Кариотип

Хромосомы — это плотные скрученные структуры, находящиеся в ядре клетки и содержащие всю генетическую информацию о живом существе.

Хромосомы встречаются в ядре клетки и несут в себе генетическую информацию о человеке

Различные участки хромосом определяют различные характеристики человека, такие как цвет глаз, группа крови, цвет волос и даже рост

У разных видов живых организмов количество хромосом может сильно отличаться. К примеру, у кошек имеется 38 хромосом, у собак — 78. В то время как количество хромосом у коровы составляет 120, а у плодовой мушки — всего 16.

Самым лидером по количеству хромосом в настоящее время считается инфузория окситрихия — у этого крошечного одноклеточного микроорганизма аж 16 000 хромосом

Наименьшее количество хромосом обнаружено у черных муравьев-бульдогов. У самок таких муравьев всего 1 пара хромосом, в то время как у самцов лишь одиночная хромосома

У людей обычно содержится 46 пар хромосом. Из них 22 пары одинаковы у мужчин и женщин. Такие хромосомы называются аутосомами.

Аутосомы отвечают за рост, цвет глаз и волос, оттенок кожи, склонность к определенным заболеваниям и другие признаки, не связанные с полом. Самая 23-я пара, состоящая из половых хромосом, или гонозом, определяет пол человека. У мужчин эта пара выглядит как XY (X-хромосома и Y-хромосома), а у женщин — XX.

Кариотип — это полный набор хромосом клетки человека. У мужчин нормальный кариотип — 46,XY, у женщин — 46,XX.

У людей обычно 46 хромосом — 23 пары. 22 из них одинаковы для мужчин и женщин, а одна отличается (на фото — нормальный мужской кариотип)

Основные виды хромосомных нарушений

Хромосомы очень чувствительны к воздействию окружающей среды, такому как электромагнитное излучение от бытовой и офисной техники, вредным химическим веществам и вирусным инфекциям, например гриппу или гепатиту.

Реакцией на неблагоприятные факторы может быть хромосомная перестройка — мутация, приводящая к изменению структуры хромосом.

Часто хромосомные мутации проявляются незаметно. Последствия этого сталкиваются в основном в процессе планирования семьи: возникают сложности с зачатием, осложнения беременности, у рожденных детей могут появиться врожденные заболевания.

Основные виды хромосомных перестроек:

• Трисомия — это когда к паре хромосом добавляется ещё одна и их становится три;
• Моносомия — это когда одна из хромосом в паре пропадает;
• Делеция — когда теряется фрагмент хромосомы;
• Дупликация — когда определённый участок хромосомы удваивается;
• Инверсия — когда участок хромосомы переворачивается;
• Транслокация — когда участок хромосомы меняет своё местоположение.

Заболевания, вызванные хромосомными изменениями

Хромосомные мутации обычно обнаруживаются у мужчин. Это связано с тем, что у них только одна X-хромосома, в то время как у женщин две. Если у женщины происходит мутация в одной из их хромосом, вторая X-хромосома компенсирует это и патологии не развивается.

Основные заболевания, вызванные хромосомными мутациями

.grid-table—nz6clp{grid-template-columns: minmax(min-content, max-content) minmax(min-content, max-content) minmax(min-content, auto)}

Синдром Клайнфельтера — это заболевание, диагностируемое у одного из 850–1 000 новорождённых мальчиков.

При рождении дети, как правило, имеют нормальные показатели роста и веса. Размер гениталий также в пределах нормы.

Основные симптомы синдрома Клайнфельтера:

• частые заболевания органов дыхания, такие как ОРВИ, бронхиты, пневмонии;
• задержка в физическом и речевом развитии;
• отсутствие одного или обоих яичек в мошонке;
• недостаточный размер полового члена;
• увеличение молочных желез;
• отсутствие волос на лице и в подмышечных впадинах;
• волосы на лобке по женскому типу;
• пониженное сексуальное влечение;
• задержка умственного развития (примерно в 50% случаев);
• осложнения в виде остеопороза, нарушения прикуса, врожденных пороков сердца;
• наличие нистагма, астигматизма, птоза века.

У пациентов с синдромом Клайнфельтера повышен риск развития эпилепсии, рака молочной железы, хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ), сахарного диабета, желчнокаменной болезни (ЖКБ), гипертонии, варикоза и лейкоза.

Синдром Шерешевского и Тёрнера — это аномалия, с которой рождается один ребенок из трех тысяч, и, как правило, это девочки. У мальчиков этот синдром встречается крайне редко.

Дети, страдающие этим синдромом, зачастую рождаются недоношенными. Даже при нормальной, доношенной беременности, малыши имеют пониженные показатели роста и веса (вес до 2800 г, рост до 48 см). У новорожденных также могут быть характерные признаки патологии: короткая шея с кожными складками по бокам, врожденные пороки сердца, отеки кистей и стоп.

При наличии синдрома Шерешевского и Тёрнера частично или полностью отсутствует X-хромосома в 23-й паре

Основные симптомы синдрома Шерешевского и Тёрнера:

• сердечные и сосудистые дефекты, такие как коарктация аорты, дефект межжелудочковой перегородки, стеноз аортального клапана, незаращение боталлова протока;
• патологии развития почек;
• замедленный рост;
• задержка в физическом и речевом развитии;
• необычная форма груди и широко расставленные соски;
• частые обострения среднего отита;
• гипогонадизм: у женщин недоразвитие яичников, у мужчин — яичек, что может привести к бесплодию;
• отсутствие менструаций (аменорея);
• неполное развитие внешних половых органов;
• необычные складки кожи на шее, напоминающие крылья;
• деформация ушных раковин, ушные раковины с низким положением;
• низкая линия роста волос на задней части шеи;
• слишком широкая грудная клетка;
• сколиоз;
• ослабление костей (остеопороз);
• косоглазие, близорукость, дальтонизм.

При синдроме Шерешевского-Тёрнера возникают ряд проблем с умственным развитием: снижается способность к обучению, задерживается речь, возникают трудности с концентрацией внимания и памятью. В редких случаях наблюдается олигофрения — отсталость ума.

Трисомия X-хромосомы — это генетическое заболевание, которое встречается только у женщин из-за наличия дополнительной X-хромосомы. Частота этого заболевания составляет 1 случай на 1000 новорожденных девочек.

Основные признаки трисомии X-хромосомы:

• раннее половое созревание;
• преждевременное начало менструаций;
• эмоциональная лабильность — резкие скачки настроения;
• редко — снижение мышечного тонуса, незначительная задержка психического развития.

У большей части женщин, у которых имеется дополнительная Х-хромосома, отсутствуют какие-либо явные признаки или симптомы заболевания.

При трисомии по Х-хромосоме интеллектуальные нарушения могут проявляться в трудностях с обучением, в синдроме дефицита внимания и гиперактивности, а также в умственной отсталости. У девочек с этим хромосомным нарушением могут возникать трудности с некоторыми школьными предметами, с памятью, концентрацией внимания и организованностью.

Синдром Дауна — широко распространенное заболевание. Оно встречается у каждого 500–800 новорожденных, одинаково часто у девочек и мальчиков.

Характерные внешние признаки синдрома Дауна: плоский затылок, сглаженная переносица, особый разрез глаз, наличие одной кожной складки на ладони

Основные признаки синдрома Дауна:

• характерные черты лица: уплощенность и переносица;
• необычная форма головы: короткая и широкая;
• короткая шея;
• особенности глаз: монголоидный разрез и эпикантус (вертикальная складка кожи);
• деформации грудной клетки;
• короткие конечности: руки и ноги;
• неправильный прикус.

Синдром Дауна увеличивает вероятность возникновения сердечно-сосудистых заболеваний, проблем со зрением и слухом, а также патологий ЖКТ.

Кроме того, у людей с этим синдромом часто наблюдается легкая или умеренная степень умственной отсталости.

Синдром Эдвардса — расстройство, которое обнаруживается в 75% случаев у девочек. Частота рождения детей с этим синдромом составляет 1 из 5 000–7 000. Возможно, это связано с тем, что беременности с плодами женского пола чаще приводят к выкидышам.

Основные признаки синдрома Эдвардса:

• низкая масса тела ребёнка при рождении;
• длинная и узкая голова;
• выступающий затылок;
• маленький рот;
• микрофтальмия — уменьшенный размер глаз;
• расщелины верхней губы;
• косоглазие;
• короткая шея с кожной складкой;
• деформации ушей: отсутствие мочек, узкие слуховые проходы, слишком низкое расположение ушей;
• укороченная грудина;
• врождённый вывих бедра;
• косолапость;
• гемангиомы на коже.

Дети, страдающие синдромом Эдвардса, часто имеют серьезные врожденные пороки сердца, проблемы с ЖКТ, патологии мочеполовой и нервной системы. В большинстве случаев они умирают в первый год жизни.

Синдром Патау – редкое заболевание, которое проявляется у одного ребенка из 7 000-10 000.

При синдроме Патау наблюдается избыточная 13-я хромосома

Основные симптомы синдрома Патау:

• микроцефалия – недостаточный размер головы;
• низкий наклонный лоб;
• узкие глазные щели;
• запавшая переносица;
• расщелины в лице – кроличья губа, волчья пасть;
• деформация ушных раковин;
• врожденная катаракта.

У детей с синдромом Патау нередко встречаются врожденные пороки сердца, аномалии почек, аномалии развития пищеварительной системы, нарушения в работе костно-мышечной системы. Примерно 90% пациентов умирают в течение первого года жизни.

Синдром кошачьего крика — это недуг, получивший свое название благодаря характерным звукам, издаваемым детьми после рождения: их плач напоминает мяуканье кошки.

Синдром кошачьего крика является крайне редким хромосомным расстройством, которое проявляется у одного ребенка на 45 000-50 000.

Основные признаки синдрома кошачьего крика:

• характерный высокий и пронзительный плач у детей;
• наличие микроцефалии;
• возможное косоглазие;
• отклонение в прикусе;
• проблемы со зрением;
• деформация ушных раковин;
• неправильная форма носа;
• короткая шея с крыловидными складками;
• особенность в походке;
• наличие расщелин в нёбе и верхней губе;
• замедленное умственное развитие.

У детей с синдромом кошачьего крика нередко возникают проблемы с умственным развитием, нарушения в речи и значительное отставание в физическом развитии.

Ожидаемая продолжительность жизни в большинстве случаев не превышает 1 года, только 10% детей доживают до подросткового возраста.

Кариотипирование — исследование числа и структуры хромосом

Аномалии хромосом похожи на замедленную бомбу, которая может взорваться спустя годы или даже десятилетия. Многие люди и не подозревают, что у них есть генетические изменения, способные вызвать различные заболевания не только у их детей, но и у внуков или правнуков.

Возникают проблемы при планировании семьи, чаще всего это бесплодие, осложнения во время беременности или нарушения в развитии плода.

Для выявления хромосомных нарушений используется метод кариотипирования.

Кариотипирование — это изучение структуры и числа хромосом. Для этого проводится анализ венозной крови под микроскопом.

Методы кариотипирования

Основные методы анализа кариотипа — классический цитогенетический и молекулярный.

Как правило, для проведения анализа используют венозную кровь. Также в качестве материала для исследования могут быть использованы костный мозг, слюна, ворсины хориона или околоплодные воды.

При цитогенетическом исследовании из крови пациента выделяют лимфоциты — виды белых кровяных клеток.

Лимфоциты выращивают в пробирке, затем подавляют их рост в момент, когда хромосомы наилучшим образом просматриваются.

После этого хромосомы окрашивают специальными красителями и изучают под микроскопом: оценивают количество, размер и структуру хромосом.

Более современные методы исследования кариотипа include FISH (молекулярный анализ) и aCGH (сравнительная геномная гибридизация).

При использовании метода FISH в образец вводят фрагменты ДНК со светящимися разноцветными метками, называемыми ДНК-зондами. Если в крови не обнаруживается мутированных хромосом, то зонды просто «вымываются» в ходе химической реакции. Если мутации присутствуют, зонды связываются с измененными участками хромосом и подсвечивают их.

Благодаря методу FISH можно точно определить характер хромосомной мутации.

Метод aCGH заключается в сравнении эталонной ДНК с ДНК пациента. Для анализа образцы размечают флуоресцентными маркерами, где для нормальной ДНК используется красный цвет, а для исследуемой – зеленый.

Оба образца смешивают и наносят на микрочип – миниатюрное стекло, на котором в определенном порядке нанесены участки ДНК всех хромосом человека.

Нормальные фрагменты ДНК контрольного и исследуемого образца равномерно покрывают микрочип смешанным – синим – цветом. Если в образце пациента отсутствует определенный фрагмент хромосомы, то цвет на микрочипе будет красным. В случае exceso же хромосом, участок микрочипа окрасится в зеленый цвет.

Показания к кариотипированию

Будущим родителям рекомендуется пройти кариотипирование на этапе планирования беременности.

Основные показания к кариотипированию:

• Если прошло 1 год с момента отмены контрацепции и беременность так и не наступила;
• если было два или более случаев выкидыша или замершей беременности;
• если произошли случаи мертворождения или смерти ребенка в возрасте до 1 года;
• если в семье уже есть ребенок с заболеванием, связанным с хромосомными нарушениями;
• если результаты спермограммы показали отсутствие или значительное снижение концентрации половых клеток в эякуляте;
• если у женщины нет менструации в течение 6 месяцев;
• если среди родственников хотя бы у одного из будущих родителей есть генетические заболевания.

Детям целесообразно провести кариотипирование при наличии врожденных пороков внутренних органов и систем, задержке физического или умственного развития, а также при наличии характерных признаков заболеваний, вызванных хромосомными мутациями.

Подготовка к кариотипированию

Для кариотипирования не существует специальных правил подготовки. Однако, существуют общие рекомендации: за 2 часа до процедуры можно перекусить легкой нежирной пищей, а прямо перед анализом — съесть что-нибудь сладкое.

Исследование можно проводить через 2 недели после перенесенных инфекционных заболеваний.

Результаты кариотипирования

Нормальные результаты кариотипирования представлены следующим образом: 46,XX — женский кариотип, 46,XY — мужской кариотип.

Иногда можно встретить мозаичный кариотип — нарушения хромосом обнаруживаются только в некоторых клетках.

Кариотипирование позволяет выявить следующие хромосомные нарушения:

• Трисомия — это когда в паре хромосом лишняя, третья. Обычно в анализе обозначается значком «+»;
• Моносомия — это когда одна из хромосом в паре отсутствует;
• Делеция (del) — это когда участок хромосомы теряется;
• Дупликация (dup) — это когда участок хромосомы удваивается;
• Инверсия (inv) — это когда участок хромосомы переворачивается;
• Транслокация (t) — это когда участки хромосом меняются местами.

Если результаты кариотипирования показали отклонения от нормы, то супругам необходимо обратиться к врачу-генетику. Он определит риск рождения больного ребёнка и предложит способы, которые помогут этого избежать, — различные методы вспомогательной репродукции (ЭКО, ИКСИ, использование донорских половых клеток) или предимплантационную генетическую диагностику эмбрионов (до переноса в матку).

Обнаружение аномалий в кариотипе ребенка поможет определить стратегию лечения и справиться с неприятными симптомами, которые могут беспокоить малыша.

Источники

1. Доброхотова Ю.Э. Генетические аспекты абортов. Значимость проблемы // Практикующий врач. 2022.
2. Каннан Т.П., Зильфалил Б.А. Цитогенетика: прошлое, настоящее и будущее // Малайзийский журнал медицинских наук. 2009. Том 16(2). С. 4-9.
3. Трофимова И.Л. Практикум по цитогенетике: анализ кариотипа человека : учебное пособие. СПб., 2018.

Генетические синдромы, связанные с хромосомными нарушениями

В данном разделе будем рассматривать генетические состояния, связанные с изменениями в структуре или числе хромосом. Эти нарушения могут привести к различным симптомам и патологиям, которые могут быть выявлены с помощью кариотипирования при использовании полярного микроскопа.

Кариотипирование с использованием полярного микроскопа позволяет обнаруживать эти генетические синдромы путем изучения хромосомных нарушений и аномалий. Точное определение характерных изменений в хромосомах пациента помогает в диагностике и выборе подходящего лечения.

Полярный микроскоп — необходимый прибор для проведения кариотипирования

Для проведения кариотипирования необходимо использовать специальное оборудование, а именно полярный микроскоп. Этот прибор позволяет анализировать хромосомы, идентифицировать их количество, форму и структуру. Полярный микроскоп обеспечивает высокую четкость изображения и позволяет профессионалам проводить точные и надежные исследования хромосомных аномалий.

• Осложнения могут возникнуть в случае неправильной калибровки прибора или недостаточной квалификации специалиста, проводящего исследование.
• Также противопоказанием к проведению кариотипирования может быть неправильное хранение образцов хромосом или их недостаточное количество для проведения исследования.

Полярные микроскопы сегодня являются неотъемлемой частью работы генетиков и специалистов по изучению хромосомных аномалий. Благодаря этим приборам проведение кариотипирования становится более точным и эффективным, что в итоге помогает в диагностике и лечении генетических заболеваний.

Осложнения и противопоказания к проведению кариотипирования

При проведении кариотипирования могут возникнуть некоторые осложнения и существуют противопоказания, которые важно учитывать для успешного проведения данной процедуры. О наиболее распространенных проблемах и противопоказаниях к проведению кариотипирования стоит рассказать более подробно.

Одним из возможных осложнений кариотипирования является потеря или повреждение хромосомного материала в процессе подготовки образца. Это может привести к искажению результатов и усложнить интерпретацию полученной информации. Поэтому необходимо тщательно контролировать все этапы процедуры для исключения подобных негативных последствий.

Другим важным моментом является наличие противопоказаний к проведению кариотипирования. Например, у некоторых пациентов с серьезными нарушениями свертываемости крови такая процедура может быть противопоказана из-за возможного риска кровотечения. Также у беременных женщин с высоким риском для здоровья ребенка проведение кариотипирования может быть отложено или заменено более безопасными методами диагностики.

Важно помнить, что каждый случай индивидуален, и решение о проведении кариотипирования должно приниматься с учетом всех возможных рисков и противопоказаний.

Перспективы развития методов кариотипирования

В данном разделе рассмотрим возможные улучшения и инновации в области методов кариотипирования, которые могут способствовать более точному и быстрому анализу хромосомных аномалий.

Видео по теме:

Вопрос-ответ:

Зачем нужны хромосомы в клетке?

Хромосомы несут всю генетическую информацию о живом организме. Они играют ключевую роль в передаче наследственных свойств от одного поколения к другому и контролируют процессы клеточного деления и дифференциации.

Сколько хромосом обычно содержит человеческая клетка?

Человеческая клетка обычно содержит 46 хромосом, распределенных попарно. Это значит, что у человека есть 23 пары хромосом.

Каким образом хромосомы кодируют генетическую информацию?

Хромосомы состоят из ДНК и белков, которые вместе образуют комплекс нуклеопротеин. ДНК содержит гены, которые кодируют информацию о структуре и функциях организма.

Какие изменения в хромосомах могут привести к генетическим заболеваниям?

Изменения в хромосомах, такие как дупликации, делеции, инверсии или транслокации, могут привести к генетическим заболеваниям. Например, синдром Дауна вызван трисомией 21 хромосомы.