Każda osoba ma tysiące mutacji genetycznych, które w pewnych warunkach mogą powodować poważne choroby, w tym raka. Część złych genów odziedziczyła po rodzicach, podczas gdy inne powstały spontanicznie na etapie formowania się zarodka. A jeśli załamanie genów jest prawie niemożliwe do naprawienia, to teraz realne jest zapobieganie przenoszeniu mutacji na dzieci. RIA Novosti opowiada, jak genetyka medyczna pomaga stworzyć pokolenie zdrowych ludzi.
„W mojej praktyce była jedna duża rodzina z Samary, która cierpiała na dziedziczną neuropatię motoryczno-sensoryczną (HMSN). Ta choroba jest nieprzyjemna, ale nie śmiertelna. Pierwsze objawy pojawiają się w dzieciństwie; w wieku sześćdziesięciu lat pacjent jest już na wózku inwalidzkim. Zidentyfikowanie genu powodującego chorobę zajęło nam około piętnastu lat. Molekularną przyczynę choroby zidentyfikowano w 2015 roku. Przeprowadzono już sześć wczesnych diagnostyki prenatalnej różnych gałęzi tej rodziny. Niestety nie każdy ma dobre rokowanie. W takim przypadku ciąża zostaje przerwana. Ale w rezultacie wszyscy ci ludzie urodzili zdrowe dzieci. Wyobraź sobie, że pięć pokoleń rodziny cierpiało na HMSN, a ich potomkowie nie będą już mieli tej mutacji”- mówi Olga Shchagina, genetyk laboratoryjny.
Kieruje laboratorium molekularnej diagnostyki genetycznej w Medical Genetic Research Center (MGSC). To tutaj, w świętości rosyjskiej genetyki medycznej, dekodowane są genomy Rosjan w celu znalezienia bomby zegarowej w ich DNA. Laboratorium zajmuje dwa piętra Moskiewskiego Państwowego Centrum Naukowego i składa się z kilku izolowanych pomieszczeń. Próbki biologiczne pobrane od pacjenta (najczęściej krew) przejdą przez każdą z nich, zanim lekarz zorientuje się, co kryje się w genach.
Chmura DNA
Najpierw pracownicy laboratorium izolują DNA z jądra komórkowego, dodając do krwi substancje niszczące błonę komórkową. Powstały DNA jest oczyszczany z produktów degradacji przy użyciu alkoholu izopropylowego i etylowego.
„Poczekaj, teraz wszystko zobaczysz”, uśmiecha się Shchagina, delikatnie kołysząc małą probówką z bezbarwnym roztworem alkoholu.
Z płynnych, rytmicznych ruchów w środku probówki tworzy się mała biała chmurka.
Film promocyjny:
„To jest DNA. Jest bezbarwny, ale tak to przez chwilę możemy zobaczyć”- wyjaśnia.
Moje próby sfotografowania spirali nie powiodły się, chmura znika tak szybko, jak się uformowała. Probówka z klarownym płynem i zawartym w niej kwasem trafia do wirówki, która oddzieli biologiczną cząsteczkę od alkoholi.
Spontaniczne zmiany chemiczne w strukturze DNA prowadzą do mutacji / Depositphotos / rob3000.
Mnóż i czytaj
Kilka minut później pracownicy laboratorium wyjmują z wirówki probówki z oczyszczonym DNA i przenoszą je do innego pomieszczenia, gdzie cząsteczka zostanie namnożona, oznaczona i doprowadzona do stanu, w którym będzie można ją odczytać w sekwencerze - maszynie szyfrującej genom.
„Jeśli chcemy odczytać mały fragment genu, wykonujemy sekwencjonowanie Sangera. Nawiasem mówiąc, właśnie w ten sposób w 2003 roku po raz pierwszy odszyfrowano sekwencję ludzkiego DNA. Rozbijamy gen na małe fragmenty, namnażamy je za pomocą reakcji łańcuchowej polimerazy i otrzymujemy bardzo dużą liczbę kopii do badań. Ta metoda działa, gdy wiemy, gdzie szukać. Na przykład wiadomo, że fenyloketonuria jest spowodowana w 95 procentach przypadków przez mutację w genie PAH. Jeśli potrzebujesz odczytać kilka genów na raz lub nawet cały genom, wówczas używane jest sekwencjonowanie nowej generacji”- mówi Shchagina.
Kilka małych szarych urządzeń z wbudowanymi wyświetlaczami w przestronnym pokoju na pierwszym piętrze MGNT to sekwencery najnowszej generacji. Zarządza nimi krucha Olga Mironovich, badaczka z laboratorium diagnostyki DNA Moskiewskiego Państwowego Centrum Naukowego.
„Mieszamy odczynniki z przygotowanymi próbkami DNA, wkładamy je do sekwencera i umieszczamy tam specjalny chip. Odczynniki i DNA są przenoszone do chipa, a wszystko to jest wielokrotnie fotografowane. Oprogramowanie przekształca zarejestrowane obrazy w dane, które można odczytać i zinterpretować”. Mironovich ostrożnie zamyka pokrywę urządzenia i uruchamia sekwencer.
„Ten konkretny DNA zostanie rozszyfrowany za dwadzieścia jeden godzin. Wtedy bioinformatyka zinterpretuje wyniki”- dodaje.
Nauczył się czytać, ale nie zawsze rozumiem
„Analiza egzomu, czyli genów odpowiedzialnych za kodowanie białek, trwa co najmniej trzy tygodnie. Dzieje się tak, jeśli wszystko poszło dobrze na wszystkich etapach i z historii klinicznej jest mniej więcej jasne, na co zwrócić uwagę. W Rosji i na całym świecie nie ma tak wielu specjalistów, którzy są w stanie zrozumieć rozszyfrowane geny”- wyjaśnia genetyk Oksana Ryżkowa, kierownik Centrum Wspólnego Użytku Moskiewskiego Państwowego Centrum Naukowego.
To do niej i jej pracowników docierają dane z sekwencera po zakończeniu pracy.
„Słuchaj, mam na swoim komputerze wyniki dekodowania klinicznego egzomu pacjenta - 6300 genów, których patogenne warianty prowadzą do rozwoju chorób dziedzicznych. Są to zmiany zidentyfikowane w porównaniu z genomem referencyjnym (standard genomu opracowany przez naukowców jako wspólny reprezentatywny przykład kodu genetycznego). Łącznie 13 129 wymian. Bardzo trudno jest ustalić, która z tych opcji jest przyczyną choroby. Dlatego łączymy się z międzynarodowymi bazami danych, w których zestawiane są zarówno patogenne warianty genów i związanych z nimi chorób, jak i warianty określane jako łagodne, nieprowadzące do objawów klinicznych i porównujemy z nimi nasze warianty. Po etapie „filtracji” przez patogeniczność, częstość występowania i wiele innych pozostaje 15-30 zmian. Następnie przeanalizujemy je tak szczegółowo, jak to możliwe,korzystanie z dodatkowych baz danych i programów do określania patogeniczności, czytaj artykuły, porównuj objawy pacjenta z opisanymi w literaturze. Dopiero potem możemy stwierdzić, który wariant spowodował chorobę”- wyjaśnia Ryżkowa.
Jak odkrywane są choroby dziedziczne
Jeśli nie ma wystarczających danych na temat domniemanego genu sprawcy, genetycy zwracają się o pomoc do genetyków. Zespół naukowców z Laboratorium Genomiki Funkcjonalnej Moskiewskiego Państwowego Centrum Naukowego, symulując różne warianty mutacji w organizmach żywych, udowadnia lub obala hipotezy dotyczące genów odpowiedzialnych za określone choroby.
Podczas takich badań naukowcy odkrywają nowe zależności genetyczne.
„Co roku opisujemy kilkanaście nowych genów odpowiedzialnych za choroby dziedziczne. Niedawno odkryto, że mutacja w genie KIAA1019 powoduje zaburzenia rozwoju płodu, które są niezgodne z życiem. Do MGNC trafiła para, której trzy ciąże zostały przerwane we wczesnym stadium. Zsekwencjonowaliśmy DNA płodu i znaleźliśmy nowe mutacje w całkowicie niezbadanym genie KIAA1019. Poprzez eksperymenty na liniach komórkowych udowodnili, że mutacje stwierdzone u rodziców prowadzą do całkowitego rozpadu genu KIAA1019, który powoduje liczne wady rozwojowe płodu. A kiedy znana jest mutacja, można nią manipulować. W kolejnej ciąży lekarze przeprowadzili wczesną diagnostykę prenatalną, płód okazał się nosicielem mutacji tylko w jednym genie. Oznacza to, że w tej rodzinie urodzi się całkowicie zdrowe dziecko. Jeśli mutacja pochodzi od obojga rodzicówciąża zostałaby usunięta”- mówi Michaił Skobłow, szef laboratorium genomiki funkcjonalnej.
Skoblov jest przekonany, że przyszłość genetyki medycznej polega właśnie na takim zapobieganiu dziedzicznym chorobom genetycznym. Sami pacjenci wyznają podobne poglądy. Według Iriny Myasnikovej, przewodniczącej Ogólnorosyjskiego Towarzystwa Chorób Sierocych, rodziny z problemami genetycznymi powinny mieć możliwość przeprowadzenia bezpłatnej diagnostyki przed ciążą i prenatalną.
„Koszt takiej diagnostyki i kosztów leczenia pacjentów z chorobami dziedzicznymi są nieporównywalne. Jest to korzystne dla wszystkich: zarówno państwa, ponieważ nie ma potrzeby wydawania środków na terapię, jak i rodzin, ponieważ będą miały zdrowe dzieci - podsumowuje Myasnikova.
Alfiya Enikeeva