ДНК-анализ: о чем способна рассказать ваша генетическая карта?

Еще 50 лет назад идея изучения генотипа человека в ходе лабораторной диагностики казалась ученым фантастикой. Они знали, что наследственная информация заключена в молекуле дезоксирибонуклеиновой кислоты, или проще — ДНК. Молекула содержится в клетках нашего тела, однако процесс расшифровки этих данных виделся безгранично сложным, долгим и крайне дорогостоящим. Сегодня ДНК-анализ доступен каждому пациенту. Разберемся, что можно узнать по этому исследованию, где делают анализ ДНК и сколько он стоит.

Чтобы понять, что такое ДНК, лучше представлять себе не химическое соединение, а компьютерную программу, написанную на особом языке программирования. В этом языке всего четыре буквы: «А», «Ц», «Г» и «Т». Они соответствуют первым буквам названий участков молекулы. Последовательностью этих четырех букв закодированы все существующие гены, благодаря которым в организме человека синтезируются белки. Другими словами, в ДНК записано, когда, сколько и каких белков будет произведено в нашем теле — с эмбрионального периода до самой смерти. Это определяет не только цвет глаз и черты лица, но и характер, и предрасположенность к некоторым заболеваниям. ДНК позволяет определить, какие генетические неполадки есть в организме человека и какова вероятность, что однажды они дадут о себе знать. Такой анализ может даже сообщить, как наше тело будет реагировать на определенные лекарства.

Узнав структуру ДНК, ученые задумались над возможностью расшифровки содержащейся в ней информации. Были предложены сразу несколько методик, позволяющих выделять, копировать и читать «кусочки» молекулы, записывая содержащийся в ней генетический код.

В 2003 году исследователи смогли расшифровать абсолютно все молекулы ДНК, содержащиеся в 23 парах хромосом человека ^{[2] Геном человека. URL: https://poisk-ru.ru/} . Так ученые получили информацию о месте расположения всех генов, определяющих наше развитие, — нарисовали генетическую карту человека.

В настоящее время использование ДНК-анализа в медицине только набирает обороты: врачи и пациенты постепенно приходят к осознанию того, какие возможности открывает полученная в ходе такой диагностики информация. В некоторых странах поиск генов, обуславливающих наследственную предрасположенность к раку, уже стал привычной практикой. В России такие анализы не проводятся повсеместно. Хотя многие крупные частные лаборатории дают возможность «заглянуть в свои гены» уже сейчас.

Факты о ДНК

У человека 23 пары хромосом в ядре клетки. 22 из них несут информацию о признаках внешности, физиологии и психике, последняя пара определяет половую принадлежность.

Ребенок наследует 50% набора генов матери и столько же — отца.

Митохондриальную ДНК, которая несет 0,2% наследственной информации, ребенок, независимо от пола, наследует только от матери.

Кому может потребоваться анализ ДНК? Семье, планирующей ребенка; беременной женщине; потенциальному отцу; человеку, который следит за своим здоровьем. С помощью генетического анализа можно определить:

• наследственную предрасположенность к конкретным патологиям, которые уже встречались в семье (например, раку или неврологическим расстройствам);
• общий «генетический анамнез» человека, который желает знать наверняка, какие заболевания могут возникнуть у него в будущем;
• причину неясных симптомов в отсутствии возможности поставить диагноз иным путем (это особенно актуально для детей с редкой генетической патологией);
• индивидуальную непереносимость определенных лекарственных препаратов;
• степень генетического родства с предполагаемыми членами семьи;
• вероятность осложнений во время беременности — риск рождения ребенка с генетической патологией;
• генетический статус эмбриона до пересадки в полость матки в цикле экстракорпорального оплодотворения — ЭКО;
• вероятность рождения у будущей пары ребенка с генными заболеваниями;
• склонность к алкоголизму или наркомании (на основании выявления генов, ответственных за синтез ферментов, способных расщеплять алкоголь и другие соединения);
• риски, возникающие при наличии серьезных физических нагрузок (важно для профессиональных спортсменов);
• возможные причины бесплодия и т. д.

Анализ ДНК используется не только в медицине, но и в криминалистике, и в юриспруденции. Бывают случаи, когда генетическое исследование становится единственным шансом наказать виновника серьезного преступления.

Как делают анализ ДНК

Состав молекулы ДНК одинаков абсолютно во всех клетках нашего тела, кроме сперматозоидов и яйцеклеток. Поэтому материалом для анализа могут быть самые разные частицы: буккальный эпителий (мазок с внутренней поверхности щеки), кровь, слюна, ногти, волосяные луковицы, ушная сера, отделяемое из носа, плодный материал после аборта или выкидыша и т. д. При правильной технологии проведения исследования реально получить верный результат. Важно, чтобы биоматериал поступил в лабораторию в достаточном количестве и были соблюдены все условия его упаковки и транспортировки.

Анализ ДНК состоит из нескольких этапов и требует использования высокотехнологичного оборудования и особых реактивов. По этой причине такую услугу редко предлагают маленькие лаборатории и частные медицинские центры в небольших населенных пунктах. Но генетический биоматериал, требующий анализа, можно отправить в крупную лабораторию в бумажном конверте по почте. Это могут быть использованные ватные палочки, волосяные фолликулы, кусочки ногтей, салфетка или высушенная жевательная резинка со следами слюны. Юридической силы результаты такой диагностики иметь не будут, однако при соблюдении всех технологий анализ покажет точный результат.

ДНК-анализ остается технологически сложной процедурой, ведь речь идет об исследовании микроскопических структур, состоящих из миллионов «букв», последовательность которых следует установить. Это называется секвенированием ДНК.

Чтобы «прочитать» молекулу, ее нужно выделить, затем многократно скопировать, а после — «нарезать» на небольшие кусочки, удобные для анализа. Азотистые основания, составляющие «алфавит» генетического кода, окрашивают особым флуоресцентным красителем, что позволяет распознать их при просвечивании лазером.

Некоторые современные методы секвенирования ДНК напоминают компьютерную томографию, в ходе которой одна-единственная нить ДНК проходит через нанопору, а компьютер фиксирует изменения ионного тока в единицу времени, что позволяет распознать каждую «букву» генетического кода.

Усовершенствование дает возможность ускорить и удешевить процесс анализа. Это достигается за счет одномоментного «чтения» сразу нескольких участков ДНК, разработки нового программного обеспечения и усложнения конструкции приборов, предназначенных для автоматического секвенирования, — секвенаторов.

Какие бывают анализы ДНК и что они показывают?

Наиболее востребованы несколько видов исследований:

• анализы ДНК при планировании зачатия и во время беременности;
• анализ ДНК на установление родства;
• генетические анализы на предрасположенность к тяжелым заболеваниям.

Рассмотрим их подробнее.

Анализы ДНК при планировании и во время беременности

По данным статистики, с осложнениями во время беременности сталкивается каждая вторая женщина. С пороками развития или наследственными заболеваниями рождаются 3–7% детей ^{[3] Кизатова С. Т. Заболеваемость и факторы риска врожденных пороков развития у новорожденных детей. 2012. URL:} . Как правило, больные малыши рождаются у людей, являющихся носителями определенных мутаций в генах. Причем в большинстве случаев сами родители не имеют проблем со здоровьем. ДНК-анализ позволяет заранее оценить риск рождения больного ребенка, а также выявить причины проблем с зачатием и вероятность развития патологий у плода во время беременности.

К числу анализов, связанных с планированием беременности и вынашиванием малыша, относятся:

Carrier screening

Такой тест на носительство наследственных заболеваний родителей можно сдать на этапе планирования беременности. Дело в том, что многие люди являются носителями того или иного генетического заболевания. Внешне это никак не проявляется. Если у обоих родителей имеются мутации в одном и том же гене, вероятность рождения у них больного ребенка составляет 25% ^{[4] Ревазян К. З., Мешков А. Н., Ершова А. И., Сивакова О. В., Глечян А. М., Драпкина О. М. Генетический скрининг на гетерозиготное носительство мутаций, вызывающих развитие моногенных рецессивных заболеваний. Профилактическая медицина. 2020.} . Между тем частота носительства так называемых аутосомно-рецессивных заболеваний очень высока — 1:20–60 человек. Одними из самых распространенных аутосомно-рецессивных заболеваний являются муковисцидоз, при котором поражаются органы дыхания, пищеварения и половая система, а также спинально-мышечная атрофия, или СМА, — для нее характерны тяжелые нейродегенеративные процессы. Carrier screening позволяет предотвратить рождение ребенка с наследственным заболеванием. Более того, современные технологии дают возможность носителям «поломанного» гена запланировать и родить здорового малыша.

Особенно актуален такой ДНК-тест для тех, кто состоит в близкородственном браке. В группе риска также люди, у которых имеются родственники с генетическим заболеванием.

Стоимость скрининга на носительство наследственных заболеваний составляет от 30 000 до 40 000 рублей. Он может включать в себя ДНК-анализ на выявление разных патологий.

Полное секвенирование экзома

Еще один тест, который может быть рекомендован на этапе планирования беременности. Комплексное тестирование позволяет определить мутации всех известных генов, которые являются причинами наследственных заболеваний. В ходе исследования генетики изучают экзом — часть генома, которая отвечает за синтез белка в организме. Хотя суммарная протяженность экзома не превышает 1% генома, львиная доля мутаций локализована именно в нем ^{[5] Суспицын Е. Н., Тюрин В. И., Имянитов Е. Н., Соколенко А. П. Полноэкзомное секвенирование: принципы и диагностические возможности. Педиатр. Том 7. 2016. URL: https://cyberleninka.ru/} . 85% генетических заболеваний связаны с мутациями в экзоме.

Полноэкзомное секвенирование проводят с использованием NGS — технологии секвенирования нового поколения. На сегодня она считается самым точным анализом наследственной информации и дает возможность составить полную картину генома человека.

Подобное исследование обычно проводят по рекомендации генетика. При планировании ребенка полноэкзомное секвенирование позволяет выяснить, не являются ли его потенциальные родители носителями моногенных заболеваний.

Для анализа берут венозную кровь. Исследование занимает довольно длительное время — порядка 70–90 дней. Стоимость анализа составляет 40 000–77 000 рублей.

ПГТ эмбриона

Преимплантационное генетическое тестирование эмбриона, или ПГТ, проводят во время процедуры экстракорпорального оплодотворения. Исследование эмбриона может быть рекомендовано врачом-генетиком парам, которые делают ЭКО — это увеличивает шансы родить генетически здорового ребенка. ПГТ проводят на клетках оболочки эмбриона перед тем, как он будет перенесен в матку в рамках протокола ЭКО. Тестирование позволяет выявить самые качественные и здоровые зародыши. Если анализ не выявит отклонений, эмбрион может быть подсажен женщине — у нее даже при наличии одинаковой с мужем мутации должен родиться ребенок без наследственного заболевания. Как для будущего ребенка, так и для женщины эта процедура безопасна.

В лабораториях можно пройти ПГТ нескольких типов:

1. ПГТ-А позволяет выявить неправильное количество хромосом. Больше половины случаев выкидыша на раннем сроке беременности вызваны наличием хромосомных аномалий у зародыша ^{[6] Goddijn M., Leschot N. J. Genetic aspects of miscarriage. Bailli&egrave re s Best Practice and Research in Clinical Obstetrics and Gynaecology 14(5). 2020. URL: https://www.researchgate.net/} . Исследование дает возможность проверить все 23 пары хромосом у эмбриона. Прохождение исследования этого типа снижает риск неудачного завершения ЭКО-протокола, поскольку позволяет женщине быстрее забеременеть за счет переноса здорового зародыша.
2. ПГТ-М предполагает проведение диагностики на определенную генетическую патологию. Это бывает необходимо, если в семье рождаются дети с тем или иным заболеванием, или в анамнезе есть родственники с конкретной генетической патологией.

Репродуктологи советуют сделать ПГТ:

• парам, которые поздно решили завести ребенка;
• женщинам, у которых были неудачные попытки ЭКО или выкидыши;
• при мужском бесплодии ^{[7] Логинова Ю. А., Чиряева О. Г. Современные возможности преимплантационной генетической диагностики. Журнал акушерства и женских болезней. № 3. 2012. URL: https://cyberleninka.ru/} .

Стоимость ПГТ варьируется от 23 000 до 30 000 рублей.

Неинвазивный пренатальный тест

В отличие от ПГТ, неинвазивный пренатальный тест, или НИПТ, делается уже во время беременности. То есть можно проверить плод на генетические отклонения не в рамках протокола ЭКО, а при естественном зачатии. При этом не нужно делать биопсию или совершать опасные для малыша манипуляции — исследование проводится по венозной крови будущей мамы. На то он и неинвазивный тест. По сути, это аналог стандартного биохимического скрининга, который делают всем беременным женщинам ^{[8] Калашникова Е. А. и соавт. Современное значение неинвазивного пренатального исследования внеклеточной ДНК плода в крови матери и перспективы его применения в системе массового скрининга беременных в Российской Федерации. Журнал акушерства и женских болезней. 2021. URL: https://rahr.ru/} . Однако НИПТ — это генетический анализ, где исследуется ДНК плода, что дает высокую точность, в то время как в рамках биохимического скрининга проверяют определенные маркеры в крови женщины, которые могут указывать на возможность развития патологии у ребенка косвенно. Согласно клиническим рекомендациям, пациентке может быть предложено дополнительно пройти НИПТ, если I скрининг выявил отклонения в развитии плода. Тест позволяет исключить анеуплоидию плода ^{[9] Нормальная беременность. Клинические рекомендации. 2020. URL: https://minzdrav.samregion.ru/} .

В крови беременной женщины содержится ДНК плода — ее можно выделить в условиях лаборатории. Тестирование проводят на раннем сроке — он информативен с 10-й недели беременности. Исследование применяют уже более 10 лет, оно позволяет с высокой достоверностью проводить диагностику всех хромосом и 100 моногенных болезней, в том числе самых распространенных: синдромов Дауна, Эдвардса, Патау.

Цена неинвазивного пренатального теста — 16 500–45 000 рублей.

Генетический анализ плода при выкидыше

Выкидыш — самое частое осложнение беременности. Обычно он происходит в I триместре. Самопроизвольным прерыванием в этот период заканчивается одна из 6–10 беременностей ^{[11] Гузов И. И., Печёрина Е. Ю., Захарова О. М., Тимофеева О. В., Панасенко С. Г. Кариотипирование после замершей беременности. Кариотип плода. Трисомии, триплоидии и другие хромосомные аномалии как причина выкидыша.} . В 70% случаев причиной выкидыша становится наличие у плода хромосомных аномалий ^{[12] Волков А. Н. и соавт. Цитогенетическая диагностика хромосомных аномалий при неразвивающейся беременности. Клиническая лабораторная диагностика. 62(9). 2017. URL: https://cyberleninka.ru/} . Генетический анализ плода позволяет понять, что пошло не так, почему организм женщины отторг эмбрион, имеются ли у зародыша и родителей хромосомные аномалии. А еще исследование дает возможность ответить на вопрос: что нужно сделать, чтобы снизить риск выкидыша и родить здорового ребенка.

Средняя стоимость генетического анализа плода при выкидыше — 20 000 рублей.

Анализы ДНК на установление родства

Одно из самых популярных ДНК-исследований — анализ на установление отцовства. Он может понадобиться, если мужчина не уверен в своем отцовстве, мать ребенка претендует на наследство неофициального супруга или на алименты при разводе, родственники считают, что ребенок не похож на папу. Сравнение генетического кода ребенка и его потенциального отца в лабораторных условиях позволяет получить ответ практически со 100%-ной точностью ^{[13] Попов В. В. Индентификация личности молекулярно-генетическими методами. Юристъ-Правоведъ. 2018. URL: https://cyberleninka.ru/} . Чтобы избежать погрешностей, к анализу на установление родства рекомендуют привлечь нескольких близких родственников.

Также исследование на родство дает возможность подтвердить или опровергнуть родственные связи между потенциальными братьями и сестрами, родителями и детьми, бабушками-дедушками и внуками. Основной биоматериал для такого анализа — эпителий с внутренней стороны щеки. Собрать его можно даже в домашних условиях. Материалом могут служить также волосы с фолликулом или ногти. Если родственник умер, наличие родства можно установить по костной ткани и зубам.

При тестировании генетики сравнивают одинаковые участки ДНК разных людей по аутосомам, находя совпадения. Исследование может проводиться и по X-хромосоме, которая передается по женской линии, и по Y-хромосоме — в зависимости от степени родства.

Подобные ДНК-тесты нередко назначаются в судебном порядке при решении имущественных споров. Сделать анализ на родство можно за 7000–25 000 рублей. Если необходимо добавить дополнительного участника исследования, сумма возрастает.

Анализы ДНК на генетические предрасположенности и риски заболеваний

Суммарная частота наследственных заболеваний достигает 1,5%. Из них на долю хромосомных болезней приходится 0,5%, на долю моногенных — до 1%. Большинство наиболее распространенных заболеваний относятся к мультифакториальным ^{[14] Горбунова В. Н. Медицинская генетика. URL: http://gpma.ru/} . Исследование ДНК позволяет выявлять все эти виды болезней.

Наследственные болезни

Хромосомные болезни — обусловлены нарушением числа или структуры хромосом (синдром Дауна, синдром Патау, синдром Эдвардса).

Моногенные болезни — вызваны повреждением/мутацией одного гена.

Мультифакториальные заболевания — болезни с наследственной предрасположенностью.

Выявить генетическую составляющую и спрогнозировать развитие заболеваний — задача медицинской генетики ^{[15] Горбунова В. Н. Медицинская генетика. URL: http://gpma.ru/} . Исследования выполняются методом секвенирования. Это общее название методов, которые позволяют установить последовательность нуклеиновых кислот в молекуле ДНК ^{[16] Николенко С. Геномика: постановка задачи и методы секвенирования. 2013. URL:} .

В частности, можно провести уже упомянутое нами экзомное секвенирование. При полном секвенировании экзома исследуются кодирующие области генома — последовательность из 20 000 генов. При этом можно выявить даже редкие генетические заболевания — в общей сложности около 5000 болезней. Полноэкзомное секвенирование дает возможность найти причину болезни даже в тех случаях, когда другие исследования ничего не показали. С его помощью можно установить точный диагноз и понять, каковы риски появления осложнений и как будет развиваться болезнь в дальнейшем. На основе этих данных генетик может выработать схему терапии, чтобы не допустить ухудшения ситуации.

Секвенирование по Сэнгеру

Этот метод используется уже несколько десятков лет. Метод Сэнгера, или метод обрыва цепи, основан на клонировании участка ДНК. Такое исследование проводят в том случае, если во время полного секвенирования экзома или исследования отдельных генов были выявлены патологии.

Секвенирование по Сэнгеру позволяет подтвердить или опровергнуть первоначальные данные о мутации в конкретном гене. Кроме того, с помощью этого метода возможно установить носительство того или иного наследственного заболевания. Главным плюсом исследования является высокая достоверность полученных данных ^{[17] 12 методов в картинках: секвенирование нуклеиновых кислот. 2017. URL: https://biomolecula.ru/} .

Анализ проводится довольно долго — генетикам может потребоваться целый месяц для получения результатов. Стоимость исследования методом секвенирования по Сэнгеру в зависимости от количества мутаций, на которые нужно проверить материал, варьируется от 22 000 до 40 000 рублей.

Как правило, цена ДНК-анализа пропорциональна объему исследования: чем больше информации требуется получить, тем больший объем ДНК предстоит «прочитать» специалистам, сопоставив полученные данные с имеющимися сведениями о функциях обнаруженных генов. Сумма обуславливается используемым для анализа методом, видом биоматериала, срочностью диагностики, ценовой политикой лаборатории и многими другими параметрами.

Где можно сделать анализ ДНК?

Тесты ДНК делают в генетической лаборатории. Выбирая медицинский центр для проведения исследования, можно пойти двумя путями:

1. Обратиться в клинику — партнер лаборатории. В ней обычно нет оборудования для исследования: в клинике осуществляется лишь забор материала и его отправка в лабораторию. Это удобный вариант: достаточно выбрать медицинский центр, прийти и сдать материал. Результаты, как правило, приходят на электронную почту — второй раз тратить время на поездку в клинику не придется. Единственным минусом такого варианта является цена анализа: ДНК-исследования и так стоят недешево, а клиника еще и добавит к этой сумме свою комиссию.
2. Связаться с самой лабораторией, заказать в ней набор для сбора биоматериала с инструкцией и собрать его самостоятельно. Обычно это мазок с внутренней стороны щеки. Это более выгодно по цене, поскольку предусматривает оплату напрямую производителю услуги. Однако у такого варианта есть и минусы. Во-первых, он предусматривает только анонимный формат исследования, для судебной и досудебной экспертизы необходимо явиться в медцентр. Во-вторых, должны соблюдаться условия хранения и доставки биоматериала. В-третьих — нужно будет встречаться с курьером, который отвезет собранные образцы ДНК в лабораторию.

Выбирая медицинское учреждение для сдачи анализа, стоит убедиться в том, что оно примет образцы повторно при поступлении некачественного мазка.

Срок проведения ДНК-анализа составляет в среднем 3–7 дней — в зависимости от того, где проводится тест, какие реактивы потребуются для его проведения и каков объем предполагаемой работы.

Возможности ДНК-анализа выходят за пределы подтверждения уже установленного другими методами диагноза — с его помощью можно узнать о заболеваниях, которые еще никак себя не проявили, но при стечении определенных обстоятельств могут пошатнуть здоровье человека. Благодаря ДНК-анализу будущие родители могут оценить вероятность рождения ребенка с наследственной патологией, а если заболевание уже выявлено у малыша — с первых месяцев его жизни выработать оптимальный план поддерживающей терапии.

*** Материал не является публичной офертой. Информация о стоимости указана для ознакомления и актуальна на сентябрь 2022 года.