Генна діагностика: як ДНК-тестування допомагає виявити спадкові захворювання та оцінити ризики?

Генна діагностика: від фундаментальних відкриттів до персоналізованої медицини

Розшифрування геному людини в межах проєкту «Геном людини» (Human Genome Project — HGP) стало одним із найважливіших досягнень сучасної біомедицини. Саме воно започаткувало стрімкий розвиток генетичної діагностики та зробило можливим широке використання методів ДНК-тестування в клінічній практиці.

Сьогодні відомо понад 4 тис. спадкових захворювань, генетична природа яких підтверджена. Хоча кожне з них виникає відносно рідко, разом вони становлять близько 3–5% усіх відомих захворювань. Для окремих етнічних груп характерна значно вища поширеність певних спадкових хвороб.

Водночас роль генетичних мутацій не обмежується лише рідкісними спадковими синдромами. Доведено, що зміни в окремих генах можуть брати участь у розвитку багатьох поширених захворювань, тому сучасні генетичні дослідження дедалі частіше використовують не лише для підтвердження діагнозу, а й для оцінки індивідуального ризику розвитку хвороби.

Що дає генетичне тестування?

Сучасні технології аналізу ДНК дозволяють:

• підтвердити або виключити спадкове захворювання;
• виявити носійство патологічних генів;
• оцінити ризик розвитку окремих захворювань у майбутньому;
• допомогти під час планування вагітності;
• проводити медико-генетичне консультування сімей;
• прогнозувати особливості перебігу деяких хвороб;
• визначати індивідуальні особливості метаболізму лікарських засобів.

Виявлення та картування великої кількості генів, пов’язаних із різними захворюваннями, суттєво змінило підходи до епідеміологічних досліджень. Це дозволило краще зрозуміти механізми розвитку багатьох спадкових хвороб, удосконалити методи прогнозування та розширити можливості профілактики народження дітей із тяжкими невиліковними генетичними захворюваннями, зокрема такими як синдром Тея — Сакса, серпоподібноклітинна анемія або β-таласемія.

Генетичні тести та фармацевтична галузь

Розвиток генної діагностики активно стимулював і фармацевтичну промисловість. Біотехнологічні та фармацевтичні компанії створюють високоточні діагностичні системи, що дозволяють швидко аналізувати генетичний матеріал людини як у клінічній практиці, так і під час розроблення нових лікарських засобів.

Такі тести використовують для:

• фармакогенетичних досліджень;
• фармакотоксикологічної оцінки;
• пошуку нових терапевтичних мішеней;
• вивчення активності окремих генів;
• прогнозування відповіді пацієнта на лікування.

Наприклад, ще наприкінці 1990-х років були створені ДНК-тести для аналізу генів CYP 2D6 та CYP 2C19, що належать до системи цитохрому P450 і визначають швидкість метаболізму багатьох лікарських засобів. Подібні дослідження стали основою сучасної персоналізованої фармакотерапії.

Чому результати генетичних тестів необхідно правильно інтерпретувати?

Попри високу точність сучасних методів, жоден генетичний тест не є абсолютно універсальним.

Лікарі наголошують, що результати дослідження необхідно оцінювати з урахуванням:

• клінічної картини;
• сімейного анамнезу;
• виду спадкування;
• можливих обмежень конкретного тесту.

Навіть для добре вивчених моногенних захворювань частота виявлення мутацій далеко не завжди досягає 100%. Для таких видів патології, як м’язова дистрофія Дюшенна, гемофілія А чи муковісцидоз, сучасні методики дають змогу виявляти більшість відомих мутацій, однак негативний результат не завжди повністю виключає захворювання.

Причинами цього можуть бути:

• складна будова окремих генів;
• поява нових мутацій;
• генетична неоднорідність деяких спадкових захворювань.

Наприклад, спадковий рак молочної залози найчастіше пов’язаний із мутаціями генів BRCA1 та BRCA2, однак дослідники не виключають існування інших генів, що також можуть брати участь у розвитку цієї патології.

Іншим прикладом є полікістоз нирок, розвиток якого може бути зумовлений мутаціями різних генів (PKD1 або PKD2).

Пенетрантність генів: чому мутація не завжди означає розвиток хвороби?

Не всі генетичні захворювання розвиваються за однаковими законами спадковості. Навіть якщо людина успадкувала патогенний варіант гена, це не означає, що хвороба обов’язково проявиться. Для оцінки такого ризику в медичній генетиці використовують поняття пенетрантності.

Пенетрантність — це ймовірність того, що носій певної генетичної мутації матиме клінічні прояви захворювання.

Повна та неповна пенетрантність

Якщо ген характеризується повною пенетрантністю, захворювання розвинеться практично у всіх носіїв відповідної мутації. Класичними прикладами є:

• синдром Гантінгтона;
• сімейний аденоматозний поліпоз товстої кишки.

У таких випадках ризик розвитку захворювання наближається до 100%.

Натомість неповна пенетрантність означає, що навіть за наявності патогенного варіанта гена людина може ніколи не захворіти. Саме тому позитивний результат генетичного тесту не завжди є підтвердженням майбутнього розвитку патології.

Прикладом можуть бути мутації в генах BRCA1 та BRCA2, що асоціюються зі спадковими формами раку молочної залози. Навіть за наявності патогенного варіанта ризик розвитку пухлини є дуже високим, але не абсолютним.

Подібний принцип характерний і для різних алелів гена ApoE, які впливають на ризик розвитку спорадичної форми хвороби Альцгеймера. Залежно від генетичного варіанта ризик може бути нижчим або вищим, але не гарантує виникнення захворювання.

Саме тому прогностичні генетичні дослідження умовно поділяють на:

• пресимптоматичні тести — використовують для захворювань із повною пенетрантністю;
• тести на генетичну схильність — оцінюють імовірність розвитку захворювання за неповної пенетрантності.

Чому складно прогнозувати поширені захворювання?

Значно складніше оцінити ризик розвитку так званих мультифакторіальних (полігенних) захворювань. На відміну від класичних спадкових синдромів, вони виникають не через одну мутацію, а внаслідок поєднання багатьох генетичних особливостей і впливу чинників довкілля.

До таких хвороб належать:

• цукровий діабет;
• артеріальна гіпертензія;
• більшість злоякісних новоутворень;
• шизофренія;
• найпоширеніші форми хвороби Альцгеймера.

У цих випадках виявлення певної мутації свідчить лише про генетичну схильність, а не про неминучий розвиток хвороби.

Саме тому більшість сучасних ДНК-тестів для поширених захворювань поки що використовують переважно для оцінки ризику, тоді як їхня клінічна прогностична цінність продовжує активно вивчатися.

Для чого використовують генетичне тестування?

Відповідно до визначення Робочої групи з генетичного тестування США (1997), генетичне тестування — це аналіз ДНК, РНК, хромосом, білків, ферментів або метаболітів людини з метою виявлення генотипів, мутацій чи інших біологічних особливостей, пов’язаних зі спадковими захворюваннями.

У сучасній клінічній практиці його використовують для:

• виявлення носіїв патологічних генів;
• прогнозування ризику розвитку спадкових захворювань;
• пренатальної діагностики;
• пренатального скринінгу;
• преімплантаційної генетичної діагностики під час допоміжних репродуктивних технологій;
• скринінгу новонароджених;
• визначення прогнозу перебігу окремих спадкових захворювань.

ДНК-тестування: як працюють сучасні генні технології?

Найперспективнішим напрямом генетичної діагностики вважають ДНК-тестування, яке дозволяє безпосередньо досліджувати молекулу ДНК.

Такі методи поєднують досягнення молекулярної біології, біотехнології, комп’ютерних технологій та автоматизованих лабораторних систем.

Для проведення аналізу використовують спеціальні ДНК-зонди — короткі фрагменти ДНК із відомою послідовністю нуклеотидів або відомими мутаціями. Їх розміщують на спеціальних носіях — генних (ДНК-) чипах, після чого на них наносять генетичний матеріал пацієнта.

Після взаємодії комплементарних ділянок автоматизовані системи аналізують отримані результати та визначають наявність або відсутність досліджуваних мутацій.

Окрім клінічної практики, подібні технології широко використовують у наукових дослідженнях для:

• пошуку нових генів;
• секвенування ДНК;
• аналізу експресії генів;
• скринінгу генетичних варіантів;
• розроблення нових діагностичних платформ.

Саме ці технології стали фундаментом сучасної геномної медицини та персоналізованого лікування.

Клінічне застосування ДНК-тестування: сучасні можливості та обмеження

Сьогодні генетичні дослідження вже стали невід’ємною складовою клінічної практики. Вони допомагають лікарям підтвердити спадкові захворювання, оцінити індивідуальні ризики, визначити оптимальну тактику спостереження та в окремих випадках — обрати найбільш ефективне лікування.

Разом із тим широке впровадження ДНК-тестування поки що стримує його висока вартість. Ціна дослідження залежить від багатьох чинників: розміру гена, кількості мутацій, що аналізуються, складності лабораторної методики та клінічного завдання. Саме тому деякі комплексні генетичні дослідження й досі залишаються дороговартісними.

Одним із прикладів практичного використання генної діагностики є преімплантаційне генетичне тестування під час програм допоміжних репродуктивних технологій. Якщо майбутні батьки належать до групи високого ризику щодо спадкових захворювань, ембріони можуть бути досліджені на наявність відповідних генетичних мутацій ще до їх перенесення в порожнину матки. Це дозволяє знизити ризик народження дитини зі спадковою патологією.

Генетичні тести відкривають нові можливості ранньої діагностики

Стрімкий розвиток молекулярної генетики сприяв відкриттю нових генів, пов’язаних із розвитком спадкових захворювань, та створенню відповідних діагностичних тестів.

Одним із показових прикладів є відкриття у 1996 р. гена, асоційованого зі спадковим гемохроматозом. Це захворювання характеризується надмірним накопиченням заліза в організмі, а клінічні прояви нерідко виникають лише у зрілому віці, коли вже формуються незворотні ураження печінки, серця, підшлункової залози та інших органів.

Розроблення ДНК-тесту дозволило виявляти таких пацієнтів значно раніше, ще до появи клінічних симптомів, коли профілактичні та лікувальні заходи можуть бути найбільш ефективними.

Генетичне тестування має не лише переваги, а й певні обмеження

Попри високі можливості сучасної молекулярної діагностики, результати генетичних досліджень не завжди дають однозначну відповідь.

Наприклад, прогностичне тестування при синдромі Гантінгтона може підтвердити наявність мутації, яка практично неминуче призведе до розвитку захворювання в майбутньому. Водночас сьогодні не існує методів, здатних повністю запобігти розвитку цієї патології.

Така інформація може стати серйозним психологічним навантаженням для людини. Крім того, важливими залишаються питання конфіденційності результатів дослідження та захисту пацієнтів від можливої дискримінації під час працевлаштування або страхування.

Чому негативний результат не завжди виключає захворювання?

Одним із прикладів є муковісцидоз — спадкове захворювання, для якого описано вже понад тисячу різних мутацій гена CFTR.

Більшість доступних генетичних тестів визначають лише найпоширеніші варіанти мутацій. Тому негативний результат дослідження не завжди означає повну відсутність захворювання або носійства патологічного гена.

Крім того, навіть за виявлення однакової мутації тяжкість перебігу хвороби може суттєво відрізнятися у різних пацієнтів.

Саме тому результати ДНК-тестування повинні оцінюватися лише разом із клінічними проявами, сімейним анамнезом та іншими лабораторними дослідженнями.

Майбутнє медицини — персоналізована профілактика

Попри існуючі обмеження, генна діагностика продовжує активно розвиватися.

Поєднання сучасних геномних технологій, біоінформатики, автоматизованих лабораторних систем і фармакогеноміки відкриває нові можливості для персоналізованої медицини.

У перспективі генетичне тестування дозволить:

• точніше прогнозувати ризик розвитку багатьох захворювань;
• індивідуально підбирати лікарські засоби;
• прогнозувати ефективність і безпеку фармакотерапії;
• знижувати ризик побічних реакцій;
• рекомендувати персоналізовані профілактичні заходи та зміни способу життя.

Фахівці вважають, що медицина поступово переходить від лікування вже наявної хвороби до раннього прогнозування та профілактики. Якщо сьогодні головним завданням лікаря є встановлення діагнозу, то в майбутньому дедалі більшого значення набуватиме відповідь на запитання: «У кого існує підвищений ризик розвитку захворювання і як цьому запобігти?».

Подальший розвиток генної діагностики, аналізу експресії генів, фармакогеноміки та генної терапії може суттєво змінити підходи до профілактики, ранньої діагностики та лікування як рідкісних спадкових, так і найпоширеніших мультифакторіальних захворювань.

Поширені запитання

• Що таке генна діагностика? — Генна діагностика — це дослідження ДНК людини для виявлення спадкових мутацій, підтвердження генетичних захворювань, оцінки індивідуального ризику розвитку певних хвороб та вибору оптимальної тактики медичного супроводу.
• Чим генетичне тестування відрізняється від звичайних лабораторних аналізів? — Звичайні аналізи оцінюють поточний стан організму, тоді як генетичні дослідження вивчають спадкову інформацію, яка практично не змінюється протягом життя.
• Чи означає позитивний результат ДНК-тесту, що захворювання обов’язково розвинеться? — Ні. Для багатьох захворювань виявлена мутація свідчить лише про підвищений ризик. На розвиток патології можуть впливати спосіб життя, фактори довкілля та інші генетичні особливості.
• Коли лікар може рекомендувати генетичне тестування? — Таке дослідження можуть призначати при підозрі на спадкове захворювання, обтяженому сімейному анамнезі, під час планування вагітності, у пренатальній діагностиці, а також для оцінки ризику окремих онкологічних чи інших генетично зумовлених захворювань.
• Для чого потрібна фармакогенетика? — Фармакогенетика допомагає визначити, як організм людини метаболізує лікарські засоби. Це дозволяє індивідуально підбирати препарати та їх дози, підвищуючи ефективність лікування і знижуючи ризик побічних реакцій.
• Чи може негативний результат генетичного тесту повністю виключити спадкове захворювання? — Не завжди. Деякі тести визначають лише найпоширеніші мутації, тому за наявності клінічних підозр лікар може рекомендувати додаткові або більш розширені генетичні дослідження.
• Які перспективи має генна діагностика? — Подальший розвиток геномних технологій, біоінформатики, фармакогеноміки та генної терапії сприятиме переходу до персоналізованої медицини, в якій основний акцент робитиметься на ранньому прогнозуванні, профілактиці та індивідуальному лікуванні захворювань.

Інна Грабова,
за матеріалами www.genome.gov, www.pmc.ncbi.nlm.nih.gov,
www.nih.gov, www.doe-humangenomeproject.ornl.gov,
www.nature.com, www.science.org,
www.nejm.org, www.jamanetwork.com.

Бажаєте завжди бути в курсі останніх новин фармацевтичної галузі?
Тоді підписуйтесь на «Щотижневик АПТЕКА» в соціальних мережах!