Молекулярна діагностика

Інноваційні методи молекулярної діагностики в медицині

Вступ

Революційні досягнення генетики людини, пов'язані з розшифровкою його генома, визначають перехід сучасної медицини на молекулярний (геномної) рівень, сприяючи тому, що проблеми класичної медицини: діагностика, профілактика та лікування вирішуються на рівні нуклеїнових кислот і продуктів їх експресії - РНК і білків. Діагностика моногенних захворювань (захворювань, обумовлених мутаціями окремого гена, прояв таких захворювань не залежить від зовнішніх чинників, але хвороба може розвинутися як протягом перших днів життя, так і через кілька років) допомагає встановити точний діагноз / носійство, дозволяючи оцінити ризики передачі спадкових захворювань від батьків до дитини. У той час як профілактичним напрямком молекулярної медицини стала предиктивна (предсказательная) медицина, основною особливістю якої є індивідуальний підхід до кожного пацієнта, оскільки геном кожної людини індивідуальний, а також профілактична спрямованість, яка дозволяє виявити захворювання, закладене в генах, задовго до його прояву, дозволяючи попередити хворобу. Даний напрямок застосовується до мультифакторіальних захворювань - тобто до таких, які виникають при несприятливому поєднанні генетичних факторів (генетичної схильності) і несприятливого впливу зовнішнього середовища - шкідливих звичок, способу життя, професійної діяльності і т.д. Отримані знання про геном допоможуть людині залишатися молодим, здоровим і зберігати хорошу фізичну форму довгі роки. Методологічну основу предиктивної медицини складають уявлення про генетичного поліморфізму, генах «схильності».

У людському організмі близько 30 тис. Генів. Гени в строго визначеної послідовності розташовані в хромосомах - набагато більших утвореннях, наявних в ядрі кожної клітини (Рис. 1) і видимих ​​під мікроскопом. Хромосомний набір людини складається з 46 хромосом (23 пари, в кожній парі одна отримана від батька, інша - від матері). Одна з хромосомних пар визначає стать (ці хромосоми і називають статевими): у жінок є дві хромосоми "Х", у чоловіків - "Х" та "Y".

За кількістю хромосом і генів, по місцю розташування генів в хромосомах люди однакові (якщо мова не йде про хромосомних хворобах), але різні варіанти одних і тих же генів і їх поєднань надзвичайно різноманітні, звідси генетичну різноманітність людей - від індивідуального до расового.

Уже сьогодні розшифровані всі гени людини, і частина з них вчені навчилися використовувати для «превентивної діагностики». Щоб розуміти, для чого необхідна превентивна (тобто випереджала) діагностика, треба розуміти, що більшість хвороб розвиваються на грунті «спадкової схильності». Існують деякі захворювання, розвиток яких на 100% зумовлено спадковістю - вони називаються моногенними (тобто зумовленими одним єдиним геном) і їх не так вже й багато. Як приклад можна привести гемофілію, фенілкетонурію, муковісцидоз. Більшість же хвороб передаються у спадок у вигляді схильності - тобто певних особливостей обміну речовин, будови тіла, сили імунної відповіді. Ці захворювання називаються полігенними або мультифакторіальними (тобто на їх розвиток впливають відразу кілька генів). До них відносяться більшість злоякісних пухлин, цукровий діабет 2 типу, системний атеросклероз і його ускладнення - інфаркти, інсульти, гангрени; серцева недостатність; тромбози і тромбоемболії; остеопороз і пов'язані з ним переломи, і багато інших захворювань. Ці захворювання проявляються тільки при впливі певних умов зовнішнього середовища, поведінки людини, набору звичок. Тобто хвороба не передається у спадок з 100-відсотковою невідворотністю, і при грамотному підході її розвиток можна запобігти.

Але для того, щоб розуміти, які індивідуальні превентивні (тобто попереджають розвиток хвороби) програми допоможуть саме Вам, необхідно досліджувати індивідуальні генетичні особливості. Ці особливості можна досліджувати за допомогою методів предиктивної медицини, які дозволяють аналізувати найнезначніші, так звані поліморфні зміни, той самий найважливіший механізм, що пояснює нашу генетичну несхожість. Таким чином, персоналізовані дослідження методами предиктивної медицини (пошук генетичних поліморфізмів) можуть виявити, чому кожен з нас по-своєму переносить хвороби, реагує на стрес, ліки, продукти харчування. В даний час це самий потужний інструмент, який дозволяє попередити хворобу.

Генетичний поліморфізм

Інтелектуальне медицину доречно розглядати як перший і найбільш ранній етап активного впливу людини на свій організм з метою своєчасної корекції потенційно можливої ​​патології або патологічного процесу. Концептуальну основу предиктивної медицини складають уявлення про генетичного поліморфізму.

Поліморфними прийнято називати гени, які представлені в популяції кількома різновидами - алелями, що обумовлює різноманітність ознак всередині виду. Більшість відомих поліморфізмів виражаються або в замінах одного нуклеотиду, або в зміні числа повторюваних фрагментів ДНК. Генетичні поліморфізм можуть бути корисними, нейтральними, проте значно частіше вони призводять до появи білкових продуктів з кілька зміненими фізико-хімічними властивостями і параметрами функціональної активності. При цьому функціональний спектр таких білків може сильно змінюватися від практично нейтрального ефекту генетичного поліморфізму до повного порушення функції відповідного білкового продукту. Слід зауважити, що відмінність між поліморфізмом і мутацією досить умовно: коли один з варіантів нуклеотиднихпослідовностей ділянки ДНК виявляється більш ніж у 1% людей в популяції і не призводить до розвитку захворювання, це називається поліморфізмом, якщо ж менше 1% або з високою ймовірністю призводить до хвороби - мутацією.

Масштаби поліморфізму ДНК такі, що між послідовностями ДНК двох людей, якщо тільки вони не однояйцеві близнюки, існують мільйони відмінностей.

Пренатальна діагностика моногенних захворювань

Хоча лише деякі хвороби повністю обумовлені мутацією одного гена, концепція моногенних хвороб як і раніше важлива. Для таких хвороб зазвичай характерний один з трьох типів успадкування: аутосомно-домінантний, аутосомно-рецесивний або Х-зчеплений. Загальна поширеність моногенних хвороб становить 10 на 1000 новонароджених. Одна і та ж моногенна хвороба може бути обумовлена ​​різними мутаціями в одному гені. Наприклад, в гені муковісцидозу описано понад 1700 викликають хворобу мутацій.

Генодіагностика застосовується для вибору лікування та медико-генетичного консультування при багатьох моногенних хворобах, таких як нейрофіброматоз, синдром Марфана, сімейна гіперхолестеринемія, полікістоз нирок, муковісцидоз, гемоглобінопатії та інших. При цих захворюваннях генодіагностика дозволяє поставити або підтвердити діагноз навіть за відсутності симптомів, виявити захворювання у родичів хворого, іноді передбачити тяжкість захворювання. На основі результатів генодиагностики проводять медико-генетичне консультування.

Існує кілька типів генетичного тестування:

Діагностичне тестування - допомагає поставити або підтвердити діагноз у людини з симптомами.

Прогностичне тестування - відноситься до безсимптомному тестування, коли члену сім'ї був поставлений діагноз і існує необхідність виявлення мутації в сім'ї.

Тестування на носійство - використовується для рецесивних або Х-зчеплених захворювань, коли є випадки захворювання в сімейному анамнезі або високий рівень захворюваності в популяції, допомагає оцінити ризик певних захворювань у майбутнього потомства і спланувати народження здорового потомства.

Пренатальне тестування - тестування плода, про який відомо, що він схильний до високого ризику.

Попередімплантаційна тестування - тестування ембріонів на дуже ранніх термінах, отриманих в результаті екстракорпорального запліднення, альтернатива пренатальному тестування і переривання вагітності.

Скринінг новонароджених - тестування захворювань у новонароджених.

Превентивне генетичне тестування мультифакторіальних захворювань

На відміну від моногенних захворювань, мультифакторіальні захворювання обумовлені взаємодією великої кількості генів і зовнішніх чинників. При мультифакторіальних захворюваннях, успадковуються не самі захворювання, а тільки схильність до них, і тільки при поєднанні поліморфних генів з несприятливими зовнішніми факторами (ліки, продукти харчування, шкідливі звички, забруднення навколишнього середовища) можливо прояв захворювання. Такі гени, алельних варіанти яких при наявності певних умов призводять до певних захворювань, і отримали назву генів схильності. Сполучення алельних варіантів різних генів, залучених в розвиток кожної конкретної патології, одержали назву «генних мереж». Ідентифікація всіх генів людини, відкриття нових генних мереж незмірно збільшують можливості генетичного тестування спадкової схильності і значення медико-генетичного консультування.

Генетичне тестування спадкової схильності вже досить широко практикується в багатьох приватних лабораторіях і діагностичних центрах світу.

У лабораторіях проведені дослідження асоціації безлічі генів-кандидатів з низкою хвороб, таких як ішемічна хвороба серця, цукровий діабет, гіпертонічна хвороба, різні види пухлин і деякі інші. Генетичне тестування в досімптоматіческая період дає можливість виявити існуючі поки тільки в геномі спадкові тенденції до розвитку майбутніх хвороб і, виходячи з сучасного лікарського досвіду, намітити шляхи їх ранньої профілактики. Впровадження результатів цих досліджень в клінічну практику дозволить отримати пацієнтові інформацію про можливий ризик розвитку у нього зазначених захворювань, а лікар, приймаючи до уваги результати молекулярно-генетичного аналізу, - розробити тактику упреждающей терапії передбачуваного захворювання, що дозволить знизити захворюваність, інвалідність і смертність населення. За даними англійських вчених, ослаблення несприятливого ефекту функціонально неповноцінних алелей генів схильності за допомогою дієти, корекції способу життя, лікарських та харчових добавок дозволяє людині "виграти" 14 років активного повноцінного життя. За даними Інституту Медицини США, превентивне генетичне тестування в США допомагає запобігти виникненню більш 2 млн побічних реакцій на медикаменти, 3 млн лікарських помилок, 2.2 млн хірургічних втручань, 200 тисяч серцевих нападів і 100 тисяч смертей на рік.

Наведені вище факти свідчать про великий медичному та соціальному значенні тестування алелей "генів схильності" і генів спадкових захворювань. При досить високому рівні медичного обслуговування виявлення осіб зі спадковою схильністю до тієї чи іншої патології надзвичайно важливо для профілактики, лікування і прогнозу перебігу захворювань.

Серед них найбільш відомих генів схильності - гени схильності до раку легенів (CYP1A1, GSTP1, GSTM1, GSTT1), ішемічної хвороби серця (NOS3), порушення метаболізму фолієвої кислоти (MTHFR), інфаркту міокарда, гіпертонії (АСЕ, AGT), хвороби Альцгеймера ( АPOЕ), тромбозу (F2, F5), запалення (IL6, IL10), неприживаємості зубних імплантів (TNF, IL1A), чоловічого безпліддя (AZF, CFTR, SRY), гестозу (F5, FGB, APOE, MTHFR), виснаження яєчників ( INHA, FSHR, ESR1) і ін. Встановлено, що у курільщков з мутаціями в генах GSTM1 і GSTT1 ризик захворіти на рак легенів приблизно в 3 рази вище в порівнянні з курцями без цих мутацій. Ще вище (майже в 20 разів) ризик раку молочної залози у жінок, що палять з мутаціями в генах GSTM1 і NAT2. Тестування генів метаболізму ліків дозволяє не тільки ідентифікувати індивідуумів з "швидким" і "повільним" типами метаболізму лікарських препаратів, а й визначати індивідуальну чутливість до них. Більш того, саме таким чином можна підібрати індивідуальну дозування різних ліків і таким шляхом наблизитися до ідеальної схемою індивідуального лікування, тобто до вирішення основного завдання фармакогенетики.

Гени людини залишаються незмінними протягом усього життя. Досить однократного проведення діагностики, щоб стало ясно, які основні захворювання нашого часу загрожують вам, а які ні. Генетичне тестування в будь-якому віці, задовго до початку самого захворювання, дозволяє не тільки виявити унікальні особливості генотипу кожної людини, його генетичну індивідуальність, але і заздалегідь почати профілактичні заходи, що попереджають розвиток хвороби. Своєчасна корекція харчування, профорієнтації та ін. Дозволили б уникнути багатьох катастроф, сприяли профілактиці багатьох недуг, забезпечили творче довголіття.

Список використаної літератури

Баранов В.С., Асєєв М.В., Баранова О.В. Гени схильності і генетичний паспорт. Прірода.1999. №3. 17-27

Баранова О.В. Код ДНК, або Як продовжити молодість. Видавництво АСТ, М. 2007. 223 с.

Боринская С.А .. Геномика і біотехнологія: наука почала третього тисячоліття. Енергія. 2005, № 10. 28-34.

Бочков Н.П. Клінічна генетика. Видавництво: Медицина. 1997. 287 с.

Клаг У., Каммінгс М. Основи генетики. Видавництво: Техносфера. 2007. 896 с.

Тюняєв А.А. Синдром гомеологіческо-хромосомного імунодефіциту (СГХІД). Преамбула. Квітень - серпень 2008 року.

Сінгер М., Берг П. Гени і геноми. У 2-х томах. Видавництво: Мир. 1998. 764 с.

Gibson G. & Muse S. V. A Primer of Genome Science. 2005. 350 pp.

Motulsky A. If I had a gene test; What would I have and who would I tell? Lancet.1999. № 1.35-37.

Nebert D.W., Carvan M.J. Ecogenetics: from Biology to Health. Toxicol.Industr.Health.1997.V.13.163-192.

Schmutz J., Wheeler J. et al. Quality assessment of the human genome sequence. Nature. 2008. 453, 56-64.

Venter J.C. et al. The sequence of the human genome. Science. 2001, 291, 1304-1351.