Генетические тесты используют не только в судебной экспертизе, криминалистике или для установления родства. Анализ ДНК стал неотъемлемой частью современной медицины. Генетическое тестирование активно используют врачи разных специальностей: кардиологи, пульмонологи, стоматологи и многие другие специалисты.
Анализ ДНК человека позволяет определить наличие или отсутствие определенных генетических вариантов, ассоциированных с наследственным заболеванием, и риски передачи патогенных генетических вариантов будущим детям, реакцию на некоторые лекарственные препараты.
При этом цены на проведение генетических исследований варьируются от 5000 тысяч рублей до нескольких сотен. При таком разбросе сложно понять, зачем нужно расстаться с большой суммой, если можно сдать тест дешевле.
Рассказываем, как проводятся генетические тесты, как работает технология анализа ДНК, и из чего складывается стоимость исследования.
Что такое генетическое тестирование и для чего нужен анализ ДНК
Каждая клетка человеческого тела содержит ДНК — код или инструкцию для работы организма. Эти инструкции передаются нам от родителей. Но в процессе передачи, а также по мере взросления и старения организма, в ДНК происходят изменения.
Эти изменения, или генетические варианты влияют на особенности внешности и всего организма. Это особенности восприятия вкусов и запахов, реакция на некоторые нутриенты, склонность к развитию определенных заболеваний.
Генетическое тестирование — анализ ДНК, который позволяет выявить наличие или отсутствие определенных генетических вариантов. Исследования проводятся в специализированных лабораториях, где работают высококвалифицированные врачи-генетики и специалисты по молекулярной биологии.
В целом все генетические исследования можно поделить на две большие группы в зависимости от цели:
зачатие, успешное вынашивание и рождение здорового ребенка; прогноз для потомства;
выявление особенностей здоровья человека, оценка генетических рисков развития заболеваний, подтверждение диагноза.
Виды генетических тестов
Молекулярные тесты. Исследование первичной структуры ДНК.
При этом виде исследований ищут изменения в одном или нескольких генах. Такие тесты или выявляют наличие известных патогенных вариантов при помощи специальных тест-систем, или определяют порядок расположения строительных блоков ДНК (нуклеотидов) в генетическом коде человека (секвенирование ДНК).
Молекулярные тесты условно делятся на следующие:
Прицельный поиск определенного варианта: с помощью этого теста ищут один конкретный вариант в заведомо известном гене. Для выявления таких вариантов используют или специально разработанные тест-системы или проводят секвенирование ДНК по методу Сэнгера. (Например, исследование специфического варианта в гене HBB, который вызывает серповидноклеточную анемию).
Этот подход часто используется для проверки ДНК родных человека, у которого выявлен патогенный вариант. То есть исследуется не вся ДНК, а лишь ее определенный небольшой участок. Это нужно для того, чтобы определить, являются ли родственники носителями такого же генетического варианта.
Кроме того, компании, которые занимаются коммерческим генетическим тестированием, как правило, анализируют панель определенных вариантов конкретных генов (вместо того, чтобы находить все варианты в этих генах) для оценки вклада генетики в показатели организма.
Анализ одного гена используют для поиска любых генетических вариантов в одном гене. Эти тесты обычно используют для подтверждения или исключения конкретного диагноза, особенно когда в гене есть много вариантов, которые могут вызвать предполагаемое состояние. Этот подход можно использовать, когда точно установлена ассоциация определенного клинического фенотипа и гена.
Анализ панели генов помогает искать варианты в более чем одном гене. Этот тип теста часто используют для определения генетических причин диагноза при наличии у человека симптомов, которые могут соответствовать широкому спектру состояний. Или когда предполагаемое состояние может быть вызвано вариантами во многих генах (например, существуют сотни генетических причин эпилепсии).
Секвенирование экзома/секвенирование полного генома. Эти тесты анализируют всю ДНК индивида (геном) или кодирующую часть генома (экзом) человека, чтобы найти максимальное количество возможных генетических вариаций.
Секвенирование полного экзома или генома обычно используется, когда тестирование одного гена или панели не дало диагноз, или когда предполагаемое состояние или генетическая причина неясна. Это часто более экономично и эффективно по времени, чем выполнение нескольких единичных или панельных тестов.
Хромосомные тесты.
Анализируют целые хромосомы или длинные участки ДНК для выявления крупномасштабных изменений. Хромосомные тесты помогают выявить аберрации (трисомии, моносомии, дупликации, делеции и т. д.).
Некоторые генетические состояния связаны со специфическими хромосомными изменениями. При подозрении на одно из этих состояний можно использовать хромосомный тест (например, синдром Уильямса вызван делецией участка хромосомы 7).
Тестирование экспрессии генов.
С помощью этого теста проверяют, какие гены активны в разных типах клеток. На разных этапах роста и развития и в разных тканях гены организма могут «включаться» (экспрессироваться) и «выключаться». Когда ген включен (активен), с него происходит считывание информации посредством синтеза молекулы мРНК. Совокупность различных мРНК в клетке формируют ее профиль экспрессии.
Тесты экспрессии генов изучают мРНК в клетках, чтобы определить, какие гены активны. Слишком большая активность (избыточная экспрессия) или слишком низкая активность (низкий уровень экспрессии) определенных генов может свидетельствовать о конкретных генетических расстройствах, таких как многие виды рака.
Биохимические тесты.
Не анализируют непосредственно саму ДНК, но изучают количественно или качественно уровень активности белков или ферментов, которые являются продуктами определенных генов. Изменение активности фермента может свидетельствовать о нарушениях в ДНК, что является основой генетического заболевания.Например, низкий уровень активности фермента биотинидазы указывает на дефицит биотинидазы, который вызван патогенными вариантами в гене BTD.
Как проводится генетическое исследование
Условно весь процесс можно поделить на основных 3 этапа:
Сбор биоматериала.
Подготовка и анализ ДНК.
Интерпретация данных.
Биоматериал.
ДНК содержится в каждой клетке нашего тела. Это значит, что в роли биоматериала могут быть использованы волосяные луковицы, ногти, слюна, кровь, частички кожи, сперма.
Современные лаборатории предпочитают в качестве биоматериала для исследования ДНК кровь, образец слюны или соскоб буккального эпителия. Из этих образцов можно получить наибольшее количество ДНК высокого качества.
Затем происходит извлечение ДНК из биоматериала и ее последующая амплификация. Это позволяет получить достаточное количество генетического материала для проведения анализа.
Технологии для генетических исследований.
Самые популярные в современной науке и медицине технологии генетического тестирования можно поделить на ДНК-микрочипы и секвенирование следующего поколения (NGS).
ХМА.
Метод ХМА, или хромосомный микроматричный анализ, является одним из наиболее распространенных и точных методов генетического исследования. Метод представляет собой сложную молекулярную технологию, при которой проводится полногеномная амплификация с последующим анализом наличия множества отдельных фрагментов генома с использованием специально подготовленной микроматрицы (ДНК-ЧИПа). Эти микроматрицы содержат тысячи зондов, каждый из которых представляет определенный участок хромосомы.
Когда образец ДНК вводят в микроматрицу, зонды связываются с комплементарными последовательностями ДНК, что позволяет определить наличие или отсутствие изменений в этих участках. Метод ХМА позволяет с высокой точностью обнаруживать анеуплоидии (количественное изменение хромосомного набора, в частности, подтвердить синдром Дауна (трисомия 21), Эдвардса (трисомия 18), Патау (трисомия 13)), а также выявлять частичные делеции или дупликации (то есть частичные потери или вставки дополнительного хромосомного материала).
Одним из преимуществ ХМА является его высокая точность и чувствительность, что позволяет обнаруживать даже самые незначительные изменения в геноме.
Секвенирование следующего поколения (NGS).
В отличие от гибридизационного метода секвенирование дает гораздо больший объем генетической информации. Небольшие участки ДНК из биоматериала сначала считываются, а затем их собирают вместе, чтобы определить первичную последовательность.
Секвенирование следующего поколения можно использовать для считывания полного генома и экзома. Также NGS-тесты позволяют с высокой точностью выявить патогенные варианты по конкретным заболеваниям: эпилепсии, аутизму, наследственной тугоухости, метаболическим заболеваниям и не только.
Тесты на основе этой технологии обычно обходятся дороже тестов на микрочипах из-за высокой стоимости оборудования. Но цена бывает оправдана, так как высокая точность NGS помогает выявить или подтвердить диагноз по многим видам заболеваний, в том числе онкологических.
Интерпретация результатов.
После секвенирования происходит интерпретация результатов. Это один из самых важных этапов генетического тестирования.
Врач-генетик анализирует полученные генетические данные, клинические симптомы, если такие есть, и современные представления о работе различных генов, связанных с определенными заболеваниями или характеристиками.
Интерпретация результатов требует высокой квалификации и опыта, так как необходимо учитывать множество факторов, включая наличие других генетических вариантов и клиническую симптоматику.
Почему генетические тесты дорого стоят
Стоимость профессиональных генетических тестов складывается из следующих элементов:
Оборудование для проведения генетического тестирования — секвенаторы и другие необходимые приборы, требуют больших инвестиций.
Специальные расходные материалы и реагенты.
Услуги высококвалифицированных специалистов. Врач-генетик должен обладать глубокими знаниями в области генетики, молекулярной биологии и медицины. Это требует длительного обучения и постоянного повышения квалификации. Такие специалисты стоят дорого.
Лаборатории, проводящие генетические тесты, должны соответствовать международным стандартам и проходить сертификацию. Это также требует дополнительных затрат на оборудование, персонал и проверку качества.
В целом, генетические тесты являются сложным и многоэтапным процессом, требующим использования специализированного оборудования и высокой квалификации специалистов.
Сравнительная геномная гибридизация на чипах (aCGH) — молекулярно-цитогенетический метод, используемый для обнаружения вариаций числа копий генов (CNV) в ДНК человека.
Под секвенированием подразумевают несколько методов, цель которых — определение нуклеотидной последовательности в ДНК. На данный момент нет ни одного способа, который бы работал для этой макромолекулы целиком.
Использование секвенирования генома в персонализированной медицине, в биотехнологии, в вирусологии стало доступным с началом использования метода NGS, next generation sequencing, или Секвенирования нового поколения.
