В той или иной степени генетические факторы влияют практически на все аспекты здоровья, однако существуют состояния, за которые генетические изменения «ответственны» полностью. Эти состояния называются генетическими или наследственными заболеваниями.
Наш генетический код «записан» в виде двойной спирали ДНК, длинной полимерной молекулы, состоящей из повторяющихся блоков — нуклеотидов. Набор ДНК в каждой клетке поделен между особыми структурами — хромосомами. В клетках человека 23 пары хромосом, одна из этих пар — половые хромосомы (XX у женщин и XY у мужчин). Участок ДНК, несущий информацию об одном определенном признаке или функции организма, называется геном. Большинство генов (их у человека более 20 000) являются «инструкцией» по сборке определенного белка. Так как у нас есть две копии каждой хромосомы, то и каждый ген представлен в двух вариантах (исключение составляют гены половых хромосом у мужчин). Мы наследуем одну копию гена от каждого из родителей и, в свою очередь, передаем одну из двух своих копий каждому из своих детей.
Патогенная (вредная) мутация в гене становится ошибкой в инструкции по сборке белка. В итоге синтезируется неправильно работающий белок или его синтез не происходит вовсе. Нарушение работы белка становится причиной генетического заболевания.
В основе наследственных заболеваний лежат так называемые герминальные мутации, присутствующие во всех клетках организма пациента с рождения. Такие мутации могут быть унаследованы от родителей, но могут возникнуть и впервые — в самом начале развития эмбриона (таким образом наследственные заболевания появляются впервые в ряду поколений). Другие мутации могут возникать в отдельных клетках организма и позже в течение жизни человека. Тогда они становятся причиной злокачественных заболеваний, но не передаются по наследству. Эти мутации называются соматическими.
На данный момент известно более чем о 6000 наследственных заболеваний, хотя каждое из них само по себе является редким. Более чем для 600 таких заболеваний существует лечение, способное изменить их естественное течение. Однако, прежде всего, эти редкие болезни требуют постановки правильного диагноза, что часто требует проведения специальных анализов.
Генетические поломки могут затрагивать разный объем генетического материала: от потери целых хромосом до точечной замены одного нуклеотида в цепи ДНК. Для диагностики разных типов нарушений существуют различные методики. Вот некоторые из них:
- Кариотипирование — анализ числа, формы и размеров хромосом при помощи микроскопии с использованием специального окрашивания. Исследование выявляет самые крупные поломки, когда отсутствуют или наоборот удвоены целые хромосомы или их крупные фрагменты. Например, таким образом диагностируют синдром Шерешевского — Тернера, при котором в клетках пациенток есть только одна Х хромосома вместо двух (кариотип 45, Х0).
- FISH (гибридизация insitu с флуоресцентной меткой) — позволяет обнаруживать структурные аномалии хромосом, в том числе затрагивающие их небольшие участки. Однако метод FISH не дает описания полного набора хромосом, а показывает только конкретные участки, c которыми связываются флюоресцентные метки (зонды). Таким образом, для использования методики нужно подозревать конкретный диагноз, чтобы выбрать соответствующий зонд. Методика FISH наиболее часто применяется в онкологии для поиска хромосомных поломок в клетках опухоли, но может использоваться и для диагностики наследственных заболеваний. Например, с ее помощью можно обнаружить отсутствие небольшого фрагмента длинного плеча хромосомы 22 (локус q11.2) при синдроме Ди Джорджи.
- Хромосомный микроматричный анализ (ХМА) — относительно новый метод, способный «видеть» как изменение числа хромосом, так и микроделеции и микродупликации, затрагивающие несколько тысяч пар нуклеотидов. ХМА применяется для уточнения диагноза у пациентов с множественными врожденными пороками развития, расстройствами аутистического спектра, задержкой психомоторного развития.
- Секвенирование по Сэнгеру — метод, названный в честь своего создателя, позволяет «прочесть» последовательность нуклеотидов, выявляя точечные мутации генов. Именно с помощью секвенирования по Сэнгеру в 1990–2003 гг. был впервые полностью расшифрован человеческий геном. В настоящее время метод используется в случаях, когда, исходя из клинических данных, врач точно знает, в каком именно гене следует искать мутацию. Например, поиск мутаций в гене HBB позволяет подтвердить диагноз бета-талассемии или серповидно-клеточной анемии. Кроме того, секвенирование по Сэнгеру применяется для проверки результатов высокопроизводительного секвенирования и поиска уже известной мутации у родственников пациента.
- Методики высокопроизводительного секвенирования (секвенирование нового поколения, nextgenerationsequencing, NGS) — позволяют секвенировать сразу десятки и даже сотни и тысячи генов. Примером такого анализа могут быть таргетные панели, включающие множество генов, ответственных за развитие первичных иммунодефицитов или нейродегенеративных заболеваний. Таргетные панели полезны, когда, исходя из симптоматики пациента, невозможно заподозрить одно конкретное заболевание и необходимо одновременно проверить большое число возможных вариантов. Полноэкзомное секвенирование позволяет прочитать кодирующие последовательности всех генов организма, а полногеномное еще и некодирующие участки (интроны). Как правило, необходимость в этих исследованиях возникает при отсутствии находок в результатах таргетных панелей у пациентов с явным подозрением на наследственную природу заболевания. Проблемой высокопроизводительного секвенирования является сложность интерпретации его результатов. Редкие варианты, обнаруженные в различных генах, могут быть причиной заболевания, но могут оказаться и вполне безобидной особенностью конкретного человека. Отделить одно от другого бывает непросто. Врачи-генетики ориентируются на описания обнаруженных мутаций в научной литературе, пользуются специальными компьютерными программами, предсказывающими патогенность или безвредность мутаций. Тем не менее, иногда обнаруженную мутацию можно охарактеризовать только как вариант неясного значения, и ее роль в развитии заболевания остается под вопросом.
В последние годы доступность генетических исследований увеличилась. Они используются для постановки диагноза у пациентов с симптомами наследственных заболеваний, для обследования бессимптомных лиц с отягощенным семейным анамнезом, в некоторых случаях — для пренатальной диагностики (внутриутробного выявления у плода генетической патологии). Однако это не те исследования, которые стоит выполнять «на всякий случай» и «ради интереса». Перед тем, как проходить генетическое исследование, необходимо проконсультироваться с врачом. Собрав личный и семейный анамнез, доктор поможет понять, действительно ли нужен генетический анализ, выберет подходящий тест, разъяснит, каких результатов можно ожидать и как действовать дальше.
Автор:
