הפוטוטיפ: שיטות לימוד, אבחנות, מחלות, דוגמאות - ביולוגיה - 2025

Haplotype הוא אזור של הגנום שנוטה להיות בירושה יחד דרך דורות רבים; בדרך כלל הכל נמצא באותו כרומוזום. הפטיפוסים הם תוצר של קשר גנטי ונשארים שלמים במהלך קומבינציה גנטית.

המילה "האפוטייפ" נגזרת משילוב של המילה "תפלואיד" והמילה "גנוטיפ". "הפלואיד" מתייחס לתאים עם מערכת כרומוזומים יחידה ו"גנוטיפ "מתייחס לאיפור הגנטי של אורגניזם.

תוכנית ההפצה של הפוטוטיפים של כרומוזום Y באוכלוסיות אסייתיות (מקור: Moogalord דרך Wikimedia Commons) בעקבות ההגדרה, הפלאוטיפ יכול לתאר זוג גנים או יותר שעוברים בירושה יחד בכרומוזום מהורה, או זה יכול לתאר כרומוזום שיורש כולו מהורה, כמו כרומוזום Y אצל גברים.

לדוגמה, כאשר ההפלוטיפים חולקים גנים לשתי תכונות פנוטיפיות שונות, כגון צבע שיער וצבע עיניים, אנשים שיש להם את הגן לצבע השיער יקבלו גם את הגן האחר לצבע העיניים.

הפלטוטיפים הם אחד הכלים המשמשים כיום לחקר גניאלוגיה, להתחקות אחר מקורן של מחלות, לאפיון שונות גנטית ופילוגוגרפיה של אוכלוסיות מסוגים שונים של יצורים חיים.

ישנם כלים רבים לחקר האפלוטיפים, אחד מהשימושים בהם כיום הוא "מפת Haplotype" (HapMap), שהוא דף אינטרנט המאפשר לקבוע מהם מקטעי הגנום שהם ההפלוטיפים.

שיטות לימוד

הפטיפוסים מייצגים הזדמנות להבין את הירושה של הגנים ואת הפולימורפיזם שלהם. עם גילוי הטכניקה "תגובת שרשרת פולימראז" (PCR), נעשתה התקדמות רבה בחקר ההפלוטיפים.

נכון לעכשיו ישנן מתודולוגיות רבות לחקר האפלוטיפים, חלקם הבולטים הם:

רצף DNA וגילוי פולימורפיזם של נוקליאוטידים בודדים (SNP)

פיתוח טכנולוגיות הרצף מהדור הבא ייצגו זינוק גדול לחקר ההפטיפוסים. טכנולוגיות חדשות מאפשרות לאתר וריאציות של עד בסיס נוקליאוטידים בודד באזורים ספציפיים של ההאוטיפ.

בביו-אינפורמטיקה, המונח haplotype משמש גם להתייחס לירושה של קבוצה של פולימורפיזמות נוקלאוטידים בודדים (SNP) ברצפי DNA.

על ידי שילוב של תוכניות ביו-אינפורמטיקה עם איתור האפלוטיפ תוך שימוש ברצף של הדור הבא, ניתן לזהות במדויק את המיקום, ההחלפה והאפקט של כל שינוי בסיס בגנום של אוכלוסייה.

Microsatellites (SSRS)

המיקרו-אטליטים או ה- SSRS, שואבים את שמם מה- "S imple Sequence Repeat and Short Tandem Repeat" באנגלית. אלה הם רצפי נוקליאוטידים קצרים החוזרים על עצמם ברצף באזור הגנום.

מקובל למצוא מיקרו-אטליטים בתוך ההפלוטיפים שאינם מקודדים, ולכן באמצעות איתור וריאציות במספר החזרות המיקרו-אטליטות ניתן לראות את האללים השונים בהפלוטיפים של פרטים.

סמנים מיקרו-סתלתיים מולקולריים פותחו לאיתור שלל של סוגי הפפלוטיפים, החל ממין של צמחים כמו פפאיה (Carica papaya) ועד גילוי מחלות אנושיות כמו אנמיה חרמשית.

פולימורפיזם מוגבר באורך שברים (AFLP)

טכניקה זו משלבת הגברה עם תגובות PCR עם עיכול של DNA עם שני אנזימי הגבלה שונים. הטכניקה מגלה לוקוסים פולימורפיים בהפלוטיפים בהתאם לאתרי המחשוף השונים ברצף ה- DNA.

כדי להמחיש טוב יותר את הטכניקה, בואו נדמיין שלושה שברי בדים באורך זהה, אך חתכו באתרים שונים (שברים אלה מייצגים שלושה שברי המפלטי מוגבר PCR).

עד חיתוך הבד יתקבלו חלקים רבים בגדלים שונים, מכיוון שכל בד נחתך במקומות שונים. על ידי הזמנת השברים לפי סוג הבד ממנו הם מגיעים, אנו יכולים לראות היכן נמצאים ההבדלים בין הבדים או בהפלוטיפים.

אבחנות ומחלות

יתרון חשוב במחקר הגנטי של ההפלוטיפים הוא שהם נשארים כמעט שלמים או לא השתנו במשך אלפי דורות, וזה מאפשר זיהוי של אבות קדומים מרוחקים וכל אחת מהמוטציות שאנשים תורמים להתפתחות מחלות.

הפטיפוסים באנושות משתנים בהתאם לגזעים, ובהתבסס על זה הראשון, גנים התגלו בתוך ההפטיפוסים הגורמים למחלות קשות בכל אחד מהגזעים האנושיים.

פרויקט HapMap כולל ארבע קבוצות גזעיות: אירופאים, ניגרים, יורובה, האנים הסינים והיפנים.

באופן זה, פרויקט HapMap יכול לכסות קבוצות אוכלוסייה שונות ולהתחקות אחר מקורן והתפתחותן של רבות מהמחלות שעברו בירושה הפוגעות בכל אחד מארבעת הגזעים.

אחת המחלות המאובחנות בתדירות הגבוהה ביותר באמצעות ניתוח האפלוטיפ היא אנמיה חרמשית בבני אדם. מחלה זו מאובחנת על ידי מעקב אחר תדירות ההפלוטיפים האפריקניים באוכלוסייה.

היותה מחלה ילידת אפריקה, זיהוי ההפלוטיפים האפריקניים באוכלוסיות מקל על התחקות על אנשים שיש להם את המוטציה ברצף הגנטי של גלובלי בטא ב אריתרוציטים בצורת מגל (מאפיין את הפתולוגיה).

דוגמאות

בעזרת ההפלוטיפים נבנים עצים פילוגנטיים המייצגים את מערכות היחסים האבולוציוניות בין כל אחד מההטיפוסים שנמצאים במדגם של מולקולות DNA הומולוגיות או מאותו המין, באזור שיש בו רק קומבינציה מועטה או ללא.

אחד הענפים הנחקרים ביותר באמצעות הפוטוטיפים הוא התפתחות מערכת החיסון האנושית. זוהו הפפלוטים המקודדים לקולטן דמוי TOll (מרכיב מפתח במערכת החיסון המולדת) עבור הגנום הניאנדרטלי והדניסובן.

זה מאפשר להם לעקוב אחר כיצד השתנו רצפים גנטיים באוכלוסיות אנושיות "מודרניות" מרצפי האפלוטיפ המתאימים לבני אדם "קדומים".

בניית רשת של קשרים גנטיים מההטיפוסים המיטוכונדריים, חוקרת כיצד מתרחשת השפעת המייסד אצל מינים, מכיוון שהדבר מאפשר למדענים לזהות מתי אוכלוסיות הפסיקו להתרבות בינם לבין עצמם והבססו עצמם כמין נפרד.

התפלגות Haplotype R (Y-DNA) באוכלוסיות ילידיות (מקור: Maulucioni, באמצעות ויקימדיה Commons). המגוון של Haplotype משמש כדי לעקוב ולחקר את המגוון הגנטי של בעלי גזע שבוי. טכניקות אלה משמשות במיוחד למינים שקשים לפקח עליהם בטבע.

מיני בעלי חיים כמו כרישים, ציפורים ויונקים גדולים כמו יגוארים, פילים, בין היתר, נבדקים כל העת גנטית באמצעות הפוטוטיפים מיטוכונדריים כדי לפקח על המצב הגנטי של אוכלוסיות שבויות.

הפניות

1. Bahlo, M., Stankovich, J., Speed, TP, Rubio, JP, Burfoot, RK, & Foote, SJ (2006). איתור שיתוף של הפוטפוס רחב של גנום באמצעות נתוני HPP של מיקרוסופט או מיקרו-סוגים. גנטיקה אנושית, 119 (1-2), 38-50.
2. Dannemann, M., Andrés, AM, & Kelso, J. (2016). שילוב של הפטוטים דמויי ניאנדרטל ודניסובן תורם לשונות אדפטיבית בקולטנים דמויי אגרה. כתב העת האמריקני לגנטיקה אנושית, 98 (1), 22-33.
3. דה פריס, HG, ואן דר מיולן, MA, Rozen, R., Halley, DJ, Scheffer, H., Leo, P., … & Te Meerman, GJ (1996). זהות הפלוטיפ בין אנשים החולקים אלל מוטציה של CFTR "זהה בירידה": הדגמת התועלת של מושג שיתוף ההפוטייפ למיפוי גנים באוכלוסיות אמיתיות. גנטיקה אנושית, 98 (3), 304-309
4. דגלי-אספוסטי, MA, Leaver, AL, Christiansen, FT, Witt, CS, Abraham, LJ, and Dawkins, RL (1992). Haplotypes אבות קדומים: haplotypes MHC אוכלוסייה שמורה. אימונולוגיה אנושית, 34 (4), 242-252.
5. עמיתים, מר, הרטמן, ט, הרמלין, ד., לנדאו, GM, רוזמונד, פ. ורוזנברג, ל. (2009, יוני). הפרעה של הפוטוטייפ מוגבלת על ידי נתוני האפלוטיב מתקבלים על הדעת. בסימפוזיון שנתי בנושא התאמת דפוס קומבינטורי (עמ '339-352). שפרינגר, ברלין, היידלברג.
6. גבריאל, SB, Schaffner, SF, Nguyen, H., מור, JM, Roy, J., Blumenstiel, B., … & Liu-Cordero, SN (2002). מבנה חסימות ההפלוטיפ בגנום האנושי. מדע, 296 (5576), 2225-2229.
7. קונסורציום הבינלאומי HapMap. (2005). מפת הפטיפוס של הגנום האנושי. טבע, 437 (7063), 1299.
8. Wynne, R., & Wilding, C. (2018). DNA המיטוכונדריאלי מגיש את ההפטיפוס ומקורם של כרישי נמר חול שנשבו (מזל שור Carcharias). Journal of Zoo and Aquarium Research, 6 (3), 74-78.
9. Yoo, YJ, Tang, J., Kaslow, RA ו- Zhang, K. (2007). מסקנות של הפוטוטייפ לנתוני גנוטיפ הנעדרים בהווה תוך שימוש בהפטיפוסים ותבניות ההפלוטיפ שזוהו בעבר. ביואינפורמטיקה, 23 (18), 2399-2406.
10. Young, NS (2018). אנמיה אפלסטית. כתב העת לרפואה של ניו אינגלנד, 379 (17), 1643-1656.