Близнецовый метод позволяет установить. Близнецовый метод

Этот метод заключается в изучении закономерностей наследования признаков в парах одно- и двуяйцевых близнецов. Он предложен в 1875 г. Гальтоном первоначально для оценки роли наследственности и среды в развитии психических свойств человека. В настоящее время этот метод широко применяют в изучении наследственности и изменчивости у человека для определения соотносительной роли наследственности и среды в формировании различных признаков, как нормальных, так и патологических. Он позволяет выявить наследственный характер признака, определить пенетрантность аллеля, оценить эффективность действия на организм некоторых внешних факторов (лекарственных препаратов, обучения, воспитания).

Суть метода заключается в сравнении проявления признака в разных группах близнецов при учете сходства или различия их генотипов. Монозиготные близнецы, развивающиеся из одной оплодотворенной яйцеклетки, генетически идентичны, так как имеют 100% общих генов. Поэтому среди монозиготных близнецов наблюдается высокий процент конкордантных пар, в которых признак развивается у обоих близнецов. Сравнение монозиготных близнецов, воспитывающихся в разных условиях постэмбрионального периода, позволяет выявить признаки, в формировании которых существенная роль принадлежит факторам среды. По этим признакам между близнецами наблюдается дискордантность, т.е. различия. Напротив, сохранение сходства между близнецами, несмотря на различия условий их существования, свидетельствует о наследственной обусловленности признака.

Сопоставление парной конкордантности по данному признаку у генетически идентичных монозиготных и дизиготных близнецов, которые имеют в среднем около 50% общих генов, дает возможность более объективно судить о роли генотипа в формировании признака. Высокая конкордантность в парах монозиготных близнецов и существенно более низкая конкордантность в парах дизиготных близнецов свидетельствуют о значении наследственных различий в этих парах для определения признака. Сходство показателя конкордантности у моно- и дизиготных близнецов свидетельствует о незначительной роли генетических различий и определяющей роли среды в формировании признака или развития заболевания. Достоверно различающиеся, но достаточно низкие показатели конкордантности в обеих группах близнецов дают возможность судить о наследственной предрасположенности к формированию признака, развивающегося под действием факторов среды.

Установление соотносительной роли наследственности и среды в развитии различных патологических состояний позволяет врачу правильно оценить ситуацию и проводить профилактические мероприятия при наследственной предрасположенности к заболеванию или осуществлять вспомогательную терапию при его наследственной обусловленности.

Трудности близнецового метода связаны, во-первых, с относительно низкой частотой рождения близнецов в популяции (1:86-1:88), что осложняет подбор достаточного количества пар с данным признаком; во-вторых, с идентификацией монозиготности близнецов, что имеет большое значение для получения достоверных выводов.

Для идентификации монозиготности близнецов применяют ряд методов. 1. Полисимптомный метод сравнения близнецов по многим морфологическим признакам (пигментации глаз, волос, кожи, форме волос и особенностям волосяного покрова на голове и теле, форме ушей, носа, губ, ногтей, тела, пальцевым узорам). 2. Методы, основанные на иммунологической идентичности близнецов по эритроцитарным антигенам (системы АВО, MN, резусу), по сывороточным белкам (γ-глобулину). 3. Наиболее достоверный критерий монозиготности предоставляет трансплантационный тест с применением перекрестной пересадки кожи близнецов.

Несмотря на трудоемкость близнецового метода и возможность ошибок при определении монозиготности близнецов, высокая объективность выводов делает его одним из широко применяемых методов генетических исследований у человека.

Методы психогенетики как науки, которая находится на стыке генетики и психологии, включают в себя психологические (тестирование, анкетирование и др.), генетические (популяционный, цитологический), психогенетические (метод приёмных детей, генеалогический, близнецовый) и математический (дисперсионный, корреляционный анализ) методы. Рассмотрим психогенетические методы более детально.

Близнецовый метод

Цель метода - оценить соотносительную роль наследственности и среды в развитии разнообразных признаков, в том числе болезней человека. Различают близнецов однояйцевых, или монозиготных, происходящих из одной оплодотворённой яйцеклетки (зиготы), и двуяйцевых, или дизиготных, которые возникают при одновременном оплодотворении двух яйцеклеток двумя сперматозоидами. Монозиготные близнецы имеют идентичные генотипы, полученные в результате слияния одной яйцеклетки с одним сперматозоидом. Их появление связано с расхождением дочерних клеток при первом (двое близнецов) или последующем делении зиготы (трое, четверо близнецов), т.е. они представляют собой результат одного из вариантов клонирования. Такие близнецы всегда одного пола. У них сходные черты строения тела и характеров, одинаковая группа крови, идентичные отпечатки пальцев, и их ткани не отторгаются при взаимных пересадках. Соотношение моно-и дизиготных близнецовых пар примерно равно 1: 2.

Для диагностики зиготности используются:

• анализ внешнего и дерматоглифического сходства;
• анализ тождества по эритроцитным антигенам (системы группы крови ABO, Rh, MN и др.);
• пересадка кожи - у монозиготных отсутствует отторжение;
• методы ДНК-диагностики.

Рождение близнецов - явление редкое. Частота появления близнецов составляет примерно 3% от общего числа родов (табл. 4.1).

Таблица 4.1. Численность ДЗ- и МЗ-близнецов в разных странах мира

При этом количество двоен увеличилось за последние пять лет, что обусловлено применением фармпрепаратов для повышения вероятности забеременеть для женщин, страдающих бесплодием: многие репродуктивные технологии также приводят к повышению риска многоплодной беременности. Показано, что высокорослые длинноногие женщины также имеют более высокий риск иметь многоплодную беременность по сравнению с женщинами с нормальным ростом. Впервые близнецовый метод был предложен Ф. Гальтоном в 1865 году.

Коэффициент конкордантности (С) - показатель идентичности пары близнецов по определённому признаку; соответствует доле сходных (конкордатных) по изучаемому признаку пар среди обследованных пар близнецов для каждой группы. Существуют таблицы коэффициента для разных признаков и заболеваний (табл. 4.2).

Таблица 4.2. Примеры конкордантности по некоторым признакам и заболеваниям у монозиготных (МЗ) и дизиготных (ДЗ) близнецов, %

Близнецовый метод имеет несколько разновидностей. В литературе чаще встречаются такие из них:

• 1) Классический близнецовый метод. В этом случае используется такая схема эксперимента, при которой выраженность исследуемого признака сопоставляют в парах монозиготных и дизиготных близнецов и оценивается уровень внутрипарного сходства партнёров.
• 2) Метод контрольного близнеца. Этот метод используется на выборках монозиготных близнецов. Так как монозиготные близнецы весьма сходны по многим признакам, то из партнёров монозиготных пар можно составить две выборки, уравненные по большому числу параметров. Такие выборки используются для исследования влияния конкретных средовых воздействий на изменчивость признака. При этом отобранная часть близнецов (по одному из каждой пары) подвергается специфическому воздействию, другая же часть является контрольной группой. Поскольку в эксперименте участвуют генетически идентичные люди, то такой способ можно считать моделью для изучения воздействия различных средовых факторов на одного и того же человека.
• 3) Лонгитюдное близнецовое исследование. В этом случае проводится длительное наблюдение одних и тех же близнецовых пар. Фактически это сочетание классического близнецового метода с лонгитюдным. Широко используется для изучения влияния средовых и генетических факторов в развитии организма (рис. 4.1).

Рисунок 4.1.

• 4) Метод близнецовых семей является сочетанием семейного и близнецового метода. При этом исследуются члены семей взрослых близнецовых пар. Дети монозиготных близнецов по генетической конституции являются как бы детьми одного человека. Метод широко используется при изучении наследственных причин ряда заболеваний.
• 5) Исследование близнецов как пары предполагает изучение специфических близнецовых эффектов и особенностей внутрипарных отношений. Используется как вспомогательный метод для проверки справедливости гипотезы о равенстве средовых условий для партнёров моно- и дизиготных пар.
• 6) Метод разлучённых близнецов. Из-за особенностей развития монозиготных и дизиготных пар близнецов классический близнецовый метод и его разновидности принято считать "нежёсткими" экспериментами: в них невозможно однозначно разделить влияние генетических и средовых факторов, так как в силу ряда причин условия развития близнецов по целому ряду особенностей оказываются несопоставимыми (рис. 4.2).

Рисунок 4.2. Разлучённые в детстве монозиготные близнецы

Однако у близнецового метода есть серьёзные недостатки, что ставит под сомнение результаты, ранее полученные с помощью этого метода. Если положение о равенстве средовых условий развития монозиготных и дизиготных близнецов не соблюдается, то оценки компонентов фенотипической дисперсии искажаются. Подобные искажения могут иметь в своей основе следующие причины:

• 1) средовые условия могут увеличивать внутрипарное сходство монозиготных близнецов. Подчёркивание сходства близнецов окружающими может привести к появлению дополнительного (негенетического) сходства между членами пары монозиготных близнецов. Это противоречит принятому допущению о равенстве общих сред для монозиготных и дизиготных пар близнецов, так как для пар дизиготных близнецов подобное подчёркивание сходства менее характерно. В случае изучения признака, слабо зависящего от специфических особенностей среды (например, психофизиологических характеристик), погрешность будет невелика. Но если признак чувствителен к такого рода особенностям близнецовой среды, то близнецовый метод малопригоден для его изучения, т.к. нарушается принцип равенства сред и общая среда будет вносить больший вклад в сходство монозиготных близнецов, чем в сходство дизиготных близнецов;
• 2) условия развития могут равным образом уменьшать сходство партнёров как монозиготных, так и дизиготных пар близнецов. Часть их связана с периодом внутриутробного развития и родов, часть приходится на последующие этапы развития. Во время внутриутробного развития близнецы часто оказываются в неравных условиях. Так, все питательные вещества и кислород поступают в плод через плаценту. Все дизиготные близнецы и одна треть монозиготных близнецов имеют различные хорионы и плаценты, остальные две трети монозиготных близнецов имеют общие хорионы и плаценту. В этом случае в плодных оболочках так называемых монохорионных близнецов образуются различные соединения (шунты) между сосудистыми системами близнецов. В случае формирования артериовенозного шунта происходит соединение артерий одного близнеца с веной другого. При этом одному из близнецов может недоставать богатой кислородом и питательными веществами крови, возможный же избыток того и другого у второго близнеца также может не способствовать нормальному развитию.

К счастью, обычно возникает несколько примерно равных по мощности шунтов, компенсирующих друг друга. Если же компенсация недостаточна, то один из близнецов развивается в условиях дефицита кислорода и питательных веществ. В этом же случае при рождении наблюдается значительная разница между близнецами, в первую очередь в весе. Подобная разница может наблюдаться и у дизиготных близнецов, и у дихорионных монозиготных близнецов из-за неравного сдавливания плацент при многоплодной беременности.

Этап родов может обусловить сильные средовые различия для близнецов. Близнец, рождающийся первым, имеет больший шанс получить родовую травму. В то же время второй близнец чаще всего занимает в матке неправильное положение, что приводит к необходимости искусственного родовспоможения. Кроме того, второй близнец дольше находится в родах и, соответственно, дольше и острее испытывает кислородное голодание, что отрицательно сказывается на развитии нервной системы.

Средовые различия между близнецами возникают и на последующих этапах развития даже при воспитании в одной семье. К этому чаще всего приводит предвзятое отношение родителей к каждому из близнецов, при этом физические особенности, возникшие на этапе внутриутробного развития и родов, усугубляются. Также часто происходит разделение обязанностей между близнецами, разделение пар по принципу "лидер - ведомый".

Появление близнецового метода в генетике

Определение 1

Близнецовый метод представляет собой научный метод, основанный на принципах сопоставления индивидуальных признаков близнецов, и имеющий целью выявление степени влияния среды и генетики на процесс формирования личности.

Основателем метода является Ф. Гальтон, который в своей статье в $1875$ году рассматривал близнецов как инструмент исследования для того, чтобы найти индивидуальные отличия в плане воздействия биологических факторов и факторов окружающей среды на формирование личности. Однако мнения о данном методе исследования были высказаны и ранее, но именно Ф. Гальтон сформулировал теорию: «природа» или «воспитание», изложив главные тезисы проблемы в книге «Близнецы, как критерий силы наследственности и среды».

Суть близнецового метода

В качестве главных особенностей близнецового метода можно выделить два момента: первый - подбор испытуемых осуществляется таким образом, чтобы сравнить их генетический материал, при этом должно быть точное совпадение; второй – выявление того свойства, который подлежит изучению. Первый момент довольно сложен в разрешении и обусловлено это тем, что различают два типа близнецов: монозиготные и дизиготные. При этом монозиготные близнецы имеют единый общий генетический материал, а дизиготные характеризуются разным генетическим набором. Кроме того, частота первых наблюдается в природе реже.

Среди основных проблем близнецового метода на сегодняшний день исследователи выделяют подбор испытуемых по фенотипическим показателям.

Замечание 1

В связи с тем, что близнецовый метод стал применяться в научной области все чаще, необходимо знание особенностей его проведения. Первая особенность заключается в том, что необходим учет двух факторов: среды развития и отсутствия различий между близнецами. Пренебрежение первым фактором повлечет за собой нарушение внутренней валидности исследования. В качестве примера можно привести отношение родителей к близнецам, которое приведет к формулировке ложных выводов о влиянии среды на изучаемый признак. А пренебрежение уровнем сходства между близнецами отразится на внешней валидности исследования, что связано с тем, что отсутствие этого фактора повлияет на получение информации о генетической составной влияния на формирование исследуемого признака.

На сегодняшний день генетики довольно часто применяют не только классический близнецовый метод, но и его всевозможные модификации. Среди них можно выделить:

• Метод контрольного близнеца, когда пары разделяются, где первый определяется в экспериментальную группу, а второй – в контрольную. Затем по итогам исследования, установляются достоверные отличия во влиянии на экспериментальную выборку при сравнении с показателями в контрольной.
• Метод разлученных близнецов, когда близнецов разлучают в раннем детстве, и они даже не предполагают о существовании друг друга.
• Метод близнецовых семей, который применяется для изучения влияния наследственности на развитие психических заболеваний.

Ошибки в применении близнецового метода

Суть первой ошибки заключается в том, что среда воспитания моно- и дизиготных близнецов существенно отличается в силу внешних отличий таких детей. В связи с тем, что монозиготные близнецы выглядят одинаково, родители к ним относятся также одинаково. Различия во внешности дизиготных близнецов провоцирует и разное к ним отношение со стороны близких людей. В качестве второй возможной ошибки выступает уровень генетического сходства, который следует четко определить в начале исследования.

Ограничения в использовании близнецового метода

Несмотря на свое широкое применение, близнецовый метод имеет определенные ограничения в своем использовании. В качестве данных ограничений можно выделить такие как систематические различия между близнецами и не близнецами по ряду признаков, например, масса, частота врожденных аномалий; психологические и социальные особенности развития близнецов в постнатальный период.

Клиническая генетика. Е.Ф. Давыденкова, И.С. Либерман. Ленинград. «Медицина». 1976 год.

ВЕДУЩИЕ СПЕЦИАЛИСТЫ В ОБЛАСТИ ГЕНЕТИКИ

Амелина Светлана Сергеевна - профессор кафедры по курсу генетики и лабораторной генетики, доктор медицинских наук. Врач генетик высшей квалификационной категории

Дегтерева Елена Валентиновна - ассистент кафедры по курсу генетики и лабораторной генетики, врач-генетик первой категории

Редактор страницы: Крючкова Оксана Александровна

Близнецовый метод основывается на изучении внутрипарного различия близнецов и имеет первостепенное значение для понимания соотносительной роли наследственности и среды в об­разовании различных признаков, аномалий строения, широко распространенных в популяции заболеваний, обусловленных полигенными факторами и особенно при изучении наследственных заболеваний с низкой пенетрантностью.

Близнецы могут развиваться из одной яйцеклетки, оплодо­творенной одним сперматозоидом, в результате разделения этой оплодотворенной яйцеклетки на одинаковые дочерние клетки, каждая из которых дает начало новому организму. Благодаря такой особенности развития эти близнецы называются однояйце­выми (или, правильнее, монозиготными). Они одного пола и ха­рактеризуются одинаковым генотипом. В отличие от них двуяйце­вые (дизиготные) близнецы развиваются из двух яйцеклеток, одновременно оплодотворенных двумя разными сперматозоидами. Дизиготные близнецы могут быть и одного, и разного пола. По своим наследственным задаткам они похожи не в большей степени, чем родные братья и сестры, не близнецы.

Если какое-либо заболевание вызывается преимущественно воздействиями среды, то при поражении им одного из близнецов вероятность того же заболевания у партнера в значительной мере сходна для однояйцевых и двуяйцевых близнецов. Если развитие патологии определяется преимущественно наследствен­ностью, частота совпадений диагноза заболевания (конкордантность) у однояйцевых близнецов должна существенно превышать частоту совпадения такого диагноза у двуяйцевых близнецов.

Выше отмечалось, что даже при заболевании, обусловленном воздействиями среды, могут иметь значение наследственные фак­торы, так как они определяют степень реактивности организма. Поэтому и при заболеваниях, вызванных влияниями среды, частота совпадения диагноза у однояйцевых близнецов может быть несколько выше, чем у двуяйцевых, в силу одинаковой реак­тивности у первых и различной реактивности у вторых. Однако, чем больше роль наследственности, тем выше частота совпадения диагноза у однояйцевых близнецов и тем больше различия в ча­стоте совпадения диагноза между однояйцевыми и двуяйцевыми близнецами.

Как правило, у человека рождается один ребенок, но нередко 1,0%) имеет место рождение двойни, реже (1: 6000-7000) - тройни, еще реже - четверни и т. д.

При обследовании близнецов важно прежде всего установить тип их зиготности (однояйцевые, двуяйцевые). Тип зиготности новорожденных близнецов можно во многих случаях установить по плаценте, так как все близнецы, имеющие общий хорион, яв­ляются однояйцевыми. 70% последних рождается с общим хорио­ном. Однако часть их имеет два хориона, а иногда и две плаценты. В то же время двуяйцевые близнецы нередко имеют общую пла­центу, но не общий хорион. Поэтому установление типа зиготности новорожденных близнецов не всегда может быть произве­дено достаточно точно, тем более, что впоследствии сведения о плаценте могут быть утрачены. Вследствие этого в генетических исследованиях для определения типа зиготности применяется главным образом «метод сходства», основанный на исследовании у партнеров близнецовой пары генетически обусловленных при­знаков, находящихся в минимальной зависимости от влияний средовых факторов.

Современные исследователи, использующие метод сходства для диагностики яйцевости близнецов, наиболее охотно опи­раются на данные о группах крови по антигенам А, В, Rh, а также по антигенам, не играющим существенной роли в повседневной медицинской практике: М, N, S, Kell, Kidd, Duffy и др. Наряду с группами крови могут быть использованы белки сыворотки крови (гаптоглобины, трансферрины и др.). Не утратило своего значения и сравнительное изучение морфологических признаков, определяемых генотипически - таких, как цвет и разрез глаз, величина и форма бровей, величина и форма ресниц, цвет и форма волос, высота переносья, профиль спинки носа, форма основания и кончика носа, толщина губ, разрез рта, завиток, противозавиток и мочка уха. Оценка таких признаков производится в соответствии со шкалами, типами и градациями, разработанными и принятыми в антропологии (С. Н. Ардашников с соавт., 1936; В. В. Бунак, 1941, и др.)- Кроме перечисленных признаков для определения яйцевости близнецов используют данные дерматоглифики, элек­трокардиографии, особенности рефракции и др.

Для подтверждения диагноза одно- или двуяйцевости широко используется портретная фотосъемка, причем оба близнеца сни­маются в одинаковых позициях: фас, профиль и 3/4 поворота. Следует поднять волосы над ушами, чтобы можно было сравнить форму уха близнецов. По фотопортретам можно произвести доста­точно точное сравнение ряда морфологических признаков (В. В. Бунак, 1959).

Применение метода сходства позволяет с достаточно высокой степенью достоверности установить характер зиготности близ­нецов. Практически определение яйцевости с помощью метода сходства производится в том случае, когда близнецы являются однополыми. Разнополые близнецы в норме всегда двуяйцевые. Исключение составляют те редчайшие случаи, когда у одного из однояйцевых близнецов возникает аберрация по половым хро­мосомам, а именно у одного из близнецов-мальчиков (XV) утра­чивается F-хромосома, вследствие чего он фенотипически разви­вается как девочка (ХО), страдающая синдромом Шерешевского - Тернера. При отсутствии данной патологии указанное правило не имеет исключений. Если близнецы однополые, то они могут быть как одно-, так и двуяйцевыми. Тождественность близнецов по нескольким избранным исследователем признакам свидетель­ствует в пользу их однояйцевости. Наличие различий по части признаков позволяет сделать вывод о двуяйцевости близнецов. Вероятность для двуяйцевых близнецов быть сходными в той же мере, что и однояйцевые, чрезвычайно мала. Полное совпадение двуяйцевых близнецов по 8 изучаемым признакам возможно примерно в 1 случае из 480 000. Если число сопоставляемых при­знаков больше, то, естественно, вероятность полного сходства для двуяйцевых близнецов еще меньше. Особенно высокую сте­пень достоверности сравнения дает определение групп крови и белков сыворотки крови.

На следующем этапе работы устанавливается конкордантность или дискордантность близнецов по изучаемому заболеванию. С этой целью используются все необходимые для диагностики дан­ной патологии анамнестические, клинические, инструментальные и биохимические методы обследования.

Сопоставление степени конкордантности (процента сходства) по изучаемому патологическому признаку однояйцевых (ОБ) и двуяйцевых (ДБ) близнецов позволяет, как уже говорилось выше, оценить степень влияния наследственных и средовых фак­торов в возникновении и развитии заболевания.

Для количественной оценки роли наследственности (к) при­меняется формула Хольцингера (см. С. Н. Давиденков, В. П. Эфроимсон, 1961).

При h = 1,0 в возникновении признака решающую роль играют генетические факторы; при h = 0,0 определяющим яв­ляется влияние среды, h, близкое к 0,5, свидетельствует о при­мерно одинаковом влиянии на формирование признака как на­следственных, так и средовых факторов.

Степень конкордантности среди ОБ и ДБ обычно определяется путем вычисления отношения числа пар, конкордантных по изу­чаемому признаку (С), к общему числу С + D (число дискордантных пар) исследованных пар (прямой метод).

Allen с соавт. (1967) обращает внимание на то обстоятельство, что для конкордантных пар в популяции имеется двойная воз­можность регистрации по обоим партнерам независимо друг от друга, в отличие от дискордантных. Исходя из этого соображе­ния, предлагается непрямой метод вычисления степени конкор­дантности.

Однако, если в процессе обследования охвачены все близнецы изучаемой популяции, то расчет конкордантности правильнее вести по первой формуле. Наиболее правильным методом опреде­ления степени конкордантности, по мнению Allen с соавт., является метод, при котором учитывается число конкордантных пар, вы­явленных по одному, и число конкордантных пар, выявленных по двум пробандам (х), т. е. метод, занимающий промежуточное положение между двумя выше приведенными.

Оценка степени конкордантности может искажаться при ва­риабельности в экспрессивности признака. Для оценки возмож­ного искажения Р. П. Мартынова предложила «индекс конкор­дантности», отражающий долю тяжело пораженных пар из числа всех конкордантных по формуле:

1с - индекс конкордантности; а - число пар, в которых оба близнеца тяжело поражены; Ъ - число пар, в которых один близнец поражен тяжелой, второй - легкой формой заболе­вания.