Przegląd

Opisanie liczby i cech fizycznych chromosomów może ujawnić nieprawidłowości leżące u podstaw chorób genetycznych. Opis ten jest ułatwiony dzięki specjalnym technikom barwienia, które wytwarzają określony wzór prążków na każdym chromosomie. Najnowocześniejsze techniki sprawiają, że podejście to jest jeszcze bardziej skuteczne, umożliwiając wykrywanie pojedynczych genów wywołujących choroby.

Prosta technika barwienia chromosomów dostarcza cennych informacji naukowych

Niektóre choroby genetyczne można wykryć, patrząc na strukturę i liczbę chromosomów, które powstają, gdy DNA jest zagęszczane podczas mitozy. Po utworzeniu chromosomów cytogenetycy zatrzymują mitozę i przeprowadzają barwienie. Barwienie wytwarza wyraźny wzór prążków, który ujawnia różne cechy, takie jak liczba, kształt i typ chromosomów. Taki opis chromosomów danej osoby nazywa się kariotypem.

Aby ułatwić kariotypowanie, wykonuje się obraz barwionych chromosomów, a następnie identyfikuje się poszczególne chromosomy i wycina je z obrazu. Chromosomy są następnie układane w pary i porządkowane według wielkości. Ten układ nazywa się kariogramem. Na ludzkim kariogramie 22 autosomy są oznaczone od 1 do 22, od największej do najmniejszej pary. Dwa chromosomy płci są oznaczone jako X lub Y. Kariogram ułatwia wykrycie brakujących lub dodatkowych fragmentów chromosomu lub całej dodatkowej kopii, z których wszystkie mogą leżeć u podstaw chorób genetycznych.

Kariogramy mogą ujawnić zaburzenia genetyczne

Marthe Gautier, Jérôme Lejeune i Raymond Turpin odkryli w 1959 roku, że pacjenci z zespołem Downa mają trzecią kopię chromosomu 21. Zespół Downa nazywany jest zatem również trisomią 21. Osoby z zespołem Downa zazwyczaj mają łagodną lub ciężką niepełnosprawność intelektualną i objawy fizyczne, w tym opóźniony wzrost, ale osoby różnią się znacznie pod względem stopnia, w jakim są dotknięte. Zespół Downa powstaje, gdy kopie chromosomu 21 nie rozdzielają się na odrębne plemniki lub komórki jajowe podczas mejozy. Rezultatem jest komórka rozrodcza z 24 chromosomami zamiast zwykłych 23. Kiedy taka komórka rozrodcza łączy się z komórką drugiego rodzica podczas zapłodnienia, powstała zygota ma 47 chromosomów. W niewielkim odsetku przypadków zespołu Downa obecny jest tylko dodatkowy fragment chromosomu 21, zwykle zrośnięty z innym chromosomem.

Bardzo czułe metody barwienia pomagają określić genetyczne podłoże choroby

Cytologetycy w dzisiejszych czasach wydobywają znacznie więcej informacji z kariogramu niż tylko liczbę chromosomów i strukturę dzięki postępom w biologii molekularnej, chemii i oprzyrządowaniu. Barwnik pochodzący z porostów, który był używany w pierwszych badaniach cytogenetycznych, został zastąpiony bardziej stabilnymi barwnikami, takimi jak Giemsa. Giemsa barwi niektóre części nici DNA silniej niż inne, w zależności od składu zasad i struktury chromatyny. Uzyskany wzór intensywności barwienia nazywa się pasmem G. Ten wzór jest powtarzalny i identyczny dla osobników danego gatunku, więc nieprawidłowości są łatwe do zauważenia. Dostępnych jest kilka metod tworzenia wzorów prążków, co ułatwia diagnozowanie różnych nieprawidłowości chromosomowych.