Зачем семьи идут к генетику? Рассказывает руководитель лаборатории

Генетики — это ученые, которые не только ставят эксперименты на мушках и заставляют кроликов светиться, но еще и помогают реальным людям. Поговорили с Еленой Федоровой — заведующей лабораторией генетики в клинике репродукции «АВА-ПЕТЕР», кандидатом биологических наук, доктором философии (PhD). Елена рассказала, зачем семьи обращаются к генетикам, можно ли предсказать уровень интеллекта и что происходит за закрытой дверью лаборатории.

Зачем клиникам нужен генетик? С кем он работает?

Если мы говорим о клиниках вообще, то к генетику на прием попадают с подозрением на генетические нарушения. Его задача — назначить анализы, которые позволят выяснить, так ли это, а затем интерпретировать результаты и дать прогноз.

В клиниках репродукции консультация генетика может понадобиться на любом этапе. Приходят как пары, которые только собираются завести ребенка, так и пары с неудавшимся ЭКО, с замершими беременностями или с ребенком с генетическими нарушениями. К генетику идут, чтобы он определил причины неудач, объяснил результаты анализов и помог выбрать дальнейшую тактику.

Если семья планирует ребенка, в каких случаях им нужно к генетику?

В принципе, любой паре можно рекомендовать пройти консультацию, чтобы определить, нет ли повышенного риска рождения ребенка с генетическим заболеванием.

Генетик соберет анамнез, построит родословную — большую схему, на которой показаны все известные родственники, их браки и их дети с указанием пола и данными о здоровье. Скажем, если по непонятной причине уже в трех поколениях по бабушкиной линии рождаются или выживают только девочки, стоит подумать про возможное носительство Х-сцепленного заболевания. Аналогично, если у кого-то в семье дальтонизм, можно выяснить, от кого это пошло и какие риски у данной пары. Родословная позволяет понять, есть ли вообще основания подозревать наследственное заболевание, и если есть, то что проверить в первую очередь. После родословной, если необходимо, назначают уточняющие анализы.

Абсолютно всем можно рекомендовать преконцепционное тестирование. Это анализ, который выясняет, является ли один или оба партнера носителями «поврежденных» генов самых частых заболеваний: муковисцидоз, спинальная мышечная атрофия и другие. Дело в том, что носитель такого «поврежденного» гена (мутантного аллеля) обычно об этом не знает, потому что это никак не проявляется. Однако если встречаются два носителя, то с вероятностью 25% может родиться больной ребенок. Проще и менее затратно заранее пройти тестирование и, если нужно, провести диагностику эмбрионов, чтобы избежать рождения ребенка с тяжелым и неизлечимым заболеванием.

Посещение генетика необходимо, если один или оба партнера — носители структурной хромосомной перестройки или установленного моногенного заболевания (из-за одного конкретного гена. — Прим. ред.). Также если в семье были случаи беременности или рождения детей с генетическими заболеваниями, либо если при этой или прошлой беременностях были выявлены признаки генетической патологии. И по направлению врача другой специальности, гинеколога, невролога, дерматолога и других — они не просто так направляют к генетику.

Для пациентов клиник вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ) это особенно актуально, потому что к нам приходят люди, уже имеющие сложности с зачатием или вынашиванием.

Какие методы используют генетики?

Методов и их модификаций большое количество. Использование зависит от того, что именно мы анализируем и какую информацию хотим получить. Но можно выделить основные методы, которые используются в области репродуктивной генетики: кариотипирование, ПЦР, флуоресцентная гибридизация in situ (FISH) и полногеномный анализ.

Кариотипирование — это анализ числа и структуры хромосом. У человека в норме 46 хромосом, две из них половые: ХХ — женский пол, XY — мужской. По форме и размеру хромосомы делятся на несколько групп, а с помощью окраски можно четко различить индивидуальные хромосомы и их строение.

Берем венозную кровь, три дня культивируем лимфоциты _{(иммунные клетки крови. — Прим. ред.)}, затем обрабатываем и получаем метафазные пластинки — распластанные на стекле хромосомы этих клеток. Мы смотрим на них, ищем пластинки хорошего качества, то есть без наложения хромосом друг на друга, потом фотографируем. Специальный софт помогает распределить хромосомы по группам, а анализ проводит сотрудник своими глазами, потому что это требует большого опыта и аккуратности.

Таким методом мы проверяем, нет ли перестроек хромосом — слияния, обмена участками, переворачивания участка, а также смотрим число половых хромосом. Таким же способом можно анализировать клетки ворсин хориона _{(части плаценты. — Прим. ред.)} при пренатальной диагностике или при анализе материала замершей беременности.

В ходе преконцепционного скрининга, о котором мы говорили выше, или при подозрении на конкретное заболевание могут использовать метод ПЦР — полимеразной цепной реакции. Тоже берут кровь из вены, мазок слизистой щеки или просто слюну. Из забранных клеток выделяют ДНК — молекулу наследственной информации — и анализируют только ее фрагмент с нужным геном.

Для этого из всей цепочки ДНК получают копии именно этого маленького участка, затем многократно увеличивают их число, чтобы можно было провести анализ. Дальнейшая работа зависит от того, что мы хотим найти: потерю участка хромосомы, его удвоение, замену нуклеотида («буквы» ДНК) или что-то другое.

Так, а что за метод флуоресцентной гибридизации?

Метод FISH — флуоресцентной гибридизации in situ — применяют для визуализации конкретных участков хромосом. Например, чтобы уточнить точки разрыва при хромосомных перестройках или для подсчета числа копий хромосом.

Для этого используют специальные ДНК-зонды — короткие последовательности, которые специфически связываются с исследуемыми участками хромосом, как две части застежки-молнии. Зонды помечены специальными молекулами — флуорохромами, которые светятся при облучении волнами определенной длины. Участок светится, и таким образом с помощью микроскопа можно увидеть, куда именно присоединился зонд, и получить требуемую информацию.

И последний метод — полногеномный анализ. Это как?

Методы полногеномного анализа — гибридизация на чипах (aCGH) и секвенирование нового поколения (NGS). С их помощью оценивают почти всю ДНК, а не отдельные участки.

В зависимости от цели исследования эти методы могут использоваться с разной «подробностью». Представьте, мы взяли книжку и хотим быстро проверить, та ли она, что нам нужна, и нет ли ошибки в макете. Мы ее быстро пролистываем, проверяем каждую главу в нескольких местах и видим — в целом правильно или неправильно. Вот это анализ эмбрионов на изменение числа хромосом (анеуплоидии) или их участков.

А вот если мы подозреваем, что в определенной главе есть опечатка, или знаем, что наборщик не умеет правильно писать слово «гардероб», мы проверяем именно это подозрительное место с точностью до буквы или с помощью поиска проверяем все слова «гардероб» в тексте. Это аналогия анализа на моногенные заболевания, когда зачастую замена, потеря, вставка одного-двух нуклеотидов, «букв» ДНК, приводит к катастрофическим последствиям.

Бегло пролистать книжку дешевле и быстрее, чем тщательно проверять опасные места. Вот почему анализ на моногенные заболевания стоит гораздо дороже, чем на анеуплоидии.

С помощью этих методов можно подтвердить или опровергнуть предварительный диагноз, определить причину заболевания, проверить предрасположенность к развитию некоторых состояний. В их основе лежат принципы ПЦР и отчасти FISH: из клеток выделяют ДНК, «размножают» ее целиком или отдельные участки. Затем добавляют специальные метки, чтобы отличать образцы, помещают в машину, которая «читает» их с заданной точностью. На выходе получаются данные о том, что и в каком количестве содержится в образце. Дальше сотрудник с помощью софта переводит данные в понятный вид, и получаются результаты — все ли хромосомы с эмбриона в нужном количестве или есть ли мутация, на которую мы проверяем.

Какие заболевания можно диагностировать?

Среди генетических нарушений выделяют: хромосомные — те, что вызваны нарушением числа или структуры хромосом (например, синдром Дауна), моногенные — те, что вызваны нарушением в одном гене (например, муковисцидоз), и мультифакториальные, в которых генетика — один из факторов (например, некоторые виды рака). Соответственно, список болезней очень большой. По данным OMIM, онлайн-базы наследственных заболеваний человека, уже для 6745 фенотипов (проявлений наследственных факторов организма. — Прим. ред.) известна молекулярная причина, из них 5679 — моногенные.

Что происходит после того, как у плода диагностируют нарушение?

Зависит от способа диагностики, срока беременности и конкретного нарушения. Например, если по результатам неинвазивной пренатальной диагностики (НИПТ) выявлен высокий риск любого хромосомного синдрома, обязательно проводят инвазивную диагностику для подтверждения.

Она остается на данный момент единственным способом получить информацию и о наличии моногенного заболевания у плода. При подтверждении хромосомного или моногенного заболевания генетик разъясняет последствия этого нарушения. Решение же о сохранении или прерывании беременности по медицинским показаниям принимают пациенты.

Некоторые лаборатории предлагают по ДНК узнать цвет волос, глаз, ориентацию, склонность к точным наукам и чуть ли не будущую профессию ребенка. Действительно ли такие признаки можно подсмотреть у нерожденного малыша?

Это то, что называется «развлекательной генетикой». Скажем, цвет волос точно предсказать сложно, а склонность к каким-то наукам или уровень интеллектуального развития почти невозможно, они определяются не только генетикой. Более-менее можно ориентироваться на предрасположенность к развитию некоторых заболеваний в течение жизни, но до рождения вряд ли кто это будет анализировать. К тому же надо иметь в виду, что инвазивная пренатальная диагностика — это все же серьезное вмешательство и просто так не делается. Одно дело, когда нужно определить, нет ли у плода хромосомного синдрома, другое дело — гадать, каким вырастет и кем может стать.

В клинической генетике используют методы генной инженерии? Как думаете, когда CRISPR/Cas9 дойдет до клиник и больниц и как может пригодиться?

CRISPR/Cas9 — технология редактирования генома, «генетические ножницы», которые способны разрезать ДНК в точно выбранном месте. За разработку способа их применения Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Дудна получили Нобелевскую премию в октябре 2020 года.

Пока что методы генетической инженерии не применяются в практике клиник ВРТ. В перспективе, конечно, это прекрасный метод избавления от моногенных заболеваний еще на стадии эмбрионов. Этот подход активно разрабатывается, в том числе в России. Тогда вместо того, чтобы тестировать эмбрионы на наличие заболевания и переносить в матку только здоровые, как это делают сейчас, можно будет просто вырезать поврежденную копию гена и вставлять правильную.

Если метод смогут сделать достаточно простым и недорогим, это позволит многим семьям с наследственными заболеваниями иметь здоровых детей (а это и для популяции в целом отлично). К тому же не будет трагических ситуаций, когда из полученных в цикле ЭКО эмбрионов после проведения дорогостоящей диагностики ни один из них не признан годным к переносу. Но это дело будущего, возможно, уже не очень далекого.

Более того, если когда-нибудь в нашем распоряжении будет надежный метод редактирования генома, который будет действовать точечно и специфично, то есть редактировать только то, что запланировано, это откроет широчайшие перспективы для лечения различных состояний, в которых генетика является базовым или одним из компонентов, включая рак, диабет и другие.

Беседовала Ира Шубина