Геном человека. Энциклопедия, написанная четырьмя буквами
Шрифт:
Если известно, какие именно генные мутации приводят к заболеванию, то их можно тестировать еще до появления первых признаков заболевания. Особо актуальна разработка точных ранних (предклинических и пренатальных) методов диагностики наследственных болезней, в связи с большим многообразием их форм (уже известно более 4 тыс. таких заболеваний), изменчивостью клинических проявлений и отсутствием в большинстве случаев радикальных приемов лечения.
Согласно имеющейся статистике, сейчас в России каждый год на 1,2–1,3 млн. родов появляется около 60 тыс. детей с врожденными пороками развития и наследственными болезнями, в том числе около 15 тыс. младенцев с очень тяжелыми патологиями. В настоящее время в России живет около 1,5 млн. инвалидов по причинам генетической природы. Это не только большие проблемы самого больного и его семьи, но и огромный моральный и материальный груз для всего общества. Имеющиеся средства лечения большинства этих болезней пока малоэффективны. По некоторым расчетам, из бюджета в нашей стране
Этот груз для общества мог бы быть в значительной мере скомпенсирован благодаря использованию эффективной дородовой диагностики наследственных заболеваний. Возможность ранней диагностики позволяет провести профилактическое лечение и не дать болезни проявиться во взрослом возрасте. Например, при заболеваниях обмена веществ (фенилкетонурия, болезнь Вильсона — Коновалова) в качестве средства профилактики медики используют специальные диеты. В случае смертельной и неизлечимой болезни (например, миодистрофия Дюшенна) дородовая ДНК-диагностика позволяет врачам дать рекомендацию о прекращении беременности на ранних сроках.
Современная генная диагностика целиком связана со знанием структуры генома человека. Пока, к сожалению, эти знания еще далеко не полные. Из нескольких тысяч известных наследственных болезней реально лишь для двух сотен из них найдены гены, мутации в которых приводят к развитию заболевания. Выше уже говорилось об обнаружении генов-носителей болезни Альцгеймера, выявлены «больные» гены болезни Тея — Сакса (вызывает слабоумие, прогрессирующую слепоту и мышечное истощение), синдрома Хантингтона, рака толстой кишки и молочной железы и многих других. Но даже эти скромные успехи уже приносят ощутимые результаты. На сегодняшний день в Японии все новорожденные проходят тест на 11 генетических заболеваний, в Америке — на 7, в России — на два: фенилкетонурию и гипотиреоз. Генетический анализ помогает распознать заболевания даже когда плод еще находится в утробе матери. Сегодня многие супружеские пары, ожидающие рождения ребенка, могут пройти такое тестирование — молекулярный анализ ДНК, полученной из небольшого количества эмбрионального материала. Этот анализ позволяет с высокой точностью предсказать, будет ли плод страдать той или иной из нескольких сотен тяжелых наследственных болезней.
Первые примеры этому уже имеются. Так, недавно появилось сообщение об использовании сверхранней диагностики с целью рождения полноценного ребенка в семье, где ее члены поражены болезнью Альцгеймера. В искусственных условиях оплодотворили яйцеклетку матери сперматозоидами отца. Потом провели анализ 15 зигот на наличие мутаций в гене, ответственном за болезнь Альцгеймера. В большинстве случаев была обнаружена смертельная комбинация генов, а в одном все было в порядке. Использовав эту единственную «полноценную» зиготу, приемная мать родила здорового ребенка. В ином случае ребенок, рожденный матерью, с большой вероятностью (15: 1) содержал бы «больной» ген. В ближайшем будущем подобные процедуры станут вполне привычными, так как техника предупредительного генетического анализа стремительно развивается.
Первым практическим результатом реализации программы «Геном человека» стало появление принципиально новых подходов к диагностике и лечению наследственных моногенных заболеваний, то есть заболеваний, связанных с нарушениями одного единственного гена. Теперь на очереди стоит генная диагностика ненаследственных заболеваний, в частности, злокачественных новообразований, возникающих спорадически. Выше уже говорилось о большом спектре генных мутаций в разных типах рака у разных пациентов. Ситуация в целом сильно запутана. Но уже сейчас в ряде случаев достигнут значительный прогресс. Например, выявлено свыше десятка генов (называемых прогностическими молекулярными или генетическими маркерами), экспрессия или гиперэкспрессия которых служит неблагоприятным признаком развития рака молочной железы. И здесь должны помочь уже упоминавшиеся выше микрочипы. Возможно, в будущем каждый человек будет носить при себе прибор размером не больше наручных часов, который способен определять само преддверие опухоли. Тогда, возможно, рак станет для нас не страшнее гриппа. И, похоже, наши ожидания этого чуда небеспочвенны. Так, уже появилось любопытное сообщение об использовании микрочипов для «маркировки» животных (началось, естественно, с наших ближайших друзей — собак и кошек). Специальные пятимиллиметровые пуговички, введенные под кожу животным, содержат сведения об их кличках и особо важных приметах, информацию о вакцинации, сведения о владельце и др. Они помогают в поиске наших пропавших братьев меньших. Конечно, пока еще это экзотика. Однако нет сомнения, что в ближайшем будущем все это коснется и человека или в виде микрочипов, или в виде специального генетического паспорта, сходного с гражданским, который мы будем носить в кармане.
Для целей диагностики ученые используют любые зацепки, которые им предоставляет геном. В частности, уже многократно упоминавшийся полиморфизм ДНК, который связан с изменениями не самих генов, а прилежащих к генам участков, вовлеченных тем или иным образом в патологический процесс. Например, установлено, что всего лишь точечная замена (Т — Ц) в области, расположенной за геном CYP1A1, в 2,5 раза повышает риск развития плоскоклеточного рака.
Еще одно интересное применение генной диагностики связано с исследованиями по выявлению генетической предрасположенности человека к выполнению мышечной деятельности различного характера и длительности. Это имеет большое значение для людей, занятых тяжелым физическим трудом, спортсменов. Основным генетическим маркером здесь оказался ген ангиотензин-конвертирующего фермента (ACP), который служит в качестве ключевого фермента системы, регулирующей артериальное давление. Под действием ACP происходит образование активного сосудосуживающего вещества, которое кроме того выполняет функцию фактора роста, усиливающего процессы синтеза структурных белков в клетках миокарда, что приводит к гипертрофии сердечной мышцы. Изучение гена ACP показало наличие в нем полиморфизма, который заключается в присутствии или отсутствии фрагмента длиной 287 п. н. в 16-м интроне. При этом физическая активность человека находится в прямой зависимости от присутствующего в его геноме варианта гена ACP.
Ограничимся этими примерами, поскольку нашей задачей не является описание всех существующих видов геномной диагностики. А их число в настоящее время огромно. Отметим лишь, что подобного рода диагностические анализы медики осуществляют на основе ДНК, используя ряд современных подходов, разработанных первоначально как раз для научного анализа ДНК, а совсем не в практических целях. Теперь же эти подходы стали важным инструментом практической медицины. В первую очередь это уже упоминавшаяся полимеразная цепная реакция (ПЦР). В последние годы для определения вариаций или полиморфизмов ДНК человека стали использовать и микрочипы. С их помощью возможно оценить одновременно тысячи потенциально опасных мутаций и полиморфизмов генома у конкретного пациента. С помощью биочипов можно выявлять генетические ошибки почти так же быстро, как сканер определяет цены на упаковках продуктов в магазине.
В самом ближайшем будущем генная диагностика позволит определять весь спектр генов предрасположенности к заболеваниям у каждого человека. Создание «генетического паспорта» гражданина становится реальностью. Такой «паспорт» должен содержать информацию о наличии мутаций в генах, вызывающих развитие наследственных болезней, и, что особенно важно, вариантов генов предрасположенности к мультифакториальным заболеваниям. Уже сегодня в Западной Европе, США и Канаде в неполном варианте проводится «генетическая паспортизация» по различным медицинским показаниям и просто по индивидуальному желанию. Формируются индивидуальные и семейные базы генетических данных. Таким образом, стихийный процесс «паспортизации» уже начался. Хотя этот вопрос не так прост, как кажется на первый взгляд (подробнее смотрите об этом в главе «Этические проблемы»), очевидно, что «генетическая паспортизация» станет основой профилактической индивидуализированной медицины будущего. Ведь гораздо проще вовремя помочь себе — соблюдать определенную диету, не злоупотреблять солнечными ваннами, не курить, чем заболеть тяжелым заболеванием, не поддающимся никакому лечению.
ДНКовый ТЕКСТ ВМЕСТО ОТПЕЧАТКОВ ПАЛЬЦЕВ (генная дактилоскопия)
Каждый человек отличается от другого и с каждым днем отличается сам от себя.
Многие годы для идентификации личности использовали лишь один эффективный подход — анализ отпечатков пальцев (по-научному — дактилоскопия). В переводе с греческого daktylos — палец + skopeo — смотрю. Считается, что впервые этот термин использовал в 1877 году никому не известный английский служащий Вильям Гершель. Он обнаружил, что папиллярные узоры на руках людей отличаются между собой по особенностям строения и не меняются на протяжении всей жизни. То есть каждый человек как бы промаркирован сторого определенным ярлыком. Первая система классификации отпечатков была создана Фрэнсисом Гальтоном, британским антропологом и кузеном Чарлза Дарвина. В 1892 году аргентинский полисмен Ян Вучетич впервые использовал на практике эту систему и на основе оставленного убийцей на месте преступления окровавленного отпечатка идентифицировал его. В начале XX века в ряде стран был начат систематический сбор отпечатков пальцев для криминалистической идентификации. Стандартом для признания отпечатков идентичными было совпадение 12 деталей узоров на пальцах. В дальнейшем это открытие с успехом использовалось и продолжает использоваться в криминалистике на протяжении уже свыше 100 лет.
Однако не всегда в распоряжении криминалистов имеются интересующие их отпечатки пальцев. Кроме того, некоторые проблемы вообще не могут быть решены с помощью этого подхода. Например, вопрос об отцовстве и материнстве. Странно было бы для решения этого вопроса искать на ребенке отпечатки пальцев родителей, что бы установить степень родства. И вот наступило время, когда для решения этой проблемы на помощь криминалистам пришел геном человека, а вернее, его ДНК. Сейчас широко стали использоваться на практике геномные методы идентификации личности, созданные на базе достижений молекулярной генетики человека.