Genetika populací

Gonozomální dědičnost kvalitativních znaků

• gonozomy = pohl. chromozomy
• nesou geny ovlivňující tvorbu pohl. znaků i geny, které s pohl. nesouvisí (geny řídící metabol. děje, fce svalů, nerv. činnost, zrak, schopnosti, srážení krve…)

Určení pohlaví organismu:

• dáno geneticky či vnějšími podmínkami

2 typy:

• typ Drosophila = octomilka – rychle se množí  často se na ní dělají pokusy (savčí typ) – savci, plazi, obojživelníci, většina hmyzu, dvoudomé rostliny
• XX – samice (žena) – homogametní
• XY – samec (muž) – heterogametní
• typ Abraxas = motýl píďalka (ptačí typ) – motýli, ptáci, některé ryby
• XX (značíme ZZ) – samec – homogametní
• XY (značíme ZW) – samice – heterogametní

Fenotypový projev závisí na pohlaví:

• u jedinců s pohl. chromozomy XX – u člověka žena (záleží na vztahu mezi alelami – viz autozom. dědičnost kvalit. znaků)
• u jedinců s pohl. chromozomy XY – u člověka muž (situace jiná)

heterologická část gonozomu – geny umístěny na heterolog. části chrom. – pouze 1 alela (na chromozomu X), druhá alela (na chromozomu Y) chybí – alela na chromozomu X se vždy projeví (i pokud je recesivní)  takto se dědí některé choroby, např. hemofilie, daltonismus

Hemofilie

= chorobná nesrážlivost krve (způsobena mutovaným genem HEMO umístěným na pohl. chrom. X)

• problémy s krvácení do kloubů, dutiny břišní, při poranění velké ohrožení na životě
• léčba: injekční podávání srážecího faktoru
• alela a – recesivní – pro hemofilii (leží na heterolog. části chrom. X)
• alela A – dominantní – zdravá
• hemofilie je gonozomálně recesivní onemocnění

žena:

• X_AX_A = zdravá žena
• X_AX_a = přenašečka hemofilie
• X_aX_a= hemofilička

muž:

X_AY = zdravý

X_aY = hemofilik

mnohem častější u mužů – stačí jedna alela

příklady:

1. Žena je zdravá a není přenašečkou hemofilie. Muž je hemofilik. Jaká je pravděpodobnost, že se těmto lidem narodí nemocné dítě?

p:         X_AX_A     x    X_aY

gamety:  X_A, X_A    X_a, Y

pravděpodobnost nulová

2. Otec dívky je postižen hemofilii, její matka je zdravá a pochází z rodiny, ve které se tato choroba nikdy nevyskytovala. Jak mohou být postiženy touto chorobou děti této dívky, když se provdá za zdravého muže?

p:  X_AX_A   x  X_aY

gamety: X_A, X_a     X_a, Y

f₁: X_AX_a  x  X_AY

gamety: X_A, X_a     X_A, Y

50 % žena přenašečka, 50 % muž nemocný

Daltonismus

• nejčastější forma barvosleposti
• neschopnost rozlišit červenou a zelenou barvu
• první ji popsal angl. chemik John Dalton – on sám tím trpěl, věnoval se popisu této nemoci, 18. st.
• gonozomálně recesivní onemocnění – stejný typ dědičnosti jako u hemofilie  alela pro daltonismus je recesivní, nachází se na heterolog. části pohl. chromo. X
• alela d – recesivní – pro daltonismus
• alela D – dominantní – zdravý člověk

příklady:

1. Jaké fenotypy se mohou vyskytovat u dětí ženy neschopné rozlišovat červenou a zelenou barvu s mužem tyto barvy rozlišující?

p:         X_dX_d     x  X_DY

ženy přenašečky na  100 %

muži daltonici na 100 %

2. Žena je přenašečkou daltonismu, muž je daltonik. Jaká je pravděpodobnost, že se jim narodí zdravé dítě?

p: X_DX_d   x   X_dY

50% šance, že se jim narodí zdravé dítě

Celková fenotypová proměnlivost:

• podíl dědičné složky na celkové proměnlivosti = dědivost (heritabilita)
• dědivost se dá vyjádřit tzv. koeficientem dědivosti:

h² = genotyp/fenotyp =  číslo v procentech, jak velký vliv má na fenotyp genotyp  vyjadřujeme v %

Proměnlivost organismů (variabilita):

• faktory vedoucí k proměnlivosti organismů:

1. vnitřní = faktory vedoucí k proměnlivosti genotypu (geny)
2. vnější = faktory prostředí (podnebí, kamarádi…)

Vnitřní faktory:

děje probíhající při meióze:

• segregace chromozomu (=rozdělení) – když probíhá meióza – po dvojicích se dvojice řadí v ekvatoriální rovině – vždy naproti sobě jsou homologické chr.  poté se od sebe oddalují – to jak se řadí do roviny, je věcí náhody  mnoho kombinací + vajíčka i spermie jsou od sebe trochu odlišné (jinak uspořádané chromozomy)
• crossing over – na začátku meiózy se homolog. chr. uspořádávají do roviny a některé se překříží (místo zkřížení = chiasma), je otázka náhody, kde se část chro. utrhne a přesunuje se do druhého chr.  každý si nese trochu jiný gen
• mutace – změna gen. informace tělní či pohl. b.

1. spontánní – vznikají omylem, bez zásahu z vnějšku, vzácné
2. indukované – způsobeny vnějšími faktory prostředí = mutageny – podle povahy  fyzikální (radioaktivita, UV záření, rentgen), chemické (aromatické uhlovodíky, ještě horší jsou polycyklické arom. uhl. – benzpyren – ve výfukových kouřech, léčiva, cytostatika, herbicidy, insekticidy, konz. prostředky), biologické (viry – při množení se dostává do dceřiných b.)

typy mutace:

1. Genové – týkají se pouze 1 genu – inzerce = příjem nadbytečného nukleotidu  rozhodí se čtecí rámec, čte se jiné trojice – bude vyrábět úplně jinou bílkovinu, delece = ztráta nukleotidu změna významu genu, substituce = záměna nukleotidu, zařazení jiné AMK – až fatální následky (př. srpková anémie), mutací vznikne terminační triplet (př. UAU pro tyrozin  UAA  předčasné ukončení proteosyntézy, vznik tripletu, který kóduje stejnou AMK – např. GCU GCC – oba pro alanin)

choroby způsobené genovými mutacemi:

Hemofílie

Cystická fibróza (mukoviscidóza):

• smrtelná dědičná nemoc – postihuje DS a TS
• autozomální recesivní onemocnění (dvě recesivní alely – 25% šance onemocnění, pokud jsou 2 rodiče přenašeči)
• způsobeno mutací genu
• příznaky: vys. konc. Cl^– a Na⁺, záněty dých. cest – hromadění hlenu v trávicím a dých. traktu (výborná živná půda pro bakterie), 98 % mužů neplodných, objemná stolice, cirhóza jater
• léčba: nedá se léčit – pouze příznaky, fyzioterapie (na odkašlávání), přijímání tr. enzymů (mají jich nedostatek)
• děti ze začátku vůbec nepřibírají

Albinismus

Porfyrie:

• metabolické onemocnění, porucha fce enzymů, které řídí systém hemoglobinu
• autozomální recesivní onemocnění
• zdravé alely – enzym – odbourávání zbytku hemoglobinu  nezdravý  nedokonalý rozklad hemu (červ. krv.)
• porfyriny se hromadí v kůži  citlivost na světlo
• příznaky: přecitlivělá kůže („světloplachost“ – neměli bychom se vystavovat světlu – praskání kůže), zčervenání zubů, „upíří nemoc“ – ustupují dásně
• léčba: není možná – snížení hladiny Fe v těle, příjem vit., nevystavovat se světlu

Fenylketonurie – film na diagnóze

• dědičné onemocnění
• podstata: neschopnost přeměnit 1 na 2, hromadění škodlivého fenylalaninu do mozku  poškozují obaly nerv. b. – neumí ho štěpit na tyrosin (jen částečně se rozkládá)
• projevy: mentální retardace, neschopnost samostatného života
• léčba: potřebná včasná diagnostika – 3. až 5. dnu – dítě – krev z paty (bílé krv. obsahující geny), snížení hladiny fenylalaninu v krvi  strava neobsahující fenylalanin (málo přírodních bílkovin) – obsah – hodně umělých AMK – velice nechutné
• zajímavost – 1. nejčastější metabolická porucha, vys. cena potravin

Srpkovitá anemie

• změna tvaru červ. krvinek – gen je vytváří zmutované
• projev: od dětství, většinou lidé v tropech, kde je malárie, lidé s 1 genem anémie  imunní vůči malárii (zimnička nemůže napadnout červ. krv., když je tak úzká)
• příznaky: omezení průtoku krve  ucpávání cév, vzácně – bolesti v oblasti sleziny, snížení hemoglobinu
• léčba: nejdříve kyanid (po celý život), dnes analgetika s opiáty, transfůze krve a kostní dřeně

Svalová dystrofie

• degenerace sv. tkáně
• vyskytuje se u chlapců v předškolním věku  zhoršování chůze, pády, podlamování kolen, velká lýtka (postupuje od nohou  pánev  ruce  krk)
• je třeba dát si pozor, aby se svaly nezkracovaly
• 8-13 let vozíček, klem 20 let umírají – kolabují dých. svaly
• svalová vlákna odumírají a ukládá se tam tuk, jsou nahrazeny vazivem – neumí se smršťovat
• kortikoidy zpomalují průběh nemoci, potravinové doplňky na podporu růstu sv. hmoty, nadějí je genová terapie

Daltonismus

Motýlí křídla:

• děti mají velice tenkou kůži (jako křídla motýlů)
• vzácné nevyléčitelné onemocnění
• příznaky: puchýře na kůži (nohy, ruce), časté poškození + problémy s vylučováním
• mutace genu, které se podílí na stavbě kůže
• získaná i dědičná (3 typy)
• velice často smrt – časté záněty do otevřených ran
• léčba: není, pouze promašťování kůže

Huntingtonova choroba:

• dědičné neurogenerativní onemocnění, vzácné
• narušení bazálních ganglií
• dědí se autozomálně dominantně
• není smrtelná – oslabuje im. systém
• nejčastěji v Evropě a v USA
• příznaky: nekoordinované trhavé pohyby těla, kroutivé pohyby, porucha řeči, řeči, slinění, agresivita, nízké mentální schopnosti, porucha přijímání potravy – hubnutí
• neléčitelná, dají se potlačovat trhavé pohyby
• diagnóza podle počtu tripletů

2. Chromozomové (strukturní aberace) mutace:

• změna je na úrovni celého chromo. – zlom + následné přestavby chr.  výraznější projev
• typy chrom. mutace:

delece = ztráta části chromozomu

duplikace = zdvojení části chromozomu v rámci 1 chrom.

inverze = chrom. se zlomí ve více místech a tyto 2 kousky se prohodí

translokace = utržení kousku chrom. a přilepí se na jiný chrom. – v rámci 2 chrom.

vznikající syndromy

Cri du chat = syndrom kočičího mňoukání

• neléčitelná choroba
• objevena v r. 1963
• ztráta krátkého raménka z 5. chromozomu – delece jednoho z 5. chrom.
• novorozenec vydává zvuky podobné kočičímu mňoukání (nemají dovyvinutý hrtan) – od 2 let již nemňouká
• problémy se sáním a polykáním mléka
• příznaky: mentální retardace, poruchy řeči, srdeční vady, poruchy koncentrace, problémy s motorikou

3. Genomové mutace (chromozomové aberace):

• změna v počtu celých chrom.

dělí se na:

1. Aneuploidie

• častější
• v karyotypu má o 1 nebo 2 chrom. více (trisomie) či méně (monosomie)
• normální meióza – seřazení do roviny po dvojicích, rozdělení do gamet – při chybě – některá z homolog. chrom. se nerozejde  jdou spolu do jedné buňky (ve 2 ze 4 je chrom. navíc a v těch dalších 2 je o jeden méně)

syndromy

Downův syndrom:

• trisomie 21. páru chrom.
• nejčastější těžká gen. vada – 1/700 dětí se takto rodí
• dříve se o nich říkalo, že mají mongoloidní vzhled – šikmé postavení očí
• příznaky: mají jinak tvarovaný jazyk (velký, silný), kratší a baculatější prsty – širší, menší lebka, mentální retardace (snížení inteligence), často mívají problémy se srdcem, často jsou neplodní
• poměrně vys. úmrtnost dětí s tímto syndromem – 30 % z nich umře do 1. roku života, mnoho z nich se dožívá vys. věku
• čím starší matka vyšší pravděpodobnost narození dítěte s DS – po 35 roce to začíná být rizikové
• dá se včas diagnostikovat – ve 4. měsíci – amniocentéza, krevní testy

Edwardův syndrom:

• trisomie 18. páru chrom.
• pojmenovaná po Edwardsovi, který ji objevil
• příznaky: nízká porodní váha, malá abnormálně tvarovaná hlava, malé čelisti, malá ústa, nízko posazené uši, sevření pěstí s překrývajícími se prsty, občas chybějící prsty „obrácený nos“, srdeční poruchy, potíže s dýcháním
• velmi nízká možnost přežití – pol. plodů zemře již v těhotenství (spontánní potrat), 5-10 % přežije první rok života

Pataův syndrom:

• trisomie 13. páru chrom.
• 1/10 000 se takto rodí
• příznaky: těžká růstová mentální retardace, poruchy očí (bez očí, ne pouze 1 roku), nedoslýchavost, rozštěpy, různé počty prstů, srdeční potíže, modré zbarvení kůže
• odhalit v těhotenství – amniocentézou
• nelze vyléčit
• většina umírá po několika dnech či týdnech po narození

Turnerův syndrom:

• chybí x chromozom mají pouze 1
• monosomie pohl. chrom.
• pouze u dívek (X)
• není moc častá
• diagnostika – v těhotenství, či v předškolním věku – malý vzrůst
• příznaky: malý vzrůst (140 cm) – podávání růstového hormonu, porucha dospívání – nemůže otěhotnět (dodávání hormonů), srdeční vady, poruchy ledvin, moč. cest, miskovitý tvar nehtů
• Lenka Kosinová – trpí tímto syndromem, zpěvačka
• každý rok se u nás narodí 20-30 dívek s tímto syndromem

Klinefelterův syndrom:

• 1 nebo 2 chrom. X  buď XXY nebo XXXY
• o muže
• příznaky: narušení vývoje varlat, porucha plodnosti, dlouhé ruce a nohy, nízká hladina testosteronu (malá varlata a penis), vysocí, mají prsa
• není tak vážný, neplodní
• nelze to vyléčit – podávání testosteronu

Syndrom supermuž:

• ve 23. páru je o chrom. Y navíc – XYY
• není to moc časté
• příznaky: nemá to moc výrazné projevy, problémy s akné, vyšší postava, hyperaktivní, problémy s chování či s učením (špatně se vyjadřují, dyslexie…)

Syndrom superženy (nadsamice):

• trisomie pohl. chrom. XXX
• většina žen je normální
• příznaky: snížené IQ, problémy s menstruací, předčasné klimakterium, časté potraty, vyšší vzrůst  nevýrazný fenotypový projev

1. Polyploidie

• zvýšení celé chromozomové sady – všude navíc nebo míň
• rychle za sebou vniknou 2 spermie  dojde ke spontánnímu potratu (embryo se neudrží) časté u rostlin

Genetika člověka

• na člověku nelze provádět pokusy a selekci
• člověk má za život velmi málo potomků
• život člověka je velmi dlouhý, genetik může sledovat max. 4 generace
• etický problém – dělat pokusy na lidech
• fenotyp je do velké míry ovlivňován vnějším prostředím (soc. podmínky) – hl. kvantitativní znaky
• složitost lidského genomu
• člověk se často kříží pouze s jedinci u určité populace (stejný národ, spol. vrstva, jedinci stejného vyznání) spíše v minulosti – dnes je to již více promícháno díky migracím

Metody studia:

• Rodokmenová (genealogická) metoda:
• využívá sestavení rodokmenu několika generací pomocí mezinárodních symbolů – sleduje se výskyt určitých znaků/chorob po několik generací (lze usoudit na způsob dědičnosti znaku/choroby)
• proband = jedinec, který požádal o sestavení rodokmenu, od něj se odvozuje (kolečko)
• Monozygotická (po 1. rýhování blastomery se oddělí a každá se vyvíjí samostatně – tj. mají stejnou gen. informaci klony):
• to ještě neznamená stejný fenotyp obou jedinců (ani 1vaječná dvojčata nemají shodné otisky prstů)
• zaznamenávání takovýchto rozdílů nám pomáhá zjistit, co a do jaké míry ovlivňují geny a co závisí na podmínkách, ve kterých jedinec vyrůstá
• Cytogenetické metody:
• vyšetřování karyotypu – lze zjistit odchylky v počtu a struktuře chr.
• lze i prenatálně (choriová biopsie, amniocentéza)
• choriová biopsie (biopsie = odebrání tkáně z těla), odebrání klků – shodná gen. informace jako plod – 10.- 14. týden těhotenství (injekcí – nasaje se), komplikace – krvácení, záněty, provádí se při riziku postižení plodu (u starších matek)
• amniocentéza = vzorek plodové vody – jsou zde odloupané buňky plodu  namnoží se (kultivací) – sleduje se, 16. – 19. týden
• Molekulární gen. metody:
• studium molekul jaderné DNA (projekt HUGO)
• izolace z lymfocytů periferní krve
• pomocí genové sondy lze nalézt konkrétní geny

Eugenika

• směr – obor gen., který se snaží vylepšit gen. stavbu – produkce nejlepšího potomstva
• předchůdce: Platon (Ideální stát dokonalé ženy a muži)
• v USA použito – sterilizace epileptiků, vězňů, ment. postižených
• 1933 – tento zákon povolen i v Německu – proti židům, romům
• inspirace Darwinem – nekvalitní jed. nahradí kvalitní
• Francis Galton – zakladatel eugeniky
• v dnešní době brána rasisticky – po 2 sv. válce byli souzeni
• 1934 – největší obliba v Německu – zákon o sterilizaci postižených dědičnou nemocí – 300 – 400 000 sterilizací do r. 1943 + fyz. likvidace

Eufenika

• směr
• lékařský obor, který se snaží zlepšit lidský fenotyp, díky lékařské péči udržuje postižené při dobré kvalitě života  zhoršování gen. výbavy populace – předává se poškozená gen. informace

Dědičné choroby a dispozice:

1. Genetika lidského jedince:

Dědičné choroby- podle podílu dědičnosti:

1. choroby vznikající na základě vrozené dispozice (náchylností)

• choroba vzniká spolupůsobením gen. dispozice a určitého vnějšího činitele
• je možné jim předcházet (pokud o dispozici víme) – vyhnout se vyvolávajícímu činiteli
• např. alergie (záleží s jakými antigeny se během života potkáme), esenciální hypertenze (prevence: pohyb, nepít alkohol, kafe a sůl), neurózy – deprese, halucinace… (faktor: stres, drogy), rakovina prsu (prevence: dlouhodobě nepoužívat horm. antikoncepci + vlastní screening)
• typický rodinný výskyt

2. choroby jejichž příčinou je specifická gen. mutace = vlastní dědičné choroby

• vznikají genovými, chromozomovými a genomovými mutacemi (7000 genových chorob)
• většinou neschopnost organismu syntetizovat určitou látku (tzv. molekulární choroby)

1. Genetika populací:

= skupina jedinců stejného druhu žijících na určitém území

• jedinci se mezi sebou mohou volně křížit a mají stejného předka
• genofond (genový fond) = soubor všech alel v populaci

1. Hardyho-Weinbergův zákon (pro gen. rovnováhu panmiktické populace)

• četnost dominantní alely určitého genu v genofondu populace = p
• četnost recesivní alely = q
• pravděpodobnost setkání 2 dominantních alel (vznik dom. homozygota) = p x p = p²
• pravděpodobnost setkání 2 recesivních alel = q x q = q²
• pravděpodobnost vzniku heterozygota = (p x q) x (p x q) = 2pq
• pro celkové genotypové složení populace platí: p² + 2pq + q² = 1

příklady:

• 84 % obyvatel ČR má krev Rh⁺, 16 % Rh^–, Rh faktor je určen 1 genem – autozomálně dominantně dědičný  četnost dominantní alely pro Rh faktor ? p² a 2pq

Rh⁺ = dominantní homozygot (AA) nebo heterozygot (Aa)

Rh^– = recesivní homozygot (aa)

p² + 2pq + q² = 1

p² + 2pq = 84 % = 0, 84

q² = 16 % = 0, 16

q² = 0, 16 q = 0, 4 = 40 % = četnost recesivní alely

p + q =  1  (100 %)

1-0, 4 = 0, 6 = 60 % = četnost dominantní alely

p= 0, 6  p² = 0, 36 = 36 % = četnost dom. homozygotů

2pq = 2 x 0, 6 x 0, 4 = 0, 48 = 48 % = četnost heterozygotů

• Cystická fibróza je onemocnění s autozomálním přenosem (aa) – postihuje 1 z 2500 jedinců. Kolik je heterozygótů = zdravých jedinců, ael přenašečů? (Aa)

1:2500 = q²  q = 1:50 = 0, 02

p + q = 1

p= 1-0, 02 = 0, 98

přenašeči Aa

2pq = 2 x 0, 98 x 0, 02 = 0, 0392 = 3, 92 % = 4 % přenašeči

MENDELOVY ZÁKONY

• věnují se autozomální (na autozomech- 1. -22. pár chrom.) dědičnosti kvalitativních znaků (buď a nebo)
• autozomální dědičnost = dědičnost znaků, jejichž geny jsou uloženy na autozomech
• kvalitativní znaky – určeny 1 genem, každý gen má na chromozomu své místo = LOCUS
• v tělních buňkách (které jsou diploidní) existují pro 1 gen 2 alely – 1 konkrétní forma genu (jsou na homolog. chromozomech ve stejném místě)
• HOMOZYGOT
• HETEROZYGOT
• v tělních buňkách existují pro 1 gen 2 alely – 2 konkrétní formy genu, tyto 2 alely mohou být:

1. stejné (člověk je pro daný znak homozygot), od otce i od matky jedna alela pro skup. A
2. různé (člověk je pro daný znak heterozygot), od otce budete mít jinou alelu než od matky

• jaký bude znak navenek, záleží, jaký je mezi 2 alelami vztah:
• úplná dominance a recesivita – jedna alela (dominantní) úplně potlačí projev té druhé (recesivní), dominantnost genů je daná, dominantní alela = A, recesivní = a
• neúplná dominance a recesivita – dominantní alela potlačí recesivní jen částečně, dominantní alela se projeví ve fenotypu více, recesivní méně
• kodominance – obě alely jsou stejně „silné“ a projeví se ve fenotypu stejnou mírou, např. alela pro skup. A a pro skup. B  krevní skupina AB