วิธีไซโตเจเนติกส์เพื่อศึกษาพันธุศาสตร์ ชีววิทยาการแพทย์ การย้อมสีโครโมโซมในทางโลหิตวิทยา

วิธีไซโตจีเนติกส์อาศัยการศึกษาโครโมโซมในเซลล์ของมนุษย์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ เริ่มมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการศึกษาพันธุศาสตร์มนุษย์ตั้งแต่ปี 1956 เมื่อนักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดน J. Tiyo และ A. Levan เสนอวิธีการใหม่ในการศึกษาโครโมโซม พบว่าคาริโอไทป์ของมนุษย์มีโครโมโซม 46 อัน ไม่ใช่ 48 อย่างที่คิดไว้ก่อนหน้านี้

ขั้นตอนปัจจุบันในการประยุกต์ใช้วิธีไซโตจีเนติกส์นั้นสัมพันธ์กับขั้นตอนที่พัฒนาขึ้นในปี 1969 โดย T. Kasperson วิธีการย้อมสีที่แตกต่างของโครโมโซมซึ่งขยายขีดความสามารถของการวิเคราะห์ทางไซโตจีเนติกส์ ทำให้สามารถระบุโครโมโซมได้อย่างแม่นยำโดยธรรมชาติของการกระจายตัวของส่วนที่ย้อมสีในโครโมโซม (ดูหัวข้อ 3.5.2.3)

การใช้วิธีการทางไซโตจีเนติกส์ไม่เพียง แต่ช่วยศึกษาสัณฐานวิทยาปกติของโครโมโซมและคาริโอไทป์โดยรวมเพื่อกำหนดเพศทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต แต่ที่สำคัญที่สุดคือเพื่อวินิจฉัยโรคโครโมโซมต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงจำนวนโครโมโซม หรือการละเมิดโครงสร้างของพวกเขา นอกจากนี้วิธีนี้ยังทำให้สามารถศึกษากระบวนการก่อกลายพันธุ์ที่ระดับโครโมโซมและคาริโอไทป์ได้ การใช้ในการให้คำปรึกษาทางพันธุกรรมทางการแพทย์เพื่อวัตถุประสงค์ในการวินิจฉัยโรคโครโมโซมก่อนคลอดทำให้สามารถยุติการตั้งครรภ์ได้ทันท่วงทีเพื่อป้องกันการปรากฏตัวของลูกหลานที่มีความผิดปกติของพัฒนาการอย่างรุนแรง

วัสดุสำหรับการศึกษาทางไซโตจีเนติกส์คือเซลล์ของมนุษย์ที่ได้มาจากเนื้อเยื่อต่าง ๆ - เซลล์เม็ดเลือดขาวในเลือด, เซลล์ไขกระดูก, ไฟโบรบลาสต์, เซลล์เนื้องอกและเนื้อเยื่อของตัวอ่อน ฯลฯ ข้อกำหนดที่ขาดไม่ได้สำหรับการศึกษาโครโมโซมคือการมีเซลล์แบ่งตัว การรับเซลล์ดังกล่าวออกจากร่างกายโดยตรงเป็นเรื่องยาก จึงมักใช้วัสดุที่เข้าถึงได้ง่าย เช่น ลิมโฟไซต์ในเลือด ส่วนปลาย

โดยปกติเซลล์เหล่านี้จะไม่แบ่งตัว แต่การดูแลเซลล์เพาะเลี้ยงด้วยไฟโตเฮมักกลูตินินเป็นพิเศษจะทำให้เซลล์กลับสู่วงจรไมโทติค การสะสมของการแบ่งเซลล์ในระยะเมตาเฟส เมื่อโครโมโซมหมุนวนจนสุดและมองเห็นได้ชัดเจนภายใต้กล้องจุลทรรศน์ สามารถทำได้โดยการบำบัดการเพาะเลี้ยงด้วยโคลชิซีนหรือโคลเซมิด ซึ่งจะทำลายแกนหมุนและป้องกันการแยกโครมาทิด

กล้องจุลทรรศน์สเมียร์ที่เตรียมจากการเพาะเลี้ยงเซลล์ดังกล่าวช่วยให้สามารถสังเกตโครโมโซมด้วยสายตาได้ การถ่ายภาพเมตาเฟสเพลตและการประมวลผลภาพถ่ายในภายหลังด้วยการรวบรวมคาริโอแกรม ซึ่งโครโมโซมถูกจัดเรียงเป็นคู่และกระจายออกเป็นกลุ่ม ทำให้สามารถสร้างจำนวนโครโมโซมทั้งหมดและตรวจจับการเปลี่ยนแปลงในจำนวนและโครงสร้างของโครโมโซมในแต่ละคู่ (รูปที่. 6.33) คาริโอไทป์ของมนุษย์สำหรับโรคโครโมโซมบางชนิดแสดงไว้ในรูปที่ 1 4.3-4.12.

ข้าว. 6.33. คาริโอไทป์ของมนุษย์ปกติ เอ -ผู้หญิง; บี -ผู้ชาย โครโมโซมเชิงซ้อนจะแสดงที่ด้านบน คาริโอแกรมจะแสดงที่ด้านล่าง

เป็นวิธีด่วนในการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงจำนวนโครโมโซมเพศ วิธีการตรวจโครมาตินเพศในเซลล์ที่ไม่แบ่งตัวของเยื่อบุแก้ม โครมาตินเพศหรือร่างกาย Barr ถูกสร้างขึ้นในเซลล์ของร่างกายผู้หญิงบนโครโมโซม X หนึ่งในสองโครโมโซม ดูเหมือนก้อนที่มีสีเข้มข้นซึ่งอยู่ใกล้เยื่อหุ้มนิวเคลียส (ดูรูปที่ 3.77) ด้วยการเพิ่มจำนวนของโครโมโซม X ในคาริโอไทป์ของสิ่งมีชีวิตร่างกายของ Barr จะถูกสร้างขึ้นในเซลล์ในปริมาณที่น้อยกว่าจำนวนโครโมโซม X หนึ่งอัน เมื่อจำนวนโครโมโซม X ลดลง (monosomy X) ร่างกาย Barr จะหายไป

ในโครโมโซมเพศชาย โครโมโซม Y สามารถตรวจพบได้ด้วยการเรืองแสงที่เข้มข้นกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับโครโมโซมอื่นๆ เมื่อได้รับการบำบัดด้วยอะคริควินิไพรต์และศึกษาในแสงอัลตราไวโอเลต

เพื่อตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงในอุปกรณ์โครโมโซมที่เกี่ยวข้องกับชุดโครโมโซม X ที่ไม่ถูกต้องมักใช้วิธีการศึกษาโครมาตินเพศที่ค่อนข้างง่าย แต่ให้ข้อมูลค่อนข้างมาก ในการทำเช่นนี้ให้ใช้ไม้พายขูดเบา ๆ จากเยื่อเมือกของพื้นผิวด้านในของแก้มซึ่งใช้กับกระจก เซลล์ที่ขัดผิวที่ไปถึงที่นั่นจะถูกประมวลผลและตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์ ในเซลล์เยื่อบุผิวของผู้หญิง มักพบจุดด่างดำหนึ่งจุด - ร่างกายของ Barr ผู้ชายที่มีโครโมโซม X เพียงอันเดียวจะไม่มี ร่างกายของ Barr หายไปในผู้หญิงที่มีอาการ Shereshevsky-Turner หากมีโครโมโซมเพิ่มเติมอีกสองตัวในคาริโอไทป์ของผู้หญิง (ที่มี trisomy-X) ก็จะมีโครโมโซมสองตัวอยู่ในเซลล์ เป็นต้น

อย่างไรก็ตามการวินิจฉัยโรคโครโมโซมจะถือว่าเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีการตรวจคารีโอโลยีนั่นคือศึกษาคาริโอไทป์ การกำหนดคาริโอไทป์นั้นต้องใช้แรงงานมากและมีราคาแพง

ข้อบ่งชี้สำหรับคาริโอไทป์คือ:

ระบุพยาธิสภาพของโครมาตินเพศ
ผู้ป่วยมีพัฒนาการบกพร่องหลายประการ
พัฒนาการทางจิตและการพูดล่าช้ารวมกับการเพิ่มจำนวนจุลภาค
การทำแท้งที่เกิดขึ้นเองซ้ำ ๆ การคลอดบุตรการคลอดเด็กที่มีพัฒนาการบกพร่องพยาธิสภาพของโครโมโซม (ในกรณีเหล่านี้จะมีการตรวจคู่สามีภรรยาที่แต่งงานแล้วนั่นคือต้องมีสามีและภรรยา)
หญิงตั้งครรภ์มีอายุ 35 ปีขึ้นไป

แต่ด้วยแนวทางนี้ ซีรีส์นี้ยังคงไม่แตกต่างกรณีที่ซับซ้อนของพยาธิวิทยาของโครโมโซมเช่นโครโมโซมเครื่องหมายเพิ่มเติมกรณีที่ซับซ้อนของโมเสกโครโมโซม (ร่างกายของผู้ป่วยมีเซลล์หลายโคลน - ปกติและผิดปกติ) วิธีไมโครไซโตเจเนติกส์ได้รับการพัฒนาโดยใช้วิธีการย้อมสีแบบดิฟเฟอเรนเชียลแบบคลาสสิก ขึ้นอยู่กับการวิเคราะห์โครโมโซมในระยะแรกของการแบ่ง - ระยะโพรเมตาและการพยากรณ์ เมื่อใช้วิธีการไมโครไซโตเจเนติกส์ สามารถระบุส่วนที่แยกจากกันได้ถึง 2,000-3,000 ส่วนบนโครโมโซม ตรงกันข้ามกับการวิเคราะห์แบบคลาสสิกซึ่งระบุได้มากถึง 300-400 ส่วน
วิธีการเหล่านี้โดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงใช้กันอย่างแพร่หลายในห้องปฏิบัติการไซโตจีเนติกส์ และทำให้สามารถระบุกลุ่มอาการของโครโมโซมได้มากกว่า 100 กลุ่ม วิธีการวินิจฉัยปลาเริ่มมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการศึกษาความผิดปกติของโครโมโซมในนิวเคลียสระหว่างเฟสซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งจากมุมมองเชิงปฏิบัติเนื่องจากวิธีนี้ประหยัดและใช้เวลาน้อย โดยปกติ หากผู้ป่วยหรือทารกในครรภ์มีความผิดปกติบนโครโมโซม 21 จุดสีเรืองแสงสองจุดจะมองเห็นได้ทางนิวเคลียส หากคุณมี trisomy 21 (ดาวน์ซินโดรม) จะมองเห็นจุดสามจุด

ปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส (พีซีอาร์, พีซีอาร์)ประดิษฐ์ขึ้นในปี 1983 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน คารี มัลลิส. ต่อมาเขาได้รับรางวัลโนเบลจากสิ่งประดิษฐ์นี้ ตอนนี้ การวินิจฉัย PCRบางทีอาจเป็นวิธีที่แม่นยำและละเอียดอ่อนที่สุดในการวินิจฉัยโรคติดเชื้อ

พื้นฐานของวิธีการ พีซีอาร์อยู่หลายสองเท่าของบางพื้นที่ ดีเอ็นเอ. ส่งผลให้มีปริมาณสะสม ดีเอ็นเอเพียงพอต่อการตรวจจับด้วยสายตา นอกจากนี้วิธีนี้ยังใช้ในการวินิจฉัยการติดเชื้อไวรัสเช่นโรคตับอักเสบเอชไอวี ฯลฯ ความไวของวิธีการนั้นสูงกว่าวิธีทางอิมมูโนเคมีและจุลชีววิทยาอย่างมีนัยสำคัญ และหลักการของวิธีนี้ทำให้สามารถวินิจฉัยการมีอยู่ของการติดเชื้อที่มีความแปรปรวนของแอนติเจนอย่างมีนัยสำคัญ .

ความจำเพาะ พีซีอาร์เมื่อใช้เทคโนโลยี พีซีอาร์แม้กระทั่งการติดเชื้อไวรัส หนองในเทียม ไมโคพลาสมา ยูเรียพลาสมา และการติดเชื้อแบคทีเรียอื่นๆ ส่วนใหญ่ก็ยังสูงถึง 100% วิธี พีซีอาร์ช่วยให้คุณตรวจจับแบคทีเรียหรือไวรัสได้แม้แต่เซลล์เดียว การวินิจฉัย PCRตรวจจับการปรากฏตัวของเชื้อโรคของโรคติดเชื้อในกรณีที่ไม่สามารถทำได้โดยวิธีอื่น (ภูมิคุ้มกันวิทยาแบคทีเรียกล้องจุลทรรศน์)

ในการระบุข้อบกพร่องทางพันธุกรรม คุณจำเป็นต้องรู้ว่ายีนใดได้รับผลกระทบและตำแหน่งของยีนนั้นอยู่ที่ใด การวิเคราะห์ความหลากหลายความยาวแฟรกเมนต์จำกัดถือเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการระบุยีนที่ได้รับผลกระทบ และคัดกรองประชากรมนุษย์สำหรับการมีอยู่ของยีนที่เปลี่ยนแปลง (อาร์เอฟแอลพี).การใช้เอนโดนิวคลีเอสที่มีข้อจำกัดต่างๆ อย่างกว้างขวางในการวิเคราะห์โครโมโซม DNA ได้เผยให้เห็นถึงความแปรปรวนอย่างมากในจีโนมมนุษย์ แม้แต่การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในการเข้ารหัสและขอบเขตการควบคุมของยีนโครงสร้างของยีนก็สามารถนำไปสู่การหยุดการสังเคราะห์โปรตีนบางชนิดหรือการสูญเสียการทำงานในร่างกายมนุษย์ซึ่งตามกฎแล้วจะส่งผลต่อฟีโนไทป์ของผู้ป่วย อย่างไรก็ตาม ประมาณ 90% ของจีโนมมนุษย์ประกอบด้วยลำดับที่ไม่เข้ารหัส ซึ่งมีความแปรปรวนมากกว่าและมีสิ่งที่เรียกว่าการกลายพันธุ์ที่เป็นกลางหรือความหลากหลาย และไม่มีการแสดงออกทางฟีโนไทป์ บริเวณโพลีมอร์ฟิก (loci) ดังกล่าวใช้ในการวินิจฉัยโรคทางพันธุกรรมเป็นเครื่องหมายทางพันธุกรรม Polymorphic loci มีอยู่ในโครโมโซมทั้งหมดและเชื่อมโยงกับบริเวณเฉพาะ

ยีน. การระบุตำแหน่งของ polymorphic locus ทำให้สามารถระบุได้ว่ายีนใดเกี่ยวข้องกับการกลายพันธุ์ที่ทำให้เกิดโรคในผู้ป่วย

ในการแยกบริเวณโพลีมอร์ฟิกของ DNA จะใช้เอนไซม์จากแบคทีเรีย - เอนไซม์จำกัด ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ที่เป็นบริเวณจำกัด การกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นเองที่เกิดขึ้นในตำแหน่งโพลีมอร์ฟิกทำให้พวกมันต้านทานหรือในทางกลับกัน มีความไวต่อการทำงานของเอนไซม์จำกัดจำเพาะ

ความแปรปรวนของการกลายพันธุ์ที่ไซต์จำกัดสามารถตรวจพบได้โดยการเปลี่ยนแปลงความยาวของชิ้นส่วน DNA ที่ถูกจำกัด โดยการแยกพวกมันออกโดยใช้อิเล็กโตรโฟรีซิส และการผสมพันธุ์ตามมาด้วยโพรบ DNA เฉพาะ ในกรณีที่ไม่มีข้อจำกัดในตำแหน่งโพลีมอร์ฟิก จะมีการตรวจพบชิ้นส่วนขนาดใหญ่หนึ่งชิ้นบนอิเล็กโตรฟีโรแกรม และหากมีอยู่ ก็จะมีชิ้นส่วนที่เล็กกว่าอยู่ด้วย การมีหรือไม่มีตำแหน่งจำกัดในตำแหน่งที่เหมือนกันของโครโมโซมคล้ายคลึงกัน ทำให้สามารถทำเครื่องหมายยีนกลายพันธุ์และยีนปกติได้อย่างน่าเชื่อถือ และติดตามการถ่ายทอดไปยังลูกหลานได้ ดังนั้น เมื่อตรวจสอบ DNA ของคนไข้ที่โครโมโซมทั้งสองมีจุดจำกัดในบริเวณโพลีมอร์ฟิก ชิ้นส่วน DNA สั้น ๆ จะถูกตรวจพบบนอิเล็กโตรโฟเรแกรม ในผู้ป่วยที่เป็นโฮโมไซกัสสำหรับการกลายพันธุ์ที่เปลี่ยนตำแหน่งจำกัดโพลีมอร์ฟิก จะมีการตรวจพบชิ้นส่วนที่มีความยาวมากกว่า และในผู้ป่วยเฮเทอโรไซกัส จะมีการตรวจพบชิ้นส่วนที่สั้นและยาว

รากฐานทางชีวภาพของกิจกรรมชีวิต บุคคล

วิธีไซโตเจเนติกส์ความสำคัญของมัน

การวิเคราะห์ทางไซโตเจเนติกส์ช่วยให้คุณสามารถบันทึกการวินิจฉัยโรคทางพันธุกรรมในรูปแบบของสูตรคาริโอไทป์

วิธีไซโตเจเนติกส์ (วิธีวิเคราะห์โครโมโซม) อาศัยการตรวจโครงสร้างและจำนวนโครโมโซมด้วยกล้องจุลทรรศน์ มันถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในช่วงทศวรรษที่ 20 ของศตวรรษที่ 20 เมื่อได้รับข้อมูลแรกเกี่ยวกับจำนวนโครโมโซมในมนุษย์ ในช่วงทศวรรษที่ 1930 มีการระบุโครโมโซม 10 คู่แรก

ในปี 1956 นักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดน J. Tiyo และ A. Levan พิสูจน์เป็นครั้งแรกว่ามนุษย์มีโครโมโซม 46 แท่ง

วิธีไซโตจีเนติกส์ใช้สำหรับ:

ศึกษาคาริโอไทป์ของสิ่งมีชีวิต

ชี้แจงจำนวนชุดโครโมโซม จำนวน และสัณฐานวิทยาของโครโมโซมเพื่อการวินิจฉัยโรคของโครโมโซม

การทำแผนที่โครโมโซม

เพื่อศึกษากระบวนการกลายพันธุ์ของจีโนมและโครโมโซม

การศึกษาความหลากหลายของโครโมโซมในประชากรมนุษย์

ชุดโครโมโซมของมนุษย์ประกอบด้วยโครโมโซมจำนวนมากซึ่งเป็นข้อมูลพื้นฐานที่สามารถหาได้จากการศึกษาพวกมันในเมตาเฟสของไมโทซิสและการพยากรณ์ - เมตาเฟสของไมโอซิส เซลล์ของมนุษย์โดยตรง การวิเคราะห์โครโมโซมทำได้โดยการเจาะไขกระดูกและการตรวจชิ้นเนื้ออวัยวะสืบพันธุ์หรือโดยอ้อมวิธี - โดยการเพาะเลี้ยงเซลล์เม็ดเลือดส่วนปลาย (ลิมโฟไซต์) เมื่อได้รับเมตาเฟสจำนวนมาก วิธีทางอ้อมยังตรวจสอบเซลล์ของน้ำคร่ำหรือไฟโบรบลาสต์ที่ได้รับระหว่างการเจาะน้ำคร่ำหรือการตรวจชิ้นเนื้อ chorionic villus เซลล์จากการทำแท้ง การคลอดบุตร ฯลฯ

บ่อยครั้งที่มีการตรวจสอบโครโมโซมในเซลล์เม็ดเลือดขาวของเลือดเฮปารินส่วนปลาย มีการเพิ่มไฟโตฮีแม็กกลูตินินเพื่อกระตุ้นไมโทซีส และเพิ่มโคลชิซีนเพื่อหยุดไมโทซีส สารเตรียมจะย้อมด้วยสีย้อมนิวเคลียร์: สารละลาย 2% ของอะซิตอร์ซีน, อะซูโรซิน, สีย้อมอุนนา, สารละลาย Giemsa ฯลฯ คลุมด้วยแผ่นปิด ขจัดสีย้อมส่วนเกินออกด้วยกระดาษกรอง และตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์ด้วยอิเมอร์เซียมน้ำมัน

เมื่อเร็ว ๆ นี้การศึกษาทั้งหมดเกี่ยวกับเซลล์พันธุศาสตร์ของมนุษย์ดำเนินการโดยใช้วิธีการย้อมสีโครโมโซมแบบดิฟเฟอเรนเชียลซึ่งทำให้สามารถแยกแยะคู่โครโมโซมแต่ละคู่ได้ มีวิธีการวาดภาพหลายวิธี:คิว จี ซี อาร์ (รูปที่ 1.42) ในการแก้ปัญหาการวินิจฉัยโรคโครโมโซมจะใช้วิธีการย้อมสีที่แตกต่างกันร่วมกัน ด้วยการใช้สีที่แตกต่างกันของโครโมโซม ทำให้สามารถตรวจพบความเสียหายของโครโมโซมเล็กน้อยได้ เช่น การลบออกเล็กน้อย การโยกย้าย ฯลฯ

เมื่อได้รับการเตรียมไมโครแล้วพวกเขาจะศึกษาด้วยสายตาและรวบรวม idiogram ของคาริโอไทป์นั่นคือตำแหน่งที่เรียงลำดับของโครโมโซมแต่ละคู่ตามความแตกต่างของแต่ละบุคคล: ความยาวรวมของโครโมโซม, รูปร่าง, ตำแหน่งของเซนโทรเมียร์

โครโมโซมส่วนใหญ่ที่ใช้วิธีนี้สามารถจำแนกได้เป็นบางกลุ่มตามการจำแนกเดนเวอร์เท่านั้น (ดูหัวข้อ 1.2.2.12)

วิธีนี้ช่วยให้คุณสามารถวินิจฉัยโรคทางพันธุกรรมได้หลายชนิด ศึกษากระบวนการกลายพันธุ์ การจัดเรียงที่ซับซ้อน และความผิดปกติของโครโมโซมเพียงเล็กน้อยในเซลล์ที่เข้าสู่ระยะการแบ่งตัวและเลยการแบ่งตัวไปแล้ว

ผู้ป่วยที่มีความผิดปกติแต่กำเนิดหลายอย่าง เด็กที่มีพัฒนาการทางร่างกายและจิตล่าช้า ผู้ป่วยที่มีภาวะ oligophrenia ในรูปแบบที่ไม่แตกต่าง (ภาวะสมองเสื่อม) โดยมีความแตกต่างทางเพศบกพร่อง ผู้หญิงที่มีประจำเดือนผิดปกติ (ประจำเดือนหลักหรือทุติยภูมิ) ครอบครัวที่มีภาวะมีบุตรยาก ผู้หญิงถูกส่งต่อไปเพื่อรับการวิเคราะห์โครโมโซม ด้วยการแท้งซ้ำ (การแท้งบุตร, การคลอดบุตร)

ไซโตเจเนติกส์เป็นสาขาหนึ่งของพันธุศาสตร์ที่ศึกษารูปแบบของพันธุกรรมและความแปรปรวนในระดับเซลล์และโครงสร้างเซลล์ย่อย ซึ่งส่วนใหญ่เป็นโครโมโซม วิธีไซโตเจเนติกส์ได้รับการออกแบบมาเพื่อศึกษาโครงสร้างของชุดโครโมโซมหรือโครโมโซมแต่ละตัว พื้นฐานของวิธีการทางเซลล์พันธุศาสตร์คือการศึกษาด้วยกล้องจุลทรรศน์ของโครโมโซมของมนุษย์ วิธีการศึกษาโครโมโซมของมนุษย์ด้วยกล้องจุลทรรศน์เริ่มนำมาใช้ในปลายศตวรรษที่ 19 คำว่า "ไซโตเจเนติกส์" ถูกนำมาใช้ในปี 1903 โดยวิลเลียม ซัตตัน

การศึกษาเกี่ยวกับไซโตเจเนติกส์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายตั้งแต่ต้นทศวรรษที่ 20 ศตวรรษที่ XX เพื่อศึกษาสัณฐานวิทยาของโครโมโซมของมนุษย์ นับโครโมโซม เพาะเลี้ยงเม็ดเลือดขาวเพื่อให้ได้แผ่นเมตาเฟส ในปี 1959 นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส D. Lejeune, R. Turpin และ M. Gautier ได้สร้างลักษณะโครโมโซมของโรคดาวน์ ในปีต่อๆ มา มีการบรรยายถึงกลุ่มอาการโครโมโซมอื่นๆ มากมายที่พบในมนุษย์ ในปี 1960 R. Moorhead และคณะ พัฒนาวิธีการเพาะเลี้ยงเม็ดเลือดขาวลิมโฟไซต์ในเลือดเพื่อให้ได้โครโมโซมเมตาเฟสของมนุษย์ ซึ่งทำให้สามารถตรวจพบการกลายพันธุ์ของโครโมโซมที่มีลักษณะเฉพาะของโรคทางพันธุกรรมบางชนิดได้

การประยุกต์ใช้วิธีทางเซลล์พันธุศาสตร์: การศึกษาคาริโอไทป์ของมนุษย์ปกติ การวินิจฉัยโรคทางพันธุกรรมที่เกี่ยวข้องกับการกลายพันธุ์ของจีโนมและโครโมโซม การศึกษาผลกระทบต่อการกลายพันธุ์ของสารเคมีต่างๆ ยาฆ่าแมลง ยาฆ่าแมลง ยา ฯลฯ วัตถุประสงค์ของการศึกษาทางเซลล์พันธุศาสตร์สามารถแบ่งร่างกาย เซลล์ไมโอติกและเซลล์ระหว่างเฟส

วิธีการทางเซลล์วิทยา กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน กล้องจุลทรรศน์คอนโฟคอล กล้องจุลทรรศน์เรืองแสง กล้องจุลทรรศน์เรืองแสง

ข้อบ่งชี้ในการศึกษาทางเซลล์พันธุศาสตร์ สงสัยว่าจะมีโรคโครโมโซมตามอาการทางคลินิก (เพื่อยืนยันการวินิจฉัย) การมีอยู่ของความผิดปกติแต่กำเนิดหลายอย่างในเด็กที่ไม่เกี่ยวข้องกับกลุ่มอาการของยีน การทำแท้งที่เกิดขึ้นเองซ้ำ ๆ การคลอดบุตรหรือการคลอดบุตรของเด็กที่มีความพิการแต่กำเนิด การสืบพันธุ์บกพร่อง ฟังก์ชั่นไม่ทราบที่มาในผู้หญิงและผู้ชาย ความบกพร่องทางสติปัญญาและพัฒนาการทางร่างกายของเด็กอย่างมีนัยสำคัญ

การวินิจฉัยก่อนคลอด (ตามอายุ เนื่องจากการโยกย้ายในพ่อแม่ ณ การคลอดบุตรคนก่อนที่มีโรคโครโมโซม) ความสงสัยของกลุ่มอาการที่มีลักษณะไม่แน่นอนของโครโมโซม มะเร็งเม็ดเลือดขาว (สำหรับการวินิจฉัยแยกโรค การประเมินประสิทธิผลของการรักษา และการพยากรณ์โรคของการรักษา) การประเมิน ผลต่อการกลายพันธุ์ของสารเคมีหลายชนิด ยาฆ่าแมลง ยาฆ่าแมลง ยารักษาโรค ฯลฯ

ในช่วงของการแบ่งเซลล์ในระยะเมตาเฟส โครโมโซมจะมีโครงสร้างที่ชัดเจนขึ้นและพร้อมสำหรับการศึกษา โดยทั่วไปแล้ว เม็ดเลือดขาวส่วนปลายในเลือดของมนุษย์จะถูกตรวจสอบและวางไว้ในอาหารเลี้ยงเชื้อชนิดพิเศษที่พวกมันจะแบ่งตัว จากนั้นเตรียมการเตรียมการและวิเคราะห์จำนวนและโครงสร้างของโครโมโซม

การศึกษาทางไซโตเจเนติกส์ของเซลล์ร่างกาย การเตรียมการเตรียมโครโมโซมไมโทติค การย้อมสีของการเตรียม (แบบง่าย ดิฟเฟอเรนเชียล และฟลูออเรสเซนต์) วิธีไซโตเจเนติกส์ระดับโมเลกุล - วิธีการผสมสีในแหล่งกำเนิด (FISH)

วิธีการทางไซโตเจเนติกส์ที่ใช้ในการปฏิบัติทางคลินิก ได้แก่: - วิธีคาริโอไทป์แบบคลาสสิก; - วิธีทางเซลล์พันธุศาสตร์ระดับโมเลกุล จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ การวินิจฉัยโรคโครโมโซมขึ้นอยู่กับการใช้วิธีการวิเคราะห์ทางเซลล์พันธุศาสตร์แบบดั้งเดิม

ในการศึกษาโครโมโซม มักใช้การเตรียมการเพาะเลี้ยงเลือดในระยะสั้น เช่นเดียวกับเซลล์ไขกระดูกและการเพาะเลี้ยงไฟโบรบลาสต์ เลือดที่มีสารกันเลือดแข็งจะถูกปั่นแยกเพื่อตะกอนเม็ดเลือดแดงและเม็ดเลือดขาวจะถูกบ่มในอาหารเลี้ยงเชื้อเป็นเวลา 2-3 วัน ไฟโตฮีแมกกลูตินินจะถูกเติมเข้าไปในตัวอย่างเลือดเพราะจะช่วยเร่งการเกาะติดกันของเซลล์เม็ดเลือดแดงและกระตุ้นการแบ่งตัวของลิมโฟไซต์ ระยะที่เหมาะสมที่สุดในการศึกษาโครโมโซมคือระยะเมตาเฟสของไมโทซีส ดังนั้นโคลชิซินจึงถูกใช้เพื่อหยุดการแบ่งตัวของลิมโฟไซต์ในระยะนี้ การเพิ่มยานี้ในการเพาะเลี้ยงจะเพิ่มสัดส่วนของเซลล์ที่อยู่ในเมตาเฟส กล่าวคือ ในระยะของวัฏจักรของเซลล์เมื่อมองเห็นโครโมโซมได้ดีที่สุด โครโมโซมแต่ละตัวจะถูกจำลองแบบ และหลังจากการย้อมสีที่เหมาะสม จะมองเห็นได้เป็นโครมาทิดสองตัวที่ติดอยู่กับเซนโทรเมียร์ หรือการหดตัวส่วนกลาง จากนั้นเซลล์จะได้รับการบำบัดด้วยสารละลายโซเดียมคลอไรด์ไฮโปโทนิก ตรึงและย้อมสี ในการย้อมโครโมโซมมักใช้สีย้อม Romanovsky-Giemsa, acetcarmine 2% หรือ acetarsein 2% พวกมันเปื้อนโครโมโซมทั้งหมดสม่ำเสมอ (วิธีการประจำ) และสามารถใช้เพื่อตรวจจับความผิดปกติของโครโมโซมเชิงตัวเลข

การจำแนกประเภทของโครโมโซมของมนุษย์ในเดนเวอร์ (1960) กลุ่ม A (1-3) - โครโมโซมที่ใหญ่ที่สุดสามคู่: สองเมตาเซนตริกและ 1 ซับเมตาเซนตริก กลุ่ม B – (4-5) – โครโมโซม submetacentric ยาวสองคู่ กลุ่ม C (6 -12) - ออโตโซมซับเมตาเซนตริกขนาดกลาง 7 คู่และโครโมโซม X 1 คู่ กลุ่ม D (13 -15) - โครโมโซมอะโครเซนตริกขนาดกลางสามคู่ กลุ่ม E (16 -18) - โครโมโซมเมตาเซนตริกและซับเมตาเซนตริกสามคู่ กลุ่ม F (19 -20) - โครโมโซมเมตาเซนตริกขนาดเล็กสองคู่ กลุ่ม G (21 -22 และ Y) - โครโมโซมอะโครเซนตริกขนาดเล็กสองคู่และโครโมโซม Y หนึ่งคู่

1. การระบายสีเป็นประจำ (สม่ำเสมอ) 2. ใช้เพื่อวิเคราะห์จำนวนโครโมโซมและระบุความผิดปกติของโครงสร้าง (ความคลาดเคลื่อน) ด้วยการย้อมสีเป็นประจำ จะสามารถระบุโครโมโซมเพียงกลุ่มเดียวได้อย่างน่าเชื่อถือ ส่วนการย้อมสีแบบดิฟเฟอเรนเชียล ก็สามารถระบุโครโมโซมทั้งหมดได้

ภาพไอไดโอแกรมของโครโมโซมของมนุษย์ตามการจำแนกประเภทของเดนเวอร์และปารีส A B C E D F G

วิธีการย้อมสีที่แตกต่างของโครโมโซม การย้อมสีคิว - การย้อมแคสเปอร์สันด้วยอะคริชินิปรีตด้วยการตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนต์ ส่วนใหญ่มักใช้ในการศึกษาโครโมโซม Y G-staining เป็นการย้อมสี Romanovsky-Giemsa ที่ได้รับการดัดแปลง ความไวสูงกว่าการย้อมสี Q ดังนั้นจึงใช้เป็นวิธีมาตรฐานสำหรับการวิเคราะห์ทางไซโตจีเนติกส์ ใช้เพื่อระบุความผิดปกติเล็กน้อยและมาร์กเกอร์โครโมโซม (แบ่งส่วนแตกต่างจากโครโมโซมโฮโมโลกัสปกติ) การย้อมสี R - มีการใช้สีส้มอะคริดีนและสีย้อมที่คล้ายกัน และพื้นที่ของโครโมโซมที่ไม่ไวต่อการย้อม G จะถูกย้อม การย้อมสี C - ใช้ในการวิเคราะห์บริเวณเซนโตรเมอริกของโครโมโซมที่มีเฮเทอโรโครมาตินที่เป็นส่วนประกอบ T-staining - ใช้ในการวิเคราะห์บริเวณเทโลเมอร์ของโครโมโซม

บริเวณที่มีการควบแน่นอย่างแรงและอ่อนตลอดความยาวของโครโมโซมนั้นมีความเฉพาะเจาะจงกับแต่ละโครโมโซมและมีความเข้มของสีที่แตกต่างกัน

Fluorescence in situ hybridization (FISH) - spectral karyotyping ซึ่งประกอบด้วยโครโมโซมการย้อมสีด้วยชุดสีย้อมเรืองแสงที่จับกับบริเวณเฉพาะของโครโมโซม จากการย้อมสีดังกล่าว โครโมโซมคู่ที่คล้ายคลึงกันจะได้ลักษณะสเปกตรัมที่เหมือนกัน ซึ่งอำนวยความสะดวกอย่างมากในการระบุคู่ดังกล่าวและการตรวจจับการโยกย้ายระหว่างโครโมโซม นั่นคือการเคลื่อนไหวของส่วนต่างๆ ระหว่างโครโมโซม - ส่วนที่ย้ายมีสเปกตรัมที่แตกต่างจากสเปกตรัม ของโครโมโซมที่เหลือ

Fluorescence in situ hybridization (FISH) Fluorescence in situ hybridization หรือวิธี FISH เป็นวิธีการทางเซลล์พันธุศาสตร์ที่ใช้ในการตรวจจับและกำหนดตำแหน่งของลำดับ DNA เฉพาะบนโครโมโซมเมตาเฟสหรือในนิวเคลียสระหว่างเฟสในแหล่งกำเนิด ไฮบริไดเซชันแบบเรืองแสงในแหล่งกำเนิดใช้โพรบ DNA (โพรบ DNA) ที่จับกับเป้าหมายเสริมในตัวอย่าง โพรบ DNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไซด์ที่ติดฉลากด้วยฟลูออโรฟอร์ (การติดฉลากโดยตรง) หรือคอนจูเกต เช่น ไบโอตินหรือดิจอกซีเจนิน (การติดฉลากทางอ้อม)

ความมุ่งมั่นของการโยกย้าย t (9; 22) (q 34; q 11) ในมะเร็งเม็ดเลือดขาวชนิดไมอีลอยด์เรื้อรังโดยวิธี FISH ยีน ABL 1 (โครโมโซม 9) ถูกรวมเข้ากับยีน BCR (โครโมโซม 22) - ยีน chimeric BCR-ABL 1 เกิดขึ้น แผ่นเมตาเฟสที่มีโครโมโซมฟิลาเดลเฟีย โครโมโซมมีสีฟ้า ตำแหน่ง ABL 1 เป็นสีแดง ตำแหน่ง BCR เป็นสีเขียว ด้านซ้ายบนเป็นโครโมโซมที่มีการจัดเรียงใหม่โดยมีจุดสีแดงเขียว

ปลาหลากสีเป็นสเปกตรัมคาริโอไทป์ซึ่งประกอบด้วยโครโมโซมย้อมสีด้วยชุดสีย้อมเรืองแสงที่จับกับบริเวณเฉพาะของโครโมโซม จากการย้อมสีดังกล่าว โครโมโซมคู่ที่คล้ายคลึงกันจะได้ลักษณะสเปกตรัมที่เหมือนกัน ซึ่งอำนวยความสะดวกอย่างมากในการระบุคู่ดังกล่าวและการตรวจจับการโยกย้ายระหว่างโครโมโซม นั่นคือการเคลื่อนไหวของส่วนต่างๆ ระหว่างโครโมโซม - ส่วนที่ย้ายมีสเปกตรัมที่แตกต่างจากสเปกตรัม ของโครโมโซมที่เหลือ

คาริโอไทป์ 46, XY, t(1; 3)(p 21; q 21), del(9)(q 22) การเคลื่อนย้ายระหว่างโครโมโซมที่ 1 และ 3, การลบโครโมโซมที่ 9 ออก การทำเครื่องหมายบริเวณโครโมโซมนั้นได้รับทั้งจากคอมเพล็กซ์ของเครื่องหมายตามขวาง (คาริโอไทป์แบบคลาสสิก, ลายทาง) และโดยสเปกตรัมเรืองแสง (สี, แคริโอไทป์ของสเปกตรัม)

ไซโตเจเนติกส์เป็นสาขาอิสระของการศึกษาเกี่ยวกับพันธุกรรม ซึ่งศึกษาพาหะต่างๆ ที่สังเกตได้เป็นหลัก (ชัดเจน) ซึ่งมีข้อมูลเกี่ยวกับพันธุกรรม พาหะดังกล่าวได้แก่โครโมโซมประเภทต่างๆ (โพลีทีน ไมโทติค และไมโอติก) พลาสติด นิวเคลียสระหว่างเฟส และไมโตคอนเดรียในระดับที่น้อยกว่า

จากนี้วิธีไซโตจีเนติกส์เป็นชุดของวิธีการและเทคโนโลยีสำหรับการศึกษาสิ่งแรกคือโครโมโซมในระหว่างที่มีการสร้างพารามิเตอร์เชิงปริมาณคำอธิบายทางเคมีและชีวภาพของพวกเขาและโครงสร้างและโหมดของพฤติกรรมระหว่างการแบ่งเซลล์คือ ศึกษา งานทางวิทยาศาสตร์ของการศึกษาครั้งนี้คือการสร้างความเชื่อมโยงระหว่างธรรมชาติและพลวัตของการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโครโมโซมและภาพที่สะท้อนถึงความแปรปรวนของลักษณะ

การวิจัยที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับวิธีไซโตจีเนติกส์คือการวิเคราะห์คาริโอไทป์ของมนุษย์ การศึกษานี้มักจะดำเนินการกับวัฒนธรรมที่เกิดการแบ่งตัวของเชื้อโรคและเซลล์ร่างกาย

วัฒนธรรมที่พบบ่อยที่สุดสำหรับการวิจัยประเภทนี้คือเซลล์เม็ดเลือดส่วนปลาย เช่น เซลล์เม็ดเลือดขาว ไฟโบรบลาสต์ และเซลล์ไขกระดูก วัฒนธรรมที่สามารถเข้าถึงได้มากที่สุดที่ใช้ในเซลล์พันธุศาสตร์ทางการแพทย์คือเซลล์เม็ดเลือดขาวในเลือด เหตุผลก็คือตามกฎแล้ว พวกเขาจะต้องได้รับการวิเคราะห์ และในกรณีของทารกในครรภ์ วิธีการทางไซโตจีเนติกส์เกี่ยวข้องกับการใช้การเพาะเลี้ยงเซลล์ ซึ่งการเลือกจะพิจารณาจากปัจจัยหลายประการ หลักคือระยะเวลาของการตั้งครรภ์ ตัวอย่างเช่น ด้วยระยะเวลาน้อยกว่า 12 สัปดาห์ การวิเคราะห์ทางไซโตจีเนติกส์ของโครโมโซมทำได้ดีที่สุดโดยมีส่วนร่วมของเซลล์คอรีออน และด้วยระยะเวลาตั้งครรภ์มากกว่า 12 สัปดาห์ ขอแนะนำให้พิจารณาเซลล์ของทารกในครรภ์เพื่อการวิจัย . เพื่อจุดประสงค์นี้ พวกเขาจะถูกแยกออกจากรกและเลือดของทารกในครรภ์เป็นพิเศษ

ในการสร้างคาริโอไทป์นั้น การถ่ายทอดทางพันธุกรรมทางไซโตจีเนติกส์จำเป็นต้องได้รับตัวอย่างเลือดในปริมาณอย่างน้อย 1-2 มิลลิลิตร นอกจากนี้ วิธีการนี้ยังเกี่ยวข้องกับการทำวิจัยซึ่งประกอบด้วยสามขั้นตอนหลัก:

การแยกและการวิเคราะห์ที่จะดำเนินการ

การระบายสีของการเตรียม;

ทำการวิเคราะห์ยาอย่างละเอียดภายใต้กล้องจุลทรรศน์

วิธีการทางพันธุศาสตร์ทางไซโตจีเนติกส์จะมีผลก็ต่อเมื่อตรงตามเงื่อนไขต่อไปนี้ ขั้นแรกจะต้องมีเซลล์จำนวนหนึ่งที่อยู่ในระยะเมตาเฟส ประการที่สอง การเพาะปลูกจะต้องดำเนินการตามกฎที่กำหนดอย่างเคร่งครัดและเป็นระยะเวลาอย่างน้อย 72 ชั่วโมง ประการที่สาม ควรทำการตรึงเซลล์ด้วยสารละลายเมทานอลในอัตราส่วนที่เข้มงวดของสารเหล่านี้ 3: 1

ในขั้นตอนการระบายสีการเตรียมการเลือกสีจะคำนึงถึงจุดประสงค์ของการศึกษานั่นคือต้องศึกษาการจัดเรียงใหม่ประเภทใด ส่วนใหญ่มักจะใช้วิธีการย้อมสีแบบต่อเนื่องเนื่องจากเป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการกำหนดพารามิเตอร์เชิงปริมาณของโครโมโซม การวิจัยสมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้วิธีการย้อมสีนี้เพื่อระบุความผิดปกติของคาริโอไทป์ในการแสดงออกเชิงปริมาณ แต่วิธีการทางเซลล์พันธุศาสตร์นี้ไม่สามารถระบุและเปิดเผยการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโครโมโซมได้ ดังนั้นจึงใช้วิธีการพิเศษอื่น ๆ ที่ทำให้สามารถต่อต้านข้อเสียของวิธีการย้อมสีแบบต่อเนื่องได้ วิธีที่พบบ่อยที่สุด เช่น วิธีการระบายสีที่แตกต่าง วิธี G วิธีการ R และอื่น ๆ

และสุดท้าย ขั้นตอนที่สามของการศึกษาประกอบด้วยการตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์ของโครโมโซมที่ย้อมสีซึ่งอยู่ในระยะเมตาเฟส ในระหว่างนี้จะมีการกำหนดจำนวนเซลล์ปกติและผิดปกติในร่างกายมนุษย์ของทารกในครรภ์ ตามกฎแล้วจะมีการวิเคราะห์เนื้อเยื่อหลายชิ้นในการทำเช่นนี้