§ 52. Цитогенетики человека

Определения и обозначения

Кариотип человека — совокупность признаков хромосомного набора соматической клетки: числа, размеров и формы хромосом. Соматические клетки — все клетки тела, кроме половых. Описание кариотипа помогает установить, соответствует ли набор обычному и нет ли заметных изменений.

Аутосомы — хромосомы, одинаковые у мужчин и женщин; у человека это 22 пары. Внутри каждой пары хромосомы сходны по размеру и строению, хотя несут не обязательно одинаковые варианты генов. Выделение аутосом позволяет отдельно рассматривать хромосомы, определяющие пол.

Половые хромосомы — хромосомы, по сочетанию которых обычно различаются женский и мужской кариотипы. У женщин обычно две X-хромосомы, а у мужчин — X- и Y-хромосома. Их обозначение помогает описать половой набор, но само по себе не заменяет медицинскую оценку.

Кариограмма — упорядоченное изображение хромосом клетки, сгруппированных в пары по сходству. Пары располагают так, чтобы можно было сопоставить размеры, форму и полосатый рисунок хромосом. Благодаря этому легче заметить лишнюю, недостающую или изменённую хромосому.

Как это устроено

В нормальной соматической клетке человека 46 хромосом, объединённых в 23 пары. Такой набор называют диплоидным: в каждой паре одна хромосома получена от матери, другая — от отца. Поэтому наследственный материал представлен двумя наборами, а сходные хромосомы можно сопоставлять между собой.

Для исследования обычно выбирают делящиеся клетки на стадии метафазы. К этому моменту хромосомы уплотняются и становятся заметными под микроскопом, тогда как в неделящейся клетке они расплетены и их трудно различить по отдельности. В метафазе удобно подсчитать хромосомы и сравнить их размеры и форму.

Сначала получают образец клеток, способных делиться, например клетки крови. Затем деление останавливают на подходящей стадии, чтобы сохранить хорошо различимые хромосомы; препараты окрашивают, и на них проявляется характерный рисунок полос. Специалист фотографирует хромосомы и располагает их в пары, составляя кариограмму для последующего анализа.

Изменения кариотипа выявляют, сравнивая кариограмму с обычным набором: проверяют число хромосом и особенности их строения. Например, лишняя хромосома в одной из пар означает, что общее число может быть 47, а крупная перестройка — изменение структуры. Такие нарушения иногда связаны с особенностями развития или наследственными заболеваниями, но их значение зависит от конкретного изменения.

Цитогенетический анализ применяют для диагностики хромосомных нарушений, в том числе при исследовании клеток до рождения. Результат показывает хромосомный набор, но не объясняет автоматически все особенности здоровья и не выявляет любые изменения отдельных генов. Поэтому врач сопоставляет кариограмму с данными осмотра, семейной историей и другими обследованиями.

Хромосомный набор человека и его анализ

Сначала проверьте общее число хромосом и количество пар аутосом, а затем рассмотрите половые хромосомы. В последней строке таблицы указана общая возможность метода, а не конкретный диагноз для каждого человека. При интерпретации реального результата учитывают медицинские данные.

Разбор задач

В клетке человека обнаружено 46 хромосом. Сколько среди них аутосом и сколько пар они образуют?

1. Вспомним, что нормальный набор включает 23 пары: 22 пары аутосом и одну пару половых хромосом.
2. В одной паре половых хромосом две хромосомы, поэтому из общего числа вычитаем их: 46 − 2 = 44 аутосомы.
3. Объединяем 44 аутосомы попарно: 44 ÷ 2 = 22 пары.

Ответ: 44 аутосомы, образующие 22 пары. Проверка: к ним добавляется одна пара половых хромосом, всего получается 46 хромосом.

В кариограмме указаны 46 хромосом, включая две X-хромосомы. Определите половой набор и объясните, какие данные нужны для вывода.

1. Сначала выделяем половые хромосомы: по условию их две и обе обозначены X.
2. Записываем половой набор как XX. Если остальные хромосомы составляют обычные 22 пары аутосом, полное обозначение кариотипа будет 46,XX.
3. Сопоставляем набор с обычными вариантами: XX соответствует типичному женскому кариотипу, а XY — типичному мужскому. Для уверенного вывода нужна информация о составе всего набора, а не только об общем числе.

Ответ: половой набор XX; при нормальных остальных хромосомах кариотип обозначают 46,XX. По одному числу 46 половой набор определить нельзя — требуется знать, какие именно половые хромосомы обнаружены.

В кариограмме обнаружена дополнительная хромосома в одной из пар. Определите, какое изменение числа хромосом произошло, и объясните, почему важно установить, в какой паре находится лишняя хромосома.

1. Сравниваем изображение с обычной кариограммой, где в каждой паре по две хромосомы.
2. Если в одной паре их три, обнаружена лишняя хромосома; при исходно нормальном наборе общее число становится 47. Такое изменение числа называют трисомией соответствующей хромосомы.
3. Определяем, в какой именно паре возникло изменение: последствия зависят от того, какая хромосома представлена в дополнительном экземпляре. Для уточнения диагноза нужны точное описание находки и оценка врача.

Ответ: число хромосом увеличилось на одну, до 47; конкретное изменение — трисомия хромосомы из указанной пары. Номер пары важен, потому что разные хромосомные изменения связаны с разными последствиями и имеют разное диагностическое значение.

Типичные ошибки

Ошибка — считать все 46 хромосом аутосомами. Это происходит, если забыть, что часть набора составляют половые хромосомы. Для проверки разделите 46 хромосом на 22 пары аутосом и одну пару половых: 44 + 2.

Кариотип иногда принимают за кариограмму, потому что оба понятия относятся к хромосомному набору. Но кариотип — его характеристика, а кариограмма — упорядоченное изображение хромосом. Проверьте себя: речь идёт о свойствах набора или о схеме, где хромосомы расположены парами?

После удвоения ДНК можно ошибочно решить, что число хромосом удвоилось. Путаница возникает из-за того, что каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединённых центромерой. Число хромосом считают по центромерам: до разделения хроматид их число остаётся прежним.

Нельзя делать вывод о состоянии организма только по одной детали кариограммы. Видимое изменение требует точного описания, а его значение зависит от клинической картины и других данных. Проверьте себя: вывод опирается на весь результат анализа и медицинскую оценку или только на отдельный признак?

Связь с другими темами

Для понимания цитогенетики нужны знания о строении хромосомы, гомологичных хромосомах и диплоидном наборе. Митоз объясняет, как хромосомы распределяются между дочерними клетками. Эти понятия помогают понять, почему хромосомы удаётся сравнивать парами и подсчитывать в клетке.

Мейоз и оплодотворение объясняют, как родительские хромосомы попадают в организм потомка: гаметы несут один набор, а после их слияния набор становится парным. Нарушение расхождения хромосом при образовании гамет может привести к изменению их числа. Цитогенетические методы применяют при изучении наследственных заболеваний, генетическом консультировании и медицинской диагностике.

Что запомнить

• Нормальный кариотип человека включает 46 хромосом, или 23 пары.
• В соматической клетке человека 22 пары аутосом и одна пара половых хромосом.
• Обычно кариотип женщины обозначают 46,XX, мужчины — 46,XY.
• Кариограмма — упорядоченное изображение хромосом, позволяющее сравнивать их число и строение.
• Для подсчёта и изучения хромосом часто используют клетки в метафазе деления.
• Цитогенетический анализ помогает обнаруживать изменения числа и структуры хромосом.