Близнецовый метод исследования

Содержание 

Введение 3

Близнецовый метод 5

Разновидности близнецового метода 10

Заключение. Результаты использования близнецового метода 13

Список используемой литературы 14 

Введение 

Психогенетика - это наука, изучающая роль наследственности и среды в формировании психических и психофизиологическихсвойств человека.

Первое капитальное  исследование в области психогенетики  принадлежит перу сэра Фрэнсиса Гальтона. Его и принято считать «отцом» психогенетики. История этой науки насчитывает немногим более столетия. Это очень короткий период истории по сравнению со многими другими науками, однако, даже за этот небольшой срок она успела значительно повлиять на общественное сознание. Несмотря на свою «молодость», психогенетика успела создать свои методы исследования или позаимствовать часть из смежных наук.

Исследования  в психогенетике условно можно  разделить на 2 направления:

1. «от поведения к гену»
2. «от гена к поведению»

В рамках первого  направления проводится изучение отдельных  признаков целостного поведения  животных, а затем следует детальный анализ феноменологии на уровне отдельных хромосом, генных комплексов и единичных генов. В рамках второго направлении, исследуются функции гена на различных уровнях  с последующим анализом его влияния на поведение животного.

Выделяют следующие методы исследования в психогенетике:

     1.Семейный. В этом исследовании сравниваются родственники, принадлежащие к нескольким поколениям и к одному поколению. Семейное исследование относится к одному из видов корреляционных исследований.

     2.Исследования на усыновленных и приемных детях. В исследование включаются дети, максимально рано отданные на воспитание чужим людям-усыновителям, их биологические и приемные родители. С первыми дети имеют, как родственники I степени, в среднем 50% общих генов, но не имеют никакой общей среды; со вторыми, наоборот, имеют общую среду, но не имеют общих генов. С помощью этого метода устанавливается влияние биологических и средовых факторов на формирование психики ребенка.

     3.Моделирование  на животных. Преимущества генетических исследований на животных очевидны - это широкие возможности для скрещивания и отбора, контроля условий среды, в которых развивается потомство, отсутствие этических преград для проведения любых манипуляций на всех уровнях функционирования, начиная с геномного и кончая популяционным. Спектр возможностей исследований человека гораздо уже. Поэтому психогенетика часто использует методы моделирования на животных различных состояний, некоторых психических заболеваний, элементарных форм научения.

     4.Популяционно-генетические  методы определения психологических  характеристик.

5. Близнецовый  метод. Используется для выяснения наследственной обусловленности признаков и хорошо демонстрирует взаимоотношения между генотипом и внешней средой. С помощью этого метода удалось оценить значимость генетической предрасположенности к многим заболеваниям, пенетрантность, экспрессивность и условия проявления тех или иных видов патологии. Близнецовые данные оказываются полезными для количественной оценки степени генетической детерминированности отдельных признаков, в связи с чем, близнецовый метод можно считать одним из важных методов количественной генетики.

Рассмотрим более  подробно близнецовый метод исследования. 
 

Близнецовый метод 

У большинства млекопитающих в одном помете может быть несколько детенышей. Это объясняется тем, что при овуляции происходит созревание нескольких яйцеклеток одновременно. Но у некоторых животных и у человека созревает всего одна яйцеклетка, и рождается один единственный детеныш. Однако бывают случаи, когда созревает одна и более яйцеклеток, соответственно рождаются два и более детенышей. Многоплодием у человека называют одновременным развитием в матке женщины двух и более плодов. Они могут происходить из одной или из разных яйцеклеток. Тогда, в первом случае, говорят об однояйцевых или монозиготных близнецах (рис.2) , а во втором – о дизиготных или двухяйцевых близнецах (рис.1).

При рождении близнецов  возможны четыре различных варианта соотношения оболочек плода:

• близнецы имеют раздельные амнионы, хорионы и плаценты;
• близнецы имеют раздельные амнионы, хорионы и общую плаценту;
• близнецы имеют раздельные амнионы и общие хорион и плаценту;
• близнецы имеют общие амнион, хорион и плаценту.

Для дизиготных близнецов характерны только два первых типа, при рождении монозиготных     близнецов могут наблюдаться все четыре типа                             Рис.1 
соотношения плодных оболочек.          

Генотипы монозиготных близнецов идентичны, т.к. получены в результате слияния одного сперматозоида и одной яйцеклетки. Их появление связывают с  расхождением дочерних клеток при первом или последующем делении зиготы. Расхождение может происходить в различные сроки,и это влечет за собой определенные последствия.

Существует три  варианта:

1.Если расхождение происходит в первые 5 дней, то оба зародыша развиваются в условиях типичных для двухяйцевых близнецов.

2.Если расщепление происходит на 5 -7 день. Этот случай самый частый. Его можно рассматривать как   типичный для однояйцевых близнецов.

3.Если деление  происходит после 7 дней.- сиамские близнецы.

Монозиготные  близнецы имеют сходные черты  строения тела и характеров. Они  являются идеальными донорами друг для  друга. Такие близнецы всегда одного пола.

Двухяйцевые близнецы обладают гораздо меньшими сходствами, т.к. произошли от разных яйцеклеток и разных сперматозоидов ( бывали случаи, когда близнецы имели разных отцов). Такие близнецы могут отличаться по полу, группе крови и т.д.

Близнецы рождаются  довольно редко. Всего лишь 1,5-2 % от общего количества рожденных детей. Поэтому этот метод эффективен, но сопровождается рядом трудностей.

Близнецовый метод был предложен  Ф. Гальтоном в 1865 году, но окончательная  разработка его основ была проведена  Г. Сименсом в 1924 году. Сименс разработал надежный способ диагностики зиготности (метод полисимптомного сравнения), базирующийся на оценке сходства (конкордантности) и различия (дискордантности) близнецов по целому ряду параметров. Каждый параметр в отдельности не позволяет вынести суждения о зиготности близнецов, но использование комплекса параметров позволяет проводить более надежную диагностику. Кроме этого он предложил использовать в качестве объекта исследований не только монозиготных близнецов, но и дизиготных близнецов. Принципы, заложенные Г. Сименсом в основу близнецового метода не претерпели сколько-нибудь существенных изменений до настоящего времени. Кроме того, Сименс сформулировал принципы составления близнецовой выборки, создав предпосылки для изучения генетики нормальной изменчивости.

Близнецовый метод включает следующие этапы:  
1. составление выборки,  
2. определение типа зиготности,  
3. собственно оценка результатов сопоставления пар.

При составлении  выборки необходимо соблюдать ряд условий:  
1. обязательно обследовать обоих членов близнецовой пары (из выборки исключаются пары в случае невозможности обследования одного из близнецов);  
2. иметь статистически достаточное количество пар близнецов, причем соотношение пар близнецов NDZ/NMZ должно совпадать с таковым для изучаемой популяции, так как и процент многоплодия, и указанное соотношение  
варьируют у разных рас и народов.                                              Рис. 2          
Рассчитать количество ди- (NDZ) и монозиготных (NMZ) пар достаточно легко:  
а) NDZ = 2 х (количество разнополых пар), так как рождение однополых и разнополых дизиготных близнецов равновероятно, отсюда NMZ = NDZ + Mz - NDZ;  
б) или по формуле Вайнберга: для дизиготных близнецов коэффициент дизиготности (d) вычисляется по формуле:

d = (2u / N)*1000,    

где u- число разнополых близнецовых пар, N – общее число изученных родов.

Коэффициент монозиготности (m) находится по формуле: 

m = (L-2u)*1000 / N,  

где L-общее число близнецовых пар в исследуемой выборке. 

3. учитывать соответствие возраста и пола близнецов  в сравниваемых выборках.

Для установления типа зиготности можно использовать следующие методы:

метод оценки количества плодных оболочек (плаценты и хориона) и метод полисимптомного сходства, предложенный Сименсом и Фершуером в 1924 г. и основанный на сравнении партнеров по внешним морфологическим признакам. Но самым надежным диагностическим тестом является метод оценки частоты встречаемости моногенных полиморфных признаков, впервые примененный Смитом и Пенроузом при анализе зиготности близнецов по группам крови. Для установления типа зиготности этим методом можно использовать анализ эритроцитарных и лейкоцитарных антигенов, белков сыворотки крови, ПДРФ-маркеров, восприятие вкуса фенилтиокарбамида, а также содержание различных веществ в слюне, моче, поте. Сущность этого метода заключается в вычислении по теореме Байеса вероятности дизиготности и монозиготности пары близнецов одного пола при наличии у них одинаковых маркеров. Вероятность наличия у дизиготных близнецов одинаковых показателей в n-системах, равна произведению вероятностей по каждому тесту (Pd = Pdl x Pd2 x Pdn), а то, что они монозиготны - Рт = (1 — Pd). Результаты расчетов вероятностей встречаемости признаков показали, что сходство дизиготных близнецов по пяти локусам от двух гетерозиготных родителей ожидается лишь в 1,4%.  
Оценка результатов сопоставления пар включает расчет конкордантности пар, а также доли наследственной обусловленности признака.

Существуют таблицы конкордантности близнецов по различным признакам и заболеваниям, составленные эмпирически. Чем больше наследственная компонента, тем больше различаются по конкордантности моно- и дизиготные близнецы. Для определения доли наследственной обусловленности признака рассчитывается коэффициент наследуемости (Н) по формуле Хольцингера:

Если Н > 0,7 (70%), то решающая роль в проявлении признака принадлежит наследственным факторам, если показатель Н находится в интервале 0,3—0,7 (30—70%), то на проявление признака оказывают влияние как наследственные, так и внешнесредовые факторы с тем или иным преимуществом. Основная роль факторов внешней среды в проявлении признака предполагается, если Н < 0,3 (30%).

Близнецовый метод  в классическом варианте основывается на нескольких допущениях.

Во-первых, предполагается равенство сред для партнеров  как в парах монозиготных, так и парах дизиготных близнецов. В этом случае если изменчивость признака полностью определяется средой, то и монозиготных и дизиготных близнецы должны иметь по этому признаку одинаково высокие внутрипарные корреляции близкие к 1,0. Если же изменчивость признака целиком зависит от генотипа, то коэффициент корреляции в группе монозиготных близнецов должен быть близок к 1,0, а в группе дизиготных близнецов приблизительно равен 0,5 (т.е. степени родства дизиготных близнецов, схожести их генотипа).

Во вторых, предполагается отсутствие систематических различий между близнецами и одиночнорожденными. В обратном случае результаты близнецовых исследований нельзя переносить на популяцию в целом. Так же не должно быть систематических различий между самими типами близнецов.

Если положение  о равенстве средовых условий  развития монозиготных и дизиготных близнецов не соблюдается, то оценки компонент фенотипической дисперсии (наследуемость, дисперсии эффектов общей и различающейся среды) искажаются. Подобное искажение может происходить в ряде случаев:

1) Средовые условия  могут увеличивать внутрипарное  сходство монозиготных близнецов. Подчеркивание сходства окружающими может привести к появлению дополнительного (негенетического) сходства между членами монозиготных пары близнецов. Это противоречит принятому допущению о равенстве общих сред для монозиготных и дизиготных пар, так как для дизиготных пар подобное подчеркивание 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 так как нарушается принцип равенства сред и общая среда будет вносить больший вклад в сходство монозиготных близнецов, чем в сходство дизиготных близнецов.

2) Средовые условия могут уменьшать внутрипарное сходство дизиготных близнецов. Так, в ряде исследований показано, что средовые условия развития имеют тенденцию увеличивать различия дизиготных близнецов: родители склонны акцентировать различия дизиготных близнецов (например, успехи в разных видах деятельности); сами близнецы стремятся подчеркнуть свою непохожесть. Это приводит к эффекту диссимиляции – постепенному различию дизиготных близнецов. Если изучаемая психологическая характеристика формируется при участии способствующих диссимиляции средовых факторов, то показатель наследуемости будет завышен как и в первом случае, поскольку общая среда будет вносить меньший вклад в сходство дизиготных близнецов, чем в сходство монозиготных близнецов.

3) Условия развития  могут равным образом уменьшать сходство партнеров как монозиготных, так и дизиготных пар. 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 дизиготных близнецы и примерно одна треть монозиготных близнецов имеет раздельные хорионы и плаценты. Остальные две трети монозиготных близнецов имеют общие хорион и плаценту. В этом случае в плодных оболочках так называемых монохорионных близнецов образуются различные соединения (шунты) между сосудистыми системами близнецов. В случае формирования артерио-венозного шунта происходит соединение артерии одного близнеца с веной другого. При этом одному из близнецов может не доставать богатой кислородом и питательными веществами артериальной 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 случае при рождении наблюдается значительная разница между близнецами, в первую очередь в весе. Подобная разница может наблюдаться и у дизиготных близнецов и дихорионных монозиготных близнецов из-за неравномерного сдавливания плацент при многоплодной беременности.

Этап родов  также 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 (случай комплементарных отношений), разделение пар по принципу “лидер - ведомый”.

Таким образом, если средовые условия оказывают  различное влияние на формирование изучаемой характеристики у монозиготных и дизиготных близнецов, то показатель наследуемости этой характеристики может оказаться искаженным: заниженным, если общая среда вносит меньший вклад в сходство монозиготных близнецов, чем в сходство дизиготных близнецов; завышенным – в противоположном случае. 

Разновидности близнецового метода 

Классический  близнецовый метод.

В этом случае используется такая схема эксперимента, при  которой выраженность исследуемого признака сопоставляется в парах  монозиготных и дизиготных близнецов и оценивается уровень внутрипарного сходства партнеров.

Метод контрольного близнеца.

Этот метод  используется на выборках монозиготных близнецов. Так как монозиготные близнецы весьма сходны по многим признакам, то из партнеров монозиготных пар можно составить две выборки, уравненные по большому числу параметров. Такие выборки используют 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 этот способ можно считать моделью для изучения воздействия различных средовых факторов на одного и того же человека.

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.

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.

Исследование  близнецов как  пары.

Предполагает  исследование специфических близнецовых  эффектов и особенностей внутрипарных отношений. Используется как вспомогательный  метод для проверки справедливости гипотезы о равенстве средовых условий  для партнеров монозиготных и дизиготных пар.

Сопоставление близнецов с неблизнецами.

Также вспомогательный  метод, позволяющий оценить существенность разницы между близнецами и неблизнецами. Если разница между близнецами и  остальными людьми не является значимой, то близнецы и остальные люди относятся к одной генеральной выборке и, следовательно, результаты бллизнецовых исследований можно распространять на всю популяцию.

Так, было отмечено некоторое отставание членов близнецовых  пар в развитии от одиночнорожденных. Особенно эта разница заметна в раннем возрасте. Но сопоставление результатов исследования членов близнецовых пар, чей партнер умер в раннем детстве и одиночнорожденных не выявил существенной разницы в уровне развития. То есть особенности развития близнецов обусловлены не столько трудностями эмбрионального развития, сколько с особенностями воспитания близнецов как пары (семейные трудности при рождении близнецов, замкнутость близнецов в паре и т.п.). Таким образом, близнецы несколько отличаются от всей популяции, но с возрастом эта разница заметно сглаживается и близнецы по большей части становятся сопоставимы с остальной популяцией. 
 

Метод разлученных близнецов.

Из-за особенностей развития дизиготных и монозиготных пар близнецов классический близнецовый метод и его разновидности принято считать “нежесткими” экспериментами: в них невозможно однозначно разделить влияние генетических и средовых факторов, так как в силу ряда причин условия развития близнецов по целому ряду причин оказываются несопоставимыми.

Поэтому эксперименты проведенные по вышеприведенным схемам требуют дополнительной верификации. Она может быть двух видов. Во-первых, можно проверить гипотезу о сходстве среды монозиготных и дизиготных близнецов, то есть доказать, что на исследуемую характеристику не влияют различия в среде монозиготных и дизиготных близнецов. Но подобная проверка весьма трудна и обладает невысокой надежностью.

Во-вторых, данные исследований можно сопоставить  с результатами исследований по “жестким”  схемам, которые позволяют точно  отделить влияние средовых факторов от генетических. Одним из таких методов и является метод разлученных близнецов.

В этом методе проводится внутрипарное сравнение близнецов, разлученных в раннем возрасте. Если монозиготные близнецы были разлучены подобным образом и росли в разных условиях, то все их сходство должно быть определено их генной идентичностью, а различия – влиянием средовых факторов.

Метод частично разлученных  близнецов.

Этот метод  состоит в сравнении внутрипарного  сходства монозиготных и дизиготных близнецов, живущих какое-то время врозь.

В этих исследованиях  также можно определить в какой  степени справедлив постулат о равенстве  сред монозиготных и дизиготных близнецов. Так, если монозиготные близнецы живущие отдельно становятся все менее схожи друг с другом по некой психологической характеристике, а дизиготные близнецы, живущие врозь, не отличаются по внутрипарному сходству от вместе живущих дизиготных близнецов, то можно сделать вывод, что средовые условия монозиготных и дизиготных неравноценны, а выводы о наследуемости изучаемой характеристики завышают показатель наследуемости этой характеристики.

Заключение. Результаты использования близнецового метода 

  Близнецовые исследования сыграли значительную роль при изучении генетики поведения, многих инфекционных и мультифакториальных заболеваний.

  С помощью близнецового метода была показана высокая доля наследственности в  формировании таких признаков как  продолжительность жизни человека, развитие одаренности, чувствительность к лекарственным препаратам и т.п. С помощью близнецового метода было выявлено значение генотипа и внешней среды в развитии многих инфекционных болезней. Так, при заболевании корью и коклюшем ведущее значение имеют инфекционные факторы, а при туберкулезной инфекции и заболевании менингитом существенное влияние оказывает генотип.     

  Близнецовый метод позволил доказать основной закон  генетики развития: индивидуальные свойства каждого организма формируются, складываются  в онтогенезе под  контролем генотипа и среды. Закон  взаимодействия наследственности с физической и социальной  средой относится к любым признакам человека, к особенностям строения его тела, физиологическим функциям, патологии. Ему подчиняется и развитие таких сложных признаков, как тип высшей нервной деятельности, особенности психики, способности и склонности. Социальная среда, наставники, тренировки и упражнения не сформируют  выдающегося художника, певца, математика, спортсмена из ребенка, не имеющего соответствующих наследственных задатков. Однако эти задатки не смогут полностью проявиться без соответствующих условий. Необходимым условием их развития является социальная среда – воспитание, обучение, опытное руководство и систематический труд.    

   В последние годы, несмотря на возможности  близнецового метода для понимания роли наследственности и среды, он не имеет столь широкого практического применения в медицине, как ранее. Это обусловлено появлением более точных современных методик, дающих однозначный ответ относительно генетической предрасполроженности к конкретному заболеванию.

Список  используемой литературы 

1. Равич-Щербо  И.В. Психогенетика / И.В. Равич-Щербо, Т.М Марютина,    Е. Л. Григоренко – М.: Аспект Пресс, 2003. – 445 с.
2. Фогель Ф. Генетика человека. т.3 Эволюция человека. Генетика поведения. Практические аспекты./ Ф. Фогель, А. Мотульски – М.: Мир, 1990.- 367 с.
3. Калаев В.Н. Методы психогенетики. Учебное пособие для вузов/ Калаев В.Н.- Воронеж: Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета, 2009.- 74 с.