Генетика довольно молодая наука. Однако ее доказательный потенциал огромен. С помощью генетического анализа расследуют преступления, устанавливают родство, диагностируют болезни. Факты эффективности генетики подвержены миллионами тестов. Наша ДНК неизменна на протяжении всей жизни и является уникальной.
Может ли ДНК-тест выдать ошибочный результат?
В зависимости от вида исследования анализу подвергаются разные участки генома, отдельные гены или целые хромосомы. Вероятность появления ошибки в большинстве случаев зависит от человеческого фактора.
При установлении отцовства горе-генетик может перепутать пробирки или неправильно интерпретировать данные от анализатора. Но если все сделать правильно, то тест будет абсолютно верным.
Существуют случаи, когда у ребенка возникают редкие мутации и появляется расхождение в локусах. Но опытный эксперт заметит это и просит предоставить образцы матери. Если предполагаемые отцы являются однояйцевыми близнецами, то экспертиза может показать неопределенные данные. Но и тут хороший генетик заметит подвох и разберется в ситуации. В ДНК лаборатории «ИнЛаб Генетикс» работают лучшие специалисты с многолетним опытом в области ДНК анализа. Ошибается ли тест ДНК на отцовство? Сама методика нет, но человеческий фактор может сыграть свою роль.
При выявлении хромосомных отклонений или моногенных заболеваний также многое зависит от человека. Как правило процессы автоматизированы и оплошностей быть не может.
Лаборатория, которая ценит свою репутацию и своих клиентов проводит параллельныетесты разными специалистами. Затем результаты сравниваются. Двойной контроль снижает риски человеческого фактора практически до нуля.
Не стоит забывать об условиях забор генетического материала. Если пациент сознательно идет на обман и приносит заведомо ложные образцы, то тест на родство будет выполнен именно по этим образцам. Конечно, если это биообразцов одного человека, грязные или не того пола, специалист сразу это заметит.
Возможные причины погрешности при генетическом исследовании.
Как уже упоминалось выше, самая главная причина погрешности любой экспертизы — это человека:
- Плохо собранный генетический материал.
- Контаминация.
- Сознательный обман.
- Нерадивость генетика.
При правильной загрузке оборудования экспертиза не может быть ошибочной. Данные будут точными согласно предоставленным образцам ДНК.
Надо учитывать рекомендации и ограничения для определённых видов тестов. НИПТ можно делать, начиная с 9-й недели беременности, когда концентрация ДНК плода достигает достаточных значений. Иначе можно получить ложный результат.
Результаты тестов могут быть проверены разными методами диагностики. Например, NGS можно проверить с помощью real-time ПЦР. ДНК лаборатория «InLab Genetics» обладает оборудованием для контроля результатов анализа и проверки данных.
Самые тяжело диагностируемые и практически не поддающиеся лечению заболевания – генетические. Узнать, что ожидает будущего ребенка в плане здоровья, можно сдав анализ на кариотип.
Эти нарушения сопровождают человечество много веков. Яркие признаки наследственных патологий определяются даже на старинных портретах царских особ. Неприятная черта хромосомных аномалий – возможность их скрытого существования. Многие из нас имеют различные отклонения в генах, но абсолютно не подозревают об этом.
Проблема возникает, когда у внешне здоровых супругов рождается особенный ребенок с тяжелыми генетическими отклонениями. Избежать такой ситуации можно, пройдя в период подготовки к беременности кариотипирование – исследование хромосом на различные аномалии.
Такой анализ позволяет прочитать генетический код родителей и выявить возможность возникновения наследственных нарушений. Не зря в некоторых странах перед вступлением в брак так обследуют все потенциальные супружеские пары.
Как наследуются хромосомные патологии
Эти заболевания детям передаются от родителей, хромосомы которых имеют измененные участки. Причем в большинстве случаев мама и папа даже не знает о существовании у них особенности, которая однажды дает о себе знать рождением больного ребенка. Чтобы выяснить причины этого явления, нужно понять, как происходит наследование болезней.
Существует несколько вариантов передачи таких заболеваний:
- Аутосомно-доминантный, при котором патология возникает, если хотя бы у одного родителя есть дефектный ген. Вероятность рождения больного ребёнка в этой паре составляет 50%. Пример – хорея Хантингтона, при которой наблюдаются непроизвольные движения и судороги.
- Аутосомно-рецессивный – вариант, при котором больной ребенок появится, если одинаковый «дефектный» ген есть у обоих родителей. К этой группе относится большое количество заболеваний, при которых поражается нервная система, обмен веществ или наблюдается неправильное развитие органов.
- Кодоминантный – в этом случае нарушение проявляется частично. Например, такой болезнью является серповидно-клеточная анемия, при которой красные кровяные клетки имеют форму серпа и не могут полноценно переносить кислород к тканям. У ребёнка с кодоминантным типом болезни в крови обнаруживаются как нормальные эритроциты, так и измененные.
- Сцепленный с полом. Такими недугами страдают только мальчики или девочки. Самый известный вариант – гемофилия, при которой не сворачивается кровь. Заболевание наблюдалось у сына последнего российского императора и у многих европейских королей и царей. Женщины являются только носителями – болезнь у них не проявляется.
Во всех случаях родители могут быть вполне здоровы и даже не знать о своей генетической особенности. Поэтому выявить нарушение можно только с помощью анализа.
Генетические аномалии широко распространены. Об этом говорит факт, что 48% доноров полового материала отсеивается из-за имеющихся мутаций, которые могут привести к рождению больных детей. Причем у 30% из них обнаруживаются серьезные хромосомные патологии, о которых они не знали.
Как кариотипирование по лимфоцитам выявляет наследственные болезни
Человеческий организм состоит из клеток, каждая из которых содержит ядро, в котором находятся хромосомы. В норме их 23 пары, одна половина из которых достается от мамы, а вторая – от папы. Хромосома напоминает по форме неровную букву Х с различающейся верхней и нижней частью.
Верхняя и нижняя часть хромосомы состоит из двух одинаковых частей – сестринских хроматид, имеющих в норме одинаковое строение. Они образуют плечи, соединенные перетяжкой – центромерой. Одно плечо у хромосомы короткое, другое – длинное.
Мужской и женский хромосомный набор отличаются всего одной хромосомой: Y – у мужчин и X – у женщин, которые определяют пол.
Совокупность хромосомных признаков называется кариотипом, а определение его особенностей – кариотипированием. При этом исследовании определяется число и строение хромосом, а также выявляются различные отклонения, приводящие к врожденным патологиям.
Как проводится анализ
Для исследования берется кровь, из которой извлекаются кровяные клетки – лимфоциты. Затем из них отбираются те, которые находятся в состоянии деления (митоза). После этого в течение трех суток на образец воздействуют специальным раствором, усиливающим деление клеток, и наблюдают за этим процессом.
В определенный момент образцы изымают и окрашивают, чтобы хорошо рассмотреть хромосомный набор. Каждый участок хромосом обследуется и изучается на предмет возможных «поломок». Существует несколько вариантов таких сбоев:
- Дисомия – удвоение хромосомы – и трисомия – утроение.
- Моносомия – утрата одной половинки из сестринской пары.
- Делеция – отсутствие части хромосомы, иногда достаточно большой ее части.
- Дупликация – удвоение какого-то фрагмента.
- Инверсия – поворот части хромосомы на 180 градусов.
- Транслокация – аномалия, при которой участки хромосомы меняются местами.
Такие мутации у их обладателей имеют разные внешние проявления – от незаметных до вызывающих тяжелые болезни, сопровождающиеся умственной отсталостью и нарушением физического развития.
Показания к кариотипированию
Такую процедуру желательно пройти любой паре, планирующей обзаводиться потомством, но существуют случаи, когда кариотипирование особенно необходимо:
- Мужское и женское бесплодие. У таких пациентов могут обнаруживаться аномалии в половой хромосоме.
- Первичная аменорея – отсутствие месячных в течение всей жизни. Такое нарушение бывает связано с поломкой в половых хромосомах.
- Недоразвитие репродуктивных органов также может быть обусловлено неблагоприятной генетикой.
- Выкидыши, замирания беременностей, неудачные попытки ЭКО. Зародыши, имеющие генетические аномалии, не развиваются и отторгаются организмом. Генетическое обследование позволит выявить причину такой ситуации и избежать рождения нездорового потомства.
- Мертворождение – появление на свет детей с множественными пороками, которые могут быть вызваны тяжелыми наследственными патологиями.
- Подготовка к ЭКО – в этом случае также нужно провериться на генетические отклонения, чтобы выбрать наиболее подходящую репродуктивную технологию. Парам с генетическими нарушениями, приводящими к рождению больных детей, рекомендуется сделать ЭКО с предимплантационной диагностикой эмбриона. В этом случае зародыши перед подсадкой проверяют на хромосомные болезни.
Анализ делают и детям при подозрении на наследственные патологии. Показанием к его проведению являются:
- Врожденные пороки развития.
- Необычная внешность.
- Странное поведение, умственная отсталость, задержка развития.
- Нарушение обмена веществ и функции внутренних органов.
- Неправильно развитый половой аппарат. Иногда только генетический анализ может определить пол ребенка.
В некоторых случаях у детей и взрослых обнаруживается так называемый мозаицизм. При этом нарушении одна часть клеток имеет нормальный набор хромосом, а другая – изменённый. Например, пациенты с мозаичным синдромом Дауна могут иметь достаточно гармоничную внешность и практически не отличаться от здоровых людей.
Как расшифровать результат анализа
Нормальный хромосомный набор человека содержит 46 хромосом, 2 из которых половые – XX или XY. Поэтому нормальный хромосомный набор здорового человека обозначается:
- 46,XY – у мужчины;
- 46,XX – у женщины.
Для удобства каждой хромосоме присваивается определенный номер. Это нужно, чтобы в дальнейшем было понятно, где находится дефект. Длинное хромосомное плечо обозначают буквой q, а короткое – t.
Поэтому, например, дефект на 5 хромосоме у женщины обозначается 46XX5t, где 46ХХ указывает на женский хромосомный набор, а обозначение 5t говорит, что пострадало короткое плечо 5 хромосомы. Такая генетическая аномалия называется синдромом кошачьего крика. Больные дети имеют особое строение гортани, поэтому не плачут, а издают звуки, похожие на мурлыканье кошки. Заболевание сопровождается изменением черт лица и умственной отсталостью.
Что делать, если хромосомный анализ показал вероятность рождения больного ребенка
Все зависит от конкретного заболевания, вероятности наследования и отношения к этому вопросу у будущих родителей. Но в любом случае такой паре нужна консультация репродуктолога.
Некоторые пары все-таки решают рискнуть и родить ребенка, не прибегая к репродуктивным технологиям. В этом случае они оценивают всю важность принятого решения и рождение особенного малыша для них не будет неожиданностью.
Более разумный выход – ЭКО с предимплантационной диагностикой. В этом случае зачатие происходит вне организма женщины, зародыши исследуют на генетику, а потом подсаживают в матку.
Поскольку кариотип не меняется в течение жизни, такой анализ достаточно пройти один раз. Исследование кариотипа по лимфоцитам периферической крови позволит узнать свои хромосомные особенности и максимально сократить риск появления больного ребенка.
Исследование
Что такое кариотип?
Содержание
- Цитогенетика, что это?
- Как определяют хромосомный набор человека?
- Как образуются аномалии хромосомного набора?
- К каким заболеваниям могут приводить нарушения кариограммы?
- Для чего проводят цитогенетическое исследование?
- Как подготовиться к генетическому тесту?
- Что показывает молекулярное кариотипирование?
- Что делать при выявлении нарушений?
Цитогенетика, что это?
Это раздел генетики, основная задача которого состоит в том, чтобы изучать кариотип человека — число, размер, форму всех 46 хромосом, представляющих собой компактно упакованную белками-гистонами форму ядерной ДНК человека. Митохондрии (энергетические станции) содержат кольцевую молекулу ДНК, но во время кариологического исследования изучают только ядерный материал. Наличие одинакового кариотипа у всех представителей одного вида (включая разделенных географически популяции) и отличающегося у представителей разных видов является определяющим критерием вида: это создает репродуктивную изоляцию между разными видами.
Мужчины и женщины содержат одинаковые неполовые хромосомы (аутосомы): их у человека 22 пары. А последняя пара у полов различается: ХХ у женщин и ХY у мужчин. Y отличается от Х отсутствием участка и содержащихся в нем генов. Нормальный хромосомный набор человека записывают 46ХХ для женщин и 46ХY для мужчин. Он не меняется во время жизни, как и кариотипы большинства организмов на Земле.
Как определяют хромосомный набор человека?
Определить кариотип организма можно, исследовав делящиеся клетки: только во время деления палочкообразные структуры с закодированной информацией о работе всего организма становятся доступны для наблюдения. Вне процесса деления генетический материал представлен распакованной длинной молекулой ДНК, поэтому его трудно исследовать.
Обычно анализ кариотипа (цитогенетическое исследование, кариотипирование, построение кариограммы) проводят у лимфоцитов крови на стадии метафазы непрямого клеточного деления (митоза). Клетки крови обрабатывают веществом, заставляющим их перейти от стадии покоя к делению, а затем другим реагентом (колхицином) останавливают деление на стадии метафазы, когда отчетливо различимая ДНК в виде палочковидных структур располагаются в центре (метафазная пластинка). Стадия метафазы больше всего подходит для цитогенетического исследования. После специального окрашивания под микроскопом подсчитывают количество хромосом и изучают соответствие их структуры норме. Построение кариограммы является не только методом выявления нарушений числа, но позволяет обнаружить большие структурные аномалии, например, утрату, удвоение, перенос участка. Для цитогенетического обследования в зависимости от цели также используют другие клетки: костный мозг, опухоли, плаценты, абортивного материала.
Как образуются аномалии хромосомного набора?
Можно выделить два источника формирования неправильного кариотипа у животных: во время формирования половых клеток (гаметогенеза) и ранних стадий развития эмбриона.
В первом случае аномалии образуются по причине участия в оплодотворении половых клеток с нарушенным набором (это может происходить у сперматозоида или у яйцеклетки). Это может произойти при образовании гамет: сперматогенезе (образование сперматозоидов) или овогенезе (образование яйцеклетки). В ходе гаметогенеза предшественники половых клеток проходят через несколько последовательных делений. Во время разделения или обмена (кроссинговер) генетического материала могут происходить ошибки, например, нарушения расхождения хромосом, утрата, перенос участка с одной на другую. При нарушении расхождения одна клетка содержит больше генетического материала, а другая, соответственно, — меньше. При оплодотворении, в котором участвуют клетки с изменением числа или у которых произошли структурные аномалии, нормальный хромосомный набор зиготы, а потом эмбриона нарушается.
Нарушения генетического материала могут возникнуть на ранних стадиях развития зародыша. Но в таком случае не все клетки человека содержат аномалии, а лишь их часть, образовавшаяся из клетки с измененным наследственным материалом. Присутствие у одного организма клеток с различающимся хромосомным набором называется мозаицизм. Если уровень мозаицизма человека высок (больше 20% клеток с другим набором), то выявить его можно с помощью цитогенетического исследования. Для того, чтобы выявить мозаицизм необходимо исследовать генетический материал нескольких типов клеток, сравнение которых определит разницу кариограмм. Низкий уровень мозаицизма выявить кариотипированием не удастся.
К каким заболеваниям могут приводить нарушения кариограммы?
Нарушения нормального числа, размеров, формы хромосом человека могут приводить к патологиям органов самого человека, а также быть ответственными за бесплодие и привычное невынашивание беременности. В таком случае определяющий кариотип анализ позволяет установить причину заболевания, предсказать риск рождения больного ребенка.
Многие крупные нарушения генетического материала смертельны еще до рождения и приводят к самопроизвольному прерыванию беременности. В таком случае иногда проводят кариотипирование абортивного материала, определяя причину внутриутробной смерти и прогноз дальнейших беременностей.
Есть хромосомные аномалии, приводящие к рождению больного ребенка. Самыми известными из таких болезней являются трисомии. При трисомиях наблюдается присутствие лишней третьей хромосомы в паре. К трисомиям относят синдромы Дауна, Эдвардса, Патау, когда лишняя хромосома наблюдается в 21, 18, 13 парах, соответственно.
Лишняя ДНК может наблюдаться в паре половых хромосом: например, при синдроме Клайнфельтера в ядрах мужского организма не 46 хромосом, а на одну больше: обозначается 47XXY. Нарушениями генетического материала являются моносомии (исчезновение одной, например, синдром Шерешевского-Тернера), делеции (утрата участка, например, синдром кошачьего крика), дупликации (повторение участка), инверсии (поворот участка на 180 градусов), транслокации (перенос участка ДНК). Все эти аномалии хромосом человека можно выявить при сдаче биоматериала на цитогенетическое исследование.
Для чего проводят цитогенетическое исследование?
Процедура исследования кариотипа называется кариотипирование. Результат кариотипирования покажет наличие или отсутствие изменений кариотипа у ребенка или взрослого. Анализ кариотипа можно проводить даже у новорожденного. При кариотипировании исследуется общее число хромосом и структура каждой отдельно.
Анализ на кариотип супругов рекомендуют проводить во время планирования беременности при наличии родственников, у которых есть хромосомные аномалии, при наличии у супругов ребенка, у которого есть структурные аномалии хромосом человека или нарушения числа хромосом, при воздействии на организмы обоих супругов или одного радиоактивного излучения.
После наступления беременности возможно провести пренатальное кариотипирование плода для определения нарушений числа хромосом или их структуры. Такой тест сдают на ранних сроках беременности. Обычно его рекомендуют после положительного результата скринингового исследования или при наличии риска рождения ребенка с хромосомной аномалией. Забор материала для исследования может быть инвазивным (исследуют амниотическую жидкость, ворсины хориона, ткань плаценты) и неинвазивным (исследуют кровь матери).
При кариотипировании ядерную ДНК окрашивают специальными красителями, позволяющими проводить анализ и выявлять неоднородные участки в виде полос. Сначала сравнивают специфический «рисунок» окрашивания в виде полос (бэндов) с эталонным и группируют парами. Эта методика носит название дифференциального окрашивания хромосом (бэндинг). Без специального красителя не удастся обнаружить структурные аномалии.
Как подготовиться к генетическому тесту?
Анализ крови на кариотип у взрослого или ребенку обычно включает забор крови, выращивание в лабораторных условиях культуры лимфоцитов периферической крови, остановку клеточного деления колхицином, приготовление клеточных препаратов, процедуру дифференциального окрашивания, анализ количества пар и структуры каждой под микроскопом. Кариологический анализ не требует специальной подготовки человека перед сдачей крови: кровь на кариограмму сдают также как обычный венозный анализ крови. Человеку нужно сдавать такой генетический анализ один раз в жизни, так как кариограмма не меняется.
В онкологии применяют исследование генетического материала клеток опухолей, для этого берут биопсию новообразования. Это позволяет выявить хромосомные аномалии клеток рака, что помогает определить тип опухоли, поставить точный диагноз, назначить подходящее лечение. Подготовиться к анализу биопсии опухолевой ткани поможет врач. Перед кариотипированием плода подготовка зависит от метода забора материала. Подготовительные процедуры различаются для инвазивных и неинвазивных методов. Подготовиться к инвазивному забору материала поможет врач. Сдавать анализ на кариотип плода неинвазивным методом необходимо также, как анализ периферической крови из вены.
Что показывает молекулярное кариотипирование?
Исследование кариотипа выявляет перестройки ядерной ДНК. Сдавать кариотип можно для обычного кариотипирования или молекулярного. Молекулярное кариотипирование является более точным, чем классическое. Поэтому с помощью этого метода выявляют аномалии меньшего размера и хромосомные аномалии плода раньше. Проводится оно методом хромосомного микроматричного анализа (ХМА). В этой сложной технологии происходит связывание фрагментов генетического материала человека со специальным ДНК-чипом (микроматрицей) и последующий анализ связавшихся участков. Для исследования используют не клеточную массу, а выделенную ДНК, снижая влияние качества биоматериала на результат. Молекулярное кариотипирование позволяет выявить хромосомные перестройки небольшого размера (вариации числа копий участков ДНК, CNV), не обнаруживаемые во время проведения стандартного цитогенетического исследования. Молекулярное кариотипирование применяется не только во время беременности, но также детям и взрослым. Заказать молекулярное кариотипирование вы можете на сайте Genotek.
Что делать при выявлении нарушений?
Если исследование выявило несоответствие хромосом норме по числу или строению, то необходимо пройти консультацию врача-генетика. Анализ кариотипа показывает наличие конкретного нарушения, определить клиническое значение и поставить диагноз может только врач. Если цитогенетическое исследование проводилось плоду, то генетик определит тактику ведения беременности. Результат кариотипа супругов поможет интерпретировать врач, а также определит риски рождения больного ребенка, расскажет о способах родить здорового ребенка при наличии генетических нарушений у родителей. К таким способам относятся методы вспомогательных репродуктивных технологий (ЭКО, экстракорпоральное оплодотворение; ИКСИ, инъекция сперматозоида в цитоплазму ооцита; использование донорских половых клеток, суррогатное материнство) и предимплантационная генетическая диагностика эмбрионов перед переносом их в матку.
Патология в кариотипе влияет на процесс созревания половых клеток у мужчин и женщин, их качество и количество. Хромосомные перестройки в организме одного из супругов могут быть причиной бесплодия, повторяющихся выкидышей и рождения детей с пороками развития.
Частота обнаружения хромосомных перестроек составляет 1 случай на 100-200 пар. У таких людей повышенный риск гибели эмбриона, часто отмечаются нерезультативные циклы ЭКО. Что же делать, если пришёл результат анализа и оказалось, что кариотип не норма?
Какие патологии могут быть обнаружены в анализе
В ходе проведения анализа на кариотип чаще всего выявляются:
- синдром Шерешевского-Тернера – кариотип 45,Х;
- мозаичный вариант этого же синдрома – кариотип 45,Х/46,ХХ (только часть клеток несут в себе хромосомные аномалии);
- трисомия Х – кариотип 47,ХХХ;
- терминальная делеция длинного плеча Х-хромосомы – 46,ХХ,del (X)(q22);
- патологии аутосом (робертсоновская транслокация, лишняя маркерная хромосома).
Существует также множество других патологий: синдром Патау – кариотип 47,ХХ, 13 или 47,ХY, 13 (трисомия по 13 аутосоме), Дауна (трисомия по 21 хромосоме), Прадера-Вилли, Клайнфельтера и друге. Но они имеют явные клинические симптомы, поэтому случайное обнаружение у пар с бесплодием или проблемой привычного невынашивания перечисленных патологий маловероятно.
Что делать при выявлении хромосомных перестроек?
Если анализ на кариотип супругов показал патологию у одного из будущих родителей, требуется консультация генетика, чтобы понять, может ли человек быть генетическим родителем ребёнка. При некоторых хромосомных аномалиях зачатие невозможно, так как половые клетки у пациента попросту отсутствуют. В других ситуациях удаётся добиться беременности и рождения здоровых детей.
В любом случае беременеть лучше с использованием вспомогательных репродуктивных технологий. Они помогают снизить риск неудачных исходов беременности, рождения детей с хромосомными аномалиями или пороками развития внутренних органов. Для уменьшения вероятности подобных проблем используется ПГТ (преимплантационное генетическое тестирование).
Зачем делают ЭКО при хромосомных перестройках?
Во-первых, хромосомные перестройки часто становятся причиной бесплодия. Поэтому нередко супруги при всём желании не могут добиться беременности самостоятельно. Во-вторых, ЭКО и ПГТ позволяют снизить риск выкидыша и обеспечивают рождение здорового малыша.
Суть процедуры:
- Назначаются препараты для стимуляции суперовуляции.
- Женщине делают пункцию фолликулов и получают яйцеклетки.
- Они оплодотворяются сперматозоидами супруга методом ЭКО, ИКСИ или ПИКСИ (в зависимости от качества спермы).
- Эмбрионы культивируют в лаборатории.
- На пятый день у эмбриона берутся клетки для проведения преимплантационного генетического тестирования.
- Эмбрионы замораживаются на хранение до переноса.
- После получения результатов преимплантационного генетического тестирования эмбрионы, имеющие хромосомные перестройки, отбраковываются.
- В следующем цикле женщине делают перенос «здорового» эмбриона, в котором по данным ПГТ отсутствуют хромосомные перестройки.
Такой подход позволяет в большинстве случаев добиться наступления беременности, успешно выносить и родить здорового ребёнка.
Использование донорского биоматериала
В некоторых случаях ПГТ не позволяет решить проблему. Иногда половых клеток нет вообще. В иных случаях все они несут дефектный генетический материал, поэтому добиться получения жизнеспособных эмбрионов невозможно. В той ситуации используют донорскую сперму или ооциты.
Если проблемы с хромосомным набором обнаружены у мужчины, для оплодотворения используют искусственную инсеминацию. Сперму донора вводят при помощи тонкого катетера – гибкой трубки, помещенной в матку. Это делают 1 или 2 раза в течение цикла, в наиболее фертильные дни. Если беременности нет, процедуру повторяют в следующем цикле.
При наличии хромосомных перестроек, несовместимых с беременностью, у женщины, показано ЭКО с донорскими ооцитами. Половые клетки оплодотворяются спермой супруга. Затем они переносятся в матку. С высокой вероятностью в результате этой процедуры наступит беременность, которая будет нормально развиваться и закончится родами.
Поэтому не стоит отчаиваться, если кариотип – не норма. Современная медицина имеет в своём арсенале способы помочь паре зачать и родить здорового ребёнка.
Каждый из нас — носитель как минимум 10-15 рецессивных мутаций. И они могут передаваться по наследству. Именно поэтому даже у абсолютно здоровых родителей есть риск появления малыша с серьезными нарушениями. Вот почему еще на этапе планирования беременности, а лучше до вступления в брак стоит проверить свой генетический статус. О том, что это такое и кому может помочь специальное тестирование, рассказывает врач-генетик Светлана Голубева.
Светлана Голубева,
врач-генетик высшей категории центра вспомогательной репродукции «Эмбрио»
Что это такое?
— Молекулярно-генетическое исследование — это лабораторный метод, который позволяет определить структуру генов на молекулярном уровне. Тестирование дает возможность выявить особенности (полиморфизмы) либо мутации в строении генов.
Для чего нужно?
— У молекулярно-генетического исследования две основные задачи:
- выявить причину заболевания и предотвратить его повторение у будущих поколений.
- уточнить прогноз заболевания, провести контроль и коррекцию лечения.
Что представляет собой анализ?
— Материалом для исследования может служить как венозная кровь, так и буккальный эпителий (соскоб со щеки). Из этого материала специалисты выделяют ДНК человека и изучают ее. Ожидать результат анализа в среднем нужно около 2 недель.
Предрасположенность = болезнь?
— Нормальное строение гена обеспечивает определенную функцию или признак у человека. В этом случае речь идет о полном здоровье.
Однако бывают ситуации, когда у человека имеется предрасположенность к тем или иным нарушениям здоровья. Но это еще не значит, что он точно будет болеть. Речь идет о полиморфизме (варианте нормального строения гена). В этой ситуации болезнь проявится под воздействием факторов риска. Например, для гипертонической болезни это будет: ожирение, гиподинамия, курение и так далее.
Если же в структуре гена обнаруживается мутация, это приводит к изменению функции гена и, следовательно, к патологии. В генетике такие типы заболеваний называются «моногенными болезнями», среди них выделяют рецессивные.
Давайте разберемся, как это работает:
- если каждый из родителей «отдает» будущему потомству по здоровому гену, рождается здоровый малыш;
- если один из родителей отдает ген с мутацией, а второй — здоровый, на свет появляется здоровый рецессивный носитель. Это значит, что сам ребенок будет здоров на протяжении всей жизни, но останется носителем генетического заболевания и впоследствии может передать его своим детям;
- если оба гена от матери и отца имеют мутации, рождается ребенок с заболеванием.
Каждая пара находится в зоне риска, но еще на этапе планирования беременности может пройти молекулярно-генетическое исследование и уточнить свой генетический статус.
Современные молекулярно-генетические технологии позволяют определять полиморфизмы и (или) мутации разными способами:
- в одном конкретном месте гена;
- анализируя всю структуру гена;
- одномоментно тестируя группу генов (например, на выявление нервно-мышечных заболеваний).
Как паре, планирующей ребенка, понять, что нужно идти к врачу-генетику?
1 вариант. При отсутствии видимых причин дополнительные генетические исследования не требуются. Если терапевт, гинеколог или другой специалист выявляет какие-то особенности в родословной, состоянии здоровья или течении беременности, то женщину (или пару) отправляют на консультацию к врачу-генетику, который составляет индивидуальный план генетического тестирования.
2 вариант. Пары, у которых нет каких-либо нарушений в здоровье, могут самостоятельно пройти генетическое исследование по собственному решению. Например, предсказательное тестирование наследственной предрасположенности к тем или иным заболеваниям. То есть сделать так называемый «генетический паспорт». Благодаря этому скринингу люди могут узнать предрасположенность, например, к артериальной гипертензии, тромбозам, бронхиальной астме или нарушению физиологического течения беременности и заблаговременно провести профилактику этих заболеваний или осложнений.
Еще один вид исследования, который можно планировать самостоятельно, — преконцепционный скрининг носительства рецессивных мутаций. Тестирование позволяет оценить риск рождения ребенка с наследственным заболеванием у конкретной пары. В территориальных сообществах есть свои особенности генофонда. Каждое условно закрытое сообщество накапливает свои рецессивные мутации.
Естественно, вероятность встретиться двум партнерам (супругам) с патогенными мутациями в одних и тех же генах крайне мала. Однако хуже, если родители узнают об особенностях своего генотипа слишком поздно, когда у них рождается ребенок с тяжелым заболеванием. Для этого и нужен преконцепционный скрининг.
Если по результатам исследования оба потенциальных родителя — здоровые носители мутаций в одних и тех же генах, риск рождения больного ребенка будет высоким (25%). В таком случае во время беременности рекомендуют провести дородовую молекулярно-генетическую диагностику для уточнения того, благоприятный или неблагоприятный вариант унаследовал плод.
Тестирование позволяет понять, будет ли будущий ребенок больным, здоровым носителем или здоровым. И в зависимости от результатов врачами и будущими родителями принимается решение о продолжении или прерывании беременности больным плодом. Окончательное решение — за семьей.
Кстати, уточнить генетический статус плода можно до 18 недель беременности.
Когда возможно проведение молекулярно-генетического тестирования?
— Когда и кому проводить исследование, решает врач-генетик и дает рекомендации, какую лабораторную методику использовать:
1. преимплантационная диагностика (т. е. при ЭКО исследуется эмбрион до переноса в полость матки);
2. пренатальная диагностика (исследуется плод во время беременности);
3. постнатальная диагностика (исследуется ребенок после рождения или взрослый человек). Уточняется причина генетического заболевания, определяются риски для других членов семьи.
Какие рецессивные мутации распространены в Беларуси?
— В нашей стране, как и во всех остальных, есть условно свои, наиболее часто встречающиеся наследственные заболевания:
- Фенилкетонурия (наследственное заболевание обмена, которое сопровождается задержкой умственного и физического развития). По статистике, встречается 1 случай на 6 тысяч новорожденных.
- Муковисцидоз (наследственное заболевание обмена с серьезной патологией легких и кишечника) — 1 случай на 8 тысяч родившихся.
- Врожденная дисфункция коры надпочечников (нарушения функции гормонов и половой дифференциации) — 1 случай на 10/15 тысяч родившихся.
- Нервно-мышечные заболевания.
- Несиндромальная (изолированная) тугоухость.
Самые распространенные из них — первые два. В Беларуси проводится скрининг новорожденных на эти заболевания. Больные дети нуждаются в пожизненном дорогостоящем специфическом лечении. Преконцепционное молекулярно-генетическое тестирование позволяет определить проблему еще на этапе планирования ребенка, а также во время беременности.
Преконцепционный скрининг носительства рецессивных мутаций пациенты могут планировать самостоятельно. Но сориентировать пару в целесообразности проведения тех или иных видов генетического тестирования может только квалифицированный генетический консультант. Он определит, какие исследования необходимы в каждом конкретном случае.
Фото врача: Ирина Забирашко
Генетические нарушения у человека и методы их выявления
Генами называются участки ДНК, в которых закодирована структура всех белков в теле человека или любого другого живого организма. В биологии действует правило: «один ген – один белок», то есть в каждом гене содержится информация только об одном определенном белке.
В 1990 году большая группа ученых из разных стран начала проект под названием «Геном человека». Он завершился в 2003 году и помог установить, что человеческий геном содержит 20–25 тысяч генов. Каждый ген представлен двумя копиями, которые кодируют один и тот же белок, но могут немного различаться. Большинство генов одинаковые у всех людей – различается всего 1%.
ДНК находится в клетке внутри ядра. Она особым образом организована в виде хромосом – эти нитеподобные структуры можно рассмотреть в микроскоп с достаточно большим увеличением. Внутри хромосомы ДНК намотана на белки – гистоны. Когда гены неактивны, они расположены очень компактно, а во время считывания генетического материала молекула ДНК расплетается.
В клетках человека есть структуры, которые называются митохондриями. Они выполняют роль «электростанций» и отвечают за дыхание. Это единственные клеточные органеллы, у которых есть собственная ДНК. И в ней тоже могут возникать нарушения.
Весь набор хромосом в клетке называется кариотипом. В норме у человека он представлен 23 парами хромосом, всего их 46. Выделяют два вида хромосом:
- 22 пары аутосом одинаковы у мужчин и женщин. В каждой паре хромосомы имеют одинаковую длину и содержат одинаковые наборы генов.
- Одна пара половых хромосом. У женщин это две X-хромосомы. Одна из них неактивна и плотно свернута – ее называют тельцем Барра. У мужчин одна половая хромосома представлена X-хромосомой, а вторая – Y-хромосомой, она меньше по размерам.
Методы исследования хромосом
Для исследования кариотипа применяют специальный метод – световую микроскопию дифференциально окрашенных метафазных хромосом культивированных лимфоцитов периферической крови.
Этот анализ применяется для диагностики различных хромосомных заболеваний. Он позволяет выявлять такие нарушения, как:
- Грубые изменения в кариотипе – изменение количества хромосом. Например, при синдроме Дауна в клетках ребенка присутствует лишняя хромосома №21.
- Присутствие в организме клеток с разными кариотипами. Это явление называется мозаицизмом.
- Хромосомные аберрации – нарушение структуры хромосом, внутрихромосомные и межхромосомные перестройки. Сюда относятся делеции (утрата участка хромосомы), дупликации (удвоение участка хромосомы), инверсии (поворот участка хромосомы на 180 градусов), транслокации (перенос участка одной хромосомы в другую).
Однако с помощью исследования кариотипа можно выявить не все генетические нарушения. Оно не способно обнаружить такие изменения, как:
- микроделеции и микродупликации, когда утрачивается или дублируется очень маленький участок хромосомы;
- болезни обмена, вызванные нарушением последовательности «букв» генетического кода в отдельных генах;
- митохондриальные заболевания, связанные с нарушениями в генетическом материале митохондрий;
- низкопроцентный мозаицизм, когда клеток с неправильным кариотипом очень мало;
- мутации в отдельных генах, которые не приводят к изменению внешнего вида хромосом;
- эпигенетические расстройства, при которых структура хромосом и генов не меняется, но изменяется их функция.
Для получения дополнительной информации, не видимой в световой микроскоп, используют хромосомный микроматричный анализ (ХМА). С его помощью можно изучить все клинически значимые участки генома и выявить изменения в количестве и структуре хромосом, а именно микрополомки (микроделеции и микродупликации).
Во время хромосомного микроматричного анализа применяют технологию полногеномной амплификации и гибридизации фрагментов опытной ДНК с олигонуклеотидами, нанесенными на микроматрицу. Если объяснять простыми словами, то сначала ДНК, которую необходимо изучить, копируют, чтобы увеличить ее количество, а затем смешивают ее со специальными ДНК-микрочипами, которые помогают выявлять различные нарушения.
Эта методика позволяет в одном исследовании выявлять делеции и дупликации участков ДНК по всему геному. Разрешающая способность стандартного ХМА от 100 000 пар нуклеотидов – «букв» генетического кода (в отдельных регионах от 10 000 п. н.).
С помощью ХМА можно выявлять:
- изменения числа хромосом;
- дупликации и делеции, в том числе микродупликации и микроделеции;
- отсутствие гетерозиготности – утрату одной из двух копий гена. Это явление имеет важное значение в онкологии, при болезнях импринтинга (когда активность гена зависит от того, от какого из родителей он получен), аутосомно-рецессивных заболеваниях (связанных с рецессивными генами – о них мы поговорим ниже), близкородственных браках;
- однородительские дисомии, когда в геноме ребенка присутствуют две хромосомы от одного родителя.
Однако, как и предыдущий метод, хромосомный микроматричный анализ имеет некоторые ограничения. Он не позволяет выявлять или ограничен в выявлении таких аномалий, как:
- сбалансированные хромосомные аномалии, когда в хромосомах происходят изменения, которые не приводят к добавлению или утрате генетического материала. К ним относятся инверсии (разворот участка хромосомы на 180 градусов), реципрокные транслокации (обмен участками между хромосомами), небольшие инсерции (вставки в хромосомах);
- мозаицизм, если клеток с нарушениями в кариотипе менее 15%;
- CNV (copy number variation) – повторы небольших участков генома;
- точечные мутации – замены отдельных «букв» генетического кода;
- экспансия (увеличение) повторов коротких участков в ДНК;
- аномалии метилирования – присоединения особых метильных групп к определенным участкам ДНК, которые меняют активность генов.
Мутации в генах и заболевания, к которым они способны приводить
Мутации – это изменения, которые происходят в ДНК как случайным образом, так и под действием разных факторов, например химических веществ, ионизирующих излучений. Они могут затрагивать как отдельные «буквы» генетического кода, так и большие участки генома. Мутации происходят постоянно, и это основной двигатель эволюции. Чаще всего они бывают нейтральными, то есть ни на что не влияют, не приносят ни вреда, ни пользы. В редких случаях встречаются полезные мутации – они дают организму некоторые преимущества. Также встречаются вредные мутации – из-за них нарушается работа важных белков, наоборот, происходят достаточно часто. Генетические изменения, которые происходят более чем у 1% людей, называются полиморфизмами – это нормальная, естественная изменчивость ДНК Полиморфизмы ответственны за множество нормальных отличий между людьми, таких как цвет глаз, волос и группа крови.
Все внешние признаки и особенности работы организма, которые человек получает от родителей, передаются с помощью генов. Это важнейшее свойство всех живых организмов называется наследственностью. В зависимости от того, как проявляются гены в тех или иных признаках, их делят на две большие группы.
- Доминантные гены. Выражаясь простым языком, эти гены более «сильные». Если в клетках присутствует хотя бы одна копия такого гена, его признаки проявятся.
- Рецессивные гены «слабее» доминантных. Если у человека одна копия гена доминантная и одна рецессивная, – проявится признак доминантной. А для проявления рецессивного признака нужно две соответствующих копий.
Например, карий цвет глаз у человека является доминантным. Поэтому у кареглазых родителей с высокой вероятностью родится кареглазый ребенок. Если у одного из родителей глаза карие, а у другого голубые, то вероятность рождения кареглазых детей в такой семье тоже высока. У двух голубоглазых родителей, скорее всего, все дети тоже будут голубоглазыми. А вот у кареглазых родителей может родиться ребенок с голубыми глазами, если у обоих есть рецессивные «гены голубоглазости», и они достанутся ребенку. Конечно, это упрощенная схема, потому что за цвет глаз отвечает не один, а несколько генов, но на практике эти законы наследования зачастую работают. Аналогичным образом потомству могут передаваться и наследственные заболевания.
Как выявляют рецессивные мутации?
Для выявления мутаций, которые передаются рецессивно, используют целый ряд исследований.
Секвенирование по Сэнгеру – метод секвенирования (определения последовательности нуклеотидов, буквально – «прочтение» генетического кода) ДНК, также известен как метод обрыва цепи. Анализ используется для подтверждения выявленных мутаций. Это лучший метод для идентификации коротких тандемных повторов и секвенирования отдельных генов. Метод может обрабатывать только относительно короткие последовательности ДНК (до 300–1000 пар оснований) одновременно. Однако самым большим недостатком этого метода является большое количество времени, которое требуется для его проведения.
Если неизвестно, какую нужно выявить мутацию, то используют специальные панели.
Панель исследования — тестирование на наличие определенных мутаций, входящих в перечень конкретной панели исследования. Анализ позволяет выявить одномоментно разные мутации, которые могут приводить к генетическим заболеваниям. Анализ позволяет компоновать мутации в панели по частоте встречаемости (скрининговые панели, направленные на выявление носительства патологической мутации, часто встречаемой в данном регионе или в определенной замкнутой популяции) и по поражаемому органу или системе органов (панель «Патология соединительной ткани»). Но и у этого анализа есть ограничения. Анализ не позволяет выявить хромосомные аберрации, мозаицизм и мутации, не включенные в панель, митохондриальные заболевания, а также эпигенетические нарушения.
Не в каждой семье можно отследить все возможные рецессивные заболевания. Тогда на помощь приходит секвенирование экзома – тест для определения генетических повреждений (мутаций) в ДНК путем исследования в одном тесте практически всех областей генома, кодирующих белки, изменения которых являются причиной наследственных болезней.
Секвенирование следующего поколения-NGS – определение последовательности нуклеотидов в геномной ДНК или в совокупности информационных РНК (транскриптоме) путем амплификации (копирования) множества коротких участков генов. Это разнообразие генных фрагментов в итоге покрывает всю совокупность целевых генов или, при необходимости, весь геном.
Анализ позволяет выявить точечные мутации, вставки, делеции, инверсии и перестановки в экзоме. Анализ не позволяет выявить большие перестройки; мутации с изменением числа копий (CNV); мутации, вовлеченные в трехаллельное наследование; мутации митохондриального генома; эпигенетические эффекты; большие тринуклеотидные повторы; рецессивные мутации, связанные с Х-хромосомой, у женщин при заболеваниях, связанных с неравномерной Х-деактивацией, фенокопии и однородительские дисомии, и гены, имеющие близкие по структуре псевдогены, могут не распознаваться.
Что делать, если в семье есть наследственное заболевание?
Существуют два способа выявить наследственные генетические мутации у эмбриона:
Предимплантационное генетическое тестирование (ПГТ) в цикле ЭКО. Это диагностика генетических заболеваний у эмбриона человека перед имплантацией в слизистую оболочку матки, то есть до начала беременности. Обычно для анализа проводится биопсия одного бластомера (клетки зародыша) у эмбриона на стадии дробления (4–10 бластомеров). Существует несколько видов ПГТ: на хромосомные отклонения, на моногенные заболевания и на структурные хромосомные перестройки. Данные Simon с соавторами (2018) говорят о том, что в случае проведения ЭКО с ПГТ у пациентки 38–40 лет результативность ЭКО составляет 60%. Но при исследовании эмбриона есть ряд ограничений. Так, из-за ограниченного числа клеток можно не определить мозаицизм.
Если нет возможности провести ЭКО с ПГТ, то используют второй вариант – исследование плодного материала во время беременности.
Для забора плодного материала используют инвазивные методы:
- биопсия хориона – когда берут клетки из плаценты;
- амниоцентез – когда берут клетки амниотической жидкости.
Далее эти клетки исследуют при помощи одного или нескольких генетических тестов (которые имеют свои ограничения). Проведение инвазивных методов может быть связано с риском для беременности порядка 1%.
Таким образом, проведя дополнительные исследования, можно значительно снизить риск рождения ребенка с генетическим заболеванием в конкретной семье. Но привести этот риск к нулю на сегодняшний день, к сожалению, невозможно, так как любой генетический тест имеет ряд ограничений, что делает невозможным исключить абсолютно все генетические болезни.
Автор статьи
Пелина Ангелина Георгиевна
Врач-генетик
Ведёт генетическое обследование доноров Репробанка, осуществляет подбор доноров для пар, имеющих ранее рождённых детей с установленной генетической патологией.
+7 (499) 653-66-09
info@reprobank.ru
Записаться на консультацию