Близнецовый метод

Мэриан и Вивиан Браун — американские идентичные близнецы-актрисы

Близнецо́вый ме́тод — метод определения роли генетических и средовых факторов в индивидуальных различиях между людьми. Базируется на сопоставлении сходства близнецов, как идентичных (монозиготных), так и неидентичных (дизиготных). Для оценки степени сходства внутри каждой пары близнецов вычисляется корреляция между группами идентичных и неидентичных близнецов. Этот метод является важной составляющей психогенетики — раздела психологии, изучающего вклад генетики в психологические характеристики. Близнецовые исследования широко применяются также в нейронауках, физиологии и медицине. Термин впервые был предложен Фрэнсисом Гальтоном.

Происхождение и история метода

Френсис Гальтон

Происхождение метода связывают с исследованиями Ф. Гальтона. В работе «Англичане из науки» (English Men of Science, 1874) он проанализировал сходства физических и психических характеристик между близнецами. Фрэнсисом были высланы в семьи около 600 опросников, позволяющих оценить степень сходства между разными членами семей. Особенное внимание уделялось семьям с близнецами. Данные о сходстве были получены от 94 пар близнецов. Однако тогда ещё не было известно о двух типах близнецов (идентичных и неидентичных). Гальтон был убеждён, что у близнецов одинаковый набор хромосом от родителей и рассматривал сравнение близнецов как возможность увидеть в первую очередь эффекты среды и воспитания. С окончательным пониманием существования идентичных (монозиготных) и неидентичных (дизиготных) типов близнецов стало возможным появление близнецового метода в его современном понимании.

Классический метод исследования близнецов базируется на предположении, что окружающая среда, в которой растут идентичные и неидентичные близнецы, в максимальной степени схожа для каждого из них. При этом также предполагается, что окружающая среда не отличается для двух пар близнецов. Таким образом, монозиготные (идентичные) близнецы, имеющие стопроцентно одинаковую ДНК, будут более похожи друг на друга, чем дизиготные (неидентичные) близнецы, у которых общая последовательность ДНК составляет около 50 % при достаточно большой выборке. Весь спектр факторов, влияющих на индивидуальные различия, в рамках метода близнецов разделяется на три группы: генетические факторы (А), факторы общей среды (С) и факторы уникальной среды (Е).

Споры о возможности выделения разных типов близнецов продолжались долгое время. Однако первые упоминания о сходствах и различиях между идентичными и неидентичными близнецами в контексте генетических и средовых факторов можно найти в работе американского психогенетика Кертис Мерримана «Интеллектуальное сходство близнецов», опубликованной в 1924 году. В своей статье Мерриман отмечает, что существуют два типа близнецов — разнояйцевые (дизиготные) и однояйцевые (монозиготные). Разнояйцевые близнецы, происходящие от разных яйцеклеток, должны быть в среднем не более похожими друг на друга, чем обычные братья или сестры. Идентичные же близнецы, развивающиеся из одной яйцеклетки, должны демонстрировать значительно более яркое сходство, так как они развиваются из схожих факторов наследственности.

Немецкий дерматолог Герман Сименс в своих работах также обсуждал влияние наследственности на заболевания кожи и психологические признаки. Впоследствии английская исследовательница Глэдис Толлман и канадский психолог Алекс Уингфилд сравнили различия внутрипарных близнецовых корреляций между монозиготными и дизиготными близнецами в их работах по индивидуальным различиям в интеллекте.

В России первые исследования близнецов начали проводиться в конце 1920-х годов в медико-биологическом институте, позднее ставшем медико-генетическим институтом. Руководитель исследований Соломон Григорьевич Левит создал первый в мире «близнецовый регистр», содержащий информацию о монозиготных и дизиготных близнецах, который до сих пор используется в близнецовых исследованиях. Кроме того, был организован экспериментальный «близнецовый» детский сад для проведения дальнейших исследований. Однако в 1936 году С. Г. Левит был исключён из партии и снят с должности директора института, который вскоре был закрыт.

Суть метода

Метод близнецов основан на различии между двумя типами близнецов.

• Монозиготные (МЗ) или однояйцевые близнецы возникают из одной оплодотворённой яйцеклетки. Когда зигота начинает делиться, на определённой стадии развития она может разделиться на два зародыша, каждый из которых развивается отдельно. Монозиготные близнецы генетически идентичны, имеют одинаковые гены на 100 %. Частота рождения монозиготных близнецов составляет примерно 4 случая на 1000 рождений. Причины возникновения монозиготных близнецов в общем случае неизвестны. Разделение оплодотворённой яйцеклетки может происходить из-за различных факторов, таких как задержка имплантации, дефицит кислорода, изменение кислотности и ионного состава среды, воздействие токсичных веществ и других факторов. Возникновение монозиготной двойни также связывают с оплодотворением яйцеклетки с двумя или более ядрами. Если разделение происходит в первые 3 дня после оплодотворения, монозиготные близнецы имеют две плаценты и две амниотические полости. Если разделение происходит между 4-8 днём после оплодотворения, сформируются два эмбриона, каждый в отдельном амниотическом мешке. Если разделение происходит на 9-10-й день после оплодотворения, формируются два эмбриона с общим амниотическим мешком и плацентой. Если разделение происходит позднее (на 13-15-й день после зачатия), разделение будет неполным, что приведёт к сращению близнецов. Такой тип возникает редко, примерно в 1 случае на 1500 многоплодных беременностей. Монозиготные близнецы всегда одного пола, имеют одну и ту же группу крови, одинаковый цвет глаз, волос и очень похожи друг на друга. У них обычно одинаковые способности к обучению. Они также подвержены одним и тем же болезням в одно и то же время, и возможные нарушения в поведении проявляются примерно в одном возрасте.
• Дизиготные (ДЗ) или разнояйцевые близнецы развиваются из разных яйцеклеток, оплодотворённых разными сперматозоидами. Они представляют собой разные организмы уже с самого начала развития. Две или более яйцеклетки могут созреть как в одном яичнике, так и в двух. Дизиготные близнецы могут быть как одно-, так и разнополыми. При дизиготной двойне всегда присутствуют две отдельные плаценты, которые могут соприкасаться и образовывать единую плаценту, но их также можно разделить. Два плодовых мешка разделены перегородкой, состоящей из двух хориальных и двух амниотических оболочек. Генетически дизиготные близнецы также близки, как обычные дети одних и тех же родителей, имеют 50 % общих генов. Одной из основных причин возникновения дизиготных близнецов является гормональная стимуляция яичников. Высокий уровень фолликулостимулирующего гормона (ФСГ), вырабатываемого в гипофизе, может вызывать созревание нескольких фолликулов одновременно. Сходная картина может наблюдаться при проведении стимуляции овуляции. Вероятность рождения дизиготных близнецов связана с возрастом матери и может также зависеть от наследственности. Также отмечается, что аномалии развития матки, такие как двурогая матка и перегородка, могут увеличивать вероятность рождения дизиготных близнецов.

Применение метода

Кариотип при синдроме Шерешевского-Тёрнера

Перед применением данного метода необходимо определить, являются ли близнецы монозиготными или дизиготными. Для этой цели используются различные критерии, включая метод оценки количества плодных оболочек (плаценты и хориона), однако наиболее часто используется «метод сходства». Этот метод основан на исследовании генетически обусловленных признаков, которые малозависимы от внешних факторов. Метод полисимптомного сходства, предложенный Сименсом и Фершуером в 1924 году, используется для оценки степени сходства, или конкордантности, между близнецами.  Для оценки степени конкордантности сравнивают такие признаки, как цвет и форма глаз, форма носа и губ, рот, подбородок, а также различные детали внешности, такие как ресницы. Всего в антропологии признаются 19 признаков. Каждый из этих признаков оценивается по балльной системе. Если близнецы монозиготны, то у них полное сходство по всем признакам, в то время как дизиготные близнецы могут иметь лишь несколько сходных признаков.  Однако данный метод имеет свои недостатки, такие как субъективность оценки, невозможность учесть изменения признаков со временем и трудности в оценке влияния внешних факторов. Поэтому для определения зиготности наиболее надёжными маркерами являются иммунологические признаки, такие как группа крови по системе АВО, резус-фактор и гаплотип системы HLA (система лимфоцитарных белков). Также иногда применяется метод дерматоглифики, основанный на изучении рельефа пальцев рук и ладоней.

Определение зиготности с использованием этого метода чаще всего применяется для однополых близнецов, так как разнополые близнецы обычно являются дизиготными, за исключением редких случаев, когда один из монозиготных близнецов имеет хромосомное нарушение, приводящее к развитию фенотипического пола противоположного пола (синдромом Шерешевского-Тёрнера). Анализ полученных данных позволяет оценить роль генетики и внешних факторов в развитии признаков и заболеваний. Для этого сравнивают конкордантность пар монозиготных и дизиготных близнецов. Например, если оба монозиготных близнеца болеют шизофренией в 69% случаев, в то время как для дизиготных близнецов это число составляет 10%, можно заключить, что наследственность играет большую роль в развитии этого заболевания. Таким образом, степень влияния наследственности и среды на развитие признаков и заболеваний часто определяется с помощью таких методов, как метод сходства и анализ иммунологических признаков. Это позволяет заключить, что наследственность играет большую роль в развитии этого заболевания у генетически идентичных близнецов. Степень влияния наследственности и среды часто оценивается по формуле Хольцингера..

$H={Kmz-Kdz \over 100-Kdz}*100\%$

$E=1-H$

Значение H от 1 до 0,7 указывает на наследственную предрасположенность, при значениях H близких к 0 влияние оказывают только факторы среды. Значение H от 0,4 до 0,7 указывает на наследственную предрасположенность, которая реализуется под влиянием факторов среды.

Благодаря близнецовым исследованиям была выяснена наследственная предрасположенность к ряду заболеваний, таких как шизофрения, эпилепсия, сахарный диабет и другие. Близнецовый метод также используется для изучения генетики поведения, включая свойства характера, такие как агрессивность, склонность к действиям, направленным на отпор насилию, асоциальное поведение и законопослушность, лживость и искренность, а также генетика конформизма и лидерства, интеллекта и гениальности.