Что такое кариотип человека определение. Кариотип человека что это? Определение термина

Кариотип человека состоит из 46 хромосом. Само определение кариотипа подразумевает не только анализ количества хромосом, но и описание их строения. Дело в том, что у разных видов живых организмов количество хромосом может совпадать, а вот полное совпадение их строения - никогда. Таким образом, кариотип (в том числе и человека) видоспецифичен, т. е. уникален для каждого вида живых организмов, что позволяет их отличать от других.

С другой стороны, некоторые особи одного вида могут иметь незначительные отклонения от нормального кариотипа, т. е. иметь аномальный кариотип. У человека нередко встречаются кариотипы с 47-ю и 45-ю хромосомами.

46 хромосом, составляющих кариотип человека, присутствуют почти в каждой соматической (не половой) клетке организма и представляют собой 23 пары гомологичных хромосом. Точнее, 22 пары аутосом и одну пару половых хромосом. Причем у женщин половые хромосомы гомологичны (XX), а у мужчин - нет (XY).

Таким образом, кариотип - это диплоидный (2n) набор хромосом . (Исключением являются кариотипы гаплоидных (n) организмов.) Половина хромосом кариотипа достается организму от матери, другая - от отца.

Следует различать понятия кариотипа, генотипа и генома. В основном под кариотипом понимают особенности строения полного набора хромосом особи или вида. Генотип - это совокупность всех генов особи, что также предполагает анализ диплоидного набора хромосом, но уже на генном уровне (анализ совокупности генов организма), а не на уровне строения хромосом. Под геномом часто понимают совокупность наследственного материала гаплоидного набора хромосом (в случае диплоидных эукариот). Геном представляется собой набор генов, «описывающий» видовые характеристики организма. Например, у всех людей есть гены, обусловливающие развитие глаз, рук, ног, сложного мозга и др. Такие общие особенности плана строения и функционирования особей вида задаются геномом. Но люди различаются между собой по цвету глаз, темпераменту, длине тела и др. Для анализа таких вариаций в пределах одного генома используют понятие генотипа.

Правильное количество хромосом кариотипа человека было впервые определено в 50-х годах XX века. В это время была возможность только измерять длину самих хромосом и длину их плеч (p - короткое плечо, q - длинное). На основе этих данных ученые классифицировали хромосомы.

Позже (в 60-х, начале 70-х) был изобретен метод дифференциальной окраски хромосом разными красителями. Использование определенных красителей приводило к поперечной исчерченности хромосом (появлению на них множества чередующихся полос). Причем для каждой пары гомологичных хромосом полосы имели исключительно свои особенности (количество, толщину), но всегда одинаковые независимо от типа клеток и особей вида.

На основе метода дифференциальной окраски были разработаны карты-схемы (кариограммы, идиограммы ) кариотипа человека, на которых каждой хромосоме из гаплоидного набора (или двум гомологичным хромосомам из диплоидного набора) присваивался номер, прорисовывалась исчерченность хромосом. Аутосомы нумеровались по убыванию размеров (самая большая хромосома имела номер 1, самая маленькая - 22). Половые хромосомы имели номер 23. Кроме того, хромосомы объединялись в группы.

В кариотипе человека присутствуют все три типа хромосом: метацентрические (равноплечие: p = q), субметацентрические (p акроцентрические (в основном есть только плечо q).

Плечо хромосомы - это ее область от центромеры (первичной перетяжки) до теломеры (расположенной на конце). На идиограммах кариотипа человека (а также многих домашних и лабораторных живых организмов) каждое плечо каждой хромосомы имеет свою утвержденную стандартом нумерацию полос (причем используется два уровня нумерации: нумеруются групп, в каждой группе нумеруются отдельные полосы). Нумерация идет от центромеры к теломерам. В настоящее время в ряде полос ученым удалось определить локализацию определенных генов.

Кроме кариограмм используется специальный стандарт записи кариотипа. В случае человека нормальные кариотипы записываются так: 46, XX (для женщины) и 46, XY (для мужчины). В случае геномных (не путать с генными) лишние или недостающие аутосомы указываются с помощью числа-номера хромосомы и знака «+» или «-», половые хромосомы указываются явно. Например:

47, XX, 21+ (женщина с дополнительной 21 хромосомой),
47, XXY (мужчина с дополнительной X-хромосомой).

Аномалии кариотипа могут касаться не только количества хромосом, но и изменения их строения (хромосомные мутации). Какой-либо участок хромосомы может перевернуться (инверсия), удалиться (делеция), перенестись на другую хромосому (транслокация) и др. Для таких случаев также предусмотрен свой стандарт записи. Например:

46, XY, 5p- (произошла делеция всего короткого плеча 5-й хромосомы),
46, XX, inv (3)(q1.1-1.4) (в длинном плече 3-й хромосомы произошла инверсия участка, начинающегося с номера 1.1 и заканчивающегося номером 1.4).

Люди часто путают названия и не понимают различий между хромосомными синдромами и генными заболеваниями. Эти термины обозначают разные патологии. Из данной статьи вы узнаете, что такое кариотип, в чем заключается особенность хромосомных заболеваний.

Что означает термин "кариотип"?

Кариотипы - это некие сочетания хромосом. на предмет их количества и строения проводятся в любом возрасте, один раз в жизни. Что можно определить у хромосомы при исследовании:

Форму и размеры.
Длину плеча.
Наличие дополнительных перетяжек.
Расположение теломер.

Типы кариотипов

У всех видов живых организмов, в том числе и людей, существуют свои кариотипы. Это сочетание всех качеств хромосом, состав которых обеспечивает нормальную жизнедеятельность каждого конкретного индивидуума живого мира. Кариотип бывает:

Видовой, то есть характерный только для данного вида.
Индивидуальный - свойственный отдельной особи.

Нормальный кариотип человека

Заболевания, которые сопровождаются патологическими изменениями, называются хромосомными. Генетика изучает их особенности и строение. В норме хромосомы человека (кариотип) состоят из 46 штук. В этом составе есть два вида. Половые хромосомы содержатся в количестве 2 штук. Остальные 22 пары - неполовые, они носят название "аутосомы".

У женщин половые хромосомы представлены парой XX (две большие хромосомы), а у мужчин - XY (одна большая и одна маленькая). Исходя из этого, нормальный кариотип у прекрасной половины человечества имеет формулу 46XX, а у мужчин - 46XY. Любые отклонения от данных формул вызывают различные уродства, пороки развития, невынашивание плода, бесплодие и др.

Анализ кариотипа

Происходит на стадии когда изменяются их размеры. В этот период они доступны для распознавания. Исследование на кариотипы проводится благодаря способу специальной окраски и последующему изучению хромосом в световом микроскопе. Данный метод позволяет увидеть размеры и формы, структуру тел, а также первичные или вторичные перетяжки и неоднородность участков. Для визуального описания изменений хромосом была разработана международная система обозначений. Сначала указывается их количество (цифрами), затем отмечается их вид - половые или аутосомы, а следующая запись - это особенности (в основном длина плеча).

Все изображения в микроскопе фотографируются, чтобы зафиксировать изменения, и по совокупности всех кадров в итоге составляется полная картина. Очень важно сдать анализы на кариотипы, это поможет выявить различные патологии еще на ранних стадиях зарождения и развития эмбриона. Ведь это влияет на рождение здорового потомства.

Типы анализов на кариотип

Существуют 2 типа исследования на кариотип:

Определение кариотипа в лейкоцитах. Данное исследование проводится взрослым людям на предмет нахождения или исключения хромосомной патологии. Ведь, если она подтвердится, то в будущих поколениях может появиться Для такого анализа пациенту необходимо сдать кровь на кариотип.
Пренатальное исследование. Этот анализ проводится внутриутробно, чтобы определить хромосомные патологии у плода. Очень важно для будущих родителей сделать данный анализ, проверить кариотип. Цена на него хоть и отпугивает, но необходимо изыскать средства и сделать исследование. При некоторых результатах анализа показано прерывание беременности, так как патология плода может быть несовместима с жизнью или в будущем принесет тяжелые, непоправимые последствия.

Кому необходимо сдавать анализ на кариотип?

Во многих странах исследование кариотипа является обязательным условием перед вступлением в брак. И это правильно, ведь у любого человека может возникнуть изменение строения хромосом, которое не влияет на его здоровье. Но это может проявиться только при планировании беременности.

Как и в случаях со сдачей любых других анализов, существуют относительные и абсолютные показания к определению. К первой группе относятся:

Наличие генетической патологии у одного из супругов.
Постоянные самопроизвольные выкидыши.
Рождение ребенка с генетической патологией.
Возраст будущей мамы или планирующей беременность женщины свыше 35 лет.
Воздействие на организм различных патогенных факторов, таких как радиация, химические вещества и др.
Нарушение полового развития.

Относительные показания к сдаче на кариотипы - это необязательные предрасположения. Анализы в таких случаях сдавать желательно.

Что можно выяснить при сдаче анализа на кариотип?

Пройдя это исследование, можно многое узнать о своем генетическом здоровье. Первое и самое приятное - это убеждение в том, что человек здоров. Любое изменение кариотипа говорит об отклонениях от нормы. Данный вид исследования поможет выяснить:

Причины различных нарушений у детей, таких как задержка развития, нарушение интеллекта, преждевременное прекращение роста и др.
Выяснить риски рождения потомства с генетическими заболеваниями.

Помимо этого данный анализ позволяет распознать различные хромосомные заболевания. Существуют ярко выраженные формулы, то есть кариотипы синдромов, таких как:

Кариотип с аномалиями обнаруживается примерно у 1% всех новорожденных. Эти нарушения ведут к различным патологиям и даже к Случаи аномалий увеличиваются вместе с возрастом матери. Этот показатель влияет на риск развития у ребенка синдрома Дауна. У беременной в возрасте до 35 лет такой риск составляет 1:1000, до 40 лет -1:200, а после 45 - 1:19.

Где можно сделать анализ на кариотип?

Несмотря на то что данное исследование многим известно и достаточно распространено, некоторые задаются вопросом: где сдать кариотип и в каком месте берут этот анализ? Эта процедура достаточно трудоемкая и, соответственно, дорогостоящая, поэтому в районных поликлиниках она не проводится. Но в каждом большом городе есть учреждение, где сдается анализ на кариотип, достаточно лишь получить направление от лечащего врача. К таким организациям относятся:

Центры планирования семьи.
Медицинские генетические учреждения.
Современные лаборатории, проводящие различные исследования.
Центры материнства и детства.
Частные клиники.

Для предотвращения неблагоприятного исхода беременности и выявления причины бесплодия нужно тщательным образом изучить хромосомный набор обоих супругов. Современное обнаружение нарушения кариотипа позволяет применить методы, благодаря которым можно родить здорового ребенка.

Одной из основных причин изменения кариотипа является "неправильный" сперматогенез. Некоторые сперматозоиды с нарушенным строением участвуют в оплодотворении яйцеклетки. Именно они могут стать причиной зарождения эмбриона с измененным кариотипом. Помимо этого на появление нарушений влияет плохая экологическая обстановка, которая провоцирует мутацию хромосом. А они, в свою очередь, негативно воздействуют на изменение кариотипа человека. Эти мутации передаются по наследству, поэтому не стоит рисковать здоровьем своего будущего ребенка и пренебрежительно относиться к анализам такого рода.

1. Понятие о кариотипе и кариограмме.

Кариотип - это совокупность всех хромосом диплоидного набора клетки, который характеризуется количеством хромосом и особенностями строения каждой хромосомы. Для нормального кариотипа характерно следующее:

присутствует нормальное количество хромосом,
все хромосомы представлены парами гомологичных друг другу хромосом,
каждая хромосома имеет нормальное строение: характерное для нее расположение центромеры, соотношение и строение плеч, отсутствуют хромосомные мутации.

Кариограмма – это изображение всех хромосом диплоидного набора клетки, которые распределены по группам и расположены друг за другом в порядке уменьшения размеров с учетом индивидуальных особенностей каждой хромосомы.

Организмы разных видов различаются по кариотипу: по числу и/или индивидуальным особенностям тех или иных хромосом. Кариотип и хромосомы человека обладают многими признаками, общими для кариотипа и хромосом организмов других видов.

Хромосомы состоят из хроматина – комплекса ДНК с многочисленными белками.
Структурной единицей хроматина является нуклеосома – комплекс из четырех пар гистоновых белков, вокруг которого намотано около двух витков молекулы ДНК. В одной хромосоме находится только одна молекула ДНК, которая намотана на тысячи гистоновых комплексов.
Разные участки хроматина различаются по степени конденсации, или упаковки в пространстве . Эухроматин слабо конденсирован и содержит активно функционирующие гены. Гетерохроматин сильно конденсирован и содержит нефункционирующие гены и участки ДНК, не содержащие гены. Участки гетерохроматина окрашиваются красителями сильнее, чем участки эухроматина и в микроскоп выглядят более темными.
При делении клетки хроматин, конденсируясь, приобретает вид плотных палочковидных структур, особенно хорошо видимых в метафазу митоза.
Диплоидный набор хромосом представляет собой набор пар гомологичных друг другу хромосом. Хромосомы каждой пары гомологичны друг другу и негомологичны всем остальным хромосомам. Кариотип человека включает в себя 46 хромосом: 22 пары аутосом и две половые хромосомы: две Х-хромосомы у женщин, Х- и Y-хромосомы у мужчин.
Негомологичные хромосомы различаются по длине и форме, имеют приблизительно одинаковую толщину.
Все хромосомы имеют два плеча и расположенный между ними истонченный участок – центромеру, или первичную перетяжку. В области первичной перетяжки расположен кинетохор – плоская структура, белки которой, взаимодействуя с микротрубочками веретена деления, обеспечивают перемещения хромосом во время деления клетки.
Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку, в области которой расположены гены рибосомных РНК, происходит синтез рРНК и образуется ядрышко ядра. У человека вторичную перетяжку имеют хромосомы 13, 14, 15, 21 и 22.
В кариотипе находятся хромосомы трех типов, различающиеся по расположению центромеры и,соответственно, соотношению плеч.
Концы каждой хромосомы – это теломеры . У человека ДНК теломерного участка представляет собой многократно повторяющуюся нуклеотидную последовательность 5" ТТАГГГ 3" в одной из нуклеотидных цепей ДНК.
После каждого акта репликации и деления клетки происходит укорочение теломерных участков хромосом.
В диплоидном наборе женских особей находится две Х-хромосомы, а в диплоидном наборе мужских особей – одна Х-хромосома и одна Y-хромосома. Х- и Y-хромосомы различаются по длине, форме и наборам генов. У человека ген SRY Y-хромосомы обусловливает развитие мужского пола.
Во время профазы и метафазы митоза каждая хромосома состоит из двух одинаковых хроматид – одинаковых копий материнской хромосомы, образовавшихся после репликации ДНК.

2. Получение кариограммы.

Для изучения кариотипа обычно используют лейкоциты периферической крови, клетки красного костного мозга и некоторые другие клетки. При необходимости изучают клетки оболочек зародыша и плода, так как они имеют такой же кариотип и генотип, как клетки еще неродившегося организма, поскольку тоже являются потомками зиготы.

Клетки помешают в питательную среду и побуждают их к делению с помощью специальных стимуляторов деления. Одним из стимуляторов деления является вещество растительного происхождения фитогемагглютинин (ФГА). Фитогемагглютинин является углеводом обыкновенной фасоли Phaseolus vulgaris, способный агглютинировать эритроциты . Фитогемагглютинин является сильным митогеном – веществом, стимулирующим деление клеток путем митоза.

Под влиянием ФГА клетки начинает делиться путем митоза. Затем в культуральную среду с делящимися клетками добавляют колхицин. Это алкалоид растительного происхождения, обычно получаемый из безвременника (зимовника) осеннего (Colchicum autumnale ) или других представителей семейства лилейные. Колхицин препятствует образованию микротрубочек из белка тубулина. В делящейся клетке микротрубочки входят в состав веретена деления и в норме сначала обеспечивают передвижение всех хромосом в область экватора веретена деления, а затем участвуют в расхождении хроматид каждой хромосомы в разные стороны , к разным полюсам веретена деления клетки. Поэтому в присутствии колхицина деление всех клеток останавливается на одной и той же стадии митоза: в конце профазы, непосредственно перед метафазой. В зарубежной научной литературе эта стадия называется прометафазой. В эту стадию все хромосомы полностью конденсированы и хорошо видны в световой микроскоп в виде палочковидных структур, расположенных в одной плоскости. Совокупность всех таких хромосом одной клетки называется метафазной пластинкой (рис.1).

Для удобства изучения живые клетки помещают в гипотонический раствор поваренной соли. В таком растворе вода заходит в клетку, клетка увеличивается в размере, и хромосомы более свободно распределяются в цитоплазме - на большем , чем прежде, расстоянии друг от друга.

Затем хромосомы окрашивают, фотографируют и изучают их изображение под микроскопом. Окраску проводят простыми, диффенциальными или флюоресцентными красителями, которые помогают идентифицировать хромосомы.

Рис.1. Метафазная пластинка человека.

1 – большая метацентрическая хромосома

2 – маленькая акроцентрическая хромосома

3 – большая субметацентрическая хромосома

4 – маленькая метацентрическая хромосома

5 – средняя акроцентрическая хромосома.

Как видно из рис.1, хромосомы различаются по размеру и форме. Все они имеют Х- или Y-образную форму, что обусловлено тем, что дочерние хроматиды – копии материнской хромосомы - остаются соединенными в области первичной перетяжки.

В метафазной пластинке каждая хромосома состоит из двух одинаковых хроматид. Для каждой хромосомы диплоидного набора имеется лишь одна, парная ей хромосома. Парные хромосомы называются гомологичными друг другу хромосомами. Гомологичные хромосомы имеют одинаковые внешние признаки: длину; форму (расположение первичной перетяжки и соответствие плеч, наличие или отсутствие вторичной перетяжки) и одинаковую степень конденсации хроматина в тех или иных участках: участки с сильно конденсированным хроматином выглядят темными, а участки со слабо конденсированным хроматином - более светлыми. По этим же признакам негомологичные друг другу хромосомы отличаются друг от друга. Различают следующие типы хромосом человека (рис.2):

Метацентрические , равноплечие хромосомы: первичная перетяжка (центромера) расположена в центре (посередине) хромосомы, плечи хромосомы одинаковые.
Субметацентрические , почти равноплечие хромосомы: центромера находится недалеко от середины хромосомы, плечи хромосомы незначительно отличаются по длине.
Акроцентрические , очень неравноплечие хромосомы: центромера находится очень далеко от центра (середины) хромосомы, плечи хромосомы существенно различаются по длине.

Рис.2. Типы хромосом человека.

Поскольку каждая пара гомологичных друг другу хромосом имеет характерные для них признаки, то это позволяет идентифицировать конкретные хромосомы. Идентифицировав хромосомы, строят кариограмму: располагают хромосомы в порядке уменьшения размера, раскладывая их по группам в зависимости от размера и формы. При построении кариограммы половые хромосомы располагают отдельно от аутосом, хотя Х-хромосома относится к хромосомам группы С, а Y-хромосома – к хромосомам группы G.

Кариограмму строят при изучении кариотипа конкретного человека. Обобщенная, идеализированная кариограмма, в которой представлены особенности кариотипа вида, называется идиограммой . Идентифицируя хромосомы и строя кариограмму конкретного человека, врач-генетик всегда имеет перед собой образец - идиограмму вида Человек разумный.

На рис. 3 представлена кариограмма мужчины с нормальным кариотипом. В прямоугольной рамке показаны половые хромосомы женщины с нормальным кариотипом.

Рис. 3. Нормальная кариограмма человека.
В первых семи рядах кариограммы представлены аутосомы групп A – G. Они одинаковы в кариотипах мужского и женского организмов. В последнем ряду представлены половые хромосомы. В мужском кариотипе это Х-хромосома группы С и Y-хромосома группы G. В женском кариотипе это две Х-хромосомы . Таким образом, кариограммы мужского и женского организмов легко отличить друг от друга: кариограмма женского организма содержит две одинаковые метацентрические хромосомы среднего размера – Х-хромосомы, а кариограмма мужского организма содержит две разные по размеру и форме хромосомы: одну метацентрическую хромосому среднего размера – Х-хромосому и одну акроцентрическую хромосому небольшого размера – Y-хромосому.

Процедура составления кариограммы вручную трудоемка и требует определенной последовательности действий. Составление кариограммы является частью лабораторной работы, которую выполняют студенты первого курса медицинского университета.

В последние годы для идентификации хромосом и построения кариограммы используют компьютерные программы. При этом изображение метафазной пластинки поступает в компьютер через видеокамеру, соединенную с люминесцентным микроскопом.

3. Лабораторная работа “Составление кариограммы человека”.

На лабораторной работе каждый студент получает конверт с набором из 45-47 изображений хромосом человека и лист бумаги с названиями групп хромосом . Задачей студента является правильное разложение хромосом по группам.

Все хромосомы в зависимости от формы разделите на две большие группы:
- акроцентрические хромосомы
- метацентрические и субметацентрические хромосомы
Обратите внимание на акроцентрические хромосомы. Все акроцентрические хромосомы в зависимости от размера разделите на две небольшие группы:
- средние акроцентрические хромосомы.
- маленькие акроцентрические хромосомы
Маленькие акроцентрические хромосомы – это хромосомы группы G . В нормальном кариотипе их может быть 4-5 хромосом в зависимости от пола человека. В нормальном женском кариотипе это 2 пары аутосом, в нормальном мужском кариотипе – 2 пары аутосом и одна Y-хромосома. У людей с с. Дауна и с. лишней Y-хромосомы группа G может содержать 5-6 хромосом. К сожалению, обычное окрашивание хромосом не позволяет с уверенностью различить хромосому 21-й пары и Y-хромосому. По этой причине набор изображений 5-и хромосом группы G может принадлежать и женщине с с. Дауна, и мужчине с с. Клайнфельтера, а набор изображений 6-и хромосом группы G может принадлежать и мужчине с с.Дауна, и мужчине с дополнительной Y-хромосомой в кариотипе. Если у вас всего 2 пары хромосом этой группы, то положите их изображения на лист с названиями групп хромосом напротив названия группы G. Если у вас имеется еще две хромосомы этой группы, то одну из них положите рядом с хромосомами 21-й пары, а другую – на место половых хромосом, считая ее Y-хромосомой. Если у вас имеется 5 хромосом этой группы, то до окончания составления кариограммы вы можете считать ее хромосомой 21-й пары или Y-хромосомой. В зависимости от вашего предварительного выбора положите 5-ю хромосому этой группы в соответствующее место листа с названиями групп хромосом.
Средние акроцентрические хромосомы – это хромосомы группы D. В нормальном кариотипе их 3 пары. При с. Патау в кариотипе человека обнаруживается 7 хромосом этой группы за счет дополнительной хромосомы 13-й пары. Положите изображения хромосом группы D на лист с названиями групп хромосом в соответствующее место.
Вы разложили все акроцентрические хромосомы. Теперь обратите внимание на оставшиеся не разложенными метацентрические и субметацентрические хромосомы. Все эти хромосомы в зависимости от размера разделите на две небольшие группы:
- крупные и средние хромосомы
- короткие и маленькие хромосомы.
Обратите внимание на короткие и маленькие хромосомы последней группы. Выберите из них 2 пары самых маленьких метацентрических хромосом. Это хромосомы группы F. Положите изображения хромосом этой группы на лист с названиями групп хромосом в соответствующее место. Оставшиеся хромосомы – это хромосомы группы Е. В нормальном кариотипе их 3 пары. При с. Эдвардса в кариотипе человека обнаруживается 7 хромосом этой группы за счет дополнительной хромосомы 18-й пары. Положите изображения хромосом этой группы на лист с названиями групп хромосом в соответствующее место.
Обратите внимание на оставшиеся не разложенными крупные и средние хромосомы. Выберите из них 3 пары самых крупных хромосом. Это метацентрические хромосомы группы А. Положите их изображения на лист с названиями групп хромосом.
Из оставшихся хромосом выберите 2 пары самых больших хромосом. Это метацентрические хромосомы группы В. Положите их изображения на лист с названиями групп хромосом в соответствующее место.
Все оставшиеся хромосомы – это субметацентрические хромосомы группы С. 7 пар хромосом этой группы – это аутосомы. Положите их изображения на лист с названиями групп хромосом напротив названия группы С. Все остальные хромосомы этой группы – это Х-хромосомы. Количество Х-хромосом в кариотипе конкретного человека может быть 1-3. Положите изображения Х-хромосом на лист с названиями групп хромосом в соответствующее место.
Внимательно изучите составленную вами кариограмму. Кариограмма не должна содержать одновременно две крупные аномалии, поскольку это не встречается в реальной жизни . Это может случиться в том случае , если вы неправильно идентифицировали Y-хромосому, приняв ее за хромосому 21-й пары. Например, кариограмма не может содержать одновременно трисомию про 21-й хромосоме и моносомию по Х-хромосоме, то есть, кариограмма не может принадлежать человеку, страдающему одновременно с. Дауна и с.Шерешевского-Тернера. Скорее всего, в вашем распоряжении нормальная кариограмма мужчины. Для исправления ошибки достаточно перенести одну из 3-х хромосом 21-й пары на место расположения половых хромосом, поместив ее рядом с Х-хромосомой. При составлении кариограммы конкретного человека такая ситуация не возникает, так как еще до начала составления кариограммы известен пол человека и предварительный диагноз.

3. Анализ кариограммы человека.

При анализе кариограммы от студента требуется следующее:

уметь идентифицировать пол человека
уметь идентифицировать нормальный кариотип человека
уметь идентифицировать наличие хромосомного заболевания, связанного с аномалией числа хромосом (с. Дауна, с. Клайнфельтера, с. Шерешевского-Тернера, с. Трисомии - Х, с. Патау, с. Эдвардса, с. лишней Y-хромосомы).

Анализируя кариограмму, обращают внимание на следующие ее признаки:

общее количество хромосом;
парность или непарность тех или иных хромосом;
количество и вид половых хромосом;
наличие тех или иных аномалий числа хромосом.

При анализе кариограммы человека следует придерживаться следующей последовательности действий.

Пронумеруйте пары гомологичных хромосом; нумеруйте их даже в том случае, если гомологичные хромосомы представлены не двумя, а одной или тремя хромосомами.
Найдите на кариограмме аутосомы и половые хромосомы. Половые хромосомы обычно располагают отдельно от аутосом. Нормальная кариограмма содержит 22 пары аутосом и 1 пару половых хромосом. Кариограмма больного человека может содержать 45- 46 аутосом и 1-3 половых хромосомы.
Определите пол человека по его кариограмме. Для этого внимательно изучите половые хромосомы.
Если все они одинаковые, среднего размера и метацентрические, значит все они – Х-хромосомы, а перед вами кариограмма женского организма.
Если среди половых хромосом есть небольшая акроцентрическая хромосома, значит это – Y-хромосома, а перед вами кариограмма мужского организма.
Посмотрите, все ли хромосомы представлены парами.
Если кариограмма содержит 23 пары хромосом, значит перед вами нормальная кариограмма человека.
Если в кариограмме те или иные хромосомы представлены 1 или 3 хромосомами, значит перед вами кариограмма с геномной мутацией – отсутствием или избытком хромосом. В этом случае кариограмма содержит 45 или 47 хромосом.
Определите порядковый номер пары хромосом, в которой обнаружена геномная мутация. Наиболее часто встречаются следующие аномалии:
аномалии числа аутосом:

- дополнительная хромосома 13-й пары при с. Патау

Дополнительная хромосома 18-й пары при с. Эдвардса

Дополнительная хромосома 21-й пары при с. Дауна

аномалии числа половых хромосом:

- дополнительная Х-хромосома в женской кариограмме при с. Трисомии-Х

Дополнительная Х-хромосома в мужской кариограмме при с. Клайнфельтера

Дополнительная Y-хромосома в мужском кариотипе при с. лишней Y-хромосомы

Нехватка Х-хпромосомы в женском кариотипе при с. Шерешевского-Тернера.

Анализ кариограммы завершается записью формулы кариотипа. Формула кариотипа включает в себя следующее:

а) запись общего числа хромосом,

б) запись сочетания половых хромосом,

в) сведения об аномалии числа хромосом (если имеется): указывают хромосому и вид аномалии. Например:

Формула кариотипа женщины, страдающей синдромом Дауна: 47, ХХ, 21+;

Формула кариотипа мужчины, страдающего синдромом Клайнфельтера: 47, ХХY,

Формула кариотипа женщины с синдромом Шерешевского-Тернера: 45, Х0.

4. Пример анализа кариограммы человека.

Упражнение. Сделайте анализ кариограммы человека (рис.4).

Рис. 4. Кариограмма человека.

Кариограмма человека содержит 47 хромосом. Большинство хромосом расположено в порядке уменьшения их размеров. Это аутосомы. В нижнем ряду в стороне от них расположены три хромосомы. Это половые хромосомы. Все аутосомы представлены парами. Всего в кариограмме 22 пары аутосом. Половых хромосом – 3. Две из них – крупные и их первичная перетяжка – центромера – расположена почти посередине. Это Х-хромосомы. Рядом с ними находится небольшая хромосома с первичной перетяжкой, расположенной ближе к краю хромосомы. Это – Y-хромосома. Кариограмма принадлежит представителю мужского пола, так как имеется Y-хромосома. Кариограмма содержит аномалию: лишнюю Х-хромосому. Такая кариограмма характерна для особей мужского пола, страдающих синдромом Клайнфельтера: у больных отмечается евнухоидное телосложение, иногда увеличены молочные железы, слабое оволосение на лице, часто отмечается умственная отсталость, инфантилизм, они бесплодны. Формула кариотипа человека - 47, ХХY.

5. Задание для самостоятельной работы.

Проведите анализ следующих кариограмм.

Кариограмма 1.

Кариограмма 2.

Кариограмма 3.

Кариограмма 4.

6. Совершенствование в изучении кариограммы человека.

6.1. Дифференциальное окрашивание хромосом

Современные цитогенетические методики позволяют идентифицировать по морфологии все пары хромосом на препарате. Суть этих методик состоит в дифференциальном окрашивании хромосом по длине, что обеспечивается сравнительно простыми температурно-солевыми воздействиями на фиксированные хромосомы или использованием специфических красителей. Дифференциальное окрашивание приводит к появлению линейного рисунка по длине хромосомы.

Несмотря на большое разнообразие способов обработки хромосомных препаратов и красителей, выявляемый линейный рисунок хромосомы всегда один и тот же. Он меняется только в зависимости от степени конденсированного состояния хромосомы. Сегмент, видимый как одна полоса в метафазной хромосоме, в менее конденсированной прометафазной хромосоме, может предстать в виде нескольких мелких полос.
Дифференциальное окрашивание в зависимости от используемого метода может охватывать либо всю длину хромосомы, либо ее центромерный район.
Представление о рисунке дифференциально окрашенных по всей длине хромосом можно получить, окрашивая препараты по G-методу с использованием красителя Гимзы (рис. 5). В этом случае хромосомы выглядят состоящими из поперечно-исчерченных, по-разному окрашенных сегментов. Каждой паре хромосом присущ индивидуальный рисунок исчерченности за счет неодинаковых размеров сегментов. В мелких хромосомах рисунок образуется единичными сегментами, в крупных хромосомах сегментов много. Общее для нормального хромосомного набора число окрашенных и неокрашенных сегментов в метафазе составляет около 400. В прометафазных хромосомах оно увеличивается до 850 и более.

Рис. 5. Схематическое изображение хромосом человека при G - окрашивании в соответствии с международной классификацией

6.2. Метод флюоресцентной гибридизации in situ.

Успехи молекулярной цитогенетики человека позволили разработать новые методы изучения хромосом. Одним из них является метод флюоресцентной гибридизации in situ (FISH). Это метод основан на комплементарном взаимодействии ДНК изучаемого объекта с небольшой искусственной последовательностью нуклеотидов ДНК, называемой ДНК-зондом. ДНК-зонд соединен с флюоресцирующим веществом. Комплементарное взаимодействие ДНК изучаемого объекта и ДНК-зонда называется гибридизацией ДНК . Если гибридизация происходит, то это событие фиксируется люминесцентным микроскопом и свидетельствует о наличии в исследуемом образце фрагмента ДНК, комплементарного ДНК-зонду. С помощью этого метода , имея набор разных ДНК-зондов, можно даже в неделящейся клетке выявить аномалию числа хромосом и наличие патологического гена, а также выявить мелкие хромосомные мутации, которые трудно обнаружить обычными способами. При этом разные хромосомы или их участки выглядят как разноцветные структуры (рис. 6, 7).

Рис. 6. Нормальная женская кариограмма человека, полученная при использовании методики спектрального кариотипирования.

Рис. 7. Кариограмма мужчины с переносом участка 1-й хромосомы на 3-ю и потерей участка 9-й хромосомы.

Кариотип , совокупность признаков хромосомного набора, характерная для каждого биологического вида. К таким признакам относятся:

число,
размер и форма хромосом,
положение на хромосомах первичной перетяжки (центромеры),
наличие вторичных перетяжек,
чередование гетерохроматиновых и эухроматиновых участков и др.

Кариотип служит «паспортом» вида, надёжно отличающим его от кариотипов других видов. Постоянство всех признаков видового кариотипа обеспечивается точными процессами распределения хромосом по дочерним клеткам в митозе и мейозе (эти процессы могут нарушаться при хромосомных мутациях).

Кариотип - полный набор хромосом в клетках человека. Нормой содержания хромосом в соматических (неэмбриональных) клетках человека являются 46 хромосом, организованных в 23 пары. Каждая пара состоит из одной хромосомы, полученной от матери и одной, полученной от отца.

Внешний вид хромосом существенно меняется в течение клеточного цикла: в течение интерфазы хромосомы локализованы в ядре, как правило, деспирализованы и труднодоступны для наблюдения, поэтому для определения кариотипа используются клетки в одной из стадий их деления - метафазе митоза .

Хромосомы в световом микроскопе на стадии метафазы представляют собой молекулы ДНК , упакованные при помощи особых белков в плотные сверхспирализованные палочковидные структуры . Таким образом, большое число хромосом упаковывается в маленький объём и помещается в относительно небольшом объёме ядра клетки. Расположение хромосом, видимое в микроскопе, фотографируют и из нескольких фотографий собирают систематизированный кариотип - нумерованный набор хромосомных пар гомологичных хромосом. Изображения хромосом при этом ориентируют вертикально, короткими плечами вверх, а их нумерацию производят в порядке убывания размеров. Пару половых хромосом (X и Y у мужчины, X и X у женщины) помещают в самом конце изображения набора хромосом.

При изучении кариотипа, которое обычно проводят на стадии метафазы клеточного цикла, используют:

микрофотографирование,
специальные способы окраски хромосом и др. методы.

Для получения классического кариотипа используется окраска хромосом различными красителями или их смесями: в силу различий в связывании красителя с различными участками хромосом окрашивание происходит неравномерно и образуется характерная полосчатая структура (комплекс поперечных меток,), отражающая линейную неоднородность хромосомы и специфичная для гомологичных пар хромосом и их участков (за исключением полиморфных районов, локализуются различные аллельные варианты генов). Первый метод окраски хромосом, позволяющий получить такие высокодетализированные изображения, был разработан шведским цитологом Касперссоном (Q-окрашивание). Используются и другие красители, такие методики получили общее название дифференциального окрашивания хромосом.

Типы дифференциального окрашивания хромосом

G-окрашивание - модифицированное окрашивание по Романовскому - Гимзе. Чувствительность выше, чем у Q-окрашивания, поэтому используется как стандартный метод цитогенетического анализа. Применяется при выявлении небольших аберраций и маркерных хромосом (сегментированных иначе, чем нормальные гомологичные хромосомы).
Q-окрашивание - окрашивание по Касперссону акрихин-ипритом с исследованием под флуоресцентным микроскопом. Чаще всего применяется для исследования Y-хромосом (быстрое определения генетического пола, выявление транслокаций между X- и Y-хромосомами или между Y-хромосомой и аутосомами, скрининг мозаицизма с участием Y-хромосом).
R-окрашивание - используется акридиновый оранжевый и подобные красители, при этом окрашиваются участки хромосом, нечувствительные к G-окрашиванию. Используется для выявления деталей гомологичных G- или Q-негативных участков сестринских хроматид, или гомологичных хромосом.
C-окрашивание - применяется для анализа центромерных районов хромосом, содержащих конститутивный гетерохроматин и вариабельной дистальной части Y-хромосомы.
T-окрашивание - применяют для анализа теломерных районов хромосом.

В последнее время используется методика так называемого спектрального кариотипирования (флюоресцентная гибридизация FISH), состоящая в окрашивании хромосом набором флуоресцентных красителей, связывающихся со специфическими областями хромосом. В результате такого окрашивания гомологичные пары хромосом приобретают идентичные спектральные характеристики, что не только существенно облегчает выявление таких пар, но и облегчает обнаружение межхромосомных транслокаций, то есть перемещений участков между хромосомами - транслоцированные участки имеют спектр, отличающийся от спектра остальной хромосомы.

Результаты представляют в виде кариограммы (систематизированное расположение хромосом, вырезанных из микрофотографии) или идеограммы – схематического изображения хромосом, расположенных в ряд по мере убывания их длины.

Сравнительный анализ кариотипов используют в кариосистематике для определения путей эволюции кариотипов, выяснения происхождения домашних животных и культурных растений, для выявления хромосомных аномалий, ведущих к наследственным болезням, и т. д.

Кариотип человека является комплексом признаков целого набора хромосом, который присущ всем клеткам человека. Изучение кариотипа - актуальная проблема для будущих родителей, которые хотят выявить вероятность хромосомных заболеваний у их ребенка. Особенно это актуально, когда у кого-либо из родственников есть синдром Дауна или синдром Патау.

Довольно часто генетический анализ проводится родителями при не вынашивании предыдущих беременностей и бесплодии. В некоторых случаях в целях исключения хромосомной патологии проводят исследование кариотипа плода. С этой же целью дополнительно проводят УЗИ ТВП, когда исследуется воротниковый участок. Его увеличенный размер, свидетельствует о наличии патологического процесса.

Что такое кариотип

Понятие о кариотипе получило распространение на этапе исследования в медицине генетических заболеваний, когда стали активно изучать строение и функции хромосом. Получили открытие синдром Эдвардса, синдром Клайнфельтера. Кариотип, представляющий собой клеточный хромосомный комплекс, является постоянным. У человека нормой является наличие хромосом, количество которых равно 46. Из них 22 пары являются аутосомами и две - это половые хромосомы.

У представительниц женского пола они обозначаются как ХХ, у представителей мужского пола - ХУ. Главная особенность хромосомного набора - это видовая специфичность кариотипа. Функции хромосом заключаются в том, что каждая из них является носительницей генов, которые отвечают на наследственность.

Нормальный мужской кариотип - это кариотип 46, ХУ. Нормальный женский кариотип выглядит как кариотип 46, ХХ. Набор хромосом остается неизменным на протяжении всей жизни. Поэтому сдать кариотип достаточно один раз в жизни.

Методы изучения кариотипа

Определение кариотипа имеет некоторые особенности. Проводится оно на одной из стадий клеточного цикла. Это связано с тем, что в процессе других стадий развития клетки, хромосомы труднодоступны для изучения.

Для процедуры кариотипирования используют любые клетки в процессе деления.

Нормальный кариотип человека изучается двумя способами:

с использованием одноядерных лейкоцитов, которые извлекаются из проб крови (их деление провоцируют с применением митогенов);
с использованием клеток, которые интенсивно делятся в нормальном состоянии, например, клетки кожи.

Суть процедуры заключается в том, что клетки фиксируются на этапе метафазы, затем подвергаются окрашиванию и фотографированию. Из комплекса сделанных снимков генетик составляет систематизированный кариотип, который по-другому называется идеограмма (кариограмма). Она представляет собой нумерованный комплекс аутосомных пар. Хромосомные изображения расположены вертикально. Короткие плечи находятся в верхней части. Присваивание номеров осуществляется по убыванию размеров. В конце располагается пара половых хромосом.

Показания для процедуры

Кариотипирование супругов - это важный этап в процессе планирования семьи и детей. Польза процедуры однозначна, даже при отсутствии явных показаний. Ведь в некоторых случаях человек может просто не знать о наличии у его дальних родственников различных наследственных патологий, среди которых распространены синдром Дауна, синдром Эдвардса, синдром Клайнфельтера. При определении кариотипа специалист выявит аномальную хромосому и подсчитает процент вероятности рождения малыша с генетическими заболеваниями, которые могут бывать разными.

Среди показаний к исследованию выделяют:

возрастную категорию;
отсутствие детей, когда причина не ясна;
ранее сделанные процедуры эко, закончившиеся безрезультатно;
наличие в анамнезе хромосомной патологии у мужчины или женщины (синдром Дауна, синдром Эдвардса, синдром Клайнфельтера);
гормональный дисбаланс (при исследовании кариотипа у женщины);
взаимодействие с различными реагентами химической природы, облучением;
вредные привычки будущей мамы или употребление ею некоторых лекарственных препаратов;
присутствие в анамнезе женщины ситуаций самопроизвольного прерывания процесса вынашивания ребенка;
брак между близкими родственниками;
рождение ребенка с наследственными болезнями.

Кариотип супружеской пары обычно исследуют до беременности. Однако возможно проведение процедуры в процессе вынашивания ребенка. Часто женщины желают исключить синдром Дауна. Структура наследственного материала может изучаться у плода. Этот анализ получил название пренатального кариотипирования.

Кроме того, вероятность развития хромосомного заболевания определяют посредством ультразвукового исследования зоны ТВП, когда изучают воротниковое пространство. Аббревиатура ТВП подразумевает толщину соответствующей области. Если его размер повышен, необходимы дополнительные исследования плода с целью подтверждения диагноза о наличии патологии.

Особенности подготовки к исследованию

Расшифровка кариотипа осуществляется генетиком. О том, как сдавать анализ, какие существуют правила подготовки, особенности самой процедуры расскажет специалист, выдающий направление. Исследование для кариотипа проводится посредством взятия клеток крови. Перед анализом, чтобы не было ошибки, необходимо исключить влияние тех факторов, которые могут изменить данные. Подготовка начинается за две недели. Изменить показатели могут следующие моменты:

острая форма любого заболевания или период обострения хронической болезни;
применение медикаментозных препаратов;
употребление алкогольных напитков или курение.

Особенности проведения манипуляции

Для изучения кариотипа у супругов производится забор венозной крови. В лаборатории из крови выделяют те лимфоциты, для которых актуальна фаза деления. На протяжении трех дней они изучаются. Методы исследования включают обработку клеток специальным веществом - митогеном. Его предназначение заключается в том, чтобы повысить скорость деления клетки. В ходе этого процесса лаборант может наблюдать хромосомы, однако его останавливают с помощью специального воздействия.

Структурная организация хромосомы лучше видна после окрашивания. Это позволяет увидеть особенности строения каждой хромосомы. После процедуры окрашивания анализируются выполненные мазки: определяют число и структуру.

Цитогенетическое исследование считается завершенные после того, как полученные результаты соотнесутся с нормальными показателями.

Кариотип и идиограмма - обязательные оставляющие исследования наследственного материала. Для изучения достаточно взятие не менее 12 клеток. В некоторых случаях изучают кариотип с аберрациями, когда проводят расширенное обследование 100 клеток.

Какие патологии выявляются

Кариотип у человека в норме представлен 46 хромосомами и обозначается как как 46ХХ или 46ХУ. При выявлении отклонений результат выглядит иначе. Примером может стать определение у женщины третьей лишней 21 хромосомы, что будет обозначаться как 46ХХ21+.

Изучение наследственного материала позволяет выявить следующие отклонения от нормы:

Наличие третьей хромосомы в комплексе, что получило название трисомии (развивается синдром Дауна, при котором увеличен показатель ТВП). При наличии трисомии по 13 хромосоме возникает синдром Патау. При увеличении количества по 18-ой хромосоме - синдром Эдвардса. Появление лишней Х хромосомы (47 xxy или 48х xxy) в кариотипе у мужчины дает синдром Клайнфельтера (мозаичный кариотип).
Уменьшение числа хромосом в кариотипе, то есть отсутствие одной хромосомы в паре - моносомия;
Недостаток участка хромосомы, что называется делецией;
Удвоение отдельной области хромосомы, то есть дупликация;
Разворот хромосомного участка, получивший название инверсии;
Перемещение хромосомных участков - транслокация;

Не всегда люди придают значение исследованиям наследственности. Своевременное проведение кариотипирования поможет оценить состояние генов до планирования детей. Кариотип для генотипа представляет внешнее оформление заложенных признаков. Процедура исследования наследственного материала помогает выявить патологию вовремя. Геном для кариотипа несет половину важной информации. Ее знание необходимо многим парам, которые страдают бесплодием, либо имеют в анамнезе детей, страдающих генетическими аномалиями.

Исследования кариотипа позволяют выявить следующие отклонения в состоянии генов:

мутации, являющиеся причинами тромбообразования и прерывания беременности;
изменения У-хромосомы;
изменения генов, приводящие к детоксикации, когда организм не в состоянии обезвреживать токсические агенты;
Изменения, приводящие к развитию муковисцидоза.

Помимо этого, в кариотипе человека заложена информация о предрасположенности к различным заболеваниям (инфаркт сердечной мышцы, сахарный диабет, гипертония). Исследование наследственного материала позволит вовремя начать профилактику данных болезней и сохранить высокое качество жизни на долгие годы.

Если выявлены отклонения

При выявлении отклонений в кариотипе (например, таких синдромов, как синдром Эдвардса, синдром Клайнфельтера) врач обязан разъяснить особенности возникшей патологии и ее влияния на вероятность рождения ребенка с различными генетическими заболеваниями. При этом генетик акцентирует внимание на неизлечимости хромосомных и генных аномалий. Решение о рождении ребенка при выявлении патологии кариотипа на этапе вынашивания принимают сами родители.

Врач только предоставляет всю необходимую информацию, рассказывая, что такое численность хромосом и постоянство их состава. Обнаружение аномалий у развивающегося плода - одно из медицинских показаний к прерыванию беременности. Однако окончательное решение принимает женщина.

К сожалению, патологии кариотипа не лечатся. Потому его своевременное определение поможет избежать множества проблем с планированием детей. Следует помнить, что генетики тоже могут ошибаться. Поэтому получив положительные результаты о наличии аномалии не следует опускать руки. Сдать анализ всегда можно повторно. Во время беременности дополнительно проводят УЗИ и исследование ТВП. Если же результаты подтвердились во второй раз, стоит подумать об альтернативных способах воспитания ребенка. Для многих они становятся способами реализации себя как родителя.

Вконтакте