Методы исследования наследственных факторов. Близнецовый метод. Семейные исследования. Метод приемных детей

В психогенетической количественной модели аналогом независимых (или экзогенных) переменных являются генетические и средовые влияния, а аналогом зависимых (эндогенных) – фенотипические значения признаков у исследуемых родственников (рис.2). Варьируя типы пар исследуемых родственников, т.е. используя преимущества природного разнообразия, исследователи создают выборки, в которых: 1)генетические влияния контролируются или рандомизируются таким образом, что могут изучаться средовые влияния, и 2)средовые влияния контролируются и рандомизируются таким образом, что могут изучаться генетические влияния. Иными словами, психогенетика обращает свои методические ограничения (невозможность экспериментировать на людях) в свои методические достоинства (учет природной вариативности). Формируя свои выборки из реальных человеческих популяций, психогенетика охватывает в своих исследованиях широкий спектр реальной, естественной вариативности, существующей среди человеческих генотипов сред.

1,0 (МЗ) или 0,5 (ДЗ) 1,0 (МЗВ, ДЗВ) или 1,0 (МЗ) или 0,25 (ДЗ)

0,0 (РМЗ, РДЗ)

Рис. 2. Количественная модель психогенетического исследования: Р11 и Р2– фенотипические значения признаков у родственников определенного типа (например, значение фенотипа у близнеца 1 и у близнеца 2); А1 и А2 – аддитивные составляющие фенотипической дисперсии; N1 и N2 – неаддитивные составляющие фенотипической дисперсии; С1 и С2 – составляющие общей среды; Е1 и Е2 – составляющие индивидуальной среды. Дуги, соединяющие компоненты фенотипической дисперсии, отражают связи между латентными переменными. Так, например, монозиготные (МЗ) близнецы являются точной генетической копией друг друга, поэтому их аддитивные составляющие коррелируют с коэффициентом 1,0, в то время как для дизиготных (ДЗ) близнецов этот коэффициент составляет 0,5.

Это свойство психогенетики человека является уникальным – экспериментаторы, работающие с мышами, например, не имеют возможности изучать все богатство генотип-средовой вариативности в естественных мышиных популяциях, поскольку они исследуют чистые линии мышей в жестко контролируемых лабораторных условиях.

Итак, рандомизация генотипических и средовых влияний и избегание систематических искажений при оценке генетических и средовых составляющих фенотипической дисперсии за счет варьирования методов исследования являются одной из форм контроля, применяемой в психогенетике. Логика здесь проста: если существуют систематические искажения в оценке генетических и средовых составляющих при применении какого-то одного метода психогенетики, то варьирование методов исследования (применение межгрупповых схем в терминологии квазиэксперимента) позволит либо удалить, либо, по крайней мере, смягчить влияние этих искажений.

Замечательной чертой психогенетических методов является то, что они признако-независимы, т.е. применимы при исследовании признаков, развитие которых контролируется как генетическими, так и средовыми факторами. Таким образом, несмотря на то, что выбор конкретного метода психогенетического исследования определяется задачами и объектом этого исследования, интерпретация полученных результатов всегда осуществляется по одной и той же методологической схеме и согласно набору одних и тех же правил.

Близнецовый метод – метод исследования, основанный на сравнении внутрипарного сходства монозиготных (МЗ) и дизиготных (ДЗ) близнецов.

Основные допущения. Монозиготные близнецы развиваются из одного оплодотворенного яйца, которое делится, и оба близнеца получают идентичные наборы хромосом. Таким образом, монозиготные близнецы являются генетической копией друг друга, их сходство составляет 100%. Напротив, дизиготные близнецы развиваются из двух оплодотворенных яиц, как и одиночнорожденные сиблинги. Степень генетического сходства дизиготных близнецов может варьировать от 0 до 100% в зависимости от случайного набора генетического материала в каждой из оплодотворенных яйцеклеток. В среднем считается, что генетическое сходство ДЗ близнецов, как и сиблингов, составляет 50%.

Близнецовый метод имеет две замечательные особенности. Во-первых, разница между генетическим сходством МЗ и ДЗ близнецов больше (100% для монозигот и 50% для дизигот), чем разница между родственниками первой (50%) и второй (25%) степеней, что теоретически увеличивает точность оценки средовых и генетических параметров. Во-вторых, как моно-, так и дизиготные близнецы развиваются в утробе одной матери, рождаются в одно и то же время и живут в одной семье. Иными словами, по сравнению со всеми другими родственниками среда развития близнецов уравнена в процессе природного эксперимента. Смысл метода близнецов заключается в сравнении корреляций, подсчитанных отдельно для МЗ и ДЗ пар. Если формирование признака не контролируется генотипом, однояйцевые близнецы должны быть похожи друг на друга не больше, чем двухяйцевые пары (в терминах количественной модели корреляции МЗ близнецов не должны быть выше корреляций ДЗ близнецов). Если же генотип влияет на формирование исследуемого признака, МЗ близнецы будут больше похожи друг на друга, чем ДЗ пары.

Анализ простых близнецовых корреляций показывает, что главной причиной фенотипических популяционных различий по весу является генотип (80%). Роль среды равняется 20%.

Характеристики выборки. Частота рождаемости близнецов составляет примерно 1,2%, т.е. на каждые 85 младенцев приходится одна пара близнецов. МЗ близнецы и однополые ДЗ близнецы рождаются примерно с одинаковой частотой. Иными словами, примерно 33% всех близнецов являются монозиготами, 33% – однополыми дизиготами и примерно 33% – разнополыми дизиготами. Большинство классических близнецовых исследований выполнено только с привлечением однополых пар, однако современные исследования включают и разнополые близнецовые пары, поскольку статистические методы позволяют оценить эффекты пола. Обязательным условием проведения близнецового исследования является однозначное определение зиготности. Существует несколько способов, начиная с самого простого, когда исследователи применяют специально разработанные опросники зиготности, валидность которых установлена на больших выборках близнецов. Надежность подобных опросников составляет примерно 95%. Если же данные противоречивы, используются антропометрические показатели (например, форма и размер суставов, раковин ушей). Иногда исследователи применяют доростоящую молекулярную диагностику: ДНК близнецов сравнивается по ряду полиморфных маркеров. Если хотя бы один маркер различается, то исследуемая пара близнецов является двухяйцевой. Однозначного заключения об однояйцевости дать нельзя, но вероятность того, что у двухяйцевых близнецов случайным образом совпадут все проанализированные генетические маркеры, является незначительной.

Исследовательские вопросы. Как было сказано выше, в основе всех психогенетических методов (в том числе и близнецового) лежит одна общая количественная модель, согласно которой фенотипическая корреляция между любой парой родственников может быть представлена в терминах пересекающихся вкладов генотипа и среды. Однако современные статистические модели, разработанные в рамках близнецового метода, позволяют не только разлагать фенотипическую дисперсию на традиционные компоненты, но и оценивать боле сложные гипотезы. Среди проверяемых гипотез – гипотезы о роли специфических половых влияний и генотип-средового взаимодействия, о значении как стабильных (сквозных), так и специфических возрастных генетических и средовых компонентов и многие другие.

Пример. Приведем близнецовое исследование, проведенное в штате Виргиния (США). В данной работе выборка близнецов была составлена на основе картотеки всех близнецов, рожденных в штате за последние семнадцать лет. Исследователи письменно обратились к родителям 8–16-летних близнецов с просьбой о сотрудничестве. Примерно 83% близнецовых семей согласились принять участие в исследовании. В окончательную выборку вошли 171 МЗ и 194 ДЗ пары. В качестве зависимых переменных были использованы шкалы опросника Ахенбаха. Шкалы опросника характеризуют поведенческие особенности индивида, а именно его интернальность (включенность в общение, соматические проблемы, тревожность/депрессия, социальная дезадаптация, странности мышления) и экстернальность (нарушения внимания и гиперактивность, риск делинквентного поведения, агрессивность). Для статистического анализа собранного материала исследователи применяли метод структурного моделирования. Результаты показали, что примерно 33% вариативности объясняется генетическими факторами, в то время как 52% фенотипической дисперсии объясняется семейной средой (в частности, особенностями взаимодействия близнецов). Оставшиеся 12% дисперсии объясняется влияниями индивидуальной среды (сюда же включаются ошибки измерения и моделирования).

Основные ограничения. Одним из главных допущений близнецового метода является так называемое предположение о равенстве среды. Согласно ему, близнецовые среды МЗ и ДЗ близнецов являются равными. Если это допущение неверно, т.е. если среда МЗ близнецов отличается по каким-то параметрам от среды ДЗ близнецов (например, является более схожей), большее фенотипическое сходство МЗ близнецов может отражать не только влияние генов, но и влияние среды. Исследователи всячески старались проверить это допущение в рамках квазиэксперимента, однако однозначных результатов получено не было.

Семейные исследования – метод исследования, в котором сопоставляется сходство друг с другом членов одной семьи.

Основные допущения. Степень генетического сходства между членами любой пары родственников может быть определена путем анализа родословной (генеалогического дерева). В качестве примера разберем родословную, показанную на рис.3.

Рис.3. Родословная для определения степени генетического сходства: женщины обозначены кругами, мужчины – квадратами. Римскими цифрами обозначены поколения, арабскими – члены семьи. Буквенные индексы используются для обозначения супругов одного и того же человека. Анализ начинается с поколения I. Супруги 1 и 2 – основатели рассматриваемой родословной. Их дети (3 и 4) и супруги детей составляют поколение II. 3 был женат на 3А и имеет с ней сына (5), во втором браке с 3Б у него тоже сын (6). 4 замужем за 4А, они имеют двоих детей – дочь (7) и сына (8). Внуки 1 и 2 (5, 6, 7 и 8) составляют поколение III.

Супруги 1 и 2 (как и все остальные супруги в данном случае) генетическими родственниками не являются: их генетическое сходство равно 0. Начнем анализ с родственников первой степени. Все члены пар такого типа имеют 50% общих генов, т.е. их генетическое сходство равно 1/ 2. Пара 1 и 3 представляет собой пару типа “родитель-ребенок”. 3 и 4 являются детьми 1 и 2, они – родные брат и сестра, иными словами, они – родные сиблинги, как 7 и 8.

Родственники второй степени имеют только 25% общих генов, и их генетическое сходство равно 1/ 4. К этой категории относится пара 5-6, поскольку 3 – их общий отец, но матери у них разные (5 и 6 называются полусиблингами), и пары типа дядя/тетя – племянник/племянница (4-5, 4-6, 3-7, 3-8). Генетическое сходство родственников третьей степени составляет только 1/ 8, поскольку они имеют только 12,5% общих генов. Примером этого типа родственников являются пары двоюродных братьев и сестер (двоюродные сиблинги, или кузены: 5-7, 5-8, 6-7 и 6-8).

Характеристики выборки. Процедура составления выборки для семейных исследований определяется объектом исследования. Метод семьи чаще всего применяется при изучении генотип-средовых детерминантов психических заболеваний. Для таких исследований на основе материалов клиники отбираются семьи, в которых по крайней мере один член страдает исследуемым заболеванием. Пациент, семья которого отбирается, называется пробандом. С целью изучения семейного накопления (семейной истории) заболевания опрашиваются родственники пробанда. Исследования, проводимые методом семьи, обычно включают контрольную группу, которая отбирается путем изучения родственников лиц, не страдающих никакими психиатрическими заболеваниями.

Также семейные исследования применяются при изучении фенотипической вариативности по признакам, распределенным в генеральной популяции в соответствии с законами нормальной кривой (например, при исследовании генотип-средовых составляющих популяционной вариативности по личностным характеристикам). В рамках такого исследования важной задачей является создание популяционно-репрезентативной выборки. Иными словами, исследователь должен контролировать, чтобы в выборке были представлены различные социально-экономические и возрастные группы, семьи как мальчиков, так и девочек и т.д. Примером подобного рода исследований являются норвежские семейные исследования, в которых на первом этапе были обследованы все семьи, проживающие в провинции Нордтронделаг. На втором, собственно исследовательском этапе коэффициент согласия на участие был довольно высок – 90% населения провинции согласилось принять участие в работе.

Исследовательские вопросы. Метод семьи позволяет собрать информацию для получения ответов на следующие вопросы:

Есть ли основания предполагать, что исследуемый признак аккумулируется в семьях (например, встречаются ли и как часто одаренные люди среди родственников одаренного человека)?

Есть ли основания предполагать, что среди супругов присутствует ассортативность по изучаемому признаку?

Каков совместный вклад аддитивных генетических составляющих и семейной среды в фенотипическую дисперсию по изучаемому признаку?

Пример. Иследованием с применением метода семьи является изучение различных аспектов психопатологии в семьях пробандов с психиатрическим диагнозом “синдром навязчивых идей” (СНИ), проведенное Е.Л.Григоренко совместно с Д.Л.Паулзом*. Пробанды были отбраны через картотеку Центра психического здоровья Йэльского университета и психиатрической больницы Балтер штата Род Айленд. Выборка включала 699 интервьюируемых: 100 СНИ-пробандов, их 466 родственников первой степени и 133 родственника психически здоровых людей. Задачей исследования было сравнение частоты клинических форм тревожности и депрессии среди родственников больных, страдающих СНИ, и родственников психически здоровых людей.

Для достижения поставленной задачи были выделены все пары родственников типа родители-дети и сиблинги. Кроме того, с целью оценки ассортативности по СНИ, тревожности и депрессии статистический анализ был проведен и для супружеских пар. Поскольку исследователи имели дело с категориальными переменными типа “да (психически здоров) – нет (психически нездоров)”, для статистического анализа данных применялось лог-линейное моделирование. Результаты исследования показали: 1) частота фиксации СНИ, тревожности и депрессии значительно выше среди родственников СНИ-пробандов, чем среди родственников здоровых людей, что свидетельствует о возможных генетических или семейных средовых влияниях при развитии этих психических заболеваний; 2)есть основания предполагать, что СНИ и определенные формы тревожности передаются из поколения в поколение совместно, т.е. либо существует единый механизм их передачи, либо (если пути наследования тревожности и СНИ раздельны) эти механизмы являются зависимыми друг от друга; напротив, на основе частоты встречаемости и паттернов совместной манифестации СНИ, тревожности и депрессии можно предположить, что механизмы передачи депрессии являются независимыми от СНИ и тревожности; 3) сходство супругов по тревожности и депрессии значительно выше сходства супругов по СНИ, что свидетельствует о наличии ассортативности по тревожности и депрессии.

Основные ограничения. Применение метода семьи не позволяет разделить генетическую и семейно-средовую составляющие дисперсии, т.е. невозможно отделить друг от друга эффекты воздействия этих двух классов переменных. Действительно, сходство между родственниками, измеряемое методом семьи, может быть объяснено как результат воздействия генов или как результат воздействия среды. Чем генетически ближе родственники, тем более вероятен факт сходства их средовых особенностей. Обычно близкие родственники либо живут вместе, либо проводят вместе достаточно много времени (отмечают праздники, встречаются по выходным) по крайней мере в течение значительной части своей жизни. Тем не менее семейные исследования полезны при определении верхних пределов совместного влияния генов и семейной среды. Например, если родственники первой степени не похожи друг на друга по исследуемому признаку, то можно предположить, что ни гены, ни семейная среда не оказывают существенного влияния на формирование изучаемого признака. Если эмпирически подсчитанная корреляция родственников первой степени по исследуемому признаку 0,25, то коэффициент наследуемости не может быть выше 0,50 (50%), но может оказаться значительно ниже в том случае, если семейная среда оказывает существенное влияние на развитие этого признака.

Метод приемных детей – метод исследования, являющийся жесткой экспериментальной схемой, позволяющей четко развести влияние генетических и средовых факторов.

Метод приемных детей, или как его еще называют, – метод приемных родственников, представляет собой частный случай метода семьи. Этот метод был разработан с целью преодоления основного ограничения метода семьи, т.е. с целью разделения генетического и средового компонента при анализе коэффициента сходства в паре родственников.

Основные допущения. Генетические родственники, усыновляемые при рождении или в раннем детстве разными семьями, среды которых не коррелируют, могут быть похожи друг на друга только по генетическим причинам. Напротив, неродственники, воспитываемые в одной семье, могут быть похожи друг на друга только в результате сходства общих для них средовых влияний. Таким образом, корреляция между генетическими родственниками, выросшими врозь и не общавшимися (или общавшимися очень мало) друг с другом с начала жизни до момента исследования, считается мерой наследуемости. Корреляция между неродственниками, выросшими в одной семье, считается мерой влияния семейной среды.

Характеристики выборки. Выборки для подобного рода исследований обычно составляются на материале агентств по усыновлению или на основе семей, добровольно откликнувшихся на обращение исследовательских организаций. В России тайна усыновления охраняется законом, поэтому в отечественной психогенетике этот метод никогда не применялся. Наиболее крупные современные исследования приемных семей были проведены в США в штатах Колорадо и Айова, исследование разлученных близнецов – в штате Миннесота, а также в Швеции. Исследование приемных детей в Колорадо является примером так называемого полного дизайна, поскольку включает как пары разлученных биологических родственников (приемных детей и их биологических родителей), так и пары приемных родственников (приемных детей и их приемных родителей или приемных детей и их приемных сиблингов). В такого рода исследованиях можно получить оценки как генетической, так и средовой составляющих фенотипической дисперсии. Однако подобные исследования очень доростоящи, поэтому в ряде работ используются только приемные семьи, исследование которых позволяет оценить средовый компонент дисперсии. Затем эти данные сопоставляются с данными традиционного семейного исследования и путем определенных статистических манипуляций подсчитывается генетический компонент фенотипической дисперсии по исследуемому признаку.

Исследовательские вопросы. Метод приемных родственников позволяет собрать информацию для получения ответов на следующие вопросы:

1. При исследовании приемных детей и их биологических родителей – каков вклад аддитивных генетических составляющих в фенотипическую дисперсию по изучаемому признаку?

2. При исследовании приемных детей и их биологических сиблингов – каков вклад аддитивных генетических составляющих в фенотипическую дисперсию по изучаемому признаку? Каков вклад неаддитивных генетических составляющих в фенотипическую дисперсию по изучаемому признаку?

3. При исследовании приемных детей и их приемных родителей – каков вклад специфической родительско-детской семейной среды в фенотипическую дисперсию по изучаемому признаку?

4. При исследовании приемных детей и их приемных сиблингов – каков вклад специфической сиблинговой семейной среды в фенотипическую дисперсию по изучаемому признаку?

Пример. Именно материалы, собранные в рамках исследования, проведенного методом приемных родственников, послужили отправной точкой для понимания и трактовки шизофрении как психического заболевания, передающегося по наследству. Леонард Хестон проследил судьбу детей пациенток, больных шизофренией, которые были госпитализированы во время беременности и чьи дети были отданы на усыновление в течение первых двух недель жизни. Дети 47 пациенток были проинтервьюированы, когда их средний возраст составил 36 лет, и эти результаты были сравнены с 50 приемными детьми того же возраста, биологические родители которых были психически здоровы. Было обнаружено, что 11% детей психически больных матерей страдали различными типами шизофрении, в то время как никому (0%) из детей психически здоровых биологических родителей диагноз шизофрении поставлен не был.

Основные ограничения. Основная проблема, возникающая при применении метода приемных родственников, связана с явлением, называемым избирательным усыновлением. Например, многие агентства по усыновлению, подбирая адекватную для приемного ребенка среду, стараются найти такую семью, которая бы максимально соответствовала биологической семье ребенка. Подобное сходство биологической и приемной семей может искажать оценки генетического и средового компонентов фенотипической дисперсии. Другой пример избирательного усыновления связан с тем, что иногда сиблинги одних биологических родителей случайным образом усыновляются семьями, которые похожи друг на друга по параметрам, коррелирующим с исследуемым признаком.

Если сиблинги усыновляются разными семьями примерно одного уровня благосостояния, то корреляция разлученных сиблингов по IQ может искусственно увеличиваться по сравнению с исходной генетической корреляцией за счет того, что они воспитываются в сходных условиях (известно, что уровень благосостояния ассоциируется с интеллектуальным развитием). В рамках теории квазиэксперимента аналогом избирательного усыновления является предпочтение определенного уровня независимых переменных самими испытуемыми. С целью осуществления контроля за подобными артефактами, оказывающими искажающие влияния на оценки зависимостей между переменными в количественной модели, разрабатываются специальные статистические методы, которые позволяют:1) определять присутствие/отсутствие искажающих влияний;2) вносить необходимые статистические поправки при осуществлении оценивания зависимостей между переменными.

Комбинирование методов. В течение последних двух десятилетий психогентики стали использовать так называемые комбинированные методы, которые основаны на совмещении семейных и близнецовых исследований и метода приемных родственников. Например, сочетание метода приемных родственников, позволяющего изучать “генетических” (через пары биологических родителей и их детей, усыновленных другими семьями) и “средовых” родителей (через пары приемных родителей и усыновленных ими детей), с методом семьи, исследующим “генетических и средовых” родителей (родные семьи), является более совершенным, чем отдельно применяемые методы семьи или приемных родственников. Комбинирование методов позволяет получать оценки большего количества разных параметров (например, расщеплять генетическую составляющую на аддитивную и неаддитивную), а также более точные (с меньшей ошибкой) оценки параметров. При комбинировании методов психогенетического исследования возрастает размер выборки, что ведет к увеличению мощности применяемого статистического аппарата, более точным оценкам параметров и способности обнаруживать и оценивать эффекты относительно небольшой величины. И наконец, все эти методологические усовершенствования приводят к формулированию более точных, более специализированных гипотез о вкладах генотипа и среды в формирование популяционной вариативности по исследуемому признаку, отражающих наше постоянно меняющееся и совершенствующееся понимание сложных процессов, изучаемых психогенетикой.

Примером комбинирования методов является приведенное ранее исследование наследуемости полезависимости-поленезависимости. Исследователи собрали опубликованный материал, полученный разными психогенетическими методами на разных популяциях в разных странах. Всего было проанализировано 10177 пар родственников. Затем была составлена система уравнений, описывающих родственные корреляции для разных типов родственников. Результаты решения этой системы уравнений позволили оценить многие специфические составляющие фенотипической дисперсии. В целом величина генетического компонента составила 50% (28% – аддитивная и 22% – неаддитивная составляющие). Средовые компоненты различались для разных типов родственников, однако для всех пар родственников было свойственно превалирование индивидуальной среды над общей. Например, для близнецов вклад общей среды составил только 17%, в то время как составляющая индивидуальной среды была 34%. Таким образом, в формировании межиндивидуальной вариативности по признаку поленезависимости -полезависимости генотип и среда являются равнозначными, причем большая часть фенотипической изменчивости объясняется влиянием аддитивных генетических факторов и факторов индивидуальной среды.

Описанное исследование представляет собой пример экспериментирования, когда материал уже собран и идет изменение схем обработки для уточнения эффектов старых и выявления эффектов новых переменных. Исследование такого рода подразумевает несовпадение плана сбора данных и плана их статистической обработки. Действительно, возможность получения точных оценок (оценок с маленькой стандартной ошибкой) неаддитивных генетических составляющих и дифференцированных общесредовых составляющих появляется только при использовании большой выборки в ситуации сопоставления результатов, полученных в рамках разных психогенетических методов, т.е. описывающих разные типы родственников.

Дата добавления: 2015-07-17