В основе цитогенетического метода лежит изучение с помощью микроскопа хромосом клеток человека. Его стали широко применять в исследованиях по генетике человека (включая медицинскую генетику) с 1956 г., когда шведские ученые Дж. Тийо и А. Леван (см. п. 4.2), предложив оригинальную методику изучения метафазных хромосом, доказали, что в кариотипе человека 46 хромосом, а не 48, как считали ранее. Современный этап в применении цитогенетического метода связан с разработкой и введением в практику работы цитогенетиков дифференциальной или избирательной окраски хромосом (Т. Ка-сперсон, Швеция, 1969), что дало возможность точно идентифицировать каждую хромосому по характеру распределения окрашиваемых сегментов (см. п. 4.3.4, рис. 5.11). При отсутствии методов дифференциальной окраски идентификацию хромосом проводили по их размерам, положению центромеры (первичная перетяжка) и соотношению длин плеч (центромерный индекс), наличию вторичных перетяжек и спутников (рис. 5.12). В таких условиях не удавалось достичь абсолютной персонификации хромосом. Каждую хромосому относили к одной из 9 групп (А — 1, 2 и 3, В — 4 и 5, С- 6, 7 и Х, С" — 8 и 9, С" " " — 10, 11 и 12, D — 13, 14 и 15, Е — 16, 17 и 18, F — 19 и 20, G — 21, 22 и Y) в порядке убывания размеров. Разграничение между хромосомами в пределах групп проводили, используя дополнительные критерии, например присутствие спутников.
Рис. 5.11. Расположение полос в хромосомах человека при их избирательном окрашивании: p — короткое плечо, q — длинное плечо; 1-22 — порядковый номер хромосомы (аутосомы), — половые хромосомы
Рис. 5.12. Метафазные хромосомы при сплошной их окраске: I — телоцентри-ческая хромосома; II — акроцентрическая хромосома; III — субметацентриче-ская хромосома; IV — метацентрическая хромосома, основания идентификации: 1 — центромера, 2 — спутник, 3 — короткое плечо, 4 — длинное плечо, 5 — хро-матиды
Цитогенетический метод позволяет изучать нормальную морфологию хромосом (в том числе с учетом их полиморфизма) и кариотипа в целом, устанавливать генетический (хромосомный) пол особи, а также диагностировать хромосомные болезни, связанные с изменением числа отдельных хромосом и хромосомных наборов (анэуплоидии, гаплоидия и полиплоидия, см. п. 4.3.3.3) или с нарушением их структуры (хромосомные аберрации, см. п. 4.3.2.2). Цитогенетический метод широко применяется в МГК в целях пренатальной (в том числе предымпланта-ционной) диагностики хромосомных болезней, что дает возможность путем своевременного прерывания беременности избежать рождения потомства с грубыми нарушениями развития.
Материалом для цитогенетических исследований служат клетки из разных тканей и органов человека — лимфоциты периферической крови, клетки костного мозга, фибробласты кожи, клетки опухолей и эмбриональных тканей. Непременное условие применения цитогене-тического метода — наличие в материале делящихся клеток. Цитоге-нетики обычно используют относительно легкодоступный материал — лимфоциты периферической крови, которые в условиях in vitro путем обработки веществом фитогемагглютинином переводят в состояние митотического деления. Непосредственный объект цитогенетических исследований — метафазные хромосомы на гистологических препаратах так называемых метафазных пластинок. Находящиеся в
состоянии максимальной спирализации (см. п. 3.1.1.2) метафазные хромосомы хорошо видны в микроскоп. Для повышения количества мета-фазных клеток переход из метафазы в анафазу митоза блокируют путем обработки клеточной культуры колхицином или колцемидом, которые разрушают веретено деления.
Мазки, приготовленные из культуры, обогащенной клетками в ме-тафазе митоза, после обычной или избирательной окраски хромосом микроскопируют. Отдельные метафазные пластинки фотографируют. Фотографии используют для составления кариограмм, в которых гомологичные хромосомы выстроены парами, распределены по группам или, при избирательном окрашивании, располагаются попарно в соответствии с их порядковым номером в кариотипе (рис. 5.13, см. также рис. 5.11). В последнем случае хромосомный ряд кариограммы завершает пара половых хромосом.
Рис. 5.13. Нормальный кариотип человека: а — женщина, б — мужчина; вверху — хромосомные комплексы (метафазные пластинки); внизу — кариограм-
мы