Молекулярная диагностика генетических заболеваний: особенности и методы исследования

Генетический анализ крови - это нечто, что напоминает сложное, долгое и дорогостоящее исследование, требующее использования оборудования на уровне адронного коллайдера. Однако это представление всего лишь миф. В наши дни генетические тесты - это один из рядовых методов лабораторной диагностики. Их используют для разных целей, включая определение индивидуальной реакции пациента на лекарственные средства, пренатальную диагностику, выявление наследственных заболеваний, определение родства и профилактические меры.

Дешифрирование генома человека является одним из главных прорывов ХХ века. Благодаря этому открытию мы узнали, как код каждого человека влияет на наш организм. Несмотря на то, что ученые до сих пор ведут дискуссии на эту тему, результаты многолетних исследований уже позволяют любому человеку получить доступ к молекулярно-генетической диагностике.

В данной статье мы расскажем о том, как можно узнать свой личный генетический "код" и зачем это нужно.

Молекулярно-генетическая диагностика – это относительно новый метод обследования организма, который позволяет определить различные вирусы и инфекции, а также точно выявить мутации генов, которые могут вызывать патологии и оценить риски возникновения различных наследственных и других заболеваний. Более того, это лишь часть возможностей, которые предоставляют возможность изучения ДНК.

Главным достоинством молекулярно-генетической диагностики является минимальный уровень медицинского вмешательства, поскольку проведение исследования проводится in vitro. Этот метод успешно применяется для диагностики заболеваний, переносимых эмбрионами, а также у основных и тяжело больных пациентов. Кровь из вены является самым распространенным материалом для исследования, но возможно выделение ДНК/РНК из других жидкостей и тканей: слюны, соскоба слизистой рта, выделений из половых органов, околоплодной жидкости, волос, ногтей и т.д.

Молекулярная диагностика является значительным шагом в направлении персонализированной медицины, которая позволяет учитывать все особенности конкретного пациента при обследовании и терапии.

Методы молекулярной диагностики находят применение в различных областях медицины. Рассмотрим некоторые из задач и сфер, где используется молекулярная диагностика:

1. Обнаружение патологий. Молекулярная диагностика применяется в случаях, когда обычные методы не позволяют определить наличие инфекционного или вирусного заболевания. Она может обнаружить заболевание на ранней стадии, когда нет внешних симптомов.
2. Исследование аллергических реакций. Молекулярная диагностика используется для определения аллергии. Она более точна и безопасна для пациента, так как не требует прямого контакта с аллергеном.
3. Оценка рисков развития наследственных заболеваний. Молекулярная диагностика помогает выявить опасность для взрослых и детей подвергнуться различным патологиям. Некоторые болезни вызваны мутацией гена, а некоторые — генетическими особенностями. Информация о наличии генетической предрасположенности позволяет оценить риски передачи наследственных заболеваний от родителей к ребенку и профилактику болезней с помощью изменения образа жизни.
4. Перинатальная медицина. Молекулярная диагностика может определить состояние здоровья и генетические предрасположенности эмбрионов. Анализ ДНК еще не родившегося ребенка позволяет распознать синдромы Дауна, Эдвардса, Патау, Тернера, Клайнфельтера. Также молекулярная диагностика применяется в области вспомогательных репродуктивных технологий.
5. Фармакогенетика. Молекулярная диагностика позволяет определить эффективность препаратов при лечении тяжелых заболеваний, например, онкологических.
6. Спортивная медицина. Молекулярная диагностика может помочь выявить спортивные перспективы ребенка и определить, какой вид занятий максимально пользуется здоровью.

Медики с большим интересом относятся к возможностям молекулярной диагностики. Применение персонализированной терапии, учитывающей генетические особенности каждого пациента, позволит избежать побочных эффектов лекарств и снизить затраты на лечение. В США проблема побочных воздействий лекарств входит в пятерку самых распространенных причин госпитализации и смерти.

Генетические исследования становятся все более популярными, когда пациент желает получить информацию о своем здоровье. Обычно это необходимо в следующих ситуациях:

1. Для установления точного диагноза. Например, неправильная идентификация аллергена или недооценка вирусного заболевания. Это имеет прямое влияние на эффективность лечения;
2. Для профилактики возможных нарушений. Если пациент знает, что у него повышенный риск сердечно-сосудистых заболеваний или рака, он может принимать соответствующие меры, такие как отказ от вредных привычек;
3. Для повышения эффективности лечения. Например, онкологические заболевания имеют множество вариантов лечения. Использование метода проб и ошибок приводит к потере времени и жизненных сил, а также, в ряде случаев, к летальному исходу.

Одной из важных категорий генетических исследований является изучение ДНК в связи с планированием или рождением ребенка. Родители часто обращаются в лаборатории для:

1. Изучения своей генетической совместимости, оценки рисков наследственных заболеваний у потомка;
2. Исследования состояния плода и выявления синдромов и опасных заболеваний;
3. Диагностики заболеваний и аллергических реакций у младенца;
4. Определения наиболее подходящих видов спорта, питания и образа жизни ребенка, а также того, что следует избегать;
5. Установления отцовства или материнства.

Этапы молекулярно-генетического исследования

При выборе метода молекулярно-генетического исследования необходимо выполнить следующие этапы:

1. Взять биоматериал. Кровь пациента чаще всего используется для исследования. Полученный материал маркируется и отправляется в лабораторию.
2. Выделить ДНК/РНК.
3. Провести исследования в соответствии с выбранным методом.
4. Изучить и интерпретировать результаты.
5. Выдать заключение.

Современные методы молекулярно-генетической диагностики позволяют более точно определять наличие генетических заболеваний у человека. Эти методы используются для обнаружения наследственных мутаций или изменений в генах, которые могут привести к различным болезням.

Одним из основных методов является полимеразная цепная реакция (ПЦР), которая позволяет увеличить количество ДНК в образце до уровня, достаточного для детектирования наследственных мутаций.

Еще один метод - секвенирование ДНК, позволяющее выявить конкретные изменения в генах, связанных с разными наследственными патологиями. Современные методы секвенирования имеют высокую точность и позволяют обнаружить мутации в отдельных генах или даже во всей последовательности генома.

Также используются методы флуоресцентной гибридизации (ФГ), которые основываются на значительном различии между нормальной и измененной ДНК. Этот метод является очень чувствительным и может использоваться, чтобы обнаруживать очень редкие изменения в геноме.

Существуют также более новые методы молекулярно-генетической диагностики, такие как метод генной патологии и генной терапии, которые могут решить ряд наследственных заболеваний на генетическом уровне.

Методы молекулярной цитогенетики являются эффективным средством для выявления наследственных заболеваний, психических отклонений и врожденных пороков развития. Цитогенетический анализ проводится для изучения хромосом с помощью специальных микроматриц, нанесенных на ДНК-чипы. Для этого из образца крови выделяют лимфоциты, помещая их на 48-72 часа в питательную среду, после чего проводят их исследование. Обычно данный анализ назначается нечасто, главным образом для изучения причин бесплодия и невынашивания беременности, а также для уточнения диагноза у детей при подозрении на врожденные заболевания. Точность цитогенетического анализа очень высока, однако метод является трудоемким и длительным, так как результат можно получить только через 20-30 дней после сдачи исследуемого образца.

Одним из достоинств цитогенетического анализа является его специфичность, которая позволяет выявлять практически без погрешностей небольшое количество патологий, таких как, например, аутизм. Но в то же время данный метод имеет и недостатки, так как не способен выявить многие другие наследственные заболевания.

Метод полимеразной цепной реакции (ПЦР) был изобретен в 1983 году и по-прежнему является наиболее распространенным и фундаментальным способом в молекулярной диагностике. Он отличается высочайшей точностью, чувствительностью и скоростью проведения исследования. ДНК/РНК молекулярной диагностики методом ПЦР позволяет выявлять множество патологий, таких как ВИЧ, вирусные гепатиты, половые инфекции, туберкулез, боррелиоз, энцефалит и прочие.

Для проведения анализа выбирают участок ДНК и многократно увеличивают его количество в лаборатории с помощью специальных веществ. Большой перечень биоматериалов подходит для диагностики: кровь, слюна, моча, выделения из половых органов, плевральная и спинномозговая жидкость, ткани плаценты и т.д.

FISH: метод выявления атипичных генов

Метод флуоресцентной гибридизации (FISH) – это молекулярный метод исследования уникальных нуклеотидных соединений отдельной хромосомы или ее участка. Для этого используются короткие меченые флуоресцентными маркерами ДНК-последовательности, так называемые зонды, которые выявляют фрагменты с атипичными генами. Биологический материал для исследования может быть любым – кровь, костный мозг, плацента, ткани эмбриона, биопсия и т.д. Однако, важно, чтобы образец доставили в лабораторию немедленно после его получения.

FISH-метод широко используется в онкологии, например, для отслеживания остаточных злокачественных клеток после курса химиотерапии, в пренатальной диагностике для оценки риска развития у плода врожденных пороков, а также в гематологии. Этот метод выявления атипичных генов является очень чувствительным и точным, его погрешность составляет около 0,5%, а результат можно получить уже через 72 часа. Однако, у FISH есть и недостатки: он более специфичен, чем микроматричный цитогенетический анализ, и может использоваться только для подтверждения или опровержения предполагаемого диагноза.

Микрочипирование - новый способ молекулярной диагностики, основанный на использовании зондов, маркированных флуоресцентными последовательностями ДНК. Как и в случае с методом ФЛГ, для анализа может использоваться любой биоматериал, в котором находится ДНК/РНК. Однако, в отличие от ФЛГ, здесь пробы сначала извлекают из пациентов и затем сравнивают с образцами на микрочипе.

Микрочип представляет собой основание из стекла, пластика или геля, на которое наносят микротесты длиной от 25 до 1000 нуклеотидов. Зонды, полученные после очистки биоматериала, совмещают на микротестах чипа и наблюдают за реакцией маркеров. Результаты готовы через 4-6 дней после забора материала.

Микрочипирование широко применяется в онкологии и кардиологии, в том числе для изучения генетической предрасположенности. Он точен и чувствителен, но, к сожалению, в России этот метод используется редко.

Молекулярная диагностика - это неинвазивный и точный метод обследования организма, который может применяться в разных областях медицины. Однако, в России этот метод еще не получил должного распространения, и не все клиники могут предложить подобную услугу.

Важно отметить, что информация о здоровье и медицине, представленная в статье, не предназначена для самодиагностики или самолечения. Она имеет только ознакомительный характер.

Фото: freepik.com