Кариотип

Хромосомы представляют собой плотные скрученные структуры, которые находятся в ядре клетки и содержат всю генетическую информацию о живом организме.

Хромосомы содержат генетическую информацию о человеке и находятся в ядре клетки

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

Различается количество хромосом у различных организмов. Например, у кошек 38 хромосом, у собак — 78. Корова имеет 120 хромосом, а у плодовой мушки — всего 16.

Исследователи признают инфузорию окситрихию лидером по количеству хромосом — у этого микроорганизма состоит 16 000 хромосом

Наименьшее количество хромосом обнаружено у черных муравьев-бульдогов. У самочек таких муравьев лишь одна пара хромосом, в то время как у самцов — только одиночная хромосома

У каждого человека обычно 46 пар хромосом. Из них 22 пары одинаковы как у мужчин, так и у женщин. Эти хромосомы называются аутосомами.

Аутосомы отвечают за рост, цвет глаз и волос, оттенок кожи, склонность к определенным заболеваниям и другие признаки, не связанные с полом. 23-я пара, состоящая из половых хромосом или гоносом, 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 человека обычно 46 хромосом — 23 пары. Из них 22 одинаковы как для мужчин, так и для женщин, а одна различается (на фото — нормальный мужской кариотип)

Основные виды хромосомных нарушений

Хромосомы чрезвычайно чувствительны к влиянию окружающей среды, такому как электромагнитные излучения, исходящие от бытовой и офисной техники, а также опасным химическим веществам и вирусным инфекциям, таким как грипп или гепатит.

Реакцией на неблагоприятные факторы может стать хромосомная реструктуризация — мутация, которая изменяет структуру хромосомы.

Часто хромосомные мутации не проявляют себя. Люди сталкиваются с их последствиями в основном при планировании семьи: возникают трудности с зачатием, осложнения беременности, и на свет появляются дети с врожденными заболеваниями.

Основные хромосомные реструктуризации:

• трисомия — это когда к паре хромосом добавляется еще одна, их становится три;
• моносомия — случается когда одна из хромосом в паре пропадает;
• делеция — происходит потеря фрагмента хромосомы;
• дупликация — когда определенный участок хромосомы удваивается;
• инверсия — участок хромосомы переворачивается;
• транслокация — это перемещение участка хромосомы.

Заболевания, вызванные нарушениями хромосом

Чаще всего хромосомные мутации проявляются у мужчин. Это объясняется тем, что у них только одна X-хромосома, в то время как у женщин их две. Если в одной из хромосом происходит мутация, то вторая X-хромосома у женщин компенсирует ее и патология не развивается.

Основные заболевания, вызванные мутациями хромосом

Синдром Клайнфельтера это состояние, которое встречается у одного из 850–1 000 новорождённых мальчиков.

При появлении на свет дети, как правило, имеют полностью нормальные показатели роста и веса. Размер гениталий также соответствует стандарту.

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;
• недоразвитие полового члена;
• увеличенные молочные железы;
• отсутствие волос на лице и в подмышечных впадинах;
• женское оволосение на лобке;
• снижение сексуального влечения;
• умственная отсталость (примерно в половине случаев);
• ослабление костной ткани;
• нарушение прикуса;
• пороки сердца с врождённым характером;
• патологии глаз, такие как нистагм, астигматизм, птоз века.

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

Синдром Шерешевского и Тёрнера: особенности и проявления — это редкое генетическое заболевание, которое характеризуется удалением либо частичной потерей X-хромосомы. Эта патология встречается при рождении 1 ребенка из примерно 3 тысяч, причем в большинстве случаев это девочки. У мальчиков синдром наблюдается крайне редко.

Дети с данным синдромом, как правило, появляются на свет преждевременно. Даже в случае полноценной, недоношенной беременности, рост и вес новорожденных могут быть ниже нормы (вес — до 2800 г, рост — до 48 см). Кроме того, у грудных младенцев могут наблюдаться характерные признаки патологии: короткая шея со складками кожи по бокам, врожденные пороки сердца, отечность кистей и стоп.

При синдроме Шерешевского и Тёрнера происходит утрата части или полностью X-хромосомы в 23-ей паре.

Ключевые признаки синдрома Шерешевского и Тёрнера:

• Врожденные недостатки сердца и крупных сосудов (коарктация аорты, дефект межжелудочковой перегородки, стеноз аортального клапана, незаращение боталлова протока);
• Патологии развития почек;
• Низкий рост;
• Задержка в физическом и речевом развитии;
• Форма бочкообразной грудной клетки и широко расставленные соски;
• Частые случаи среднего отита;
• Гипогонадизм — недоразвитие яичников у женщин и яичек у мужчин, что приводит к бесплодию;
• Отсутствие менструаций (аменорея);
• Недоразвитие внешних половых органов;
• Складки кожи на шее, похожие на крылья;
• Деформация ушных раковин, низкое расположение ушных раковин;
• Низкая линия роста волос на задней части шеи;
• Слишком широкая грудная клетка;
• Сколиоз;
• Остеопороз;
• Косоглазие, близорукость, дальтонизм.

Синдром Шерешевского-Тёрнера характеризуется некоторыми проблемами с интеллектом и развитием: ухудшение обучаемости, задержка в речи, проблемы с вниманием и памятью. Иногда наблюдается олигофрения — умственная отсталость.

Трисомия X-хромосомы — генетическое заболевание, которое возникает только у женщин из-за появления лишней X-хромосомы. Частота заболевания — 1 случай на 1000 новорожденных девочек.

Основные симптомы трисомии X-хромосомы:

• раннее созревание половых органов;
• ранее наступление менструаций;
• эмоциональная неустойчивость — резкие изменения настроения;
• редко — снижение мышечного тонуса, незначительная задержка психического развития.

В большинстве случаев у женщин с дополнительной Х-хромосомой не наблюдается явных признаков или симптомов заболевания.

Умственные нарушения при трисомии по Х-хромосоме могут проявляться в сложностях с обучением, синдроме дефицита внимания и гиперактивности, а также умственной отсталости. У девочек с такой хромосомной патологией могут возникать проблемы с отдельными школьными предметами, памятью, концентрацией внимания и организованностью в целом.

Синдром Дауна – распространенное заболевание, которое встречается у одного новорожденного из 500-800 и одинаково часто у девочек и мальчиков.

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

Основные характеристики синдрома Дауна:

• плоское лицо и смещение носа;
• короткая и широкая голова;
• короткая шея;
• разрез глаз по типу монголоидов;
• эпикантус — вертикальная складка кожи, закрывающая внутренний угол глаза;
• деформация грудной клетки;
• короткие руки и ноги;
• неправильный прикус.

Синдром Дауна увеличивает вероятность появления сердечно-сосудистых заболеваний, проблем с зрением и слухом, патологий ЖКТ.

Кроме того, у людей с этим синдромом часто наблюдается умственная отсталость лёгкой или средней степени тяжести.

Синдромом Эдвардса, соответственно, аффектируется 75% девочек. Вероятность появления новорожденных с этим синдромом составляет 1 случай на 5 000-7 000. Предположительно, это объясняется тем, что беременности с мужскими плодами чаще заканчиваются абортами.

Характеристические черты синдрома Эдвардса:

• низкая масса тела при рождении;
• длинная и узкая голова;
• выступающий затылок;
• маленький рот;
• микрофтальмия — уменьшенные глазные яблоки;
• расщелины верхней губы;
• косоглазие;
• короткая шея с кожной складкой;
• деформации ушей: отсутствие ушных раковин, узкие слуховые каналы, низкое расположение ушей;
• укороченная грудная клетка;
• врожденный вывих бедра;
• косолапость;
• гемангиомы на коже.

У детей с синдромом Патау часто встречаются тяжелые врожденные аномалии сердца и ЖКТ, а также отклонения в работе мочеполовой и нервной системы. Большинство из них умирают в течение первого года жизни.

Синдром Патау — редкое заболевание, которое встречается у одного ребенка из 7 000-10 000.

При синдроме Патау происходит появление лишней 13-й хромосомы

Основные симптомы синдрома Патау:

• микроцефалия — слишком маленький размер головы;
• низкий скошенный лоб;
• узкие глазные щели;
• запавшая переносица;
• расщелины лица — заячья губа, волчья пасть;
• деформация ушных раковин;
• врожденная катаракта.

Дети, страдающие от синдрома Патау, часто имеют врожденные дефекты сердца, аномалии почек, аномалии в развитии желудочно-кишечного тракта, проблемы в костно-мышечной системе. Примерно 90% пациентов умирают в первый год жизни.

Синдром кошачьего крика — это редкое генетическое заболевание, которое определяется особенными звуками, издаваемыми новорожденными: их плач напоминает мяуканье кошки.

Синдром кошачьего крика очень редок — он встречается всего у одного ребенка из 45 000–50 000.

Основные симптомы синдрома кошачьего крика:

• Особенный плач детей — он высокий и пронзительный;
• Микроцефалия;
• Косоглазие;
• Нарушение прикуса;
• Проблемы со зрением;
• Деформация ушных раковин;
• Плоский носовой горб;
• Короткая шея с плисовидными складками;
• Косолапость;
• Расщелины нёба и верхней губы;
• Задержка умственного развития.

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

Большинство детей с этим синдромом живут не дольше 1 года, только 10% проживают до подросткового возраста.

Кариотипирование — изучение числа и структуры хромосом

Генетические расстройства схожи с тихой бомбой, которая может взорваться спустя годы или даже десятилетия. Большинство людей даже не подозревают, что они несут генетические изменения, способные вызвать различные заболевания не только у своих детей, но и у внуков, и даже правнуков.

Проблемы могут возникнуть при планировании семьи. Это может быть бесплодие, осложнения во время беременности, рождение ребенка с врожденными дефектами.

Для выявления хромосомных нарушений используется кариотипирование.

Кариотипирование — это анализ числа и структуры хромосом. Для проведения исследования необходимо взять венозную кровь и изучить ее под микроскопом.

Методы кариотипирования

Основные способы изучения кариотипа — классический цитогенетический и молекулярный.

Для проведения анализа чаще всего используют венозную кровь. Также в качестве материала для исследования можно использовать костный мозг, слюну, ворсины хориона или околоплодные воды.

В ходе цитогенетического исследования специалисты выделяют лимфоциты из крови пациента – это особый тип белых кровяных клеток.

Лимфоциты выращивают в пробирке, затем их рост подавляют в нужный момент, для лучшей видимости хромосом в клетках.

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

Существуют и более современные методы анализа кариотипа – FISH (молекулярный анализ) и aCGH (сравнительная геномная гибридизация).

При проведении FISH-анализа в образец вводят специальные ДНК-зонды — фрагменты ДНК, помеченные разноцветными метками. Если в крови отсутствуют мутировавшие хромосомы, то зонды просто удаляются в ходе химической реакции. В случае наличия мутаций зонды присоединяются к измененным участкам хромосом и подсвечивают их.

Благодаря проведению FISH-анализа можно точно определить вид хромосомной мутации.

Метод агарозного гель-электрофореза заключается в сравнении стандартной ДНК с образцом от пациента. Для маркировки образцов используют флуоресцентные маркеры. Красный цвет обозначает нормальную ДНК, а зеленый — исследуемую.

Полученные образцы смешивают и наносят на микрочип — маленькое стекло, на котором в строго определенном порядке расположены участки ДНК всех хромосом человека.

Обычно фрагменты ДНК контрольного и исследуемого образца равномерно покрывают микрочип смешанным — синим — цветом. Если у пациента отсутствует какой-то фрагмент хромосомы, то цвет на микрочипе будет красным. Если, напротив, хромосом имеется больше, чем необходимо, то участок микрочипа окрашивается в зеленый цвет.

Показания к кариотипированию

Будущим родителям рекомендуется пройти анализ на кариотипирование на стадии планирования беременности.

Основные показания к кариотипированию:

• Если после полной отмены контрацепции прошло уже год, а беременность так и не наступила;
• Если у вас было два или более случая выкидыша или замершей беременности;
• Если у вас были случаи мертворождения или смерти ребёнка в возрасте до года;
• Если у вас уже есть ребёнок с заболеванием из-за хромосомных нарушений;
• Если результаты спермограммы показали полное отсутствие половых клеток в эякуляте или значительное снижение их концентрации;
• Если у вас нет менструации уже более 6 месяцев;
• Если среди ваших родственников хотя бы у одного из будущих родителей есть генетические заболевания.

Детям кариотипирование необходимо провести, если у них имеются врожденные дефекты внутренних органов или систем, задержка в физическом или умственном развитии, а также признаки заболеваний, вызванных хромосомными мутациями.

Подготовка к кариотипированию

Для подготовки к кариотипированию не существует специальных инструкций. Однако общие рекомендации включают в себя возможность легкого перекуса за 2 часа до исследования и употребление сладкой еды непосредственно перед анализом.

Исследование можно проводить через 2 недели после выздоровления от инфекционных заболеваний.

Результаты кариотипирования

Нормальные результаты кариотипирования включают 46,XX — женский кариотип и 46,XY — мужской кариотип.

Иногда встречается мозаичный кариотип, где хромосомные аномалии обнаруживаются только в некоторых клетках.

Кариотипирование позволяет выявить следующие хромосомные нарушения:

• При трисомии в паре имеется лишняя, третья хромосома. Она обозначается значком «+» в результате анализа;
• Моносомия означает утрату одной из хромосом в паре;
• Делеция (del) — это потеря фрагмента хромосомы;
• Дупликация (dup) — увеличение размера участка хромосомы;
• Инверсия (inv) — разворот участка хромосомы;
• Транслокация (t) — обмен участками между хромосомами.

Получив отклонения от нормы в результате кариотипирования, супругам необходимо посоветоваться с генетиком. Он проанализирует возможность рождения больного ребёнка и предложит методы для предотвращения этого, — включая использование вспомогательных репродуктивных технологий (ЭКО, ИКСИ, донорские клетки) или предимплантационную генетическую диагностику эмбрионов (до их перенося в матку).

Обнаружение аномалий в структуре хромосом ребенка поможет выбрать стратегию лечения и избавиться от неприятных симптомов, которые могут беспокоить малыша.

Источники

1. Доброхотова Ю. Э. Генетический фактор невынашивания беременности. Актуальность проблемы // Лечащий врач. 2022.
2. Kannan T. P., Zilfalil B. A. Цитогенетика: прошлое, настоящее и будущее // Malays J Med Sci. 2009. Том 16(2). С. 4–9.
3. Трофимова И. Л. Малый практикум по цитогенетике: изучение кариотипа человека : учебно-методическое пособие. СПб., 2018.

Видео по теме:

Вопрос-ответ:

Что такое кариотип?

Кариотип — это комплект хромосом, характерный для определенного вида или индивида. Он представляет собой набор всех хромосом в клетке человека или животного, упорядоченных по их размеру, форме и количеству.

Зачем нужен анализ кариотипа?

Анализ кариотипа необходим для выявления нарушений в количестве или структуре хромосом, которые могут быть причиной различных генетических заболеваний и патологий. Он также используется для идентификации отдельных хромосом и пола плода во время беременности.

Как проводится анализ кариотипа?

Для проведения анализа кариотипа необходимо взять образец клеток, обычно это может быть кровь, амниоциты или ткани. Затем клетки выращиваются в специальной среде, окрашиваются и фиксируются, после чего происходит их исследование под микроскопом.

Какие аномалии можно выявить с помощью анализа кариотипа?

С помощью анализа кариотипа можно выявить различные аномалии, такие как синдром Дауна, синдром Патау, синдром Эдвардса и другие нарушения хромосомного набора. Также можно выявить полиплоидию и структурные аномалии хромосом.

Как изменения в кариотипе могут повлиять на здоровье человека?

Изменения в кариотипе, такие как добавление или потеря хромосом, дублирование или нарушения в структуре хромосом, могут привести к различным генетическим заболеваниям и патологиям, таким как синдромы Дауна, Патау, Эдвардса и другие. Эти изменения могут оказать существенное влияние на здоровье и развитие человека.

Что такое кариотип?

Кариотип — это специальный вид генетического анализа, который позволяет изучать хромосомы человека или другого организма и выявлять наличие каких-либо аномалий в их числе, форме или размере.

Зачем нужен анализ кариотипа?

Анализ кариотипа помогает диагностировать различные генетические заболевания, определить пол человека, выявить хромосомные аномалии, связанные с бесплодием, а также использовать в практике репродуктивной медицины при планировании беременности.