Принцип работы тестов
Наша наследственная информация «записана» на специальном биологическом носителе, который называется дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Если представить себе, что ДНК – это подробное описание организма, то гены – отдельные слова в таком тексте. Каждое «слово» программирует выполнение одной или нескольких функций, однако если оно написано с ошибками, организм не может его прочесть и правильно понять. Поэтому повреждения или изменения отдельных генов приводят к нарушениям в работе организма, определяют его особенности, а в некоторых случаях становятся причиной заболеваний и могут передаваться будущим поколениям.
Выявлять ряд таких повреждений, или мутаций, приводящих к серьезным патологиям, ученые научились еще несколько десятилетий назад. Для этого они использовали различные варианты технологии полимеразной цепной реакции (ПЦР), позволяющей «размножить» интересующий фрагмент ДНК и, получив достаточное количество биологического материала, провести молекулярно-биологические исследования, например фрагментный анализ – секвенирование. Эту технологию используют и сегодня, однако для проведения коммерческих тестов, обещающих одновременную проверку на десятки, а то и сотни заболеваний, применяются ДНК-микрочипы – кремниевые пластины, на поверхности которых закреплены специальные ДНК-зонды – небольшие искусственно синтезированные участки ДНК. Каждый зонд нацелен на выявление единственной мутации, однако на одном чипе может располагаться нескольких сотен, тысяч и даже миллионов различных зондов.
Для проведения анализа на чип наносят раствор с фрагментами ДНК пациента. Если последовательность какого-либо фрагмента зеркальна (комплементарна) по отношению к последовательности одного из ДНК-зондов, произойдет слипание (гибридизация). Если же фрагмент похож на зонд лишь частично или не похож вообще, этого не случится. Через некоторое время несвязанные фрагменты удаляются с чипа, а «сработавшие» зонды показывают, какие именно генетические мутации имеет пациент.
Технология ДНК-чипов работает только с теми мутациями, которые хорошо известны ученым. Если же необходимо обнаружить не описанную ранее мутацию, используется метод полногеномного секвенирования. Этот тест сложный и дорогостоящий, к тому же интерпретация его результатов неоднозначна. Правильно истолковать неизученные мутации проблематично и уж тем более невозможно дать какие-либо прогнозы о здоровье их носителя.
Читайте также: Уникальные наночастицы для диагностики и лечения разработали американские ученые
Основное направление – моногенные болезни
Моногенные наследственные болезни, которые возникают в результате изменений одного гена, – вот, пожалуй, главная сфера применения генетической диагностики. Описано более 4 тыс. вариантов таких заболеваний, но подавляющее большинство из них встречается крайне редко.
Известно, что человек имеет две копии, или аллеля, каждого гена, одну из которых наследует от отца, а другую – от матери. Часть моногенных болезней, например хорея Гентингтона, возникает при повреждении одного аллеля. Тогда как для развития других болезней, например муковисцидоза, мутация должна присутствовать в обеих копиях гена. В этих случаях люди, у которых поврежден только один аллель, не заболеют, но могут передать мутацию своим детям. Если носителями мутации являются оба родителя, их ребенок заболеет с вероятностью в 25%. Наконец, наследование некоторых моногенных болезней может быть сцеплено с полом. По этому типу передается, к примеру, гемофилия, дальтонизм или лекарственная гемолитическая анемия.
Генетический анализ на моногенные болезни имеет действительно важное значние с точки зрения медицины. Одной из сфер его применения является скрининг новорожденных. Список заболеваний, которые выявляют в ходе этой процедуры в разных странах, может отличаться. В Украине проводят скрининг на гипотиреоз, фенилкетонурию, муковисци- доз, галактоземию и адреногенитальный синдром. Если, например, у ребенка выявляют фенилкетонурию – заболевание, связанное с нарушением метаболизма аминокислот, то своевременная медицинская помощь и соблюдение низкобелковой диеты помогут устранить либо значительно уменьшить такие последствия этого заболевания, как поражение центральной нервной системы и нарушение умственного развития.
Читайте также: Уникальные наночастицы для диагностики и лечения разработали американские ученые
Еще одна область применения генетического тестирования – так называемый добрачный скрининг. В некоторых странах, особенно в тех, где часто регистрируются близкородственные браки, он является обязательным. В Украине пара может сделать его самостоятельно, на этапе планирования беременности. В ходе этого теста оба родительских генома одновременно исследуют на носительство мутаций, а затем подсчитывают риск того, что ребенок унаследует ту или иную болезнь. Если этот риск достаточно высок, родителям могут порекомендовать сделать ЭКО с предимплантационной генетической диагностикой (ДНК выделяют из клетки зародыша до его внедрения в матку), которая будет гарантировать, что у них родится здоровый ребенок.
В каких ситуациях генетический анализ необходим
• Подтверждение подозрения на наследственное заболевание.
• Поиск причины симптомов, которые не удается объяснить другими
анализами.
• Оценка риска развития наследственного заболевания, присутствующего
в семейном анамнезе.
• Проверка совместимости будущих родителей, особенно если их
предыдущие попытки завести ребенка были неудачными.
• Уточнение противоречивых результатов пренатального скрининга.
• Предимплантационная диагностика при экстракорпоральном
оплодотворении.
• Исключение серьезных наследственных заболеваний у новорожденных
(неонатальный скрининг).
• Корректировка терапии серьезных недугов (фармакогеномика).
• Установление отцовства и родства.
• Идентификация личности в судебной медицине.
Многие генетические заболевания проявляются не сразу после рождения, а спустя некоторое, порой весьма долгое, время. Так, например, дефектный ген, который вызывает хорею Гентингтона, обычно дает о себе знать, когда человеку около 30 лет.
Поэтому генетический анализ может быть назначен и взрослым, особенно если есть какие-либо симптомы, которым требуется найти объяснение, или неблагоприятная семейная история болезни.
Поиск хромосомных аномалий
Генетическое тестирование широко используется в пренатальной диагностике для выявления хромосомных аномалий у будущего ребенка. Их принято делить на две группы: изменение числа хромосом и нарушение их структуры. Самым известным примером служит синдром Дауна, который связан с наличием дополнительной копии 21-й хромосомы. Всего же известно более 700 хромосомных заболеваний, однако большинство из них приводят к летальным исходам еще до рождения – из-за них происходит примерно половина спонтанных абортов и 7% всех мертворождений.
В большинстве случаев для исключения хромосомных аномалий достаточно обычного скрининга, но при наличии определенных медицинских показателей во время беременности или при попадании в группу риска можно провести и генетический тест, который заодно со 100% точностью определит пол будущего ребенка.
Существует два основных метода забора образца генетического материала для пренатального тестирования: биопсия хориона (взятие кусочка ткани зародыша) и амниоцентез (взятие образца околоплодных вод). Поскольку оба они инвазивны, т.е. связаны с определенной степенью риска, такой тест проводится только при наличии серьезных подозрений на врожденные патологии, например, если пренатальный скрининг дал противоречивые результаты. Впрочем, в последнее время все большее распространение получает более безопасный неинвазивный пренатальный тест, для которого ДНК эмбриона выделяют из крови матери.
Судебная медицина и фармакогеномика
Генетическое тестирование играет очень важную роль в судебной медицине, а также используется для установления отцовства и более отдаленного родства. Иногда его рекомендуется провести для того, чтобы дать прогноз того или иного заболевания и подобрать правильное лечение. Это направление называется фармакогеномикой и исследует варианты генов, влияющих на метаболизм лекарственных препаратов. Например, известно, что именно гены отвечают за усвоение и выведение антикоагулянта варфарина. А поскольку некоторым людям этот препарат приходится принимать пожизненно, им немаловажно определиться с его точной дозировкой, которая позволит достичь наилучшего терапевтического эффекта и снизить риск побочных эффектов.
Гадание на полиморфизмах
Помимо мутаций, которыми генетики называют клинически значимые варианты изменения генов, они выделяют также полиморфизмы: различные варианты гена, присутствующие в популяции, клиническое значение которых слабое или не до конца понятное. Многофакторные генетические заболевания являются результатом взаимодействия полиморфизмов нескольких генов в сочетании с влиянием факторов внешней среды и образа жизни. К ним обычно относят диабет, бронхиальную астму, некоторые типы аллергии, рак, болезни сердца. Однако следует учесть, что все они лишь на 25% зависят от генетики и на 75% от внешней среды. Поэтому генетические тесты на многофакторные заболевания считаются неточными и неспособными предсказать потенциальный риск. Результаты этих тестов не часто имеют клиническое значение и по большому счету не несут никакой практической ценности. Даже если такой анализ обнаружит у человека, скажем, повышенный риск сахарного диабета, единственное, что сможет посоветовать ему врач, – не налегать на сладкое, похудеть и заниматься спортом. Другими словами, даст точно такие же рекомендации, как и любому другому пациенту безо всякого анализа. Эти расплывчатые советы обычно разочаровывают людей, заплативших немалые деньги за анализ, который сами генетики порой иронично называют «гаданием на полиморфизмах».
Полиморфизмы в разных генах встречаются очень часто и в значительной степени определяют, почему люди по-разному реагируют на вкус еды (например, не любят брокколи), плохо переносят те или иные продукты (например, молоко), набирают лишний вес, отличаются конституцией тела (распределением жировых тканей и разных типов мышечных волокон), проявляют те или иные черты характера, художественные или спортивные способности и пр.
Но чем дальше анализы отходят от медицины, тем меньше в них практической пользы. Прогностическая точность таких тестов еще ниже, чем при диагностике многофакторных генетических заболеваний. А уж принимать решения, например, выбирать, в какую спортивную секцию или в какой кружок отвести ребенка, на основании «генетического теста способностей» и вовсе глупо. Генные основы склонностей человека и его психики – самая малоисследованная область в генетике. Они определяются сочетанием не единиц, а десятков полиморфизмов (даже цвет глаз определяется 15 генами), а чем больше генов задействовано в процессе, тем менее точен результат. Поэтому вырванная из контекста информация может оказаться не только неполной, но и ложной.
Пустая трата денег
Наконец, совсем уж развлекательной генетикой можно считать геногеографию, т.е. определение происхождения человека по его близости к тем или иным гаплогруппам – этническим сообществам людей с одинаковой мутацией и общим предком, который когда-то ее передал. Конечно, забавно узнать, что ваши предки 80 тыс. лет назад жили на севере Индии, а затем перебрались в Европу, и вообще вы на 31,5% скандинав, на 12,3% британец и на 1,1% – еврей-ашкенази. Но тут нужно понимать, что все исследования гаплогрупп основываются на приблизительных прикидках генетиков, историков и археологов. К тому же, если вы вдруг решите исследовать свое происхождение в нескольких компаниях, занимающихся генетическим тестированием, то получите разные и, скорее всего, противоречивые результаты анализа и зря потратите деньги. Дело в том, что у каждой из них есть собственные алгоритмы и базы данных, которые не проходят никакой объективной проверки. То есть если анализ покажет, что у вас 5% итальянских кровей, это будет означать только то, что определенные участки вашей ДНК схожи с образцами контрольной группы людей, которые утверждали, что их предки были итальянцами. Но ведь они могли и ошибаться.
Использованы фото Shutterstock/FOTODOM UKRAINE
