Диагностика и профилактика наследственных заболеваний
- Что такое ДНК?
- Что такое хромосома?
- Значение маркеров в пренатальной диагностике
- Генеалогический метод диагностики
- Лабораторные методы диагностики: маркеры крови
- ДНК-диагностика наследственных заболеваний
- Биохимические методы диагностики
- Цитогенетический метод диагностики
- Молекулярно-генетические методы диагностики наследственных заболеваний
- Профилактика наследственных заболеваний
По данным ВОЗ, 2,5% детей рождаются с патологией развития, которая обусловлена на 98% генетическими факторами. На долю экзогенных причин (инфекции, встреча с альтерирующим агентом, прием ряда медикаментов и др.) приходится всего 2%. Профилактикой этих состояний занимаются генетики, их задача – проведение ранней диагностики и определение вероятности появления малыша с той или иной патологией. Риск развития болезни напрямую связан с унаследованными от родителей генами.
Выделяют:
• наследственные патологии с высокой степенью генетического риска (аутосомно-доминантные, аутосомно-рецессивные, сцепленные с полом);
• с умеренной степенью, где основную роль отводят свежим мутациям и хромосомным болезням с полигенным типом наследования;
• с незначительным риском.
В арсенале врачей существуют прямые и непрямые способы пренатальной диагностики. В группу риска относят женщин со следующими условиями:
• возраст пациентки старше 35 лет;
• отягощенный акушерско-гинекологический анамнез: необъяснимые самопрерывания беременности на ранних сроках, рождение детей с отклонениями в развитии, подозрительными на наследственный генез;
• существующие моногенные заболевания в семье, включая близкокровных родственников (мать, отец, брат, сестра);
• близкородственный брак;
• прием некоторых лекарственных средств, обладающих повреждающим действием на органогенез плода;
• контакт с ионизирующим облучением, например, прохождение лучевой терапии для лечения злокачественного новообразования в малом тазу (рак яичников, матки, вульвы, яичек, пениса, простаты, мочевого пузыря, прямой кишки).
Пренатальная диагностика наследственных заболеваний может быть неинвазивной и инвазивной. Изначально используют неинвазивные (не связанные с хирургическим проникновением) скрининговые способы: УЗИ, магнитно-резонансную томографию, исследование уровня гормонов и пр. При патологических изменениях и неоднозначных результатах прибегают к хорионобиопсии, амнио-, плаценто-, кордоцентезу, относительно недавно стали использовать неинвазивную ДНК-диагностику наследственных заболеваний.
Что такое ДНК?
ДНК, или дезоксирибонуклеиновая кислота, является наследственным материалом человека. Почти каждая клетка в организме имеет одну и ту же ДНК. Большая часть ДНК находится в ядре клетки (где она называется ядерной ДНК), но небольшое количество ДНК также может быть найдено в митохондриях (митохондриальная ДНК). Митохондрии – это структуры внутри клеток, преобразующие энергию из пищи в форму, которую клетки могут использовать для роста, деления, обеспечения функций.
Информация в ДНК хранится в виде кода, состоящего из четырех химических оснований: аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T). ДНК человека состоит из примерно 3 миллиардов оснований, и более 99 % этих оснований одинаковы для всех людей. Порядок или последовательность этих оснований определяет информацию, доступную для построения и поддержания организма, подобно тому, как буквы алфавита выстраиваются в определенном порядке, составляя слова и предложения.
Основания ДНК соединяются друг с другом, A с T и C с G, формируя единицы, называемые парами оснований. Каждое основание также присоединено к молекуле сахара и молекуле фосфата. Вместе основание, сахар и фосфат называются нуклеотидом. Нуклеотиды расположены в виде двух длинных нитей, которые образуют двойную спираль. Ее структура напоминает лестницу: пары оснований образуют ступеньки, а молекулы сахара и фосфата – вертикальные боковые ее части.
Важным свойством ДНК является то, что она может копировать себя. Каждая цепь ДНК в двойной спирали служит шаблоном для дублирования последовательности оснований. Это важно, когда клетки делятся, потому что каждая новая клетка должна иметь точную копию ДНК, присутствующей в материнской клетке.
Что такое хромосома?
В ядре клетки молекула ДНК упакована в нитевидные структуры – хромосомы. Каждая хромосома состоит из ДНК, плотно обмотанной много раз вокруг белков – гистонов, которые поддерживают ее структуру.
Вне деления даже под микроскопом хромосомы не видны в ядре клетки. Тем не менее, ДНК, которая составляет хромосомы, становится более плотно упакованной во время клеточного деления и затем видна под микроскопом. Большая часть того, что исследователи знают о хромосомах, была изучена путем наблюдения хромосом во время деления клеток.
Каждая хромосома имеет точку сужения, называемую центромерой, которая делит ее на две части, или «плечи». Короткое плечо хромосомы обозначают «p», длинное – «q». Расположение центромеры придает хромосоме ее характерную форму и может быть использовано для описания местоположения определенных генов.
Если провести аналогию с компьютером, то ген – это один файл, ДНК – папка, содержащая множество файлов, а хромосому можно представить, как архив данной папки.
Значение маркеров в пренатальной диагностике
Маркеры – специфические метки, которые могут свидетельствовать о патологии внутриутробного развития и обязательно требуют проведения углубленной диагностики. К таковым относят:
• ноющие боли внизу живота, появление кровянистых мажущих выделений, постоянную угрозу прерывания беременности на ранних сроках;
• низкую двигательную активность плода, отсутствие шевелений в положенные сроки;
• маловодие и многоводие;
• выявление деформаций лица;
• утолщение шейной складки (толщина воротничкового пространства);
• отклонение от нормальных размеров носовых, трубчатых, верхне-челюстных костей;
• гидронефротическую трансформацию почек;
• присутствие кистозных полостей в головном мозге, пуповине;
• необъяснимо быстрое старение плаценты, ее недостаточное развитие (несоответствие сроку гестации);
• аномалии строения (пороки развития) внутренних органов.
Чем больше у женщины выявлено маркеров, тем выше риск рождения проблемного ребенка.
Генеалогический метод диагностики
Этот метод – первоначальный этап, врач подробным образом опрашивает родителей, чтобы определить вероятность рождения ребенка с наследственной патологией. Медико-генетическое консультирование показано всем женщинам из группы риска. При явно отягощенном анамнезе будет назначено прохождение более полного исследования. Разумнее обратиться за помощью генетика до наступления беременности, в противном случае может остро встать вопрос о ее пролонгировании.
Лабораторные методы диагностики: маркеры крови
Лабораторные методы дородовой диагностики патологий плода позволяют заподозрить болезнь, если:
• уровень РАРР-А ниже нормы;
• уровень АФП ниже нормы;
• уровень ХГЧ превышает нормальные показатели.
По одним только отклонениям данных лабораторных маркеров невозможно определить патологию развития плода на 100%, поэтому проводят исследования в динамике, назначают дополнительные способы диагностики.
ДНК-диагностика наследственных заболеваний
Спектр наследственных болезней, которые могут быть установлены с помощью методов ДНК-диагностики, достаточно широк.
Патологии, сцепленные с половыми хромосомами:
• гемофилия А и В;
• повреждение Х-хромосомы;
• миодистрофия Дюшена;
• болезнь Хантера;
• Леша-Нихена;
• агаммаглобулинемия;
• амиотрофия, сцепленная с Х-хромосомой;
• спинально-бульбарная форма амиотрофии;
• дисгенезия гонад, прочие нарушения полового развития.
Аутосомные патологии:
• муковисцидоз;
• хорея Гентингтона;
• невральная амиотрофия;
• бетта-талассемия;
• наследственные формы ферментопатий;
• болезнь Вильсона-Коновалова;
• болезнь Виллебранда;
• миотоническая дистрофия;
• фенилкетонурия;
• атаксии и пр.
К сожалению, доступность ДНК-диагностики наследственных заболеваний остается низкой, что обусловлено высокой стоимостью, необходимостью специально оборудованных генетических лабораторий, обученного персонала. При оценке анамнеза и данных инструментальной и лабораторной диагностики генетик может порекомендовать обратиться в один из медицинских центров, где делают такие анализы – Институт акушерства и гинекологии РАМН, Медико-генетический центр РАМН, Центр охраны здоровья матери и ребенка и др.
Биохимические методы диагностики
Биохимическая диагностика подразумевает описание биохимического фенотипа индивидуума. Возможно определение первичного полипептида или исследование конечных продуктов метаболизма в любом биологическом материале человека, например, в моче, поте, крови и пр. Иногда результаты анализа – единственное, что подтверждает наследственное заболевание. Молекулярно-генетические способы диагностики не могут рассматриваться как полная альтернатива биохимическим анализам. Путь от экспрессии гена до биохимического фенотипа и развития клинических проявлений не полностью изучен. При этом отсутствие мутаций ДНК не гарантирует нормальный биохимический фенотип со всеми вытекающими последствиями. Специалисты считают, что данные исследования являются взаимодополняющими, особенно, для оценки динамики от проводимого лечения. Для некоторых наследственных патологий обмена веществ изменения в биохимических показателях предшествуют развернутым проявлениям, при этом выявить молекулярно-генетический дефект не всегда возможно.
Основополагающим аспектом для ряда генетических болезней рассматривают дефекты различных ферментов, которые связаны с мутацией генов, приведших к изменению их структуры и нарушению выработки. Современные методы диагностики метаболитных нарушений, дефектных ферментов, которые накапливаются в результате обменных процессов в клетке и биологических субстанциях организма, позволяет расширить понимание происхождения наследственных заболеваний, вести разработки для коррекции патологических изменений. Биохимическая диагностика с успехом используется для выявления гетерозиготного носительства определенного гена при ряде наследственных ферментопатий, например:
• фенилкетонурии;
• гомоцистинурии;
• гистидинемии и др.
Проведение скринингового тестирования новорожденных позволяет назначить раннее лечение, что предотвращает развитие выраженных клинических проявлений и значительно улучшает качество жизни.
Цитогенетический метод диагностики
Цитогенетический метод диагностики основан на определении кариотипа человека, что важно для обнаружения заболеваний, связанных с геномными и хромосомными мутациями. Способ также может использоваться для отслеживания мутагенного влияния в результате контакта с различными химическими веществами: пестицидами, инсектицидами, лекарственными препаратами и пр. Оценивают клетки, находящиеся на стадии деления (метафаза). Лейкоциты, добытые из периферической крови, помещают в специальную среду, способствующую делению. Далее готовят препараты и оценивают количество и внешний вид хромосом под микроскопом. Разработаны специальные методы окрашивания, что упрощает идентификацию хромосом, а при использовании методов генной и клеточной инженерии гены можно соотнести с определенными участками хромосом. Но основании этого получают карту хромосом индивидуума.
Цитологический метод является основополагающим в диагностике хромосомных патологий, связанных с анеуплоидией и мутациями. Примеры: болезнь Дауна, синдром Клайнфельтера, Шершевского-Тернера.
Цитологическое исследование интерфазных ядер соматических клеток визуализирует тельце Барри (синоним – половой хроматин). В норме оно присутствует только у женщин, на основании этого определяют половую принадлежность ребенка, родившегося с неоднозначными гениталиями.
Выявить ряд наследственных патологий можно уже во время беременности, но для диагностики необходимо получить околоплодную жидкость, в которой клетки плода находятся в достаточном количестве.
Молекулярно-генетические методы диагностики наследственных заболеваний
Выявить какие-либо изменения в структуре ДНК можно с помощью множества молекулярно-генетических методов, технологии вариативны. Специалисты, работающие в сфере диагностики наследственных заболеваний, могут изучить практически любой участок ДНК. Если известно, что именно вызвало болезнь, смотрят тот фрагмент ДНК, где и произошла поломка. Это получило название прямого метода ДНК-диагностики. При неизвестной локализации применяют косвенный метод: изучают окрестности гена, потенциально приведшего к заболеванию. Одновременно с этим анализируют семейный анамнез на наследственную патологию. Идентификация определенного фрагмента ДНК осуществляется посредством блот-гибридизации или амплификации. В основе первого метода лежит обнаружение последовательности ДНК в количестве нескольких пикограмм, амплификация подразумевает многократное увеличение фрагмента ДНК, что делает возможным проведение анализа с помощью электрофореза и рестрикции. Процесс инициирует присутствие предшественников ДНК и активность фермента ДНК-полимеразы; происходит синтез на однонитевой матрице ДНК комплементарной нити. "Затравкой" служит нуклеиновая кислота, присоединенная к нити ДНК. Она носит название "праймер", праймеры синтезируют искусственно.
Для запуска реакции амплификации необходимо два разных праймера, гибридизация будет происходить на противоположных концах комплементарных нитей.
Этапы:
• взятие венозной крови;
• выделение ДНК-клеток;
• накопление фрагментов для анализа с помощью запуска полимеразно-цепной реакции (ПЦР).
Молекулярные методы диагностики на сегодняшний день считаются наиболее эффективными способами, которые не несут каких-либо неблагоприятных последствий для плода.
Профилактика наследственных заболеваний
Если оба родителя являются носителями дефектного гена или хромосомы, важно получение своевременной консультации генетика для определения рисков. Часто такие пары обращаются с основной жалобой на бесплодие. Но иногда даже вспомогательные репродуктивные технологии (ЭКО) не гарантируют наступления беременности и рождения здорового ребенка. Для некоторых пар разумным решением будет прохождение преимплантационной генетической диагностики, для других – рассмотрение вопроса о рождении ребенка с помощью донорского материала. В каждом случае оптимальная тактика действий зависит от конкретного диагноза. Для предотвращения случайных мутаций необходимо придерживаться здорового образа жизни, избегать контактов с вредными факторами.
комментарии к статье
0