Генетика: вчера, сегодня, завтра
Автор статьи
Наталья Викторовна Кох, врач-генетик, научный сотрудник лаборатории геномных медицинских технологий ИХБФМ СО РАН
За последние 5 лет произошло много интересного в мире науки, в частности, в биологии. Генетические исследования, которые раньше казались фантастикой, сегодня стали обычной практикой в современных лабораториях.
Благодаря сотрудничеству с научным институтом ИХБФМ СО РАН, Центр новых медицинских технологий предлагает широкий сектор диагностических и прогностических молекулярно-генетических анализов.
Рассмотрим, какие виды генетических тестов существуют и какие задачи они решают.
Диагностика хромосомных заболеваний у детей с врождёнными пороками, задержками умственного и физического развития
Утрата или появление лишней хромосомы приводит к нарушению работы порядка 1000 генов, поэтому и клинические последствия всегда значительные.
Чтобы диагностировать хромосомные заболевания, вот уже несколько десятков лет применяют цитогенетические исследования — их проводят с помощью микроскопии. Для анализа нужно сдать кровь «на сытый желудок» — после завтрака.
Этот метод очень точный, особенно когда за дело берутся специалисты. Такие, как руководитель цитогенетического направления ЦНМТ Татьяна Александровна Гайнер.
Бывает так, что причина заболевания кроется в утрате (делеции) или вставке (инсерции) относительно небольшого фрагмента ДНК, который не виден в световой микроскоп. Выявить его можно, например, с помощью хромосомного микроматричного анализа (ХМА), который за последние 5 лет стал намного доступнее по стоимости.
Если данными методами этиологический фактор не обнаружен, можно прибегнуть к более дорогостоящей технологии массивного параллельного секвенирования (NGS). За последние 5 лет этот метод активно развивался. Накапливались данные по обработке результатов для практического применения в клиниках. Кстати, в апреле 2020 года пройдёт V конференция MGNGS’20, на которой будет детально обсуждаться NGS в медицинской практике.
Благодаря сотрудничеству с научным институтом ИХБФМ СО РАН, Центр новых медицинских технологий предлагает широкий сектор диагностических и прогностических молекулярно-генетических анализов
Прочтение последовательности всех кодирующих гены участков (это примерно 1% от всей последовательности ДНК, около 30 миллионов пар нуклеотидов) стоит приблизительно 40-50 тысяч рублей. Такая цена обусловлена не только дорогостоящим оборудованием и реагентами, но и необходимостью анализировать Большие Данные специалистом-биоинформатиком перед тем, как выдать результаты врачу для интерпретации.
Молекулярная диагностика моногенных заболеваний
Для молекулярной диагностики моногенных заболеваний (муковисцидоз, синдром Марфана и ещё несколько тысяч редких заболеваний) применяются два метода: анализ конкретного гена секвенированием по Сенгеру и поиск наиболее частых для данного состояния мутаций методом ПЦР. Оба эти метода стоит использовать, когда по внешним признакам и биохимическим тестам удаётся заподозрить конкретное заболевание.
Если диагноз уже установлен клинически, молекулярное исследование поможет назначить «орфанный» препарат — лекарственное средство, разработанное специально для конкретного, редкого генетического заболевания.
Количество «орфанных» препаратов увеличивается год от года. Сегодня в лабораториях фармакогенетики ИХБФМ СО РАН выявляют мутации, которые приводят к гипофосфатазии, дефициту лизосомальной кислой липазы (ДЛКЛ), «болезни Вольмана», тяжелым генным заболеваниям. Препараты для их лечения — рекомбинантные ферменты: «асфотаза альфа» и «себелипаза альфа» соответственно.
Если диагноз не получается установить клинически, на помощь дифференциальной диагностике приходят методы на основе NGS, которые позволяют одномоментно анализировать большое количество генов, например, панели генов для дифференциальной диагностики эпилепсий, патологий соединительной ткани, умственной отсталости и других ведущих синдромов.
Определение родства
Определение родства (чаще всего отцовства) — один из наиболее часто заказываемых тестов. Делается он методом ПЦР. Статистически рассчитано, что анализ 20 высокополиморфных локусов в геноме обладает практически 100% чувствительностью и специфичностью. Следовательно, совпадение по всем локусам возможно только у ребёнка и отца.
Диагностика бесплодия в семье
При диагностике бесплодия в семье, а также привычного невынашивания беременности супружеской паре часто рекомендуют выполнить цитогенетический анализ — чтобы исключить хромосомные перестройки.
Предимплантационная диагностика при применении вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ)
Если в семье диагностировано редкое генетическое заболевание, можно провести тестирование эмбрионов и выбрать для имплантации тот, у которого нет конкретной мутации.
Также существует понятие «предимплантационный скрининг»: цель этого анализа — исключить аномалии числа хромосом у будущего плода.
В норме у человека 46 хромосом. Дополнительная 21-я хромосома встречается в среднем в 1 беременности из 700 и приводит к синдрому Дауна. Риск повышается с возрастом матери.
Аномальное число хромосом, как правило, не зависит от семейного анамнеза и является спорадическим событием. Поэтому скрининг рекомендован всем парам, которые включены в протокол ЭКО.
Исключение хромосомных заболеваний у плода во время беременности
Скрининг во время беременности (УЗИ и определение биохимических маркеров) может дать основания проверить плод на хромосомные патологии. Для этого нужно получить генетический материал плода.
Стандартная процедура такая: инвазивно, под контролем УЗИ, выполняется пункция с забором ткани плаценты, амниотической жидкости или пуповинной крови — зависит от показаний. Затем материал поступает в лабораторию, где проводится цитогенетический тест.
Минус существующих стандартов скрининга — низкая чувствительность и специфичность. Новый метод — неинвазивная пренатальная диагностика (НИПТ) — выявляет или исключает хромосомную патологию про крови матери, имеет высокую чувствительность, специфичность близкую к 99,9%. На данный момент относится к скринирующим методам.
Оценка рисков предрасположенности к многофакторным заболеваниям
Такие тесты наиболее популярны и, в то же время, наиболее дискутабельны в плане их целесообразности и интерпретации полученных результатов.
Большинство тестов основано на ограниченном знании о генетических локусах, которые ассоциированы с риском конкретного заболевания.
Практически любое распространенное заболевание — многофакторное, то есть, зависит от большого количества генетических и негенетических факторов. Если мы проанализируем 2-3 полиморфных локуса, связанные с сахарным диабетом, и обнаружим фактор риска, возможно, это замотивирует пациента контролировать уровень глюкозы и поддерживать нормальную массу тела. Но если по результатам анализа фактор риска не выявится, пациент может подумать, что заболевание ему не грозит, и не примет вовремя меры. Но это будет ошибкой, потому что есть и другие неблагоприятные факторы, которые не вошли в конкретный тест.
Таким образом, объективность этих тестов сильно зависит от количества проанализированных локусов. При современном состоянии данной области знаний не удастся достичь высокой точности.
Такие виды тестов могут быть довольно интересными, но являются не диагностическими, а относятся к информационно-научной области.
Оценка рисков нежелательных эффектов лекарств
У многих лекарств, которые применяются в широкой практике, известен механизм действия на молекулярном уровне, а также биохимический путь выведения из организма.
Существуют международные базы данных, где собраны генетические локусы, связанные с эффективностью и безопасностью применения лекарственных средств. Государственное управление по контролю качества продуктов питания и медикаментов США FDA (Food and Drug Administration) за последние 5-10 лет одобрила анализ нескольких сотен таких фармакогенетических маркеров.
Фармакогенетические анализы доступны в лаборатории ЦНМТ. Они помогут избежать нежелательных лекарственных эффектов или применения препарата, для которого эффект ограничен при конкретном генотипе.
Выработка тактики лечения при онкологическом заболевании
Эта область за последние 5 лет сделала наиболее впечатляющий скачок. Генетическое тестирование в онкологии — неотъемлемая часть «Национальной стратегии по борьбе с онкологическими заболеваниями».
Известно что любая злокачественная опухоль имеет специфические мутации, которые приводят к бесконтрольному делению клеток и появлению у них новых, вредных для организма свойств.
Сегодня разработаны и внедрены в клиническую практику десятки различных таргетных препаратов для лечения онкологических заболеваний. Их эффективность напрямую зависит от статуса мутаций в опухоли.
Для молекулярно-генетического анализа используют биопсионный материал — ткань опухоли в парафине или стекла для гистологического анализа. Вот несколько наиболее ярких примеров.
Тестирование мутаций в гене EGFR вошло в стандарты обследования пациентов с раком лёгкого, а гефитиниб, эрлотиниб или аналогичные препараты стали неотъемлемым компонентом лечения рака легкого с мутацией гена EGFR. Ведутся активные исследования в области неинвазивной диагностики по мутации в гене EGFR, которая присутствует в плазме крови ДНК.
Определение мутационного статуса гена KRAS при опухолях кишечника имеет значение при планировании терапии такими препаратами, как цетуксимаб. Определение статуса микросателлитной нестабильности (MSI) в опухоли связан с ответом на иммунотерапию пембролизумабом. При данном варианте молекулярного патогенеза опухолей трансформированные клетки накапливают тысячи мутаций в микросателлитных повторах и других участках генома в связи с утратой одного из компонентов системы репарации ДНК (mismatch repair, MMR).
За новые фундаментальные подходы к противоопухолевой терапии, которые основаны на подавлении негативной иммунной реакции, в 2018 вручена Нобелевская премия по медицине и физиологии.
Из перечисленных примеров очевидно, что генетика основательно вошла в различные сферы медицины и нашей жизни. Мы должны помнить, что любой диагностический тест, в том числе генетический, является важным но не единственным основанием для принятия решения о тактике ведения пациента. Необходима консультация специалиста.