ЭКО по науке
Преимплантационная генетическая диагностика
Денис Ребриков, ПостНаука
Природа комбинирует разные сочетания генетической информации, таким образом создавая разнообразие фенотипов. Но люди имеют также разную предрасположенность к тем или иным заболеваниям. Какие технологии используются для определения генетических нарушений и выявления наследственных заболеваний?
Почему люди разные?
Иногда мы встречаем одинаково выглядящих людей – это монозиготные (однояйцевые) близнецы. Они очень похожи, и иногда даже родители с трудом их различают. Но почему монозиготные близнецы так похожи, а все люди вокруг разные? У монозиготных близнецов ДНК абсолютно одинаковая. Они развились из одной клетки за счет того, что внутри утробы матери она разделилась на два эмбриона, и каждый развивался потом независимо.
У человека 23 пары хромосом, представляющих собой фрагменты ДНК, в которых записана генетическая информация о строении организма – примерно в 25 тысячах различных генов, распределенных по 23 парам хромосом. Мы диплоидные организмы, с двумя наборами хромосом, один из которых достался нам от отца, а другой – от матери. Природа придумала такое дублирование, чтобы в случае поломки одного из наборов можно было взять информацию из другого. Разнообразие генотипов, которое мы наблюдаем в популяции, и, следовательно, разнообразие фенотипов связано с тем, что, когда создается набор хромосом, передаваемый от родителя к ребенку, он генерируется случайным образом: у нас 23 пары хромосом, и из каждой пары в гамету произвольно сбрасывается одна хромосома. Получается 223 сочетаний хромосом – примерно 8 миллионов генетически разных гамет, отличающихся целой хромосомой. И это только у одного из родителей, а следовательно, вероятность последовательного рождения одинаковых детей у конкретной пары родителей минимально возможная – единица, деленная на 64 триллиона.
Генетика и наследственные заболевания
Сочетания генов, которые передаются ребенку, определяют строение его организма, биохимические процессы и здоровье. У всех людей разная предрасположенность к заболеваниям тех или иных органов и систем: у кого-то быстрее «ломается» сердечно-сосудистая система, у кого-то – система функционирования головного мозга, нейронов и так далее. Кроме того, сочетания генов обусловливают моногенные и орфанные заболевания – наследственные заболевания, связанные с нарушением конкретного гена и часто приводящие к гибели ребенка в довольно раннем возрасте.
Сегодня, зная генетику родителей, мы можем предсказать некоторые моменты для ребенка, который у них родится. Мы можем проскринировать генетику родителей и увидеть, что в их организме сочетание нарушенных генов в хромосомах так совпало, что сами они здоровы: хотя одна из двух копий сломана, это не страшно, поскольку работает вторая копия, и организм здоров. Но если ребенку достанется по одной поломанной копии от каждого родителя, то у него нарушенными окажутся обе, и он не сможет компенсировать функцию: у него будет отсутствовать целый ген. Как следствие, разовьется моногенное заболевание. Вероятность рождения больного ребенка у таких родителей, у которых совпала мутация по конкретному гену, но сами они здоровы, – 25%, и это довольно серьезно.
Технологии преимплантационного скрининга
В подобных случаях рекомендуют проведение процедуры экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) с отбором эмбрионов путем генетического скрининга до их переноса в матку. Что представляет собой ЭКО? Поскольку для процедуры необходимо собрать много ооцитов – обычно их созревает один-два, – женщине, прежде всего, дают препарат, помогающий созреть большему числу ооцитов за одну овуляцию. Далее в ходе естественного цикла у женщины собирают ооциты, а у мужчины – сперматозоиды. В ходе процедуры ЭКО проводят оплодотворение нескольких ооцитов независимо, эти эмбрионы в специализированных инкубаторах, вне организма женщины, подращивают пять дней до стадии бластоцисты – это примерно 250 клеток в каждом эмбрионе. На пятый день делают биопсию 5–7 клеток эмбриона – она не наносит ему ущерба, – и эти клетки отдают на генетический анализ.
Есть несколько методов генетического скрининга. Первый – проведение точечной диагностики методом полимеразной цепной реакции, когда мы заранее знаем, где смотреть, какой ген нарушен, какая мутация в этом гене присутствует у родителей. Это довольно дешевый тест, который стоит 2–3 тысячи рублей.
Второй метод – микроматричный анализ, с помощью которого можно посмотреть более сложную структуру перестроек: ДНК гибридизируется на чип, на котором расположено очень много кусочков ДНК, соответствующих человеческим хромосомам, и проводится полный геномный скрининг. Микроматричный анализ делают, как правило, если возраст женщины превышает 40 лет, поскольку в этом случае риск нарушения по числу хромосом (а не просто по мутации в хромосоме) довольно высок. Одно из частых заболеваний, связанных с нарушением числа хромосом, – это синдром Дауна, при котором у ребенка хромосомы 21-й пары вместо нормальных двух представлены тремя копиями – это так называемая трисомия по 21-й хромосоме. С помощью гибридизации ДНК на чипе мы можем установить наличие лишней хромосомы по той или иной паре или ее отсутствие. Если заболевание тяжелое, то такой эмбрион в матку не переносится.
И третий метод – высокопроизводительное секвенирование (NGS – next generation sequencing), когда мы можем определить либо все белок-кодирующие участки генома (экзом), либо весь геном. Обычно такой технологией для скрининга не пользуются, но экзом могут определить, и тогда появляется возможность просмотреть все последовательности генов и сказать, какое сочетание генов попало в конкретный эмбрион.
Сегодня подобные технологии все чаще используются в клинической практике. Если раньше для того существовали жесткие показания – например, для пациенток старше 40–45 лет или когда абсолютно точно у родителей есть наследственное нарушение, которое может передаться ребенку с вероятностью 25%, – то сегодня мы уже можем смотреть на конкретные гены, связанные с предрасположенностью развития онкологических заболеваний, нарушений сердечно-сосудистой системы и так далее. За подобными технологиями преимплантационного скрининга (ПГС) и преимплантационной диагностики (ПГД) будущее генетических технологий в медицине.
Об авторе: Денис Ребриков – кандидат биологических наук, РНИМУ им. Пирогова.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru