Психогенетика А.А.Александров

Если признак  обладает высоким коэффициентом наследуемости, то это совсем не означает, что он нечувствителен к средовым воздействиям. Самым распространенным заблуждением является уверен-

 

40    Глава 3. Основные методы, применяемые  в психогенетике человека

Рис. 3.2

Взаимодействие  генотипа и среды

 

 

 

 

ность в том, что если наследуемость равна 90%, то бесполезно менять средовые воздействия, ничего не изменится, все равно на признак уже не повлиять. По величине генетической дисперсии в данных условиях нельзя предсказать, как она будет меняться под влиянием изменения среды.

Непонимание этой особенности  подчас приводит к курьезам. Так, в  США суд признал мошенничеством рекламирование средства от облысения на том основании, что появление лысины наследственно обусловлено.

Теоретически  возможны ситуации, когда генетическая дисперсия признака может исчезнуть под влиянием среды. Напомним про взаимодействия «генотип—среда». Представим, что в популяции имеются два разных генотипа А и Б, по-разному реагирующие на изменение среды (рис. 3.2). Тогда возможно такое состояние среды, при котором средние значения признака для каждого генотипа совпадут (точка пересечения). В этой точке для данной популяции генотипиче-ская дисперсия исчезнет и останется только средовая.

При уменьшении разнообразия средовых воздействий наследуемость будет возрастать, поскольку в этих условиях индивидуальные отличия в большей мере будут связаны с генетическими факторами. В принципе коэффициент наследуемости может быть равен единице. Это может также наблюдаться для жестко детерминированных признаков, практически не зависящих от средовых воздействий. Например, такие признаки, как цвет глаз, группа крови, практически не зависят от средовых воздействий, и вся наблюдаемая изменчивость определяется генотипической изменчивостью.

Для выявления генетических и средовых влияний на фенотипи-ческое разнообразие применяются три основных подхода: близнецовые исследования, исследования приемных детей, семейный анализ (генеалогический). Постепенно развиваются и методы идентификации генов, непосредственно участвующих в формировании конкретных свойств. 

Близнецовый метод   41

Близнецовый метод

Близнецовый метод основан на существовании двух типов близнецов. Однояйцевые, или монозиготные, близнецы, как показывает само название, развиваются из одной оплодотворенной яйцеклетки (зиготы). После того как зигота начинает делиться, на какой-то стадии развития возможно отделение делящихся клеток друг от друга и разделение на два зародыша, каждый из которых начинает развиваться самостоятельно, как отдельный организм.

Разнояйцевые, или дизиготные, близнецы образуются при оплодотворении двух (и более) яйцеклеток и с самого начала развития представляют собой разные организмы.

С генетической точки зрения монозиготные близнецы полностью идентичны, у них на 100% одни и те же гены. Природа в данном случае производит клонирование человека (клон — это группа генетически идентичных особей). Частота встречаемости монозиготных близнецов составляет примерно 4 случая на 1000 рождений, и этот показатель довольно стабилен в разных популяциях. Если у человека это довольно редкое явление, то у некоторых млекопитающих такой вариант бесполого размножения имеет место на регулярной основе (у броненосцев, как правило, рождаются монозиготные двойни и четверни).

Факторы, влияющие на появление монозиготных близнецов, до сих пор остаются неизвестными. В отношении дизиготных близнецов ситуация более понятна, поскольку для их появления необходимо одновременное созревание двух или нескольких яйцеклеток. В связи с этим на вероятность появления дизиготных близнецов влияет уровень фолликулостимулирующего гормона. Этим, очевидно, объясняется увеличение вероятности рождения дизиготных близнецов с возрастом матери (максимум рождений в возрасте 35-39 лет). На уровень гормона может повлиять и наследственность. Наиболее высокая рождаемость дизиготных близнецов отмечена для Западной Африки (в Нигерии в племени йоруба — 4,2% рождений). Для Евро-пы это значение составляет 0,8%.

Дизиготные  близнецы с генетической точки зрения так же близки, как обычные дети одних и тех же родителей (общими являются примерно 50% генов). В отличие от монозиготных близнецов дизиготные близнецы могут быть разнополыми. В принципе, могут даже встречаться дизиготные близнецы, представляющие собой сводных братьев или сестер, т. е. имеющие только 25% общих генов. Если в период

 

42    Глава  3. Основные методы, применяемые в  психогенетике человека

овуляции женщина вступала в половую связь с разными  партнерами, то яйцеклетки могли быть оплодотворены сперматозоидами разных отцов. Изредка в ходе судебных экспертиз по определению отцовства обнаруживают такие близнецовые пары с разными отцами. В результате наличия двух типов близнецов создаются уникальные условия для психогенетических исследований и экспериментов, поскольку любые различия между монозиготными близнецами можно отнести только на счет средовых влияний. Дизиготные близнецы служат для контроля, поскольку особенности их развития до и после рождения (пре- и постнатальный онтогенез) во многом сходны и можно допустить равенство среды моно- и дизиготных близнецов.

Классический вариант близнецового метода

В классическом варианте близнецового метода исходят из оценок внутрипарного сходства близнецов. Для дискретных признаков используют понятия конкордантности и дискордантности. Если признак проявился у обоих близнецов (например, оба заболели шизофренией), говорят о конкордантности по этому признаку. Если у одного близнеца в фенотипе признак проявляется, а у другого нет (один болен, а другой остался здоровым), то речь идет о дискордантности.

Таблица 3.1

Конкордантность близнецов при некоторых заболеваниях

(по  Фогель, Мотульски, 1989, с изменениями)

Монозигот-     Дизиготные        Отношение 
Признак ные близне-       близнецы       конкордантно-

цы (МЗ), %        (ДЗ), %       стей МЗ/ДЗ, %

Ишемическая болезнь 19,0 8,5 2,4

сердца

Гиперфункция щито- 47,0 3,1 15,1

видной железы

Сахарный диабет 55,8 11,4 4,9

Псориаз 61,0 13,0 4,7

Корь 97,4 94,3 1,03

Скарлатина 54,6 47,1 1Д6

Туберкулез 52,8 20,6 2,56

 
В табл. 3.1 приведены данные по конкордантности близнецов при  некоторых заболеваниях. Значительные отличия в конкордантности у моно- и дизиготных близнецов указывают на большую роль генетических факторов, определяющих подверженность ряду заболеваний (см., например, данные по диабету). Само по себе высокое значение конкордантности еще ни о чем не говорит, важно соотношение показателей для моно- и дизиготных близнецов. Так, высокая конкордантность по кори наблюдается у всех близнецов просто из-за распространенности этого инфекционного заболевания (приведены сравнительно старые данные, когда заболеваемость инфекционными болезнями, о которых идет речь, была высока).

Для признаков, поддающихся количественной оценке, таких как, например, коэффициент интеллекта, определяют внутрипарный коэффициент корреляции между близнецами.

Поскольку у  монозиготных близнецов 100% общих генов, а у дизиготных примерно 50%, то значение коэффициента наследуемости признака в узком смысле получают по следующей формуле:

h²=2(r_МЗ - r_ДЗ), (3)

где h² — наследуемость в узком смысле (доля фенотинической изменчивости, связанная с аддитивными генетическими эффектами), r_МЗ — коэффициент корреляции признака среди монозиготных близнецов, r_ДЗ — коэффициент корреляции признака среди дизиготных близнецов. В отечественной литературе этот показатель именуется коэффициентом Игнатьева.

Вклад общей (разделенной) среды в изменчивость можно оценить таким образом:

E_S= r_МЗ –h² (4)

Наконец, вклад  индивидуальной (неразделенной) среды  и ошибку измерения получают по формуле:

E_NS   = 1 - r_МЗ  (5)

Заметим, что h² не может быть больше 1, как это иногда случается на практике при использовании вышеприведенной формулы (3), по- этому прибегают и к другим способам подсчета. Для оценки наследуемости можно использовать показатель наследуемости Хользингера:

                                           (6) 

где К — конкордантность в процентах для моно- и дизиготных близнецов (МЗ и ДЗ соответственно) или, если оценивать корреляцию, то:

 

 (7)

Эти показатели неплохо себя зарекомендовали и являются полезными способами оценки для характеристики источников индивидуальной изменчивости.

Сразу отметим, что если корреляция среди монозиготных близнецов превосходит корреляцию у дизиготных близнецов более чем в два раза, то из первых двух формул (3) и (4) следует, что вклад общей среды в изменчивость признака в этом случае равен нулю.

Вернемся  к табл. 3.1. Весьма любопытны данные по туберкулезу, они определенно указывают на большую роль генетических факторов, определяющих заболеваемость, хотя это инфекционная болезнь, возбудитель которой хорошо известен, т. е. причина заболевания — средовое воздействие. Если проанализировать данные по монозиготным близнецам, то выявляются еще более интересные подробности. Так, конкордантность часто наблюдается не только по факту заболевания, но и по тому, какой орган поражен (почки, кости), по локализации (вплоть до доли легкого).

В то же время  вклад общих средовых воздействий  равен нулю. Каким образом понимать эти данные? Важно все время помнить, что когда мы говорим о наследуемости и о соотношении вклада генетических и средовых воздействий в этот показатель, то имеем в виду вклад этих компонентов в наблюдаемую изменчивость по данному признаку. В случае инфекционного заболевания важнейшей характеристикой среды является распространенность инфекции. В годы, когда были собраны приведенные данные, практически каждый житель индустриально развитых регионов США и Европы сталкивался с этой инфекцией. Таким образом, изменчивость среды в этом смысле была очень невелика, инфекция присутствовала повсеместно. В этих условиях вероятность заболевания определяется главным образом наследственной восприимчивостью. В дальнейшем, когда заболеваемость туберкулезом значительно снизилась, средовые условия стали более разнообразными, начали изменяться и показатели наследуемости (в сторону уменьшения).

Этот пример еще раз подчеркивает, что показатель наследуемости зависит и от условий среды тоже.

Постоянно высокое  значение отношения корреляций монозиготных близнецов к таковым у дизиготных может также указывать на наличие неаддитивных генетических эффектов или на разную степень общности среды у моно- и дизиготных близнецов. 

Близнецовый метод   45

В связи с этим важно  проверить данные, полученные на близнецах, выросших вместе, с помощью альтернативных подходов.

Метод разлученных близнецов

Еще один вариант  близнецового метода — это метод разлученных близнецов, позволяющий отделить сходство, вызванное одинаковым генотипом от сходства, причиной которого являются одинаковые воздействия среды. Данные по разлученным близнецам, которые воспитывались в разных семьях, позволяют существенно дополнить классический вариант близнецового метода.

Кроме того, если между монозиготными близнецами регистрируются какие бы то ни было отличия в фенотипе, то они могут быть связаны только с различными влияниями внешней среды (поскольку генотипы абсолютно идентичны). Именно это обстоятельство дает возможность обнаружить те воздействия среды, от которых зависит проявление исследуемого свойства в фенотипе. Это имеет большое значение, поскольку позволяет найти способ воздействия на индивида с целью наиболее полного развития желательных свойств или, наоборот, идентифицировать факторы риска развития болезней либо нежелательных особенностей поведения. Для такого поиска важно иметь близнецов, выросших в разных условиях.

При использовании  метода разлученных близнецов сравнивается сходство монозиготных близнецов, выросших вместе, с данными по близнецам, разлученным после рождения и выросшим порознь. Метод дает возможность оценить воздействие разных сред на одинаковые генотипы. Однако подбор таких пар по вполне понятным причинам затруднителен, кроме того, как показывает детальный анализ, полное разлучение близнецов — это исключительно редкое явление.

Метод близнецовых семей

Третий вариант  близнецового метода — метод близнецовых семей. Фактически речь идет о совмещении близнецового и семейного методов исследования. Эта разновидность исследований позволяет разобраться с так называемыми фенокопиями, т. е. с ненаследственными изменениями фенотипа организма, при которых в фенотипе в результате необычного воздействия внешней среды развивается признак, который обычно связан с определенным геном или набором генов. Например, есть ген, вызывающий гетерохромию радужной оболочки глаз, т.е. радужные оболочки глаз отличаются по цвету.

 

Точно такой  же признак возникает как фенокопия  в результате родовой травмы при повреждении шейного симпатического сплетения. Наличие фенокопии затрудняет анализ, поскольку один и тот же признак может быть и следствием определенного генотипа, и результатом специфического воздействия внешней среды.