Генетический скрининг взрослых - Геном человека

В настоящее время нет общенациональных программ генетического скрининга взрослого населения, но некоторые достижения заслуживают упоминания. Лучшим кандидатом для этого является гемохроматоз - аутосомное рецессивное нарушение метаболизма железа, которое до середины жизни не становится клинически очевидным, хотя повышенное содержание железа в крови (которое в принципе можно выявить в ранние годы жизни) может указывать на предрасположенность к этой болезни.

Гомозиготы по предрасположенности к гемохроматозу встречаются у европеоидов с частотой от 1:200 до 1:500. По неизвестным причинам мужчины становятся симптоматичными в 5 раз чаще, чем женщины. Если не лечиться, то болезнь вызывает угрожающие жизни повреждения печени, сердца, поджелудочной железы и других органов.

Эффективный способ лечения гемохроматоза простой: на разных стадиях болезни надо избегать употребления железа (которое содержится, например, в поливитаминных комплексах), а если начинает развиваться перегрузка железом, то следует произвести флеботомию (кровопускание). Факт доступности эффективного лечения гемохроматоза является решающим для организации широкомасштабной программы генетического скрининга. Каким же образом можно выявлять индивидуумов, предрасположенных к гемохроматозу? Эта болезнь вызывается мутациями в гене, кодирующем белок HFE, который присоединяется к трансферритовому рецептору, расположенному на поверхности клеток, и тем самым участвует в регуляции проникновения (транспорта) железа в клетки. Из всех известных мутантных аллелей в гене HFE две мутации встречаются у больных с частотой 70%, а то и чаще, поэтому довольно легко создать тест, основанный на анализе ДНК.

Подсчитано, что каждый год можно спасти жизни примерно 1000 жителям США, если каждый человек пройдет проверку таким тестом. Тем не менее правительственные органы не рекомендуют этого, ссылаясь на разнообразные причины, включая неполную пенетрантность (болезнь развивается далеко не у всех лиц, предрасположенных к болезни), стигматизацию и дискриминацию.

Стигматизация - это ощущение индивидуума и (или) их "друзей по несчастью", знающих о наличии у них мутантной аллели, что они считаются изгоями (неполноценными). Она является серьезной проблемой в среде плохо осведомленной части населения. Однако очевидно, что значимость этой проблемы должна снижаться по мере того, как генетическая медицина станет все более понятной ее потребителям. Дискриминацию, особенно со стороны страховщиков, мы обсудим в этой главе позднее.

Если будет принята программа широкомасштабного скрининга мутантных аллелей, обусловливающих предрасположенность к гемохроматозу среди населения, то его можно было бы проводить одновременно со скринингом многих других мутантных аллелей, которые влияют на вероятность образования у человека рака молочной железы, колоректального рака (рака толстого кишечника), возникновения сердечнососудистых заболеваний и диабета (понятно, что здесь перечислены лишь наиболее распространенные болезни).

Конечно же, общество должно быть информировано о том, что подобные тесты могут снизить шансы заболевания, для чего людям зачастую будет достаточно всего лишь изменить стиль жизни. Однако информированное и адекватно реагирующее общество сможет сформироваться, скорее всего, лишь из последующих поколений людей.

Немаловажным является вопрос: кто может иметь доступ к результатам тестов? Должен ли иметь право такого доступа любой врач любой специальности, к которому обращается за помощью пациент? Многие врачи считают, что такое право дало бы возможность предложить пациенту исчерпывающее превентивное лечение.

Другой категорией скрининга взрослых является посемейный скрининг. В противоположность скринингу популяций, при котором упор делается на здоровье непосредственно обследуемых людей, основное предназначение посемейного скрининга - избежать появления на свет ребенка, пораженного тяжелым генетическим заболеванием. Хорошо известным примером является муковисцидоз (МВ). Эта аутосомная рецессивная болезнь обусловлена дефектами в белке хлоридного канала, который называется муковисцидозным трансмембранным регулятором проводимости (CFTR). Такие дефекты нарушают транспорт ионов хлора и натрия через апикальную мембрану эпителиальных клеток, и происходит это, прежде всего в воздушных ходах легких, потовых железах и в поджелудочной железе. В результате слизь, которая в норме образуется этими клетками, утолщается, что приводит к закупорке воздушных ходов в легких и протоков в поджелудочной железе. Массивная слизь в легких способствует развитию бактериальной инфекции, и поэтому больным приходится принимать излишне много антибиотиков. Прогрессирующее ухудшение функции легких обычно завершается смертельным (летальным) исходом примерно к 30 годам, хотя тяжесть симптомов может широко варьировать.

В популяциях выходцев из Западной Европы муковисцидоз встречается с частотой примерно 1 на 1500-2000 новорожденных. Это означает, что в этой этнической группе примерно один человек из двадцати является гетерозиготным носителем мутантной аллели в гене CFTW. Супруги, у одного из которых или у обоих имеется родственник, больной муковисцидозом, часто хотят знать, каков риск, что у них родится больной ребенок. Если такой риск существует, то они могут решить вообще не иметь детей, удочерить или усыновить приемного ребенка, или все же рискнуть обзавестись собственным ребенком. Супруги, которые уже имеют ребенка, больного муковисцидозом, живо интересуются, будет ли следующий ребенок здоровым. Обычно об этом можно узнать с помощью преимплантационной (доимплантаццонной) генетической диагностики (ПИГД) эмбриона, полученного путем "пробирочного" (искусственного или экстракорпорального) оплодотворения (оплодотворения in vitro - IVF, ЭКО). Для этого используется одна из нескольких начальных клеток эмбриона, и в ее ДНК, размноженной (амплифицированной) посредством ПЦР, проводится тест на наличие мутантной аллели. Поскольку при искусственном оплодотворении обычно получается несколько жизнеспособных эмбрионов, то специалист может проверить их и выбрать нормальный эмбрион для имплантирования его в организм матери.

Конечно, далеко не все супружеские пары, которые знают о риске рождения у них ребенка с серьезным генетическим дефектом, готовы согласиться на искусственное оплодотворение и ПИГД. Это связано не только с дороговизной таких процедур, но и с тем, что они могут вызвать сильный эмоциональный стресс у родителей. Некоторые родители могут предпочесть дождаться начала нормальной беременности, а затем согласиться на анализ клеток эмбриона, извлекаемых из околоплодных вод (из амниотической жидкости). В этих клетках тестируется наличие той мутантной аллели, про которую известно, что она имеется у одного из родителей. (Заметим, что в случае с рецессивной аутосомной болезнью совсем не обязательно тестировать мутантные аллели обоих родителей, потому что для проявления нормального фенотипа достаточно одной нормальной аллели.)

Самое время теперь перевести дух и задаться вопросом, будет ли выгодным скрининг муковисцидоза в масштабах крупных популяций, даже если предположить, что проблемы стигматизации и дискриминации удерживаются в рамках здравого смысла. Доводом в пользу такого скрининга является то, что болезнь довольно распространена и что уход за больными чрезвычайно дорог как в материальном, так и в эмоциональном смысле. К сожалению, существует практическая проблема, связанная с фундаментальными аспектами генетических болезней: инактивировать ген можно очень многими способами, а не каким-либо одним.

В популяциях выходцев из Западной Европы знаменитая мутация ДF508 является основным представителем (70%) среди других мутантных аллелей в гене CFTR, но в этнических группах из Южной Европы она встречается гораздо реже и очень редко в остальных популяциях. В целом во всем мире описано более 800 (!) мутаций в гене CFTR, с которыми связан муковисцидоз. Поэтому если проводить широкомасштабный (тотальный) скрининг, то включить в тесты все эти мутации практически невозможно. И как же в такой ситуации мы будем оправдываться перед супружеской парой, когда у них родится ребенок, больной муковисцидозом, при том что генетическая диагностика показала, что у них отсутствуют мутантные аллели, ответственные за 95% вариантов муковисцидоза? Скажем им: "Жаль, но вам не повезло. Но вы же не станете отрицать, что мы сделали для вас все от нас зависящее?"? Совершенно не важно, в сколь осторожные формулировки будут закамуфлированы результаты генетического теста. Всегда в таких делах найдется место для множества недоразумений, недоумений, недопонимания, а иногда и для судебных разбирательств. Аналогичные проблемы будут возникать и при скрининге популяций как в отношении гемохроматоза, так и в отношении почти всех других генетических болезней.

Даже при этих обстоятельствах Американский колледж медицинских генетиков, Американский колледж акушеров и Национальный институт здоровья рекомендовали в 2001 г., чтобы скринингу подвергались все те мутации MB, которые встречаются в американской популяции с частотой не ниже 0,1%. Особенно это касается взрослых, среди родственников которых имеются больные MB, и здоровых членов супружеских пар, если второй супруг болен MB. Этому критерию отвечают 25 мутаций, и в настоящее время коммерчески доступны наборы тестов, которые позволяют сканировать их, а многие доктора рекомендуют пройти такое тестирование всем парам, планирующим иметь ребенка. В этой связи возникает серьезнейшая проблема неверного толкования и восприятия результатов таких тестов.

Все обсуждавшиеся до сих примеры касались нарушений, которые наследуются согласно менделевским правилам и которые встречаются у очень незначительной части населения. Бурный рост наших познаний о генах, которые вносят вклад в возникновение комплексных болезней, в недалеком будущем приведет к принципиально новым программам скрининга. Мы знаем немногие ситуации, когда специфические генетические изменения повышают вероятность приобретения болезни, но действуют они не в столь прямолинейной менделевской манере. Одним из хорошо известных примеров является аллель 4 в гене, который кодирует аполипопротеин Е (АРОЕ). Многочисленные исследования показали, что у пациентов с болезнью Альцгеймера частота этой аллели выше, чем в контроле. Принято считать, что наличие аллели АРОЕ-4 повышает риск развития болезни Альцгеймера, но о самой степени риска ведутся ожесточенные споры. АРОЕ играет роль в транспорте холестерина, но каким образом это может приводить к болезни Альцгеймера, до сих пор непонятно.

По мере того как все больше мы узнаем о вкладе генов в предрасположенность к таким болезням, как атеросклероз, ревматоидный артрит, диабет и другие распространенные недуги, мы постепенно создаем каталог аллелей различных генов, связанных с болезнями. В геноме человека наблюдается гигантское (астрономическое) количество вариаций, большинство которых представляют собой однонуклеотидные полиморфизмы (ОНП) (в зарубежных научных кругах для них принято обозначение SNP - single nucleotide polymorphism и произношение "снипы" - "snips"). Заключается это явление в том, что в одном и том же положении одиночная пара нуклеотидов у некоторых индивидуумов отличается от пары нуклеотидов в том же положении у большинства других людей. В реальности примерно один ОНП приходится на 1000 п. н. (1 на 1 т. п.н.), что означает, что ваш геном отличается от генома вашего близкого друга примерно в 3 миллионах позиций. Множество ОНП находятся в некодируюших районах, и подавляющее их большинство должны быть функционально инертными, хотя и среди них есть такие, которые могут затрагивать регуляцию активности генов. Однако малая доля ОПН встречаются в кодирующих районах (в экзонах), одни из которых являются синонимичными изменениями (т. е. они не изменяют кодируемую аминокислоту вследствие вырожденности генетического кода), но другие приводят к заменам аминокислот в этих сайтах. Несинонимичные кодирующие ОНП являются источником изменений в функции белков, и тем самым они способны повышать вероятность развития различных комплексных болезней.

В 1999 г. крупные фармацевтические компании, в том числе Wellcome Trust в Великобритании, осознали, сколь важная роль принадлежит ОНП при изучении человеческих генов в норме и при патологии, а также и при создании новых лекарств. Они организовали SNP Consortium, целью которого стала разработка крупнейшей базы данных по ОНП человека, доступной всем заинтересованным. Их достижения превысили все ожидания, и в настоящее время идентифицировано несколько миллионов ОНП. что составляет в среднем 1 ОНП на 1 т. п.н. в геноме человека.

Когда мы создадим более или менее исчерпывающий каталог ОНП, связанных (ассоциированных) с болезнями, тогда станет возможным тестировать сотни (и тысячи) ОНП в геноме каждого человека. В результате станет доступным громадное количество информации, которую индивидуумы смогут использовать при выборе собственного стиля жизни, а их врачи смогут назначать им по возможности индивидуальные средства лечения.

Крупномасштабные программы скрининга ОНП в популяциях будут использовать новую технику анализа с помощью ДНК-микрочипов, которые уже сейчас предоставляют возможность на каждом таком чипе обследовать тысячи генов или молекул мРНК. Таким образом, столь массовое обследование ОНП, которое еще несколько лет тому назад казалось фантастикой, вскоре станет доступным по вполне приемлемой цене. Оно явится фундаментальным достижением для генетических исследований, как в научных лабораториях, так и в клиниках. Клиницисты уже сейчас используют эту технику для получения характеристик различных типов опухолей в терминах паттерна (подробной картины) экспрессии генов, а также для подбора наиболее эффективных лекарств для лечения данного пациента. Несомненно, что эта техника находит массу применений и в фундаментальных научных исследованиях.

Поскольку ДНК-чипы изготавливаются с использованием технологий, пришедших из полупроводниковой промышленности, их можно применять и для анализа ОНП, и некоторые компании сейчас активно разрабатывают инструменты и устройства для того, чтобы резко повысить пропускную способность таких анализов. Представьте себе: каждое крошечное пятнышко на таком чипе будет содержать олигонуклеотид, т. е. фрагмент однонитевой молекулы ДНК длиной примерно в 25 нуклеотидов (25-мер, пента-икосамер), в котором центральное место занимает основание, по которому в данной популяции наблюдается полиморфизм. Мы можем прозондировать этот чип с помощью небольшого содержащего флюоресцентную метку участка ДНК, выделенного из генома любого человека - здорового или больного. Мы можем подобрать такие условия для гибридизации, при которых, если испытуемая ДНК содержит последовательность, точно комплементарную 25-меру на чипе, то тогда образуется флюоресцирующий гибрид ДНК-ДНК. Но если всего лишь одно основание в этом 25-мере не будет комплементарным олигонуклеотиду на чипе, то гибрид не будет образовываться. Микрочип может содержать тысячи капель с подобными 25-мерами, каждая из которых представляет различные сайты ОНП.

Теоретически один чип ОНП может содержать все энциклопедическое количество информации о геноме одного человека. Поэтому очевидно, что достаточно скоро возникнет потребность в самого различного рода программах генетического скрининга больших популяций. Неизбежно найдутся сторонники поголовного скрининга всех новорожденных, другие же будут призывать ограничивать такие программы скринингом лишь взрослых людей. Кое-кто будет убежден в необходимости принудительного скрининга (особенно для новорожденных), а другие будут настаивать на исключительной добровольности таких процедур. Ясно, что потребуется немало времени, чтобы согласовать столь резко конкурирующие интересы.

Несомненно, в пользу проведения программ массового скрининга будет иметь место мощное давление со стороны коммерческих структур, поскольку они обещают огромную выгоду. Прискорбно, конечно же, что такое давление может повлиять на решения, которые следует принимать только после длительных и объективных сопоставлений индивидуальных и общественных выгод и ответственностей, в которых можно будет убедиться лишь после того, как любые новые программы скрининга будут санкционированы государством или профессиональными медицинскими сообществами или учреждениями. В дополнение к уже упомянутым проблемам мы не можем игнорировать и тот факт, что от массового скрининга аллелей, которые обусловливают генетические болезни или предрасположенность к комплексным (многофакторным) болезням, за версту отдает евгеническим душком. В особенности если программа скрининга будет принята в принудительном порядке, то само ее существование будет воспринято обществом как запрет на рождение детей с любой из таких болезней. Негативные аспекты программ генетического скрининга нельзя игнорировать полностью, но есть надежда, что позитивные аспекты возобладают как на индивидуальном уровне, так и на уровне взвешенных политических решений. Ведь, в конце концов, цель у генетического скрининга самая что ни на есть благородная - предложить лучшее здоровье (качество жизни) как можно большему количеству людей.

Похожие статьи




Генетический скрининг взрослых - Геном человека

Предыдущая | Следующая