г. Киев, проспект Победы, 121-Б 8:00 - 20:00 ПН-СБ

Инновационные методы молекулярной диагностики в медицине

Введение

Революционные достижения генетики человека, связанные с расшифровкой его генома, определяют переход современной медицины на молекулярный (геномный) уровень, способствуя тому, что проблемы классической медицины: диагностика, профилактика и лечение решаются на уровне нуклеиновых кислот и продуктов их экспрессии – РНК и белков. Диагностика моногенных заболеваний (заболеваний, обусловленных мутациями отдельного гена, проявление таких заболеваний не зависит от внешних факторов, но болезнь может развиться как в течение первых дней жизни, так и через несколько лет) помогает установить точный диагноз/носительство, позволяя оценить риски передачи наследственных заболеваний от родителей к ребенку. В то время как профилактическим направлением молекулярной медицины стала предиктивная (предсказательная) медицина, основной особенностью которой является индивидуальный подход к каждому пациенту, поскольку геном каждого человека индивидуален, а также профилактическая направленность, которая позволяет выявить заболевание, заложенное в генах, задолго до его проявления, позволяя предупредить болезнь. Данное направление применяется к мультифакториальным заболеваниям – то есть к таким, которые возникают при неблагоприятном сочетании генетических факторов (генетической предрасположенности) и неблагоприятного влияния внешней среды - вредных привычек, образа жизни, профессиональной деятельности и т.д. Полученные знания о геноме помогут человеку оставаться молодым, здоровым и сохранять хорошую физическую форму долгие годы. Методологическую основу предиктивной медицины составляют представления о генетическом полиморфизме, генах «предрасположенности».

В человеческом организме около 30 тыс. генов. Гены в строго определенной последовательности расположены в хромосомах — гораздо более крупных образованиях, имеющихся в ядре каждой клетки (Рис. 1) и видимых под микроскопом. Хромосомный набор человека состоит из 46 хромосом (23 пары, в каждой паре одна получена от отца, другая — от матери). Одна из хромосомных пар определяет пол (эти хромосомы и называют половыми): у женщин имеется две хромосомы "Х", у мужчин — "Х" и "Y".

По числу хромосом и генов, по местоположению генов в хромосомах люди одинаковы (если речь не идет о хромосомных болезнях), но различные варианты одних и тех же генов и их сочетаний чрезвычайно разнообразны, отсюда генетическое разнообразие людей — от индивидуального до расового.

Уже сегодня расшифрованы все гены человека, и часть из них ученые научились использовать для «превентивной диагностики». Чтобы понимать, для чего необходима превентивная (то есть упреждающая) диагностика, надо понимать, что большинство болезней развиваются на почве «наследственной предрасположенности». Существуют некоторые заболевания, развитие которых на 100% предопределено наследственностью – они называются моногенными (то есть обусловленными одним единственным геном) и их не так уж много. В качестве примера можно привести гемофилию, фенилкетонурию, муковисцидоз. Большинство же болезней передаются по наследству в виде предрасположенности – то есть определенных особенностей обмена веществ, строения тела, силы иммунного ответа. Эти заболевания называются полигенными или мультифакториальными (то есть на их развитие влияют сразу несколько генов). К ним относятся большинство злокачественных опухолей, сахарный диабет 2 типа, системный атеросклероз и его осложнения – инфаркты, инсульты, гангрены; сердечная недостаточность; тромбозы и тромбоэмболии; остеопороз и связанные с ним переломы, и многие другие заболевания. Эти заболевания проявляются только при воздействии определенных условий внешней среды, поведения человека, набора привычек. То есть болезнь не передается по наследству со 100-процентной неотвратимостью, и при грамотном подходе ее развитие можно предотвратить.

Но для того, чтобы понимать, какие индивидуальные превентивные (то есть предупреждающие развитие болезни) программы помогут именно Вам, необходимо исследовать индивидуальные генетические особенности. Эти особенности можно исследовать при помощи методов предиктивной медицины, которые позволяют анализировать самые незначительные, так называемые полиморфные изменения, тот самый важнейший механизм, объясняющий нашу генетическую непохожесть. Таким образом, персонализированные исследования методами предиктивной медицины (поиск генетических полиморфизмов) могут выявить, почему каждый из нас по-своему переносит болезни, реагирует на стресс, лекарства, продукты питания. В настоящее время это самый мощный инструмент, который позволяет предупредить болезнь.

Генетический полиморфизм

Предиктивную медицину уместно рассматривать как первый и наиболее ранний этап активного воздействия человека на свой организм с целью своевременной коррекции потенциально возможной патологии или патологического процесса. Концептуальную основу предиктивной медицины составляют представления о генетическом полиморфизме.

ДНК выявляется более чем у 1 % людей в популяции и не приводит к развитию заболевания, это называется полиморфизмом, если же менее 1 % или с высокой вероятностью приводит к болезни — мутацией.



Рисунок 2. Пример генетического полиморфизма.

Полиморфными принято называть гены, которые представлены в популяции несколькими разновидностями - аллелями, что обусловливает разнообразие признаков внутри вида. Большинство известных полиморфизмов выражаются либо в заменах одного нуклеотида, либо в изменении числа повторяющихся фрагментов ДНК. Генетические полиморфизмы могут быть полезными, нейтральными, однако значительно чаще они приводят к появлению белковых продуктов с несколько измененными физико-химическими свойствами и параметрами функциональной активности. При этом функциональный спектр таких белков может сильно меняться от практически нейтрального эффекта генетического полиморфизма до полного нарушения функции соответствующего белкового продукта. Следует заметить, что отличие между полиморфизмом и мутацией довольно условно: когда один из вариантов нуклеотидных последовательностей участка ДНК выявляется более чем у 1 % людей в популяции и не приводит к развитию заболевания, это называется полиморфизмом, если же менее 1 % или с высокой вероятностью приводит к болезни — мутацией.

Масштабы полиморфизма ДНК таковы, что между последовательностями ДНК двух людей, если только они не однояйцевые близнецы, существуют миллионы различий.

Пренатальная диагностика моногенных заболеваний

Хотя лишь немногие болезни полностью обусловлены мутацией одного гена, концепция моногенных болезней по-прежнему важна. Для таких болезней обычно характерен один из трех типов наследования: аутосомно-доминантный, аутосомно-рецессивный или Х-сцепленный. Общая распространенность моногенных болезней составляет 10 на 1000 новорожденных. Одна и та же моногенная болезнь может быть обусловлена разными мутациями в одном гене. Например, в гене муковисцидоза описано свыше 1700 вызывающих болезнь мутаций.

Генодиагностика применяется для выбора лечения и медико-генетического консультирования при многих моногенных болезнях, таких как нейрофиброматоз, синдром Марфана, семейная гиперхолестеринемия, поликистоз почек, муковисцидоз, гемоглобинопатии и других. При этих заболеваниях генодиагностика позволяет поставить или подтвердить диагноз даже в отсутствие симптомов, выявить заболевание у родственников больного, иногда предсказать тяжесть заболевания. На основе результатов генодиагностики проводят медико-генетическое консультирование.

Существует несколько типов генетического тестирования:

Превентивное генетическое тестирование мультифакториальных заболеваний

В отличие от моногенных заболеваний, мультифакториальные заболевания обусловлены взаимодействием большого числа генов и внешних факторов. При мультифакториальных заболеваниях наследуются не сами заболевания, а только предрасположенность к ним, и только при сочетании полиморфных генов с неблагоприятными внешними факторами (лекарства, продукты питания, вредные привычки, загрязнения окружающей среды) возможно проявление заболевания. Такие гены, аллельные варианты которых при наличии определенных условий предрасполагают к определенным заболеваниям, и получили название генов предрасположенности. Сочетания аллельных вариантов различных генов, вовлеченных в развитие каждой конкретной патологии, получили название «генных сетей». Идентификация всех генов человека, открытие новых генных сетей неизмеримо увеличивают возможности генетического тестирования наследственной предрасположенности и значение медико-генетического консультирования.

Генетическое тестирование наследственной предрасположенности уже достаточно широко практикуется во многих частных лабораториях и диагностических центрах мира.

В лабораториях проведены исследования ассоциации множества генов-кандидатов с рядом болезней, таких как ишемическая болезнь сердца, сахарный диабет, гипертоническая болезнь, различные виды опухолей и некоторые другие. Генетическое тестирование в досимптоматический период дает возможность выявить существующие пока только в геноме наследственные тенденции к развитию будущих болезней и, исходя из современного врачебного опыта, наметить пути их ранней профилактики. Внедрение результатов этих исследований в клиническую практику позволит получить пациенту информацию о возможном риске развития у него указанных заболеваний, а врач, принимая во внимание результаты молекулярно-генетического анализа, - разработать тактику упреждающей терапии предполагаемого заболевания, что позволит снизить заболеваемость, инвалидность и смертность населения. По данным английских ученых, ослабление неблагоприятного эффекта функционально неполноценных аллелей генов предрасположенности с помощью диеты, коррекции образа жизни, лекарственных и пищевых добавок позволяет человеку “выиграть” 14 лет активной полноценной жизни. По данным Института Медицины США, превентивное генетическое тестирование в США помогает предотвратить возникновение более 2 млн побочных реакций на медикаменты, 3 млн врачебных ошибок, 2.2 млн хирургических вмешательств, 200 тысяч сердечных приступов и 100 тысяч летальных исходов в год.

Приведенные выше факты свидетельствуют о большом медицинском и социальном значении тестирования аллелей "генов предрасположенности" и генов наследственных заболеваний. При достаточно высоком уровне медицинского обслуживания выявление лиц с наследственной предрасположенностью к той или иной патологии чрезвычайно важно для профилактики, лечения и прогноза течения заболеваний.

Среди них наиболее известных генов предрасположенности – гены предрасположенности к раку легких (CYP1A1, GSTP1, GSTM1, GSTT1), ишемической болезни сердца (NOS3), нарушению метаболизма фолиевой кислоты (MTHFR), инфаркту миокарда, гипертонии (АСЕ, AGT), болезни Альцгеймера (АPOЕ), тромбозу (F2, F5), воспалению (IL6, IL10), неприживаемости зубных имплантов (TNF, IL1A), мужского бесплодия (AZF, CFTR, SRY), гестоза (F5, FGB, APOE, MTHFR), истощения яичников (INHA, FSHR, ESR1) и др. Установлено, что у курильщков с мутациями в генах GSTM1 и GSTT1 риск заболеть раком легких примерно в 3 раза выше по сравнению с курильщиками без этих мутаций. Еще выше (почти в 20 раз) риск рака молочной железы у курящих женщин с мутациями в генах GSTM1 и NAT2. Тестирование генов метаболизма лекарств позволяет не только идентифицировать индивидуумов с "быстрым" и "медленным" типами метаболизма лекарственных препаратов, но и определять индивидуальную чувствительность к ним. Более того, именно таким образом можно подобрать индивидуальную дозировку различных лекарств и таким путем приблизиться к идеальной схеме индивидуального лечения, то есть к решению основной задачи фармакогенетики.

Гены человека остаются неизменными в течение всей жизни.  Достаточно однократного проведения диагностики, чтобы стало ясно, какие основные заболевания нашего времени угрожают вам, а какие нет. Генетическое тестирование в любом возрасте, задолго до начала самого заболевания, позволяет не только выявить уникальные особенности генотипа каждого человека, его генетическую индивидуальность, но и заранее начать профилактические мероприятия, предупреждающие развитие болезни. Своевременная коррекция питания, профориентации и пр. позволили бы избежать многих катастроф, способствовали профилактике многих недугов, обеспечили творческое долголетие.

Врач-генетик МЦ "ИГР" Надежда Казачкова. 

Список использованной литературы

  1. Баранов В.С., Асеев М.В., Баранова Е.В. Гены предрасположенности и генетический паспорт. Природа.1999. №3. 17-27
  2. Баранова Е.В. Код ДНК, или Как продлить молодость. Издательство АСТ, М. 2007. 223 с.
  3. Боринская С.А.. Геномика и биотехнология: наука начала третьего тысячелетия. Энергия. 2005, № 10. 28-34.
  4. Бочков Н.П. Клиническая генетика. Издательство: Медицина. 1997. 287 с.
  5. Клаг У., Каммингс М. Основы генетики. Издательство: Техносфера. 2007. 896 с.
  6. Тюняев А.А. Синдром гомеологическо-хромосомного иммунодефицита (СГХИД). Преамбула. Апрель – август 2008 года.
  7. Сингер М., Берг П. Гены и геномы. В 2-х томах. Издательство: Мир. 1998. 764 с.
  8. Gibson G. & Muse S. V. A Primer of Genome Science. 2005. 350 pp.
  9. Motulsky A. If I had a gene test; What would I have and who would I tell? Lancet.1999. № 1.35-37.
  10. Nebert D.W., Carvan M.J. Ecogenetics: from Biology to Health. Toxicol.Industr.Health.1997.V.13.163-192.
  11. Schmutz J., Wheeler J. et al. Quality assessment of the human genome sequence. Nature. 2008. 453, 56-64.
  12. Venter J.C. et al. The sequence of the human genome. Science. 2001, 291, 1304-1351.