Кариотип

Хромосомы — сложные спиральные структуры, расположенные в центре клетки и несущие в себе всю генетическую информацию о живом существе.

Хромосомы находятся в центре клетки и хранят генетическую информацию о человеке

Отдельные участки хромосомы определяют различные особенности человека, такие как цвет глаз, группа крови, оттенок волос и даже рост

У разнообразных живых организмов наблюдаются различия в количестве хромосом. Например, у кошек имеется 38 хромосом, в то время как у собак их 78. У коровы можно найти 120 хромосом, в то время как у плодовой мушки всего лишь 16.

Инфузория окситрихия пока является лидером по числу хромосом среди известных видов — у этого микроскопического одноклеточного организма насчитывается 16 000 хромосом

Наименьшее количество хромосом обнаружено у чёрных муравьёв-бульдогов. У самок этих муравьев всего 1 пара хромосом, в то время как у самцов присутствует только одиночная хромосома

У человека нормально должно быть 46 пар хромосом. 22 пары из них одинаковы как у мужчин, так и у женщин и называются аутосомами.

Аутосомы отвечают за рост, цвет глаз и волос, оттенок кожи, предрасположенность к различным заболеваниям и другие признаки, не зависящие от пола. 23-я пара, состоящая из половых хромосом, или гонозом, определяет пол человека. У мужчин эта пара выглядит как XY (X-хромосома и Y-хромосома), а у женщин — XX.

Кариотип — это полный набор хромосом человека. У нормального мужчины кариотип составляет 46,XY, а у женщины — 46,XX.

У человека обычно 46 хромосом — 23 пары. 22 из них одинаковы как для мужчин, так и для женщин, а одна отличается (на фото — нормальный мужской кариотип).

Основные типы хромосомных нарушений

Хромосомы очень уязвимы к воздействию внешних факторов — электромагнитному излучению, исходящему от бытовой и офисной техники, опасным химическим веществам и вирусным инфекциям, таким как грипп или гепатит.

Реакцией на негативные воздействия может стать мутация хромосом — изменение структуры хромосомы.

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

Основные виды хромосомных перестроек:

• Трисомия — это когда к одной паре хромосом добавляется третья, делая их количество треми;
• Моносомия — это потеря одной из хромосом в паре;
• Делеция — это утеря фрагмента хромосомы;
• Дупликация — это удвоение определенного участка хромосомы;
• Инверсия — это переворачивание участка хромосомы;
• Транслокация — это изменение местоположения участка хромосомы.

Заболевания, вызванные нарушениями хромосом

Чаще хромосомные мутации обнаруживаются у мужчин. Это объясняется наличием у них всего одной X-хромосомы, в то время как у женщин две. Если в одной из хромосом произойдет мутация, то вторая X-хромосома у женщин скомпенсирует этот дефект и патология не разовьется.

Основные заболевания, вызванные хромосомными мутациями

У одного из каждых 850–1 000 новорожденных мальчиков обнаруживается Синдром Клайнфельтера.

При рождении дети обычно имеют нормальные размеры по росту и весу. Размер гениталий также соответствует стандартам.

Основные симптомы синдрома Клайнфельтера:

• частые респираторные вирусные инфекции, бронхиты, пневмонии;
• задержка в физическом и речевом развитии;
• отсутствие одного или обоих яичек в мошонке;
• недоразвитие полового члена;
• увеличенные грудные железы;
• отсутствие волос на лице, в подмышечных впадинах;
• волосы в лобковой области по женскому типу;
• уменьшение сексуального влечения;
• умственная отсталость (приблизительно в 50% случаев);
• осложнение остеопороза;
• нарушение прикуса;
• врожденные пороки сердца;
• нистагм, астигматизм, птоз века.

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

Синдром Шерешевского – Тёрнера является заболеванием, которым страдает 1 из 3 000 новорожденных, причем в большинстве случаев это девочки. У мальчиков этот синдром встречается крайне редко.

Дети, больные этим синдромом, часто рождаются недоношенными. Даже при нормальной продолжительности беременности, рост и вес младенцев снижены (вес до 2 800 г, рост до 48 см). У новорожденных также могут выявляться характерные симптомы патологии: короткая шея с кожными складками по бокам, врожденные пороки сердца, отечность кистей и стоп.

При этом синдроме у Шерешевского – Тёрнера частично или полностью исчезает X-хромосома в 23-й паре

Основные признаки синдрома Шерешевского – Тёрнера:

• патологии сердечно-сосудистой системы (сужение аорты, дефект межжелудочковой перегородки, стеноз аортального клапана, незарастание боталлова протока);
• дефекты почек;
• замедленный рост;
• задержка в развитии физических и речевых навыков;
• особенности грудной клетки и широко расположенные соски;
• частые случаи среднего отита;
• недостаточное развитие половых органов;
• непоявление менструаций;
• врожденные аномалии внешних половых органов;
• характерные складки на шее, похожие на крылья;
• деформация ушных раковин, их пониженное расположение;
• низкая линия роста волос на затылке;
• широкая грудная клетка;
• сколиоз;
• осложнение костной ткани;
• проблемы со зрением — косоглазие, близорукость, дальтонизм;

При наличии синдрома Шерешевского—Тёрнера возникают определенные проблемы с интеллектом и развитием: ухудшение способности к обучению, задержка речи, трудности с концентрацией и памятью. Иногда встречается олигофрения — задержка умственного развития.

Трисомия по X-хромосоме — генетическое заболевание, которое характерно только для женщин из-за наличия дополнительной X-хромосомы. Частота этого расстройства составляет 1 случай на 1000 новорожденных девочек.

Основные признаки трисомии по X-хромосоме:

• раннее начало полового созревания;
• преждевременное наступление менструации;
• изменчивость эмоционального состояния — резкие смены настроения;
• редко — уменьшение мышечного тонуса, незначительная задержка психического развития.

У большинства женщин с дополнительной Х-хромосомой не наблюдаются явных признаков или симптомов заболевания.

Интеллектуальные нарушения при трисомии по Х-хромосоме могут проявляться через трудности в учебе, синдром дефицита внимания и гиперактивности, а также умственную отсталость. Девочки с этим хромосомным отклонением могут столкнуться с затруднениями в отдельных школьных предметах, памятью, концентрацией внимания и общей организованностью.

Синдром Дауна — распространенное заболевание. Оно диагностируется у одного новорожденного из 500–800, одинаково часто у девочек и мальчиков.

Характерные внешние признаки синдрома Дауна: плоский затылок, сглаженная переносица, особенный разрез глаз, одна кожная складка на ладони

Основные признаки синдрома Дауна:

• лицо с плоскими чертами и низкой переносицей;
• короткая и широкая голова;
• несбалансированная шея;
• наличие монголоидного разреза глаз;
• вертикальная складка кожи, закрывающая уголки глаза;
• деформация грудной клетки;
• короткие конечности;
• отклонение прикуса.

Синдром Дауна повышает вероятность возникновения сердечно-сосудистых заболеваний, проблем со зрением и слухом, а также нарушений в работе органов ЖКТ.

У людей с этим синдромом часто встречается умственная отсталость легкой или умеренной степени.

Синдром Эдвардса — это аномалия, которая обнаруживается в 75% случаев у девочек. Рождаемость детей с синдромом Эдвардса составляет 1 из 5000-7000. Возможно, это связано с тем, что беременности с мужскими плодами чаще заканчиваются самопроизвольным выкидышем.

Основные признаки синдрома Эдвардса:

• низкая масса новорожденного;
• удлиненная и узкая голова;
• выступающий затылок;
• маленький рот;
• микрофтальмия — уменьшенный размер глазных яблок;
• расщелины на верхней губе;
• косоглазие;
• короткая шея с кожной складкой;
• деформации ушей: отсутствие мочек, узкие слуховые проходы, низкое расположение ушей;
• укороченная грудина;
• врожденный вывих бедра;
• косолапость;
• гемангиомы на коже.

У детей с синдромом Эдвардса часто наблюдаются тяжелые врожденные пороки сердца и органов ЖКТ, а также патологии мочеполовой и нервной системы. Большинство из них умирают еще в первый год жизни.

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

При синдроме Патау обнаруживается лишняя 13-я хромосома

Основные признаки синдрома Патау:

• микроцефалия — недостаточно большой размер головы;
• низкий наклонный лоб;
• узкие глазные щели;
• потопшая переносица;
• разрывы в лице — заячья губа, волчья пасть;
• деформация ушных раковин;
• врожденная катаракта.

У детей с Патау часто встречаются врожденные пороки сердца, аномалии почек, аномалии пищеварительной системы и нарушения костно-мышечной системы. Примерно 90% пациентов умирают в первый год жизни.

Синдром кошачьего крика — это редкое хромосомное заболевание, которое характеризуется особыми звуками, издаваемыми новорожденными и напоминающими мяуканье кошки.

Синдром кошачьего крика обнаруживается только у одного ребёнка из 45 000-50 000.

Основные признаки синдрома кошачьего крика:

• Известительный рыдание детей — амельче и пронизывающие;
• Микроцефалия;
• Изошее;
• Нарушение прикуса;
• Нарушение зрения;
• Деформация ушей раковин;
• Плоский хребет носа;
• Короткая шея с крыловидными складками;
• Изогнутые лапы;
• Расщелины нёба и верхней губы;
• Нарушение умственного развития.

У детей со синдромом кошачьего крика часто наблюдается умственная отсталость в тяжелой степени, нарушения речи, выраженное отставание в физическом развитии.

Продолжительность жизни в большинстве случаев не превышает 1 года, только 10% детей доживают до подросткового возраста.

Кариотипирование — исследование числа и структуры хромосом

Проблемы с хромосомами — это как замедленная бомба, которая может взорваться через годы и даже десятилетия. Большинство людей не подозревают, что они несут генетические изменения, которые могут вызвать различные заболевания не только у их детей, но и у внуков и даже правнуков.

Затруднения могут возникнуть при планировании семьи. Это может быть бесплодие, осложнения во время беременности, рождение ребенка с врожденными пороками развития.

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 — это классический цитогенетический и молекулярный.

Обычно для исследований используют венозную кровь. Также в качестве образца можно использовать костный мозг, слюну, ворсины хориона или околоплодные воды.

При цитогенетическом исследовании из крови пациента выделяют лимфоциты — разновидность лейкоцитов, белых кровяных клеток.

Лимфоциты выращивают в пробирке, затем подавляют их рост именно в тот момент, когда хромосомы в клетках лучше всего видны.

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

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

При использовании метода FISH в образец вводят специальные ДНК-зонды — фрагменты ДНК, помеченные светящимися разноцветными метками. Если в крови нет измененных хромосом, то зонды просто «выводятся» в ходе химической реакции. В случае наличия изменений — зонды «привязываются» к поврежденным участкам хромосом и подсвечивают их.

Благодаря использованию метода FISH можно точно определить тип хромосомной мутации.

Метод aCGH заключается в сравнении эталонной ДНК с ДНК пациента. Для анализа образцы помечают флуоресцентными маркерами. Красный цвет используется для нормальной ДНК, а зеленый — для изучаемой.

Оба образца смешивают и наносят на микрочип — маленькое стекло, на котором в строго определенном порядке представлены участки ДНК всех хромосом человека.

Обычно фрагменты ДНК контрольного и исследуемого образца равномерно распределяются по микрочипу смешанным синим цветом. Если у пациента отсутствует какой-то фрагмент хромосомы, то цвет на микрочипе будет красным. Если, наоборот, хромосомы в избытке, то участок микрочипа окрашивается в зеленый цвет.

Показания к кариотипированию

Будущим родителям рекомендуется сдать анализ на кариотипирование на этапе планирования беременности.

Основные показания к кариотипированию:

• Если прошло целый год после прекращения использования контрацепции, а беременность так и не наступила;
• В прошлом было два и более случая выкидыша или замершей беременности;
• Были случаи мертворождения или смерти ребенка в возрасте до одного года;
• Уже есть ребенок с заболеванием, связанным с хромосомными аномалиями;
• Результаты спермограммы показали полное отсутствие сперматозоидов или значительное уменьшение их концентрации;
• Месячных нет уже полгода;
• Среди родственников хотя бы у одного из будущих родителей есть генетические заболевания.

Детям стоит провести кариотипирование, если у них есть врожденные дефекты внутренних органов и систем, задержка физического или умственного развития, характерные признаки заболеваний, вызванных хромосомными мутациями.

Подготовка к кариотипированию

Для подготовки кариотипированию не требуется специальных инструкций. Рекомендации просты: за 2 часа до процедуры можно перекусить легкой нежирной пищей, а прямо перед анализом — съесть что-то сладкое.

Исследование можно провести через две недели после выздоровления от инфекционных заболеваний.

Результаты анализа кариотипа

Нормальные результаты кариотипирования это: 46,ХХ — женский кариотип, 46,ХY — мужской кариотип.

Иногда встречается мозаичный кариотип — нарушения хромосом обнаруживаются только в определенных клетках.

Кариотипирование позволяет обнаружить следующие хромосомные нарушения:

• Трисомия — это наличие лишней, третьей хромосомы в паре. В результате анализа обычно обозначается символом «+»;
• Моносомия — это потеря одной из хромосом в паре;
• Делеция (del) — это утрата фрагмента хромосомы;
• Дупликация (dup) — это удвоение участка хромосомы;
• Инверсия (inv) — это переворот участка хромосомы;
• Транслокация (t) — это обмен участками хромосом.

При обнаружении аномалий в кариотипе супругам необходимо обратиться к генетику. Врач определит риск рождения ребенка с патологией и посоветует способы, которые помогут избежать этого — вспомогательные репродуктивные технологии (ЭКО, ИКСИ, использование донорских половых клеток) или предимплантационную генетическую диагностику эмбрионов (до переноса в матку).

Поиск нарушений в генетическом материале ребенка поможет определить стратегию лечения и справиться с неприятными симптомами, 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 полный набор хромосом одного организма, представленный в виде микроскопических фотографий, которые позволяют определить количество, размер и форму хромосом.

Зачем нужно проводить исследование кариотипа?

Исследование кариотипа позволяет выявить наличие или отсутствие генетических нарушений, определить пол и возраст организма, а также выявить наследственные заболевания.

Какие методы используются для исследования кариотипа?

Для исследования кариотипа применяют методы цитогенетики, включая получение клеток для изучения, окрашивание хромосом и анализ их структуры и количества.

Какие заболевания могут быть выявлены при исследовании кариотипа?

При исследовании кариотипа могут быть выявлены такие генетические заболевания, как синдром Дауна, синдром Шерешевского-Тернера, гемофилия и другие наследственные патологии.