Почему вам не нужно расшифровывать свой геном12.12.2024 11:30

Если верить новостям, в ближайшем будущем генетики победят неизлечимые заболевания и найдут рецепт молодости, а каждый человек сможет отредактировать свою ДНК и исправить ошибки природы. Уже сейчас многие лаборатории предлагают всем желающим расшифровать геном и экзом. Кажется, что, сдав такие анализы, можно понять все о своем организме: узнать скрытые таланты, предрасположенности, риски. Но, к сожалению, это так не работает.

Привет, Хабр! Меня зовут Вера Морозова, я медицинский редактор Лаборатории «Гемотест». Под катом я расскажу, что на самом деле можно узнать из генетических тестов, как именно делают расшифровку экзома и почему этот анализ не нужно сдавать здоровым людям. Мне в этом будет помогать Жан Дюжев — руководитель направления «Генетика» Центра генетических исследований «Гемотест».

Для начала разберемся с терминологией. Что такое геном знают многие, а вот экзом — понятие менее известное.

Что такое экзом и зачем его надо расшифровывать

Геном — это вся генетическая информация человека, которая хранится в его ДНК. Экзом — это крохотная часть (1–2%) генома. В него входят все участки ДНК (гены), которые кодируют белки — строительный материал организма. Именно в экзоме происходит 85% генетических поломок, вызывающих тяжелые заболевания: муковисцидоз, гемофилию, врожденную тугоухость, фенилкетонурию и другие.

Секвенирование (расшифровка) экзома — это анализ, который позволяет нам прочитать последовательность нуклеотидов в белок-кодирующих участках и выявить в них такие поломки.

Поскольку экзом значительно компактнее генома, его расшифровка занимает меньше времени и стоит дешевле полногеномного секвенирования. А для диагностики генетических поломок этого теста в большинстве случаев достаточно.

Геном содержит в себе более 3 млрд пар нуклеотидов, экзом — около 30 млн

Очистить, нарезать, прочитать. Как проводят секвенирование экзома

Секвенирование экзома проводят методом NGS (next-generation sequencing — секвенирование нового поколения). Эта технология обеспечивает высокую скорость и точность.   

Сначала мы выделяем ДНК из лейкоцитов крови: обрабатываем клетки реагентами, которые разрушают их мембрану и ядро, и ДНК попадает в раствор. Затем мы отделяем ее от белков и других примесей.

Далее мы готовим библиотеку для секвенирования. Каждую нить ДНК фрагментируют — разделяют на части, с которыми удобно работать. Это можно сделать ферментами или ультразвуком. Мы чаще всего используем второй метод: раствор ДНК загружается в прибор ультрасоникатор Covaris, который разбивает молекулы на отдельные сегменты.

К каждому получившемуся фрагменту мы «пришиваем» адаптеры и бар-коды — индивидуальные метки, по которым можно идентифицировать пациента. Секвенатор способен обрабатывать огромное количество материала, поэтому в него одновременно загружается ДНК 8–10 человек. Прибор их распознает по индивидуальным меткам. Каждый участок ДНК прочитывается около 100 раз, это минимизирует возможность ошибки. 

После того как последовательность нуклеотидов прочитана, информация выгружается в компьютер в виде файла в специальном формате FASTQ. Записанная последовательность называется сиквенсом.

Результаты секвенирования экзома — это огромный массив данных. С помощью специальных программ все прочитанные фрагменты сравниваются с аналогичными участками референсного экзома и выявляются отклонения от нормы. В популярной литературе такие отклонения называют мутациями, в научной используют термин «генетический вариант».

Вот так генетики видят сиквенс в геномном браузере. Несложно догадаться, в каком столбце выявили мутацию.

Мутируйте на здоровье. Все ли генетические сбои опасны

Часто понятие «мутация» вызывает негативную реакцию: кажется, что любая генетическая поломка неизбежно ведет к катастрофе. Но заболевания вызывают только патогенные варианты, а они встречаются сравнительно редко. Большинство изменений в генах доброкачественные и никак не влияют на здоровье. Также могут быть генетические варианты неясной клинической значимости. Это малоизученные отклонения от нормы: и пока неизвестно, какое влияние они оказывают на организм.

Приведу пример: некоторые варианты гена CFTR приводят к развитию смертельно опасного заболевания — муковисцидоза. Они изучены, описаны в литературе и однозначно определяются как патогенные. Но этот ген содержит 180 тыс. пар оснований, и мутацией может стать замена всего одного основания на другое. Это невообразимое количество возможных вариаций, никто и никогда не сможет описать их все и определить их влияние на здоровье.

Мы используем программы-предсказатели, которые на основе математических моделей, данных о поломке (в каком месте, насколько существенная), информации о структуре кодируемого белка могут определить потенциальную опасность генетического варианта. Но пока он не исследован и не описан в научной литературе, мы не можем дать однозначный ответ, патогенный он или нет.

Как будем лечить. Зачем отправляют на секвенирование экзома

На секвенирование экзома направляют, если есть подозрение, что заболевание имеет генетическую природу. Иногда патологии проявляются одними и теми же симптомами, но их могут вызывать разные причины. Очень важно установить, что именно привело к заболеванию, так как от этого зависят методы лечения.

Пример: Для назначения лечения человеку с эпилепсией очень важно знать, приобретенная это патология или наследственная. Эпилептические приступы могут быть вызваны поломками разных генов. И метод терапии напрямую зависит от того, какой генетический вариант стал причиной заболевания.

Также анализ важен для прогноза здоровья других членов семьи. Если у пары родился ребенок с наследственным заболеванием, секвенирование экзома позволяет оценить, есть ли шанс рождения в этой семье здоровых детей и что для этого необходимо сделать. Если заболевание обнаружилось у одного из членов семьи, рекомендуют обследовать ближайших родственников, чтобы понять, грозит им такая же патология и есть ли риск ее передачи по наследству.

Хочу все знать. Стоит ли делать секвенирование экзома на всякий случай

Здоровому человеку, у которого нет загадочной болезни, не нужно делать этот анализ на всякий случай, так как проанализировать все генетические риски просто невозможно.При секвенировании экзома получают огромный объем данных, поэтому такое исследование практически всегда проводят по медицинским показаниям.

В лаборатории мы прицельно анализируем гены, поломка в которых может привести к заболеванию с определенной клинической картиной. Если у пациента неврологические симптомы — судороги, тремор, головокружение, расстройство памяти, — мы смотрим только соответствующие участки ДНК и не будем обращать внимания, например, на гены, которые отвечают за остроту зрения.

Это так называемые риды — последовательности нуклеотидов во фрагментах ДНК. Таких строк в исследовании ДНК одного человека может быть более 50 млн!

Но мы можем дополнительно выявить так называемые вторичные находки. Это распространенные изученные патогенные или вероятно патогенные варианты генов, не связанные с заболеванием, по поводу которого проводится обследование. Список таких вторичных находок в свое время составил Американский колледж медицинской генетики и геномики (American College of Medical Genetics and Genomics). 

Пример: К нам обратился пациент с эпилепсией, мы проанализировали гены, связанные с ней, а попутно обнаружили мутации в гене BRCA1, который входят в этот список. Мутации в генах BRCA1 и BRCA2 вызывают рак молочной железы, яичников, простаты. Получается, что, помимо текущей проблемы со здоровьем, у человека есть еще и высокая вероятность развития онкологического заболевания.

Вторичные находки мы вносим в итоговое заключение только по желанию пациента, так как информация о возможных рисках может значительно снизить качество жизни. Например, есть такое наследственное заболевание — хорея Гентингтона. Его отличает поздняя манифестация: первую половину жизни человек чувствует себя хорошо, а после 30–50 лет у него развиваются тики, нарушается координация и моторика движений, постепенно ухудшаются когнитивные функции — вплоть до развития деменции. Предотвратить или вылечить это невозможно. Стоит ли, например, в 20 лет узнавать о таком риске и жить последующие годы под дамокловым мечом? Каждый сам отвечает на этот вопрос.

Человек как база данных. Поможет ли генетический анализ узнать о скрытых талантах

Несмотря на то что в нашей лаборатории мы проводим анализ исключительно с медицинской целью — выявляем патогенные мутации, — при желании пациента мы выдаем ему весь сиквенс (сырые данные), и дальше он волен делать с ним что угодно.

Можно отложить сиквенс до лучших времен: последовательность нуклеотидов в течение жизни не изменится, а в будущем у генетиков будет больше информации о том, как те или иные участки ДНК влияют на жизнь человека и к каким последствиям приводят различные генетические варианты.

Можно попробовать покопаться в нем самостоятельно. В Сети есть много ресурсов с данными о разных генах и генетических вариантах, например SNPedia или 23andMe. Кто-то пытается с их помощью оценить не только состояние здоровья, но и предрасположенности к определенным видам деятельности, свои таланты и склонности. Но нужно понимать, что однозначно оценить уровень способностей и интеллекта генетика пока не может. В том числе и потому, что гены не влияют на человека напрямую. Его развитие зависит не только от наследственности, но и от окружения, воспитания, условий жизни.

© Habrahabr.ru