcy DNA wstrzykuje się do przedjądrzy zapłodnionej komórki jajowej

Najważniejsze osiągnięcia w drodze do uzyskania transgenicznych zwierząt gospodarczych:

1980 r. - pierwsze transgeniczne myszy

1982 r. - pierwszy fuzyjny gen wprowadzony do genomu myszy

1985 r. - uzyskanie pierwszych transgenicznych zwierząt gospodarczych

1986 r. - uzyskanie pierwszych transgenicznych ryb

1987 r. - uzyskanie transgenicznych myszy wytwarzających gruczołach mlecznych białko ludzkie o działaniu leczniczym

1988 r. - uzyskanie transgenicznych zwierząt gospodarczych (owiec) wytwarzających w gruczołach mlecznych ludzkie białko o działaniu leczniczym

1991 r. - uzyskanie pierwszego transgenicznego buhaja

1992 r. - pierwsze ryby o znaczeniu gospodarczym wykazują większe tempo wzrostu

Przewidywane znaczenie transgenicznych zwierząt:

1. zwiększenie tempa wzrostu i jakości mięsa

2. zwiększenie wydajności mlecznej i jakości mleka

3. żywe bioreaktory - do produkcji ludzkich białek o działaniu leczniczym

1. w gruczołach mlecznych

2. we krwi

3. w moczu

4. transgeniczne kury znoszące jajka z białkami do produkcji leków przeciwnowotworowych

4. transgeniczne zwierzęta do badania ludzkich chorób

5. transgeniczne zwierzęta do uzyskiwania ksenoprzeszczepów

- większość zwierząt jest jednak obarczona bezpłodnością oraz zaburzeniami chorobowymi

- małpie podano gen GFP fluoryzujący z meduzy, małpie fluoryzowały włosy i paznokcie

- GFP jest używany jako marker - do identyfikacji komórek transformowanych

Diagnostyka molekularna chorób genetycznych dla celów klinicznych:

- polega na analizie próbki DNA pacjenta w celu wykrycia genotypu związanego z chorobą uwarunkowaną genetycznie

- sondy DNA i badanie polimorfizmu fragmentów uzyskanych po trawieniu restryktazami

- RFLP - polimorfizm długości odcinków pomiędzy miejscem restrykcji

- w 1979 r.. - odkryto bakteryjne enzymy restrykcyjne - endonukleazy restrykcyjne tnące DNA w odpowiedni sposób

Diagnostyka molekularna chorób genetycznych:

- mukowiscydozy

- achondroplazja (choroba ukł. kostnego prowadząca do karłowatości)

- dziedziczna postać raka sutka i jajnika

- zespół nadciśnienia tętniczego

- dystrofia mięśni typu Duchene'a

- fenyloketonuria

- zaburzenia determinacji płci

- cukrzyca insulinozależna

- rodzinna polipowatość jelita

- osteoporoza

- hipercholesterolemia rodzinna

- choroba Huntingtona

- rodzinny defekt apo B

Achondroplazja - rodzaj karłowatości

- mutacja punktowa,

- dziedziczenie autosomalne monogenowe dominujące

- G-A tranzycja lub G-C translacja

- zmienione białko w 380 pozycji łańcucha

- genotyp: AA, Aa, aa (????)

- fenotyp:

* niski wzrost,

* skrócenie kończyn

* duża głowa z wypukłym czołem

* także liczne duże zmiany wewnętrzne w organizmie

* rozwój umysłowy prawidłowy

- często następuje śmierć około 1 roku życia

Choroba Huntingtona:

- nieuleczalna choroba zwyrodnieniowa komórek nerwowych prążkowia

- częstość występowania: 1/10 000

- dziedziczenie monogenowe autosomalne dominujące

- genotyp: HH, Hh, hh

- gen kodujący białko - huntingtynę znajduje się w chromosomie 4 p

- gen zmutowany - zwielokrotnienie kodonu CAG (odpowiada glutaminie)

- zmienione białko - zwiększona ilość glutaminy

- objawy ujawniają się około 30-40 roku życia

- etapy choroby - objawy:

1. zaburzenia ruchu, ruchy mimowolne, upośledzenie pamięci

2. zmienne nastroje

3. postępujące otępienie

4. upośledzenie fizyczne

5. przedwczesna śmierć po 10-20 latach od pojawienia się pierwszych objawów klinicznych

- leczenie - jest tylko objawowe, polega na hamowaniu objawów drgawek oraz depresji związanych z postępem choroby, jest ono mało skuteczne

Korzyści i zagrożenia związane z wykonywaniem przedobjawowych testów molekularnych:




„+”

1. medyczne:

- zapobieganie groźnym konsekwencjom chorób genetycznych np. rodzinnej polipowatości jelita

- programy profilaktyczne i systematyczne badania w celu wczesnego wykrycia i chirurgicznego usunięcia zmienionych nowotworowo tkanek

2. plany życiowe:

- uniknięcie przekazania „złych” genów potomstwu

3. możliwość zmiany trybu życia pod kątem choroby

„-„

1. niekorzystne reakcje na wynik

2. konflikty rodzinne

3. naruszenie poufności

4. utrata zatrudnienia

5. stygmatyzacja społeczna




Wytyczne dla poradnictwa genetycznego (dotyczy testu molekularnego):

- własna decyzja

- test przedkliniczny tylko dla dorosłych

- test powszechny i bezpłatny

- wynik testu jest poufny

- odbieranie wyników odbywa się tylko w obecności osoby towarzyszącej

- prowadzi się opiekę psychologiczną badanego

- osoba badana może w każdej chwili zrezygnować z odebrania wyników testu

W niektórych wypadkach ubezpieczalnie wymagają informacji na temat testów na choroby genetycznej

Klonowanie organizmów

- klon - zbiór komórek lub organizmów będących swoimi wiernymi kopiami genetycznymi powstałych przez rozród wegetatywny

- klony posiadają ten sam genotyp

Klonowanie roślin

- naturalne klonowanie roślin częste jest w przyrodzie:

* odrosty korzeniowe topoli białej

* osobniki wyrosłe z kłącza konwalii

* poziomka

- klonowanie roślin w hodowli tradycyjnej:

* sępolia

* pelargonia

* begonia

- klonowanie roślin w kulturach in vitro:

* storczyki

* szałwia

* nowe odmiany drzew leśnych

* rosiczka

Klonowanie zwierząt

- klonowanie występuje także w naturze

- klonowanie ssaków:

* do niezapłodnionej komórki jajowej, z której usunięto jądro wprowadza się jądro somatycznej komórki dorosłego osobnika

- klonowanie:

a) klon zwierząt o wyjątkowej użyteczności gospodarczej

b) klonowanie zwierząt transgenicznych

c) klonowanie wymierających lub wymarłych zwierząt

Klonowanie ludzi

- naturalne klonowanie - bliźnięta

- ewentualne cele klonowania ludzi:

* sposób na bezpłodność

* klonowanie przedwcześnie zmarłych dzieci

* klonowanie żołnierzy i niewolników

* klonowanie utalentowanych jednostek

* tworzenie żywych banków narządów

- klonowanie ludzi jest kontrowersyjne

Identyfikacja molekularna ludzi

- zsekwencjonowano w całości genom człowieka

- podstawowe cechy kodu genetycznego:

a) indywidualność

b) niezmienność

Etapy badania:

1. izolacja DNA

2. powielanie = replikacja fragmentu DNA in vitro

3. badanie w sekwencjach DNA

4. wynik na ekranie

Znaczenie:

1. w medycynie sądowej:

1. identyfikacja sprawców przestępstw

2. dochodzenie ojcostwa

3. ustalenie rodziców zaginionych

2. badanie szczątków ludzkich - powielanie materiału metodą PCR - badanie m.in.:

1. mumii egipskich

2. mózgu człowieka z Florydy

3. 9300-letniej czaszki człowieka z Kennevick

4. Fryderyk II - średniowiecznego władcy, cesarza Niemiec i króla Sycylii w celach ustalenia pochodzenia

Dziedziczenie pozajądrowe

1. mitochondrialne

2. chloroplastowe

- małe znaczenie, mało materiału

- mitochondrialne dziedziczenie - głównie od matki, ponieważ plemnik porzuca wić wraz z umiejscowionymi tam mitochondriami

Program ochrony zasobów genowych

- biblioteki genowe - to zbiór klonów bakterii zawierających rekombinowane wektory niosące fragmenty DNA

- biblioteki genów = banki genów = genoteki = bank z DNA, zbiór sekwencji kodujących białka wprowadzanych za pomocą wektorów do bakterii

Etapy konstrukcji biblioteki:




Genomowej:

1. wyizolowanie DNA

2. trawienie restryktazami - otrzymanie fragmentów DNA

3. rozdział fragmentu DNA na żelu agarowym

4. wprowadzenie fragmentów DNA do komórki bakterii za pomocą wektorów plazmidowych lub fagowych dla prokariontów lub niższych eukariontów a dla wyższych eukariontów chromosomu drożdżowego

Genowej:

1. wyizolowanie mRNA

2. przeniesienie informacji z RNA na DNA (z DNA tylko sekwencje kodujące eksony = egozny)

3. wprowadzenie do bakterii za pomocą wektorów




- Międzynarodowa Rada d.s. Roślinnych Zasobów Genowych

- na skutek industrializacji i postępującej degradacji środowiska zagrożone są stare formy i populacje miejscowe roślin

- Bank Genów Roślin Warzywnych w Skierniewicach - zbieranie i zabezpieczanie przed wyginięciem dawnych odmian i populacji miejscowych oraz form dzikich warzyw

- bank spermy noblistów w Stanach Zjednoczonych - 15 uczonych

Genetyczne uwarunkowania procesów starzenia i śmierci:

- długość życia jest uwarunkowana przez:

1. wyposażenie genetyczne

2. płeć (kobiety - 79 lat, mężczyźni - 72 lata)

3. czynniki ekologiczne - czynniki skracające długość życia:




* palenie, używki

* stres, złe odżywianie

* zatrucie środowiska




- zwiększanie wraz z wiekiem ilości chorób takich jak: osteoporoza, reumatyzm, nadciśnienie, cukrzyca II typu

- przedwczesne starzenie z powodu chorób neurodegeneracyjnych:

a) dziedzicznych (np. choroba Alzheimera, ch. Huntingtona)

b) niedziedzicznych (np. …………………………………………………………………….)

Progeria - przedwczesne starzenie się

- syndrom Hutchinsona-Gilforda

- częstość to 1/8 000 000 żywych urodzeń

- niezależnie od płci i rasy

- osoby dotknięte tym syndromem dożywają maksymalnie wieku 14-20 lat

Cechy:

- dysmorfia ogólna (niski wzrost, sztywne stawy, dysmorfia paznokci)

- w wieku 10 lat - fenotyp osoby starej

Hipotezy starzenia się:

1. stochastyczne - starzenie na skutek zmian skokowych na skutek nagromadzenia się produktów przemiany materii:




* hipoteza zużycia

* hipoteza wolnych rodników

* hipoteza mutacji somatycznych




Erwin Shroedinger:

- w 1939 r. stwierdził, że nigdy człowiekowi nie uda się wykorzystać energii zawartej w atomie

Cytologia

- Robert Hooker - fizyk, astronom, biolog

* komórka - cellula (ang. cell)

* 1965 r. - „Mikrografia” - komórka korka

Antony Leeuwenhoek:

- przyrodnik holenderski

- konstruktor mikroskopu

- prowadził systematyczne badania i odkrył m.in. bakterie, drożdże, plemniki, erytrocyty

- wraz z Malpighim odkrył naczynia włosowate

Podstawowe składniki komórki:




- ściana komórkowa

- błona komórkowa

- cytoplazma

- jądro komórkowe

- plastydy

- mitochondria

- rybosomy

- retikulum endoplazmatyczne

- centrosomy

- aparat Golgiego

- mikrotubule

- sferosomy

- substancje ergastyczne




Ściana komórkowa:

- produkt endoplazmy

- zasadnicze znaczenie: podstawowy element szkieletowy komórek roślinnych (sztywny pancerz)

- przeciwstawienie dużemu ciśnieniu osmotycznemu we wnętrzu komórki

- u prokariontów - gruba ściana

- ściana może być:

a) pierwotna:

* cienka i elastyczna

* skład: włókna celulozy (20% suchej masy)

b) wtórna:

* celuloza - 60 do 90 %

* może być inkrustowana węglanem wapnia, krzemionką

- micelle - włókna uporządkowane

- ściany mogą ulegać zdrewnieniu (odkładanie ligniny = drzewnika):

* mało wody, ściana twarda, sztywna, odporna mechanicznie

* słabo przepuszczalna dla wody i powietrza

- skorkowaciała - wysycona suberyną:

1. ściana pierwotna

2. suberyna

3. ściana wtórna

- skutynizowana - wysycona kutyną (substancja tłuszczowa, mieszanina wyższych kwasów tłuszczowych)

Blaszka środkowa - scala komórki, jest z pektynianu wapnia

* rozpuszczanie blaszki środkowej: gotowanie, dojrzewanie owoców

Plazmodesmy - przestwory międzykomórkowe, cytoplazmatyczne nici łączące protoplasty komórek, zapewniają integrację komórek w obrębie tkanek

Jamki - ściana pierwotna - blaszka środkowa - ściana pierwotna w pierwotnym polu jamkowym


- rodzaje jamek:

1. jamki proste - np. komórki kamienne




2. jamki lejkowate

Przestwory międzykomórkowe - powstają w wyniku rozpuszczenia blaszek środkowych lub przez obumieranie komórki

Błona komórkowa = plasmolema:

- właściwości:

* słaba przepuszczalność wody

* selektywna przepuszczalność substancji i jonów

- budowa:

* kompleks białkowo-lipidowy (30-50%, melocyty 80%, komórki bakterii - 25% lipidów)

* dwie warstwy lipidowe o właściwościach hydrofilowo-hydrofobowych (polarno-polarnych)

- zadania:

* bariera,

* selektywna przepuszczalność

* przekazywanie sygnałów chemicznych, energii

* środowiska dla enzymów

Retikulum endoplazmatyczne = siateczka endoplazmatyczne:

- dynamiczny system rurek i cystern

- rodzaje:

* siateczka gładka - synteza lipidów, metabolizm glikogenu, synteza lipidów (trójglicerydy, glikolipidy itd.)

* siateczka ziarnista = szorstka - synteza białek, bo na powierzchni ma rybosomy, inaczej mówiąc są to cysterny z rybosomami

# synteza i modyfikacja białek eksportowych

# białka rezydujące - wewnątrz RER, odpowiedzialne za procesy zachodzące w RER:

1. glikozylacja

2. formowanie połączeń dwusiarczkowych (=mostków disiarczkowych)

3. fałdowanie łańcucha polipeptydowego

4. oligomeryzacja

- cząsteczki białek utworzone w błonach RER stają się składnikami błon siateczki

Aparat (układ) Golgiego:

- system błon gładkich z cystern, rurek, pęcherzyków

- centralnie znajduje się diktiosom, wkoło są pęcherzyki

- rodzaje:

* forma siateczkowata - u zwierząt kręgowych

* forma diktiosomowa (łuskowata) - u bezkręgowców i u roślin

- zadania:

* potranskrypcyjna modyfikacja białek i fosfolipidów,

* synteza pektyn i hemicelulozy, śluzów,

* tworzenie przegrody pierwotnej w czasie podziału komórki, blaszki środkowej, wodniczek,

* recyklizacja błony komórkowej po endocytozie

Jądro komórkowe:

- z reguły pojedyncza organella komórkowa

- wielkość zależy od gatunku, rodzaju i stanu komórki

- główne procesy zachodzące w jądrze:

* samopowielanie (replikacja) DNA

* przekazywanie informacji genetycznej na RNA

Budowa jądra:

- otoczka jądrowa:

* dwubłonowa u Eucaryota

* brak u Procaryota

* błona zewnętrzna połączona z siateczką endoplazmatyczną szorstką

* wewnętrzna błona zawiera białka receptorowe

* między błonami jest przestrzeń wokół jądrowa = cysterna perynuklearna

* otoczka ma pory z kompleksem białkowym (nukleoporyny):

^ umożliwiają transport między wnętrzem a cytoplazmą

^ około 30% osłonki zajmują pory

^ liczba porów zależy od:

1. metabolicznej aktywności komórki

2. gatunku organizmu

3. typu komórki (brak porów w osłonkach plemników)

^ kompleksy białkowe rozpadają się podczas mitozy i odtwarzają później

* nukleoplazma = macierz jądrowa:

a) struktura dynamiczna biorąca udział we wszystkich procesach jądrowych

b) skład: roztwór białek, cukrów, nukleotydów, jonów

* chromatyna jądrowa

^ interfazowa forma chromosomów komórki

^ skład:

1. DNA

2. Białka histonowe i niehistonowe

^ rodzaje:

1. euchromatyna:

- postać chromatyny czynna transmisyjnie

- skład - całkowicie rozwinięte odcinki chromosomów

- przejściowy skondensowany stan euchromatyny przypominający skondensowaną heterochromatynę - w ciałku Barra i pałeczce dobosza

2. heterochromatyna:

- forma stale skondensowana, bez odcinków kodujących, inaczej mówiąc - niekodująca część chromatyny

- odcinki chromosomów nierozwinięte w interfazie

- występowanie:

* w jądrach interfazowych

* w chromosomach przy centromerach i telomerach

- Arabidopsis - rzodkiewnik - roślina wykorzystywana w badaniach molekularnych

Jąderko :

- wielkość zależna od aktywności metabolicznej komórki

- tu zachodzi synteza RNA (tRNA)

- organizatory jąderka w chromosomach jąderkowych

- liczba jąderek = liczba chromosomów jąderkowych: mniej, gdy następuje fuzja jąderek

- u człowieka występuje 5 par chromosomów jąderkowych

-

Rybosomy:

- drobne organella (10-30 nm)

- centra syntezy białek

- synteza rybosomów w jąderkach

- budowa: podjednostka mała (40S) + podjednostka duża (60S)

- są bardzo liczne - nawet do kilku mln

- wyróżniamy rybosomy:

* cytoplazmatyczne

* siateczki śródplazmatycznej ziarnistej (szorstkiej)

* mitochondrialne

* jądrowe

* chloroplastowe

- rybosomy większe u Eukariontów (80S)

Organella metabolizmu energetycznego:

1. mitochondria

2. peroksysomy

3. glioksysomy

4. chloroplasty

Mitochondria:

- tylko u Eukariontów, transformatory energii

- zmienne kształty

- można obserwować mitochondria żywe

- wybarwiają się hematoksyliną żelazistą lub fuksyną kwaśną

- typy mitochondriów:

a) nitkowate (komórki kanalików nerkowych)

b) ziarniste (oocyty)

c) rozgałęzione (komórki nerwowe człowieka)

- liczba mitochondriów w komórce zależna od zapotrzebowania energetycznego:

* bardzo duże - komórki mięśnia sercowego

* bardzo małe - komórki tkanki tłuszczowej

* brak np. u rzęsistków (zamiast tego są hydroksysomy)

* pojedyncze u świdrowca gambijskiego

- budowa:

A) błona zewnętrzna	Razem tworzą błony mitochondrialne
B) błona wewnętrzna
C) między błonami jest przestrzeń peryferyczna = przestrzeń międzybłonowa	Przestrzeń peryferyczna - są tu kinazy, bardzo dużo enzymów, całe kompleksy
D) macierz (matrix) mitochondrialna - skład:	a) kompleksy enzymów
		b) dehydrogenaza pirogronowa
		c) dehydrogenaza glutaminowa i asparginowa

- rybosomy mitochondrialne w macierzy mitochondrialnej mają 55S

- genom mitochondrialny - liniowe lub koliste, dwuniciowe DNA:

* liniowa - u grzybów i pierwotniaków

* kolista - w mitochondriach roślin

- uzyskiwanie i magazynowanie energii

- utlenianie substratów takich jak: glukoza, kwasy tłuszczowe, aminokwasy

- fosforylacja oksydacyjna - prowadzi do syntezy ATP - końcowy wynik H₂O i CO₂

- transport - błona wewnętrzna - stosunkowo szczelna

- pochodzenie mitochondriów (w aspekcie ewolucyjnym):

I. żywe organizmy

II. hipoteza „o symbolicznym pochodzeniu mitochondriów

III. mitochondria powstały z bakterii wchłoniętych na drodze fagocytozy do komórek Eukariontów - premitochondria

• liczne podobieństwa między współczesnymi mitochondriami

• geny bakteryjnych prekursorów mitochondrialnych wbudowane w genom komórki Eukariontów (genom mitochondrialny pozostałością genomu bakteryjnego

hipoteza o fagocytowaniu i o symbiotycznym wchłanianiu:

- pochodzenie mitochondriów (w ontogenezie):

I. hipoteza o powstaniu mitochondriów de novo - z podstawowych związków organicznych

II. hipoteza o powstaniu mitochondriów z innego rodzaju organelli

III.

Peroksysomy:

- dawniej mikrociała

- pęcherzyki o średnicy 0,5-1,5 mikro metra

- ketolaza i oksydaza - zawartość peroksysomów

- budowa:

* lipidowo-białkowa, pojedyncza błona komórkowa, zawiera około 10 rodzajów białek

* macierz ziarnista z rdzeniem - nukleoidami

- nukleoid - budowa rurkowata, rurki I i II rzędu

- zadania:

- rozkładają H₂O₂ (katalaza) w komórkach wątroby utleniają 10% alkoholu etylowego,

- w komórce mięśnia sercowego utlenianie alkoholu etylowego głównie w peroksysomach,

- syntezują cholesterol

- metabolizują aminokwasy

Peroksysomy roślinne:

- zawartość różnych enzymów zależnie od występowania:

a) peroksysomy liściaste - mają aminotransferazy i współdziałają z chloroplastami oraz mitochondriami w procesie fotooddychania

b) glioksysomy - cykl betaoksydacyjny kwasów tłuszczowych

Wykłady z Parazytologii i Genetyki (rocznik 2007/2008)

wykłady w niniejszej wersji są nieoficjalne i mogą zawierać błędy literowe bądź merytoryczne. Jest to tylko i wyłącznie pomoc w notowaniu zagadnień wykładowych, A NIE ŹRÓDŁO WIEDZY EGZAMINACYJNEJ!!!!

1

---