Blizanački metod

Blizanački metod ili gemelološki metod je i u savremenim humano–genetičkim istraživanjima osnovni, najznačajniji i najšire primjenjivani način procjene heritabilnosti fenotipskih svojstava, iako se i na nekim drugim nivoima genetičke analize mogu se dobiti podaci o stepenu nasljedivosti posmatranih osobina. Teorijski gledano, čak ni jednojani blizanci, već neposredno nakon diobe zigota (a naročito u kasnijim stadijima ontogneze), fenotipski nisu apsolutno identični. Nauka o blizancima je gemelologija.

Komparativna analiza serije parova jednojajnih i dvojajnih blizanaca ima široku primjenu u humanoj genetici, posebno kada je riječ o procjeni stupnja heritabilnosti pojedinih odlika individualnog fenotipa.

Jednojajni (monozigotni, identični) blizanci, kao što je poznato, nastaju "spontano", diobom normalnog zigota (jedna jajna ćelija oplođena jednim spermatozoidom) tokom prvih brazdanja zigotne ćelije, što rezultira dvojnim ili multiplim porodom. Pošto su, u suštini, članovi istog klona, ovakvi blizanci (po pravilu) imaju identičan genotip (pa, prema tome, i isti spol).^[1]^[2]

^[3]

Dvojajni (dizigotni, neidentični, fraternalni) blizanci su rezultat razvića dva ili više istovremeno (ili gotovo istovremeno) nastala normalna zigota (svaka od jajnih ćelija je oplođena posebnim spermatozoidom). Vjerovatnoća genetičke sličnosti ovakvih blizanaca (teorijski) je ravna vjerovatnoći genotipske sličnosti braće i sestara koji nisu blizanci. Ddrugim riječima, dvojajni blizanci su (gotovo) istovremeno rođeni "obični" potomci istih roditelja.

U determinaciji zigotnosti (istospolnih) blizanaca primjenjuje se nekoliko distinktivnih kriterija. Osnovna diferencijalna odlika embriogeneze jedno– i dvojajnih blizanaca je njihovo razviće u jednoj, odnosno dvije plodne ovojnice (sa odgovarajućim brojem posteljica); treba konstatovati, međutim, da su, u tom pogledu, registrovani i izuzeci. Svi jednojajni blizanci su monohorionični, a dizigotni mogu biti monohorionični i višehorionični. Svi monohorionični blizanci su jednojajni, a među bihorioničnim odnos dizigotni – monozigotni iznosi približno 3:1.

U postembrionskom razvoju zigotnost blizanaca istog spola se određuje proučavanjem sličnosti i razlika, s obzirom na niz kvalitativnih, nedvojbeno genetički određenih, osobina. Heritabilnost tih odlika je također određena gemelološkim metodom. Prema tome, ovaj metod je istovremeno (osnovni) put procjene heritabilnosti posmatranih komponenti individualnog fenotipa i (na bazi vlastitih dostignuća) jedan od elementarnih načina determinacije zigotnosti blizanaca.

Inače, u široj svjetskoj populaciji, blizanci se rađaju jednom u oko 90 poroda, a među živorođenim blizancima je registriran omjer od oko 70% dvojajnih i 30% jednojajnih. Respektirajući tu polaznu činjenicu, a prema tzv. Hellinovom zakonu, očekivana relativna frekvencija multiplih poroda među novorođenčadima iznosi:
trojki: 1/902 (=1 na 8.100),
četvorki: 1/903 (=1 na729.000),
a petorki: 1/904 (=1 na 65,610.000).

Procjena heritabilnosti

Individualna bioraznolikost je jedna od najuočljivijih odlika svekolikog čovječanstva. Tu činjenicu dovoljno jasno ilustruje pominjani podatak da u cjelokupnoj ljudskoj populaciji (preko sedam milijardi ljudi) nije moguće naći dvije apsolutno identične osobe. Traganje za izvorima individualne varijacije i objašnjenje njenih fenomena spadaju u esencijalne probleme humanogenetičkih istraživanja.^[1]^[2]^[2]^[3]^[4]^[5]

Poznato je da ukupnu fenotipsku raznolikost individua (V_f) u nekoj posmatranoj grupi (potencijalno) određuju dvije kompleksne sfere činilaca: genetički (V_g – nasljedni) i negenetički (tj. faktori unutrašnje sredine i spoljne okoline: V_e), te efekti njihove interakcije (V_ge). Pojednostavljeno, ta pojava se može opisati izrazom:

V_f = V_g + V_e + V_ge.

U analizi svake unutargrupne, odnosno individualne varijacije, kao nezaobilazno pitanje se postavlja problem odnosa genetičkih i negenetičkih faktora u njenoj determinaciji. Relativni udio nasljednih činilaca u determinaciji individualnih razlika po jednoj ili više fenotipskih osobina obuhvata pojam – heritabilnost. Kvantitativni pokazatelj (procenat, proporcija, koeficijent) heritabilnosti izvjesne osobine, pritom, nije mjera nasljednosti tog svojstva na nivou individua, nego je relativna procjena genetički kontrolisanog dijela ukupnih fenotipskih razlika među jedinkama u posmatranoj grupi.

Heritabilnost kvalitativnih svojstava

Relativni udio genetičkih faktora u determinaciji kvalitativne varijacije procjenjuje se uporednom analizom konkordantnosti i diskordantnosti u parovima serija jednojajnih i dvojajnih blizanaca. Konkordantni su oni blizanci koji posjeduju istu fenotipsku varijantu određene osobine (A–A, a–a), dok se diskordantni, u tom pogledu, međusobno razlikuju (A–a , a–A).

Relativno raznorodne varijante iskazivanja stupnja heritabilnosti kvalitativnih fenotipskih svojstava, a na osnovu rezultata gemelološke analize, obuhvataju tri osnovna oblika. Pokazatelj stupnja genetičke determiniranosti kvalitativnih osobina može biti:

(1) proporcija,
(2) procenat i
(3) koeficijent odnosa nasljednih i nenasljednih činilaca u kontroli fenotipskog ispoljavanja takvih oznaka.

Slijede primjeri standardnih obrazaca za izračunavanje pomenutih parametara. Simboli su peuzeti iz izvornih formula.
1.1:
H = (q_m – q_d)/(1 – q_d);
H – heritabilnost
q_m – proporcija konkordantnih monozigotnih blizanaca
q_d – proporcija konkordantnih dizigotnih blizanaca (Holzinger 1929);
1.2:
h = (% konk MZ – % konk DZ)/(100 – % konk DZ);
h – heritabilnost
% konk MZ – procenat konkordantnih monozigotnih blizanaca
% konk DZ – procenat konkordantnih dizigotnih blizanaca (Osborn, 1959);

1.3:
G/E = (% disk DZ – % disk MZ)/% disk MZ;
G/E – relativni odnos nasljednih i nenasljednih činilaca u determinaciji posmatranog svojstva
%disk MZ – procenat diskordantnih monozigotnih blizanaca
%disk DZ – procenat diskordantnih dizigotnih blizanaca (Stern 1960).

Heritabilnost kvantitativnih svojstava

Zbog kompleksnije (genetičke i sredinske) kontrole fenotipskog ispoljavanja kvantitativnih osobina, procjena njihove heritabilnosti nailazi na mnoge objektivne poteškoće. Međutim, u humanoj genetici je razrađen čitav niz specijalnih varijanti komparativno–analitičkog posmatranja kontinuirane varijacije u serijama jedno– i dvojajnih blizanaca. Procjena heritabilnosti kvantitativnih fenotipskih svojstava temelji se na posmatranju:

(1) apsolutnih intraparskih razlika,
(2) intraparske varijacije,
(3) koeficijenta intraparske korelacije.

Ovdje će biti saopćeno nekoliko općeprihvaćenih obrazaca za procjenu heritabilnosti kvantitativnih osobina po pomenutim analitičkim varijantama (simboli su po izvornim formulama).

Apsolutne intraparske razlike su najmanje pouzdano polazište za procjenu heritabilnosti, a mogu se aplicirati po jednoj od slijedećih formula:

1.1:
H_t = (M₁² – M₂²)/M₁²;
H_t – indeks genetičke determiniranosti metričkih karaktera
M₁ – srednja apsolutna intraparska razlika u seriji monozigotnih blizanaca
M₂ – srednja apsolutna intraparska razlika u seriji dizigotnih blizanaca (Cavalli – Sforza, Bodmer 1999)^[3]
1.2:
T = (f – i)/i;
T – odnos efekata nasljeđa i sredine u determinaciji posmatranog svojstva
f – srednja apsolutna intraparska razlika u seriji jednojajnih blizanaca
i – srednja apsolutna intraparska razlika u seriji dvojajnih blizanaca (Holzinger 1929, Stern 1960).

Analiza intraparske varijacije predstavlja znatno pouzdaniji metod procjene relativnog učešća genetičkih faktora u determinaciji unutargrupne promjenljivosti kvantitativnih fenotipskih svojstava; ovim putem, pokazatelji heritabilnosti nekog ovakvog karaktera mogu se naći primjenom dva osnovna obrasca:

2.1:
H = (V_dz – V_mz)/V_dz;
V = Σx²/2n;
H – procjena stepena genetičke određenosti posmatrane varijacije
V_dz – varijansa intraparskih razlika u seriji dizigotnih blizanaca
V_mz – varijansa intraparskih razlika u seriji monozigotnih blizanaca
x – apsolutna intraparska razlika
n – broj parova blizanaca (Cavalli – Sforza, Bodmer 1971, Harrison et al. 1964);
2.2:
1 – h = (V^A – V^T)/V^A;
h – heritabilnst
V^A – varijansa intraparskih razlika u seriji monozigotnih blizanaca koji su rasli odvojeno
V^T – varijansa intraparskih razlika u seriji monozigotnih blizanaca koji su rasli zajedno (Harrison et al. 1964).

Koeficijent unutarparske korelacije nekog kvantitativnog svojstva jedan je od najpouzdanijih pokazatelja stupnja njegove heritabilnosti; dva odabrana izraza predstavljaju primjere mogućeg pristupa pomenutoj analizi:

3.1:
t² = a_i^r/(1 – a_i^r);
t – odnos efekata genetičkih i sredinskih faktora u determinaciji posmatrane varijacije
a_i^r – koeficijent intraparske korelacije u seriji monozigotnih blizanaca koji su rasli odraslih odvojeno (Muller 1925);
3.2:
t² = (r_i – r_f)/(1 – r_i);
t – odnos efekata genetičkih i negenetičkih faktora u determinaciji posmatrane varijacije
r_i – koeficijent intraparske korelacije u seriji monozigotnih blizanaca
r_f – koeficijent intraparske korelacije u seriji dizigotnih blizanaca (Harrison 1929).

Procjene heritabilnosti odabranih svojstava (na bazi prethodnih obrazaca) prikazane su u narednim tabelama.

Heritabilnost (h) odabranih svojstava i sklonosti
Svojstvo	h
Boja očiju	0,99
Alkoholizam	0,99
Boja kose	0,96
Maloumnost	0,89
Otisak palca	0,87
Rahitis	0.85
Koeficijent inteligencije	0,80
Šizofrenija	0,77
Dijabetes	0,75
Tabakizam	0,74
Kofeinizam	0,71
Padavica	0,67
Tuberkuloza	0,64
Kriminogenost	0,56
Krvni tlak	0,54
Pravopis	0,53
Književnost	0,45
Početak hodanja	0,42
Prirodne nauke	0,34
Puls	0,33
Ravni tabani	0,33
Početak sjedenja	0,25
Alergije	0,22
Infarkt srca	0,15
Aritmetika	0,12
Ljevorukost	0,07

Heritabilnost (h) odabranih mjera (antropometrijskih tjelesnih svojstava)
Svojstvo	h♂	h♀
Ukupna visina	0,79	0.92
Sjedeća visina	0.85	0.85
Dužina nogu	0.77	0.92
Dužina bedara	0.65	0.68
Dužina stopala	0.84	0.82
Dužina ruku	0.80	0.87
Dužina glave	0.00	0.53
Širina glave	0.95	0.76
Indeks glave (širina/dužina)	0.90	0.70
Širina usta	0.46	0.64
Širina grudnog koša	0.45	0.17
Obim glave	0.63	0.70
Obim grudi	0.54	0.55
Obim struka	0.79	0.63
Masa	0.05	0.42
Tip konstitucije	0.36	0.61

Reference

^ ^a ^b Dobzhansky T. (1970): Mankind envolving: The evolution of the human species. Bantam Books, New York, ISBN 05526-539-0X; ISBN 978-05526-5390-9.
^ ^a ^b ^c Hadžiselimović R. (2005): Bioantropologija – Biodiverzitet recentnog čovjeka. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-2-6.
^ ^a ^b ^c Cavali-Sforza L. L., Bodmer W. F. (1999): The genetics of human populations. Dover PublicTIONS, Inc., Mineola, New York, ISBN 0-486-40693-8.
^ Griffiths, A. J. F. (1999). An Introduction to genetic analysis. W. H. Freeman, San Francisco, ISBN 0-7167-3520-2.
^ Hadžiselimović R., Pojskić N. (2005): Uvod u humanu imunogenetiku. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-3-4.

Također pogledajte

[Dobzhansky_T._1970-1] Dobzhansky T. (1970): Mankind envolving: The evolution of the human species. Bantam Books, New York, ISBN 05526-539-0X; ISBN 978-05526-5390-9.

[Hadžiselimović_R._2005-2] Hadžiselimović R. (2005): Bioantropologija – Biodiverzitet recentnog čovjeka. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-2-6.

[Cavali-Sforza_L._L._1999-3] Cavali-Sforza L. L., Bodmer W. F. (1999): The genetics of human populations. Dover PublicTIONS, Inc., Mineola, New York, ISBN 0-486-40693-8.

[4] Griffiths, A. J. F. (1999). An Introduction to genetic analysis. W. H. Freeman, San Francisco, ISBN 0-7167-3520-2.

[5] Hadžiselimović R., Pojskić N. (2005): Uvod u humanu imunogenetiku. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-3-4.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]