Генетический тест для ребёнка на болезни, способности и предрасположенность

ВВЕДЕНИЕ

С середины 80-х годов ведется разработка методов выявления гипервариабельных последовательностей ДНК человека, так называемая геномная «дактилоскопия». В отличие от традиционных средств, используемых для установления родства (определение группы крови, анализ белковых изоформ и др.), которые не могут обеспечить высокую степень индивидуальности набора признаков, профили ДНК практически полностью специфичны для каждого человека, в силу чего представляют собой хороший инструмент для идентификации личности. Молекулярно-генетический идентификационный анализ на сегодняшний день является одним из наиболее доказательных методов исследования биологического материала в судебной медицине.

Ведущие специалисты в области молекулярно-генетических исследований – M. M. Holland and T. J. Parsons (The Armed Forces DNA Identification Laboratory Office of the Armed Forces Medical Examiner the Armed Forces Institute of Pathology Rockville, Maryland United States of America, ) на основе анализа мировой практики судебной молекулярно-генетичекой экспертизы констатируют: «Профилирование ДНК является наиболее мощным и достоверным методом идентификации после дактилоскопии, поскольку большинство профилей мультилокусов ДНК-RFLP или AmpFLP позволяют надежно идентифицировать происхождение объекта, делая маркеры яДНК золотым стандартом или наилучшим методом в судебной экспертизе.

ДНК-типирующие системы на основе ПЦР и RFLP выдержали испытание научного и юридического сообщества. Хотя надежность и приемлемость этих процедур все еще критикуется в судах по рутинным причинам – (курсив наш)теперь уже есть концептуальное принятие этих двух методологий, использующих исследование профилей яДНК, а также их статистические веса. Используя эти методы, криминалистические лаборатории в настоящее время имеют способность идентифицировать биологические вещественные доказательства с большой точностью и надежностью. Анализ митохондриальной ДНК играет ключевую роль в дополнении этой способности».

ДНК-идентификация человека основана на выявлении молекулярно-генетических индивидуализирующих признаков и их анализе в исследуемых и сравниваемых объектах напрямую или опосредованно – через установление кровного родства . При этом следует отметить, что дискриминирующая способность непрямой ДНК-идентификации существенно ниже, чем прямой. Поэтому считаем необходимым более подробно рассмотреть вопрос идентификации личности через установление кровного родства.

Физическая активность уменьшает влияние генетических факторов на индекс массы тела (ИМТ) и окружность талии

Генетические способности основаны не только на физических характеристиках, они также влияют на развитие избыточного веса и могут даже влиять на наше отношение и привычки к физической активности. Недавний эксперимент, проведенный финскими экспертами, исследовал именно степень, в которой физическая активность может влиять на индекс массы тела и наименее важный метаболический фактор риска, окружность талии, при генетическом ожирении.

В исследовании «FinnTwin16» были изучены данные о массе тела, росте, окружности талии и характеристиках физической активности более 4300 близнецов, родившихся в период между 1975 и 1979 годами. Также проводился генетический анализ. Наследственность для ИМТ была оценена в 79% для мужчин и 78% для женщин, с 56% и 71% для окружности талии и 55% и 54% для физической активности, соответственно.

В ходе исследования было установлено, что существует обратная связь между физической активностью и окружностью талии как у участников мужского, так и у женского пола, тогда как у женщин физическая активность также коррелирует с индексом массы тела.

Таким образом, физическая активность значительно изменила влияние наследственных факторов на ИМТ и окружность талии.

Следовательно, генетическое предопределение не может быть предлогом для развития избыточного веса или ожирения во всех 100% случаев, поскольку люди с более высоким генетическим риском (например, избыточный вес родителей) могут многое сделать для поддержания своего здоровья, ведя физически активный образ жизни и соблюдая диету.

Источники

Фаруки, Садаф – О’Рахилли, Стив (2006): Генетика ожирения у людей. Эндокринные обзоры. 27, 710-718.
Ichihara, Sahoko – Yamada, Yoshiji (2008): Генетические факторы ожирения человека. Клеточные и молекулярные науки о жизни. 65, 7-8, 1086-1098.
Holzapfel, Christina – Hauner, Hans (2009): Снижение веса у субъектов с ожирением – какую роль играют гены? Deutsche Medizinische Wochenschrift. 134, 644-649.
Муч, Дэвид М. – Клемент, Карин (2006): Раскрытие генетики человеческого ожирения. PLOS Genetics. 2, 12, с.188.
Уолли, Эндрю Дж. – Ашер, Дж. Э. – Фрогуэль П. (2009): Генетический вклад в несиндромальное ожирение человека. Nature Reviews Genetics. 10, 431-442.

Этнический профиль – закономерности и ошибки

Надо понимать, что сама по себе информация, содержащаяся в ДНК, мало что значит для исследователя, если ее не с чем сравнить. Образно говоря, национальность или фамилия в ДНК не закодирована. Для того чтобы сделать выводы о родстве или о принадлежности к какой-то этнической либо территориальной группе, нужно иметь возможность сравнить свой тест ДНК с тестами потенциальных родственников или с эталонными образцами от «соплеменников».

Ученые задумались о генетических различиях разных народов почти век назад, а ближе к концу XX века стали появляться методы, подходящие для изучения этого вопроса. Составлялись эталонные коллекции (так называемые референсные выборки) образцов ДНК представителей разных народов и субэтнических групп. Подбор людей для такой коллекции – дело непростое, так как нужно, чтобы все четыре предка во втором поколении происходили из одного региона или этноса. При этом коллекция должна быть достаточно большой – нужны десятки, а желательно сотни людей.

Если сравнить образцы из коллекций, собранных у представителей двух разных народов, то можно увидеть в их «ДНК-книгах» определенные «места в тексте», которые более характерны для одного народа и менее характерны для другого. Причем редко бывает так, что какое-нибудь «слово» встречается исключительно у русских и, скажем, совсем не встречается у татар. Чаще всего это не абсолютные отличия, а количественные соотношения: допустим, «слово», которое есть у 2/3 русских, встречается, например, только у одного татарина из десяти.

Изучая эти закономерности, можно составить «генетические портреты» народов, которые интересуют нас с точки зрения генеалогии или популяционной генетики. А дальше, используя технологии анализа «больших данных», создать компьютерный алгоритм, распознающий этническое происхождение конкретного человека по ДНК.

Здесь важно помнить, что научная методика – это не магия. У любой технологии есть свои ограничения, сильные и слабые стороны

Хорошо распознаваться будут представители тех народов, которые достаточно глубоко изучены, – есть хорошие референсные выборки не только для народа в целом, но и для его субэтнических групп.

Очень сложно создать алгоритм, одинаково хорошо распознающий все этносы мира или даже все народы России. Довольно непросто распознавать и образцы людей, имеющих смешанное происхождение. Поэтому далеко не всегда анализ этнического происхождения удовлетворит заказчика, но всё же удачных примеров существенно больше, чем «сбоев».

Мы в FamilioDNA обрабатываем данные тестов ДНК (сделанных в других компаниях) специальными математическими алгоритмами, затем полученные результаты сравниваются с типичными для различных этнопопуляционных групп. В итоге наши клиенты получают более детальную информацию о своем этническом происхождении.

Синдром ожирения

Синдром ожирения – это состояние, при котором ожирение возникает в сочетании с другими четко определенными клиническими фенотипами, такими как умственная отсталость или органо-специфические пороки развития.

Сегодня мы знаем о двадцати пяти типах ожирения. Эти синдромы могут быть результатом неродственных генетических дефектов или хромосомных аномалий, они могут быть аутосомными, то есть дефектный ген расположен на физической хромосоме или связан с половой хромосомой, Х-хромосомой.

Одно из таких заболеваний — синдром Прадера-Вилли. Синдром характеризуется ранним ожирением, снижением мышечного тонуса у новорожденных, перееданием и легкой умственной отсталостью. Есть также типичные поражения органов, такие как низкий рост, маленькие руки и ноги, миндалевидные глаза и узкий череп.

Заболевание связано с отсутствием области 15q11.2-q12 в отцовской хромосоме, и если тот же участок материнской хромосомы окажется дефектным, диагностируется аналогичное заболевание — синдром Ангельмана. Когда-то эту патологию называли синдромом счастливого ребенка, потому что один из его симптомов — постоянная улыбка. Люди с синдромом Ангельмана имеют задержки развития, в основном нарушения речи и движения, часто имеют расстройства ЭЭГ, эпилепсию и склонны к ожирению.

Также относится к группе синдромов ожирения синдром Барде-Бидля (BBS). BBS характеризуется ранним ожирением, прогрессирующим нарушением зрения, нарушениями развития рук и ног, трудностями в обучении и дислексией. Заболевание имеет аутосомно-рецессивное наследование. То есть дефектный ген находится на хромосоме и не функционирует, если ген, ответственный за заболевание, не присутствует на обоих хромосомах в паре. Поражение связано с мутациями в разных хромосомных областях.

Юридическая сторона ДНК-теста

Чаще всего проведение генетического анализа на отцовство в судебном порядке назначается, когда мужчина отказывается выплачивать алименты, так как не признает себя родителем ребенка. Тогда судья принимает решение о необходимости проведения исследования с целью подтверждения или опровержения родства мужчины и чада. Данную экспертизу проводят только государственные лаборатории или частные клиники, у которых есть необходимые разрешения.

Можно ли доверять результатам ДНК-тестов? Начиная с конца прошлого века ученые научились получать и обрабатывать генетическую информацию каждого человека. При изучении двух молекул, отца и ребенка, исследователи могут обнаружить одинаковые участки ДНК. Набор хромосом каждого человека содержит в себе фрагменты ДНК матери и отца, поэтому при совпадении молекулярных фрагментов испытуемых, их родство становится очевидным. Генетические тесты наделены полной юридической силой: согласно нормативным актам Министерства здравоохранения, родство двух людей считается доказанным, если их набор генов совпал на 99,9%.

Если отец сомневается в родстве с ребенком и хочет пройти диагностику анонимно, он может взять биологический материал в домашних условиях и принести затем в лабораторию. Такие результаты, конечно, удовлетворят любопытство недоверчивого родителя, но не будут иметь за собой никакой юридической силы и в случае судебного разбирательства не будут приняты в качестве доказательства родства отца и ребенка.

Биопсия ворсин хориона

С помощью этой процедуры можно определить пол малыша уже на 8 – 10-й неделе. Материал для нее берут, прокалывая околоплодный пузырь через живот мамы или шейку матки. Звучит страшно, но специалисты выполняют процедуру под контролем аппарата УЗИ, определяя самое безопасное место для прокола. Через иглу вводят специальный зонд, с помощью которого забирают материал, не касаясь плода.

Несмотря на то, что биопсию проводят под местной анестезией, она все равно доставляет дискомфорт. А главное, ее последствия могут быть фатальными — от серьезного воспалительного процесса до выкидыша. Поэтому к биопсии хориона обычно прибегают в крайних случаях, если речь идет о риске генетических заболеваний.

Эпигенетические эффекты

Эпигенетика исследует наследственные изменения в геноме, которые не изменяют нуклеотидную последовательность цепи ДНК. К ним относятся, например, метилирование ДНК, метилирование гистонов и модификация хроматина. Эпигенетический эффект синдрома ожирения давно известен, так же как и геномный импринтинг в развитии синдрома Прадера-Вилли и Ангельмана.

Оба описанных заболевания встречаются очень редко из-за ошибки геномного импринтинга. Это означает, что когда формируются зародышевые клетки, определенные сегменты ДНК подвергаются вторичным изменениям, что приводит к различным последовательностям ДНК от матери и отца. Благодаря импринтингу фрагмент ДНК, унаследованный от одного из родителей, может оставаться активным, то есть может быть выраженным, а другой может терять свою функцию.

То есть, если отцовская хромосома теряет свою функцию, то развивается синдром Прадера-Вилли. Если это происходит с материнской хромосомой, то диагностируется синдром Ангельмана.

Существует также доказательство того, что также способствуют развитию полигенного ожирения родительская наследственность. Но пока провести различие между чисто экологическими эффектами и факторами окружающей среды, выраженными через эпигенетические факторы, сложно. Однако техническая разработка общегеномных анализов позволяет изучать эпигенетические вариации, поэтому ожидается, что мы совсем скоро узнаем гораздо больше о роли эпигенетики при ожирении.

Ожирение является сложным состоянием, которое может быть вызвано или изменено рядом факторов образа жизни.

Поскольку за последние несколько десятилетий в генетическом фонде человеческого вида не произошло никаких существенных изменений, гены не могут нести ответственность за эпидемическое распространение ожирения в течение короткого периода времени. Развитие привело к ожирению, индуцирующему образ жизни с чрезмерным потреблением энергии и отсутствием физической активности.

Избыточное питание побуждает есть, и многим людям трудно соблюдать диету и постоянно менять свои привычки питания. Хотя генетическая составляющая важна, доказано что основную роль в развитии ожирения играют условия жизни (Holzapfel – Hauner, 2009).

Мутации вызывают болезни

Иногда даже незначительные генетические аномалии вызывают набор веса при нормальном гормональном фоне. К сожалению, этот тип ожирения очень плохо диагностируется и практически не лечится.

Осложнения ожирения

Для изучения генетического ожирения во Франции было обследовано 9418 пациентов с лишним весом. «Дефектные» гены обнаружились у 6% больных. Оказалось, что три вида мутаций вызывают постоянное чувство голода, сопровождающееся повышенным уровнем сахара в крови и высоким артериальным давлением.

Выявлен вариант, не сопровождающийся повышенным аппетитом. У таких больных не было постоянного чувства голода, повышенного уровня сахара в крови и высокого АД. Они поправлялись из-за значительного снижения скорости обменных процессов.

Зарождение генетики

Какого цвета твои глаза, волосы, кожа? Почему у тебя такие же вьющиеся волосы, как и у твоей мамы? Почему ты очень похож на своих родителей, но не являешься их полной копией? Почему листики одного дерева такие разные? Ответы на все эти вопросы дает один из самых интересных разделов биологии — генетика.

Первые шаги

В течение очень длительного периода людям была непонятна причина схожести родственных организмов. Ситуация изменилась в 60-х гг. XX в., когда австрийский биолог и ботаник, монах августинского монастыря в Брно Грегор Мендель начал проводить опыты на горохе в монастырском саду. Он хотел узнать, каким образом определенные признаки живых существ передаются из одного поколения в другое.

Грегор Мендель

Следующий научный шаг в изучении генетики был сделан в 1909 г. датским биологом профессором Вильгельмом Иогансеном, который ввел и объяснил термин «ген». Несколько позже, в 1923 г., американский биолог Томас Морган доказал, что гены находятся в хромосомах, и сформулировал хромосомную теорию наследственности. С тех пор генетика стала развиваться на уровне гена.

Опыты Менделя

Менделя интересовали высота растения, цвет цветков и форма горошин. Занимаясь перекрестным опылением гороха, он тщательно анализировал получаемые результаты и наблюдал, какие именно признаки и в каком поколении передавались по наследству. Причем каждый раз в перекрестном опылении участвовали специально отобранные растения с теми признаками, которые, как думал Мендель, обязательно должны передаться последующему поколению.

В чем заключалась суть экспериментов биолога?

Одним из признаков, которые исследовал Мендель, был цвет цветков гороха. В своих первых опытах он отобрал только те сорта, которые цветут белыми и красными цветками. Мендель был уверен, что после скрещивания в первом поколении (поколение F1) будут растения как с белыми, так и с красными цветками. Каково же было его удивление, когда абсолютно все цветки оказались красными!

Такой результат не только не остановил ученого, но и заставил продолжить эксперименты. Мендель опылил цветки полученных растений первого поколения их же пыльцой и ожидал совершенно логичного результата — красных цветков. Но снова его предположения не оправдались: во втором поколении (поколение F2) 75% всех цветков были красными, а оставшиеся 25% — белыми!

В чем причина?

Такой неожиданный результат вовсе не огорчил ученого. Благодаря полученным данным он пришел к выводу о том, что у каждого растения не один, а два гена, которые принимают участие в передаче определенных признаков. Он назвал красный цвет гороха главным, доминантным, а белый — рецессивным, уступающим признаком.

При наличии двух разных генов (например, красного и белого), определяющим при цветении будет доминантный ген. Поэтому, если у растения есть оба гена (красный и белый), на цвет цветка будет влиять доминантный ген красного цвета. А тот факт, что среди дочерних растений могут быть и цветки белого цвета, говорит лишь о наличии этого гена у растения.

Можно ли проводить генетический анализ на отцовство при беременности

Сегодня установить степень родства мужчины и ребенка можно, пока малыш находится в утробе матери. Конечно, специалисты рекомендуют дождаться рождения чада и уже тогда проводить исследование, потому что:

— есть риск занести инфекцию плоду;

— можно вызвать преждевременные роды или выкидыш.

Но если по каким-то причинам анализ необходимо провести срочно, это можно сделать и во время беременности. В данном случае доступны инвазивные и неинвазивные методы исследования.

Инвазивный дородовый тест предполагает взятие образца околоплодных вод и крови из пуповины. Такой анализ рекомендуют брать после 9-ой недели беременности, так как процедура ставит под угрозу сохранность плода. К тому же на более раннем сроке ДНК-материала для исследования может не хватить. В особенных случаях, когда срок беременности совсем небольшой, берут образец хорионических ворсинок. Для этого производится прокол брюшной стенки иглой, которая затем вводится в полость матки.

История преимплантационной генетической диагностики (ПГД)

Первые живорождения после ПГД были зарегистрированы в Лондоне в 1989 году. Две двойни девочек-близнецов родились от пяти пар с риском передачи связанного с Х-хромосомой заболевания. В настоящее время с помощью методов генетического анализа или ПГД могут быть обнаружены около 90% аномальных эмбрионов. Не все хромосомные или генетические заболевания могут быть определены этими процедурами, так как в ходе одной процедуры может быть диагностировано только ограниченное число хромосом. Многочисленные исследования на животных и некоторые исследования на человеке показывают, что микрохирургия эмбриона (биопсия), необходимая для удаления клеток, не влияет на нормальное развитие ребенка. Эта процедура, однако, была выполнена относительно небольшому числу пациентов во всем мире, поэтому точные негативные последствия, если таковые имеются, неизвестны. Несмотря на то, что после генетического анализа для выявления анеуплоидии всем мире на сегодняшний день было рождено уже много детей, эта процедура все еще относительно нова. В исследованиях на животных не было обнаружено никаких очевидных проблем и предварительные данные с эмбрионами человека позволяют предположить справедливость этого вывода. В исследовании, проведенном в Университетском колледже Лондона, исследователи недавно рассмотрели 12 преимплантационных эмбрионов с новой техникой, которая сочетает в себе амплификацию всего генома (WGA) и сравнительную гибридизацию генома (CGH). В результате в 8 из 12 изученных эмбрионов были обнаружены значительные хромосомные аномалии. Это может объяснить, почему люди имеют в лучшем случае 25% шансов на достижение жизнеспособной беременности в месяц при естественном зачатии.

Как выглядит ДНК?

Физически ДНК представляет собой химическое вещество в форме извилистой «лестницы», известной так же как «двойная спираль». Эта лестница состоит из «ступенек» и сахарно-фосфатных «боковых перил».

Ступени ее состоят из пар химических оснований: аденина, тимина, цитозина и гуанина. Сокращенно A, T, C и G, соответственно

Важно отметить, что аденин (A) соединяется только с тимином (T). А цитозин (C) только с гуанином (G)

Только пары A – T или C – G работают как перекладины между двумя боковыми поручнями.

Двойная спираль ДНК, состоящая из нуклеотидных «ступенек» и сахарно-фосфатных «боковых звеньев». Из открытых источников.

Структура лестницы ДНК естественным образом скручивает ее в форму двойной спирали. И такая лестничная молекула может иметь довольно большие размеры. В человеческой клетке, например, количество звеньев пар оснований превышает три миллиарда! А общая длина молекулы составляет около 2 метров! Однако есть нюанс. В многоклеточных организмах, таких как человек, ДНК не является одной двухметровой цепочкой. Она разделена и плотно упакована в 23 пары хромосом, которые имеет каждая клетка.

Как передаются по наследству генетические заболевания

В диаграммах ниже, D или d представляет дефектный ген, а N или n представляет нормальный ген. Мутации не всегда приводят к болезни.

Доминантные заболевания:

Один из родителей имеет один дефектный ген, который доминирует над своей нормальной парой. Так как потомки наследуют половину своего генетического материала от каждого из родителей, есть 50% риск наследования дефектного гена, и, следовательно, заболевания.

Рецессивные заболевания:

Оба родителя являются носителями одного дефектного гена, но при этом имеют нормальную пару гена. Для наследования заболевания необходимы две дефектных копии гена. Каждый потомок имеет 50% шанс быть носителем, и 25% шанс унаследовать заболевание.

X-сцепленные заболевания:

Нормальные женщины имеют XX хромосомы, а нормальные мужчины XY. Женщины, которые имеют нормальный ген на одной из Х-хромосом, защищены от дефектного гена на их другой Х-хромосоме. Однако, у мужчины отсутствует такая защита в связи с наличием только одной Х-хромосомы. Каждый мужской потомок от матери, которая несет в себе дефект, имеет 50% шанс унаследовать дефектный ген и заболевание. Каждый женский потомок имеет 50% шанс быть носителем, как и ее мать. (на рисунке ниже X представляет нормальный ген а X представляет дефектный ген)