Пренатальная диагностика – это методы и подходы для выявления генетических нарушений и патологий развития у плода. Сегодня секвенирование геномов огромного количества людей предоставляет богатый материал для подобных исследований. Благодаря этому удается найти генетические варианты, связанные с болезнями, и таким образом обеспечить медиков диагностическими маркерами.

Поиск генетических маркеров

Международный проект «Сто тысяч геномов», посвященный расшифровке генома человека, имел три задачи: сбор биоматериала, его секвенирование и трансляция полученных знаний практикующим медикам. Для успеха медицинской генетики крайне важно, чтобы все три направления прорабатывались грамотно.

Если собранный биоматериал недостаточно охарактеризован, то исследователь или медик, который с ним работает, может войти в заблуждение. Пациенту обычно присваивается только один диагноз, однако практика показывает, что несколько диагнозов могут сочетаться. Когда исследователь изучает биоматериал пациента, он обращает внимание только на основной диагноз, тогда как первопричина болезни может крыться именно в сопутствующих диагнозах и/или симптомах.

Важно правильно хранить биоматериал, чтобы он оставался пригодным для исследований долгие годы. Допустим, мы хотим изучать редкое заболевание. Это следует делать на больших выборках, но единовременно в мире живет не так много людей с этой болезнью. Если мы сохраним биоматериал всех больных, которые жили за последние 50 лет, безусловно, при его исследовании мы получим гораздо больше пищи для размышлений. Важная работа по накоплению биоматериала ведется в биобанке СПбГУ, созданном моим братом и коллегой Андреем Глотовым. Это единственный биобанк международного уровня в России, который должным образом организован с точки зрения технического оснащения, имеет специальные криохранилища с подводкой азота, датчики температуры, системы контроля качества биообразцов и другие элементы, необходимые для качественного хранения биоматериала в соответствии с современными международными требованиями.

Генетическое тестирование родителей и плода

Идеальный вариант планирования ребенка выглядит так. Семейная пара приходит на консультацию к врачу-генетику. Тот назначает им секвенирование для проверки на наличие моногенных заболеваний. Допустим, оба супруга оказываются носителями какого-либо заболевания. Если оно рецессивное, то есть проявляется только когда оба родителя носители, когда мутации есть в обеих хромосомах, то вероятность рождения больного ребенка составляет 25%. В таком случае паре предлагается пройти преимплантационную генетическую диагностику. Пара обращается в ЭКО-центр и прибегает к процедуре оплодотворения in vitro. Полученные после оплодотворения эмбрионы тестируют и для имплантации используют только здоровые.

Чтобы исключить какую-либо другую патологию (никто не застрахован от нехорошей мутации в ходе деления клеток плода), проводят пренатальную диагностику. Предпочтительна неинвазивная пренатальная диагностика, которая требует от матери только анализа крови. Во время развития плода его фрагменты ДНК или целые клетки иногда мигрируют в кровоток. Это случайно обнаружили в 1990-х, но методы, которые позволили использовать подобный биоматериал для диагностики, появились в последние 7-10 лет. Сейчас неинвазивная пренатальная диагностика активно внедряется в практику во всем мире, ряд западных стран полностью на нее перешли. По сравнению с другими методами она намного точнее – позволяет видеть хромосомные нарушения и потихоньку “подбирается” к моногенным заболеваниям.

Иногда родители желают, чтобы зачатие произошло естественным путем. В этом случае они направляются на пренатальную диагностику в обязательном порядке. Если в ходе нее выясняется, что плод имеет нарушения (а вероятность такой ситуации – 25%), беременность рекомендуется прерывать (разумеется, решение всегда остается за родителями).

Основной инструмент, который используется для тестирования будущих родителей или непосредственно их плода – секвенирование последнего поколения (NGS). Он выявляет большинство мутаций и генетических перестроек. Однако это не единственный метод. Для диагностики некоторых аномалий достаточно кариотипирования – микроскопического исследования набора хромосом. Например, оно позволяет увидеть, что часть материала с одной хромосомы “мигрировала” на другую. Более того, секвенирование в некоторых случаях этого не выявит – оно покажет совокупный генетический материал, но не его распределение по хромосомам. Еще один метод – полногеномная гибридизация (CGH). В нем ДНК плода смешивают с синтетической эталонной ДНК. Молекулы ДНК комплементарно спариваются, в результате чего удается протестировать геном на предмет лишних или недостающих копий ДНК или нарушений структуры.

Точность диагностики

Точность результатов инвазивной пренатальной диагностики достигает 100% (вероятность проявления диагноза у плода не всегда 100%: могут оказать влияние другие факторы). Точность неинвазивной диагностики составляет 98-99% в зависимости от срока беременности, веса матери, ее питания и так далее, ошибки бывают один раз на тысячу случаев. Возможен как ложноположительный результат – когда мы думаем, что у плода какие-то нарушения, а на самом деле их нет – так и ложноотрицательный, когда не удается выявить существующую патологию неинвазивным методом.

Поэтому неинвазивная диагностика всегда должна сопровождаться УЗИ, благодаря которому фиксируются не только патологии развития, такие как нехватка пальцев, укорочение конечностей, неправильная работа сердца, но и маркеры возможных генетических дефектов. Однако УЗИ не верифицирует диагноз: например, при удлинении носовых костей плода есть просчитанная вероятность рождения ребенка с синдромом Дауна, но однозначного диагноза быть не может. Когда УЗИ-маркеры свидетельствуют о риске отклонения, показана инвазивная пренатальная диагностика.

Если лишняя 21-ая хромосома обнаруживается, она никуда не денется, но бывают случаи мозаиков, когда мутация есть только в части клеток. Поэтому результат теста, который выглядит как однозначный, может в реальности быть неоднозначным в силу нюансов биологического свойства. Однако это крайне редкие случаи, которые подлежат дополнительному изучению, но не отменяют правило: диагностика точна.

Современное состояние генетической диагностики

В России данную отрасль медицины начал развивать ученый-генетик, член-корреспондент РАН, профессор Владислав Сергеевич Баранов, основавший в 1987 году лабораторию пренатальной диагностики в НИИ акушерства и гинекологии им. Отта (г. Санкт-Петербург). В мире пренатальная диагностика начала развиваться на несколько лет раньше. Ее развитие было обусловлено прогрессом молекулярно-генетических методов, и в первую очередь открытием ПЦР – реакции, позволяющей многократно размножать интересующие исследователя фрагменты ДНК.

Сегодня происходит рывок в диагностике моногенных заболеваний — таких, которые определяются мутациями преимущественно в одном гене. В базах данных описано огромное количество характеристик более 8-ми тысяч моногенных заболеваний, из которых около 5-ти тысяч имеют клинически доказанные причины. Мы можем искать любую нозологию: эндокринные, неврологические, кардиологические проблемы или что-то еще. Базисный тест генетической диагностики («клинический экзом») включает анализ всех основных генов, связанных с моногенными заболеваниями. Технологии доступны в России в полном объеме, хотя специалистов здесь меньше, чем на Западе.

Также развивается диагностика более сложно наследуемых заболеваний. Мы можем искать их причины в геноме, однако интерпретация результатов поиска бывает затруднена. Существуют “полумоногенные” заболевания, к которым приводит мутация в двух или трех генах. Мутации по отдельности могут приводить, а могут и не приводить к развитию заболевания (в генетике это называется неполной пенетрантностью признака), а вместе они являются достоверным признаком болезни. Аллергии, гипертония, нарушения метаболизма являются полигенными заболеваниями, и для них возможна лишь диагностика предрасположенности, проявление которой будет носить вероятностный характер. Прогресс в диагностике сложнонаследуемых заболеваний следует ожидать через 5-10 лет, когда накопится достаточный массив данных, производимых новыми технологиями секвенирования.

Сегодня генетической диагностике лучше всего поддаются неврологические заболевания в силу их особенностей, более однозначных причин. Если врач поставил пациенту диагноз и отправляет его на генетическое тестирование, вероятность нахождения мутации (варианта) достигает 80-90%. В случае других классов заболеваний такая вероятность составляет 10-20%. Однако это говорит не о том, что диагнозы ставят неправильно, а о том, что на сегодняшний момент наши знания о генетических причинах заболеваний недостаточны, чтобы подтверждать их всем пациентам с помощью генетической диагностики. Причины, ведущие к одному и тому же заболеванию, могут быть разнообразными, и на сегодняшний момент мы умеем находить лишь 50% из них. Тем не менее, все заболевания в той или иной мере генетические.

Одни и те же генетические факторы проявляются в разных системах органов. Например, низкорослость может заподозрить невролог, а может ортопед. Кто первым увидит свою проблематику, тот и ставит диагноз. Именно поэтому очень важно фиксировать сопутствующие диагнозы: каждый специалист видит свою проблему и получается полное описание клинической картины. Врачи-клиницисты часто дают недостаточно полное описание фенотипа больных, что тормозит развитие диагностики.

Перспективы

Сейчас технологии преимплантационной и неинвазивной пренатальной диагностики хромосомных и моногенных заболеваний активно внедряются в России. Преимплантационная диагностика пока что больше развита в отношении хромосомных перестроек и патологий, чем моногенных заболеваний. Что касается пренатальной диагностики, среди беременных становятся очень популярны неинвазивные методы, так как они не несут риска выкидыша, связанного с инвазивными процедурами.

Очень важна адаптация медиками новых подходов к работе с пациентами. Каждая семья – это своя проблема, своя мутация – зачастую идентичные мутации проявляются по-разному. В нашей практике был случай, когда одна и та же мутация в гене привела у одного человека к кардиомиопатии, а у другого — к синдрому Нунана, то есть к двум совершенно разным по клиническим проявлениям заболеваниям.

Сейчас за статус наиболее перспективного подхода к борьбе с вредными мутациями конкурируют две технологии: преимплантационная диагностика и редактирование генома. Несмотря на высокие ожидания от технологии редактирования генома и не менее высокие финансовые затраты, результатов до сих пор нет. Проще заранее провести исследования и исключить рождение заведомо больного ребенка, чем исправлять ошибки, с которыми он родился.

postnauka.ru

10.01.2019 15:13
Спортивная генетика

2019 © Андрей и Олег Глотовы
Авторские права на все материалы сайта принадлежат Андрею и Олегу Глотовым.
Цитирование материалов разрешается с обязательной ссылкой на сайт www.sportgenetic.ru.
Публикация полных версий материалов - только с письменного разрешения авторов