Генетический анализ крови

Какие существуют генетические анализы крови, и для чего они применяются? Такие методы, как составление родословной или проведение УЗИ плода также относятся к генетическим исследованиям, поскольку помогают на основе расспроса, наблюдения и оценки внешних признаков сделать важные выводы. Это действительно так, но именно проводя анализ крови на генетические заболевания, можно непосредственно выделить наследственный материал в виде хромосом, в виде отдельных генов или даже виде целого генома.

Многие знают, что существуют различные болезни, которые наследуются от родителей к детям и внукам. К таким заболеваниям принадлежит, например, гемофилия. Она характеризуется отсутствием необходимых факторов свертывания крови. Существуют и другие наследственные болезни — целиакия, или спру, когда человеческий организм не способен перерабатывать клейковину. Но, пожалуй, самым известным наследственным заболеванием является болезнь Дауна, трисомия по 21 паре хромосом, поэтому она относится к хромосомным аномалиям.

В настоящее время медицина шагнула далеко вперёд, и по одному крови можно построить «полную генетическую карту» человека, предсказать, какие заболевания могут развиться у его потомков, а также рассказать о генетических предрасположенностях к тем или иным болезням. Под ними понимаются те или иные обстоятельства жизни, при которых будет значительно повышается риск того или иного патологического процесса.

Виды генетических анализов крови

Какие бывают генетические анализы крови? Чтобы не запутаться, видами анализов мы будем называть методы исследования, которые применяются при анализе наследственной информации, находящейся в крови, а не перечень заболеваний. А те ситуации, при которых эти анализы показаны, будут рассмотрены далее, в показаниях.

Кариотипирование

Исследованию кариотипа посвящена отдельная статья — Анализ крови на кариотип, поэтому здесь будет дана только самая краткая информация. Кариотип не способен показать отдельные гены и выявить тонкие нарушения наследственной информации. С помощью исследования кариотипа можно увидеть отдельные хромосомы, в которых собрана плотноупакованная ДНК. Как известно, у человека, так же, как и у любого другого живого вида многоклеточных организмов на нашей планете, существует уникальный набор хромосом, который называется кариотипом.

Так, в организме человека находится 46 хромосом: 44 аутосомы, которую несут общую информацию для мужчин и для женщин и 2 половые хромосомы, в которых закодированы половые различия, а также некоторые гены, сцепленные с полом (гемофилия). Для того чтобы наилучшим образом увидеть хромосомы человека, необходимо подождать, пока лейкоциты в анализе крови начнут делиться, и выстраиваться в определённом порядке.

В это время их фиксируют, окрашивают, фотографируют под микроскопом и идентифицируют их по хромосомным картам, опознавая по номерам. Нормальный кариотип — 46 XX или 46 ХУ (у женщин и мужчин). С помощью этого метода может обнаружить крупные хромосомные расстройства: например, третью хромосому 21 пары, которая говорит о болезни Дауна, наличие многочисленных ненужных половых хромосом, и другие аномалии, связанные с отрывом частей хромосомы, удвоением, перемещением на другое место отдельного локуса и так далее.

Кариотипирование – самый простой анализ крови для определения генетических заболеваний хромосомного характера, его стоимость составляет около 5000 рублей. По сути, врач – цитогенетик изучает наследственный материал, идентифицируя «мозаику» хромосом, и здесь все – таки задействован субъективный фактор. Но есть и полностью объективные, «машинные» методы, например, ХМА и секвенирование.

Хромосомный микроматричный анализ (ХМА)

Можно сказать, что хромосомный микроматричный анализ является синтезом между секвенированием генов и кариотипированием. Он позволяет очень точно определить любую хромосомную патологию, и вначале исследуется все важные участки генома, и определяются грубые его нарушения. К таким нарушениям относятся повторы большого количества последовательностей, то есть дупликации или удвоения генов, отсутствие необходимых участков (или делеции), перевернутая последовательность нуклеотидов, или «гены задом наперёд» — так называемые инверсии и другие расстройства.

В результате хромосомного микроматричного анализа можно изучить все известные хромосомные болезни, в том числе с тонкими и незначительными нарушениями. Грубое кариотипирование с этим не справится. Это так называемые микроделеционные и микродупликационные синдромы. Хромосомный микроматричный анализ позволяет с высокой точностью выявить заболевания аутистического спектра, причины множественных врожденных пороков развития и дать прогноз.

Довольно часто по результатам ХМА у ребенка требуется провести обследование родителей на предмет уточнения диагноза, и прогноза для последующих рождений детей. Чисто физически для этого анализа необходима обычная кровь в объеме 2 мл, как и для других видов исследований. Стандартная процедура проводится на микроматрице, которая содержит около одного миллиона маркеров, перекрывающие клинически значимые участки генома. Разрешающая способность этого анализа позволяет распознать расстройство на протяжённости минимум 50000 пар нуклеотидов, это весьма высокая точность.

Секвенирование генома и экзома

Что такое генетический анализ крови под названием «секвенирование»? Это ведущий метод современных и высокотехнологичных генетических лабораторий, он позволяет прочитать содержимое генов, то есть определить нуклеотидную последовательность ДНК и описать её первичную структуру, что является следующей ступенью точности по сравнению с ХМА. Эти методы называются новыми, поскольку они позволяют с большой скоростью прочитать сразу несколько участков генома, в отличие от более ранних и медленных методик генетического секвенирования.

С помощью этого метода перечисляются все азотистые основания, которые входят в состав того или иного гена, кодирующего те или иные белки. Если довести этот метод до совершенства, то можно провести секвенирование всего наследственного материала индивидуума, и такие методики действительно есть. Они называются секвенирование генома и экзома. Что это такое и зачем они применяются?

Известно, что генами называются определённые последовательности нуклеотидов, которые кодируют синтез определённых белков. В генах существуют участки, которые несут информацию и которые можно прочитать и воплотить в аминокислотную цепь в процессе синтеза белка. Но есть и участки, которые информации не несут, но они всё равно нужны.

Поэтому генетический код можно сравнить с книгой, в которой не все страницы заполнены словами и буквами, а встречаются иногда значительные пробелы: или целых абзацев, и даже целых страниц. Поэтому секвенированием экзома называют процесс анализа всех участков ДНК, которая кодирует специфические белки, а «пустые разделы» последовательностей не исследуются.

Что касается полного секвенирования генома, то во время этого метода изучается весь наследственный материал. При этом исследуются все, участки ДНК, включая и «пустые», на первый взгляд незначимые. Это исследование очень важно, потому что иногда в этих «пустых» участках могут скрываться особые мутации одного или нескольких генов, которые распределяются по всему геному, и только взгляд на весь геном дает понимание качества распределенной мутации.

Можно говорить, что показание к этому исследованию — это диагностических поиск непонятных наследственных патологий, очень похожих на другие болезни, у которой нет единого источника мутации, и они находятся в разных районах генома, лежащих далеко друг от друга. Эти методы применяются, когда другие способы генетического анализа крови оказались неэффективными, в том числе, для поиска причины умственной отсталости, при аутизме, при диагностике целых групп наследственных болезней, например, нейромышечных заболеваний.

ТМС или тандемная масс-спектрометрия

С помощью этого высокоточного метода можно провести сразу анализ для многих десятков, и даже сотен соединений в маленьком количестве биологического материала. По сути, при этом методе не исследуется наследственный материал, но зато можно распознать вещества, которые по своей структуре отклоняются от нормы. Речь идет в первую очередь об аминокислотах. Известно очень много наследственных заболеваний у новорождённых, при которых нарушается метаболизм белков, жиров и углеводов.

В том случае, если вследствие генетического отклонения организм начинает продуцировать какое-либо дефектное, не встречающееся у нормального человека вещество, либо оно начинает накапливаться в аномально больших количествах, то можно определить, какая генетическая болезнь может этому способствует. В настоящее время этот метод используется для того, чтобы из одного анализа крови узнать о том, нет ли у новорождённого несколько десятков наследственных болезней сразу.

Раньше для проведения этого метода требовалось очень много биологического материала и проведение как минимум нескольких исследований, и это понятно. Метод тандемной масс-спектрометрии позволяет определить весь этот набор не только качественно, но и количественно, причём при сдаче одного — единственного анализа, например, генетический скрининг «пяточка» в роддоме.

Можно с уверенностью диагностировать различные наследственные нарушения обмена белков, аминокислот, дефекты митохондрий, а в общей сложности — определить более 100 различных генетических заболеваний. В Российской Федерации в число обязательных и бесплатных входит пять наиболее часто встречающихся болезней. Средняя частота встречаемости заболеваний, которые определяются методом тандемной масс-спектрометрии — один случай на 5000 новорождённых малышей.

Флуоресцентная гибридизация

С помощью этого метода современного исследования, применяемого в цитогенетике, определяют положение последовательности нуклеиновых кислоты в хромосомах в период деления клеточного ядра, а также в ядрах клеток в периоде интерфазы. Этот метод исследования используют в пренатальный и постнатальной диагностики при скринингах, а также перед применением экстракорпорального оплодотворения, для диагностики злокачественных новообразований и оценке риска их развития в следующих поколениях.

Показания к исследованию

Исходя из описания методов исследования, уже можно предположить, что генетические заболевания встречаются не так уж и редко. По статистике ВОЗ, различные пороки развития встречаются примерно у 3% детей, а выявляемость их к семилетнему возрасту возрастает с частотой по проценту в год, до 7%. Конечно, речь идет о крупных городах – миллионниках, где есть специалисты – генетики и высокотехнологические лаборатории. Следует учесть, что ни один из современных секвенсоров нового поколения не производится в РФ, оборудование стоит очень дорого.

Пренатальный скрининг и беременные

Основным показанием к проведению генетических исследований являются нарушения и подозрения в сфере репродуктологии. К ним относят:

• различные варианты бесплодия, тем более повторного;
• случаи внутриутробной смерти плода;
• повторные выкидыши у одной и той же женщины;
• наличие у братьев и сестёр наследственных заболеваний, или значимых признаков;
• необъяснимое отставание в развитии.

Кроме пренатальной диагностики, генетические исследования обязательно проводятся в период беременности, и поводом для назначения анализа обычно является так называемый тройной тест, при котором выявляются уровни ХГЧ, эстриола и альфа-фетопротеина. На основании данных этого анализа проводится генетическое исследование, которое позволяет выявить опасные дефекты нервной трубки, синдромы Эдвардса, Патау, миопатию Дюшенна и другие болезни

Определение родства

Также очень важным и юридически значимым будет определение по наследственному анализу крови отцовства и материнства, этот анализ довольно часто фигурирует в различных судебных делах о неуплате алиментов и по разделе наследства, а также при поиске наследников. Средняя стоимость такого анализа – около 25 тысяч рублей.

Выявление симптомов у взрослых

Иногда бывает, что врач подозревает у человека генетические отклонения, связанные с некоторыми аномалиями развития или функции. Так, бесплодие, неправильное развитие половых органов, чрезмерно маленький или высокий рост, умственная отсталость, патологическая склонность к жестокости также может натолкнуть врача на необходимость проведения генетического исследования.

Модные направления

Современная концепция здорового образа жизни, взаимодействие с природой, стратегия прогнозирования рисков, вместо того чтобы лечить уже сформированные заболевания, привела к тому, что в генетических исследованиях стали превалировать профилактические направления. Это, прежде всего генетика предрасположенностей. В данном случае выявляются те особенности наследственного статуса пациента, которые могут стать решающими при воздействии определённых факторов внешней среды. Выявляется не заболевание, а наличие предрасположенности к ним, которая имеет повышенный риск реализации. Это диабет, онкологические заболевания, бронхиальная астма.

Трудно даже представить, какое разнообразие генетических анализов можно выполнить, если речь идет о предрасположенностях. Это, например, риск развития рака при курении, риск возникновения рака шейки матки, панель риска возникновения нарушений системы гемостаза (свертывания крови), в которой определяется сразу 30 маркёров риска, панель «высокое артериальное давление» и подбора лекарств.

Кстати, фармакогенетика является одной из бурно развивающихся видов генной диагностики. Она позволяет установить, нет ли наследственных особенностей, которые делают какой-либо назначенный пациенту препарат малоэффективным (вследствие низкой экспрессии генов ферментов печени, например, модифицирующих структуру пролекарства).

Существуют и такие анализы (нутригенетика) которые подсказывают пациенту на основании генетического анализа крови, какая диета будет оптимальной для снижения веса: низкожировая, низкоуглеводная или средиземноморская. Это исследование строится на основании анализа различных генов, которые кодируют синтез инсулина, переносчика жирных кислот, гены белков, ассоциированных с ожирением и быстрым набором веса. После анализа степени экспрессии каждого из этих генов делается вывод о том, какой из них сильнее, а у какого гена экспрессия не выражена, и на какой диете пациент будет худеть больше. Нутригенетика также рассматривает, какие витамины могут меньше усваиваться, какие тренировки нужны при данном типе генов – интенсивные, «спринтерские», или «стайерские» для оптимального набора мышечной массы.

Генетика доступная для людей

Генетические исследования — это те виды современной лабораторной диагностики, которые в полной мере ассоциируются с понятием «среднего класса». Люди, принадлежащие к этому классу, стараются быть здоровыми, профилактировать болезни, а не лечить их, будучи привержены принципам здорового образа жизни, и склонны искать жизненный успех, придерживаясь общечеловеческих европейских ценностей. Поэтому чем «крепче на ногах» стоит малый и средний бизнес, тем долее распространены современные генетические исследования.

Генетические исследования, особенно в области фармакогенетики, нутригенетики, оценки мультифакторных и одиночных рисков по развитию различных заболеваний, являются полностью совпадающими по ценностям со средним классом: лучше предупредить, чем лечить. При этом забор биоматериала проводится очень быстро, что экономит время: ведь даже не нужно брать кровь, достаточно сделать соскоб палочкой со слизистой оболочки полости рта, и этим получить наследственный материал для анализа.

У генетических анализов существуют два небольших «минуса»: стоимость и длительность проведения анализа.

Так, средняя стоимость хромосомного микроматричного анализа и определение наследства составляет около 500 долларов США, а исследование генома или экзома колеблется в пределах 70 – 80 тысяч рублей на пациента. Одним из самых дешевых методов генетического анализа является исследование кариотипа, и, в среднем, в частных лабораториях его можно выполнить за 6000 рублей. Длительность исследования так же намного дольше, чем при обычном биохимическом заборе крови, исследовании мочи, кала или гормонального фона пациента. Ведь иногда нужна расшифровка последовательности миллионов пар нуклеотидов, и нет ничего удивительного, что анализ порой готовится две недели, а иногда — и месяц.