Genetică - studiul eredității la om

Studiul eredităţii la om

Legităţile de bază ale moştenirii caracterelor sunt valabile pentru toate organismele vii, inclusiv omul. Studiul eredităţii la om este mai dificil deoarece morala societăţii umane face imposibilă folosirea unor metode experimentale obişnuite în genetică. Din această cauză, necesitatea studiului modului de transmitere şi moştenire a caracterelor la om a dus la apariţia şi dezvoltarea unor metode speciale de analiză genetică. Dintre acestea cele mai utilizate sunt: metoda analizei pedigriului familial, metoda analizei populaţionale, metoda studiului izolatelor şi a familiilor consangvine, metoda studiului gemenilor monozigoţi.

Prin analiza pedigriului unei familii se poate stabili în multe cazuri, modul de transmitere a diferitelor caractere urmărite.

Analiza genetică a unor populaţii umane permite cunoaşterea distribuţiei genotipurilor, precum şi frecvenţa diferitelor alele.

Studiul familiilor consangvine şi al izolatelor poate aduce date importante privitoare la efectele homozigotării în populaţia umană, iar studiul gemenilor monozigoţi permite conoaşterea măsurii în care mediul contribuie la realizarea anumitor caractere fenotipice.

Inafara acestor metode de studiu clasice, genetica umană utilizează în ultimul timp, şi alte metode mai moderne precum: metode citogenetice şi metode ce au la bază ingineria genetică.

Metoda analizei pedigriurilor familiale

Pedigriul poate furniza date importante pentru descifrarea modului de transmitere a numeroase caractere umane. Este evident faptul că, în cazul omului, nu se pot realiza încrucişări controlate pentru a putea stabili modul de transmitere a caracterelor. Geneticienii pot investiga însă rezultatele diferitelor tipuri de împerecheri în speranţa că unele care sunt de interes s-au realizat din întâmplare. O astfel de investigare a rezultatelor diferitelor tipuri de împerecheri a fost denumită analiză de pedigriu. Un membru al unei familii care ajunge primul în atenţia geneticianului este denumit propositus. Cel mai adesea fenotipul acestuia prezintă o anumită particularitate (de exemplu el poate fi pitic). Geneticianul urmăreşte apoi, istoria caracteruli în familia celui afectat, realizând un arbore genealogic al familiei sau un pedigriu, folosind anumite simboluri standardizate

Numeroase fenotipuri umane sunt determinate de perechi de alele care se moştenesc exact în acelaşi mod în care se moştenesc cele descrise de G.Mendel. Analiza pedigriului poate contribui la stabilirea modului de moştenire a caracterului. Pentru a trage însă concluziile corecte trebuie ca analiza de pedigriu să se realizeze în mod diferenţiat când trăsăturile luate în studiu sunt variaţii ale aceluiaşi caracter sau când sunt fenotipuri contrastante.

In cazul omului, geneticienii şi-au focalizat atenţia în primul rând asupra modului de transmitere a unor caractere patologice.

Transmiterea autozomală recesivă

Un număr apreciabil de maladii umane sunt datorate prezenţei unei alele recesive în stare homozigotă. Indivizii sănătoşi prezintă alela dominantă în stare homozigotă sau heterozigotă. De exemplu, fenilcetonuria este datorată prezenţei alelei p în stare homozigotă. Indivizii afectaţi vor avea deci genotipul pp, în timp ce indivizii sănătoşi vor avea genotipurile PP sau Pp. Această maladie constă în incapacitatea indivizilor afectaţi de a metaboliza fenilalanina, un aminoacid prezent în aproape toate proteinele din hrana noastră. Fenilalanina este transformată în organismele afectate în acid fenilpiruvic, a cărui concentraţie crescută în organism influenţează negativ dezvoltarea sistemului nervos, ducând la întârziere mintală. Dacă maladia este depistată imediat după naştere, printr-o dietă specială care constă în reducerea la minimum a consumului de alimente care conţin fenilalanină, se va reduce cantitatea de acid fenilpiruvic ceea ce va permite o dezvoltare normală a sistemului nervos. In aceste cazuri se va observa din analiza de pedigriu că indivizii afectaţi aparţin ambelor sexe şi apar cel mai adesea din părinţi sănătoşi. Următorul pedigriu ilustrează cele menţionate mai sus.

Pedigriu în care indivizii marcaţi sunt afectaţi de o maladie recesivă autozomală

Din acest pedigriu putem deduce cu uşurinţă un mod simplu, mendelian de moştenire pentru o alelă recesivă responsabilă de producerea fenotipurilor afectate. Mai mult, putem deduce faptul că ambii părinţi sunt heterozigoţi, de tipul Aa, deoarece fiecare contribuie cu o alelă a la genotipul copilului afectat, dar în acelaşi timp fiecare dintre părinţi trebuie să aibă o alelă A, întrucât ambii sunt sănătoşi. Astfel putem stabili într-o oarecare măsură genotipurile copiilor, pedigriul putând fi rescris astfel:

Aa Aa

A- aa aa A-

Un alt aspect care poate fi observat din analiza unui astfel de pedigriu este acela că, deşi legile mendeliene de transmitere a caracterelor se respectă, proporţiile de indivizi aparţinând diferitelor fenotipuri sunt foarte rar întâlnite. In exemplul de mai sus, raportul fenotipic al descendenţei a doi indivizi heterozigoţi este de 1:1. Acest fapt este datorat numărului mic de descendenţi pe care îl au familiile umane. Dacă cuplul al cărui pedigriu l-am prezentat mai sus ar avea 20 de copii, raportul de segregare ar fi probabil de cca. 15 sănătoşi : 5 bolnavi, adică 3:1. In familiile cu număr mic de copii poate fi întâlnit orice raport fenotipic.

In cazul maladiilor cu determinare recesivă autozomală, indivizii afectaţi apar ca nişte cazuri izolate. In familie mici atât părinţii, cât şi bunicii sunt cel mai ades sănătoşi. Pentru a înţelege acest aspect este necesară cunoaşterea unor date referitoare la frecvenţa genelor şi genotipurilor. Prin definiţie, dacă alela este rară în populaţie, cea mai mare parte dintre indivizi nu o poartă, iar dacă o poartă, ea se găseşte sub formă heterozigotă. Principala cauză pentru care heterozigoţii sunt mai frecvenţi în populaţie decât homozigoţii este aceea că pentru a apărea un astfel de individ este suficient ca unul dintre părinţi să fie heterozigot, în timp ce pentru apariţia unui homozigot este absolut necesar ca ambii părinţi să fie heterozigoţi.

Geneticienii pot aprecia cantitativ frecvenţa unei alele în populaţie. Ei pot calcula frecvenţa relativă a genelor şi genotipurilor în populaţie considerând că populaţia este în echilibru Hardy-Weinberg. Acceptând condiţia de echilibru, frecvenţele celor două alele A şi a, vor fi p şi respectiv q. Frecvenţele genotipurilor posibile vor fi : p2 pentru AA, 2pq pentru Aa şi q2 pentru aa. Dacă frecvenţa unei alele recesive cauzatoare a unei maladii genetice este q=1/50, frecvenţa alelei dominante va fi p =49/50. In acest caz frecvenţa homozigoţilor recesivi, afectaţi va fi q2 = (1/50)2= 1/2500, iar frecvenţa heterozigoţilor va fi 2pq = 2 x 49/50 x 1/50 = aproximativ 1/25. Se poate observa cu uşurinţă din acest exemplu faptul că heterozigoţii sunt de 100 de ori mai frecvenţi în populaţie comparativ cu indivizii bolnavi (homozigoţi recesivi), iar acest raport va creşte cu cât alela este mai rară în populaţie.

Apariţia unui individ bolnav depinde în mod normal de probabilitatea împerecherii a doi indivizi neînrudiţi, dar heterozigoţi. Căsătoria între rude creşte probabilitatea împerecherii între indivizi heterozigoţi. Un exemplu de căsătorie între doi veri primari este ilustrat în pedigriul de mai jos.