ХАПЛОТИП: МЕТОДИ ЗА ИЗСЛЕДВАНЕ, ДИАГНОЗИ, ЗАБОЛЯВАНИЯ, ПРИМЕРИ - БИОЛОГИЯ - 2025

А хаплотип е зона на генома, който има тенденция да бъде наследен заедно чрез множество поколения; обикновено всичко е на една и съща хромозома. Хаплотипите са продукт на генетична връзка и остават непокътнати по време на генетична рекомбинация.

Думата "хаплотип" произлиза от комбинация от думата "хаплоид" и думата "генотип". "Хаплоид" се отнася до клетки с единичен набор от хромозоми, а "генотип" се отнася до генетичния състав на организма.

Схема на разпределение на Y-хромозомни хаплотипове в азиатските популации (Източник: Moogalord чрез Wikimedia Commons) След определението, хаплотипът може да опише двойка гени или повече, които са наследени заедно върху хромозома от родител, или може да опише хромозома, която се наследява изцяло от родител, като Y хромозома при мъжете.

Например, когато хаплотипите споделят гени за два различни фенотипни характера, като цвят на косата и цвят на очите, индивидите, които притежават гена за цвят на косата, ще притежават и другия ген за цвят на очите.

Хаплотипите са едно от най-използваните днес инструменти за изследване на генеалогията, за проследяване на произхода на болестите, за характеризиране на генетичната променливост и филологията на популации от различни видове живи същества.

Има множество инструменти за изследване на хаплотипове, един от най-използваните днес е „Haplotype map“ (HapMap), която е уеб страница, която позволява да се определят кои са сегментите на генома, които са хаплотипове.

Методи на изследване

Хаплотипите представляват възможност да се разбере наследяването на гените и техния полиморфизъм. С откриването на техниката "Полимеразна верижна реакция" (PCR), голям напредък беше постигнат в изследването на хаплотипите.

Понастоящем съществуват множество методологии за изследване на хаплотипове, някои от най-забележителните са:

ДНК секвениране и откриване на единични нуклеотидни полиморфизми (SNPs)

Развитието на следващите поколения технологии за секвениране представлява голям скок за изучаване на хаплотипове. Новите технологии позволяват да се открият вариации до единична нуклеотидна база в специфични региони на хаплотип.

В биоинформатиката терминът хаплотип се използва също за обозначаване на наследяването на група от единични нуклеотидни полиморфизми (SNPs) в ДНК последователности.

Чрез комбиниране на програми за биоинформатика с откриване на хаплотип, използвайки секвенциониране от следващо поколение, позицията, заместването и ефектът от всяка промяна на базата в генома на популация могат да бъдат точно идентифицирани.

Микросателити (SSRS)

Микросателитите или SSRS, получават името си от английския „S implemen Sequence Repeat and Short Tandem Repeat“. Това са къси нуклеотидни последователности, които се повтарят последователно в рамките на регион на генома.

Обичайно е намирането на микросателити в некодиращи гаплотипове, следователно чрез откриване на вариации в броя на повторенията на микросателитите могат да се наблюдават различните алели в хаплотипите на индивидите.

Молекулярни микросателитни маркери са разработени за откриване на безброй хаплотипове, от пола на растения като папая (Carica papaya) до откриване на човешки заболявания като сърповидноклетъчна анемия.

Полиморфизми с дължина на усилен фрагмент (AFLP)

Тази техника съчетава амплификация с PCR реакции с усвояване на ДНК с два различни рестрикционни ензима. Техниката открива полиморфни локуси в хаплотипове според различните места на разцепване в ДНК последователността.

За да илюстрираме по-добре техниката, нека си представим три фрагмента от тъканта с една и съща дължина, но изрязани на различни места (тези фрагменти представляват три фрагмента, усилени с PCR, хаплотип).

По времето, когато тъканта се нарязва, ще се получат много парчета с различни размери, тъй като всяка тъкан се нарязва на различни места. Подреждайки фрагментите според вида на тъканта, от която произхождат, можем да видим къде се намират разликите между тъканите или в хаплотипите.

Диагнози и заболявания

Важно предимство на генетичното изследване на хаплотипите е, че те остават почти непокътнати или непроменени в продължение на хиляди поколения и това позволява идентифицирането на отдалечени предци и всяка от мутациите, които индивидите допринасят за развитието на болести.

Хаплотипите в човечеството варират в зависимост от расите и въз основа на това първо са открити гени в рамките на хаплотипите, които причиняват тежки заболявания при всяка една от човешките раси.

Проектът HapMap включва четири расови групи: европейци, нигерийци, йоруба, хан китайци и японци.

По този начин проектът HapMap може да обхване различни групи от населението и да проследи произхода и развитието на много от наследствените заболявания, които засягат всяка от четирите раси.

Едно от заболяванията, които най-често се диагностицират с анализ на хаплотип, е сърповидно-клетъчната анемия при хората. Това заболяване се диагностицира чрез проследяване на честотата на африканските хаплотипове в една популация.

Като болест, родом от Африка, идентифицирането на африкански хаплотипове в популациите улеснява проследяването на хора, които имат мутацията в генетичната последователност за бета глобини в еритроцити с форма на сърп (характерни за болестта).

Примери

С хаплотипове се изграждат филогенетични дървета, които представляват еволюционните връзки между всеки от хаплотипите, открити в проба от хомоложни молекули на ДНК или от същия вид, в регион, който има малка или никаква рекомбинация.

Един от най-изследваните клонове чрез хаплотипове е еволюцията на имунната система на човека. За геномите на неандерталеца и денизована са идентифицирани хаплотипове, кодиращи TOL-подобен рецептор (ключов компонент на вродената имунна система).

Това им позволява да проследят как генетичните последователности в „модерните“ човешки популации са се променили от поредици от хаплотипи, които съответстват на „прародителни“ хора.

Изграждането на мрежа от генетични връзки от митохондриалните хаплотипове изучава как възниква ефектът на основателя при видовете, тъй като това позволява на учените да установят кога популациите са спрели да се възпроизвеждат помежду си и са се установили като отделни видове.

Разпространение на Haplotype R (Y-DNA) в коренните популации (Източник: Maulucioni, чрез Wikimedia Commons) Разнообразието от хаплотипи се използва за проследяване и изследване на генетичното разнообразие на отглеждани в плен животни. Тези техники се използват специално за видове, които са трудни за наблюдение в природата.

Животински видове като акули, птици и големи бозайници като ягуари, слонове, между другото, постоянно се оценяват генетично чрез митохондриални хаплотипове, за да се следи генетичният статус на популациите в плен.

Препратки

1. Bahlo, M., Stankovich, J., Speed, TP, Rubio, JP, Burfoot, RK, & Foote, SJ (2006). Откриване на широко споделяне на геном на хаплотип чрез използване на SNP или микросателитни данни за хаплотип. Човешка генетика, 119 (1-2), 38-50.
2. Dannemann, M., Andrés, AM, & Kelso, J. (2016). Интрогресията на хаплотипове, подобни на неандертал и денизован, допринася за адаптивната промяна в човешки рецептори, подобни на тол. Американското списание за човешка генетика, 98 (1), 22-33.
3. De Vries, HG, van der Meulen, MA, Rozen, R., Halley, DJ, Scheffer, H., Leo, P.,… & te Meerman, GJ (1996). Хаплотипна идентичност между индивиди, които споделят CFTR мутационен алел „идентичен по произход“: демонстрация на полезността на концепцията за споделяне на хаплотип за генетично картографиране в реални популации. Човешка генетика, 98 (3), 304-309
4. Degli-Esposti, MA, Leaver, AL, Christiansen, FT, Witt, CS, Abraham, LJ и Dawkins, RL (1992). Родови хаплотипове: запазени популационни MHC гаплотипове. Човешка имунология, 34 (4), 242-252.
5. Колеги, MR, Hartman, T., Hermelin, D., Landau, GM, Rosamond, F., & Rozenberg, L. (2009, June). Хаплотипни изводи, ограничени от правдоподобни данни за хаплотип В Годишен симпозиум за съвпадение на комбинаторни модели (стр. 339-352). Спрингер, Берлин, Хайделберг.
6. Габриел, SB, Schaffner, SF, Nguyen, H., Moore, JM, Roy, J., Blumenstiel, B.,… & Liu-Cordero, SN (2002). Структурата на хаплотипните блокове в човешкия геном. Science, 296 (5576), 2225-2229.
7. Международен консорциум HapMap (2005 г.). Хаплотипна карта на човешкия геном. Природа, 437 (7063), 1299.
8. Wynne, R., & Wilding, C. (2018). Митохондриална ДНК хаплотипна разнообразие и произход на пленни тигрови акули (Carcharias taurus). Journal of Zoo and Aquarium Research, 6 (3), 74-78.
9. Yoo, YJ, Tang, J., Kaslow, RA, & Zhang, K. (2007). Хаплотипни изводи за съществуващи данни за генотип с помощта на идентифицирани преди това хаплотипове и модели на хаплотип. Биоинформатика, 23 (18), 2399-2406.
10. Млади, НС (2018). Апластична анемия. The New England Journal of Medicine, 379 (17), 1643-1656.