1 2

Пренатальные ДНК-технологии

140 лет тому назад была открыта ДНК. Это открытие стало основой для многих инновационных направлений биотехнологии, молекулярной биологии и медицинской науки. Не стала исключением и репродуктивная медицина. В настоящее время ДНК-анализ широко используется для установления отцовства и материнства, выявления наследственных заболеваний и нарушений развития. Последние достижения в области генетического анализа позволяют проводить эти исследования не только после рождения ребенка, но еще на стадии эмбрионального развития. О современных возможностях пренатального ДНК-анализа читайте в статье нашего британского коллеги.

Дезоксирибонуклеиновая кислота — один из двух типов нуклеиновых кислот, обеспечивающих хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов

История взаимодействия науки и ДНК

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) была открыта в 1869 году швейцарским ученым Иоганном Фридрихом Мишером (Johannes Friedrich Miescher). На протяжении многих лет биологическая функция ДНК была не ясна. Даже в начале ХХ столетия, когда генетика уже сформировалась как отдельная наука, многие ученые были уверены, что ДНК не имеет никакого отношения к передаче наследственной информации (тогда было принято мнение, что эту функцию выполняют белки). Прошло не одно десятилетие, прежде чем в 40-х годах ХХ века ученые доказали, что именно ДНК является носителем генетической информации. В 1953 году англичанин Френсис Крик (Francis Crick) вместе с американцем Джеймсом Уотсоном (James Watson) установили, что структура ДНК представляет собой двойную антипараллельную спираль, тем самым положив начало современной молекулярной биологии, что по праву считается самым главным открытием в биологии прошлого века. Эта работа была удостоена Нобелевской премии по физиологии и медицине 1962 года. Возможность использования ДНК для идентификации человека впервые была предложена в начале 80-х годов ХХ века профессором Лестерского университета Великобритании — Алеком Джеффрисом (Alec Jeffreys), который обнаружил, что несмотря на то, что ДНК всех людей более чем на 99% идентична, в ней существуют такие участки, которые отличаются от человека к человеку. Этими участками являются повторяющиеся последовательности ДНК так называемые мини- и микросателлиты. В настоящее время ДНК-анализ используют не только для установления отцовства и других видов родства, но также в криминалистике, где этот метод стал основным методом идентификации человека. Сегодня для анализа родственных отношений или же для идетнификации личности по ДНК применяют микросателлитные генетические маркеры — STR (SimpleTandem Repeats— простые тандемные повторы). Этот тип маркеров представляет собой нуклеотидные повторы (например, ACTG, или GTAA), происходящие определенное количество раз. Анализируя небольшое количество разных типов повторов (называемых ДНК-маркерами) в генотипе человека можно получить его уникальный генетический профиль, который используется для анализа в целях установления родства. В настоящее время установление отцовства и других видов родства в основном проводят по 16 аутосомным STR-маркерам, но уже существуют системы с большим количеством ДНК-маркеров. На автоматических генетических анализаторах при помощи капиллярного электрофореза анализируют STR-маркеры, хотя иногда еще встречаются лаборатории (особенно на территории бывшего СССР, в частности в Украине), которые используют морально устаревшую технологию пластинчатого электрофореза с визуализацией маркеров при помощи радиоактивной метки или окраски нитратом серебра. Наиболее распространенными системами анализа аутосомных STR-маркеров являются AmpflSTR Identifiler (Applied Biosystems, США) и PowerPlex-16 (Promega Corp., США). Точность анализа составляет 100% при исключении и 99,99% и выше при неисключении отцовства. В 90-х годах прошлого века учеными был открыт новый вид ДНК-маркеров, называемый SNP  (Single Nucleotide Polymorphism — единичный нуклеотидный полиморфизм). Как следует из названия, SNP представляют собой единичные различия в цепочке ДНК между людьми (например, вместо AACTGT будет AATTGT). Это наиболее распространенный тип ДНК-маркеров в геноме человека. Если количество STR-маркеров составляет около 10 000 (а количество STR-маркеров пригодных для идентификации человека не более 2000), то на 2010 год количество иднетифицированных SNP-маркеров достигло 10 000 000. Из-за своей природы SNP-маркеры менее информативны чем STR -маркеры, но уже существует технология, позволяющая их успешно использовать вместо  STR -маркеров для установления родства и идентификации человека. При помощи нескольких молекулярно-биологических технологий анализируют SNP -маркеры. Наиболее распространенной на сегодняшний день является полимеразная цепная реакция (ПЦР) в реальном времени с использованием TaqMan-зондов, «молекулярных буев», или же «скорпионов». Крупные лаборатории также используют технологии на основе масс-спектрометрии (MALDI-TOF), или же SNPStream, которые, в отличие ПЦР в реальном времени, повзоляют одновременно анализировать десятки SNP-маркеров в одной реакции.

Полимеразная цепная реакция (ПЦР) — экспериментальный метод молекулярной биологии, который позволяет добиться значительного увеличения малых концентраций определенных фрагментов ДНК в биологическом материале (пробе)

Пренатальный анализ ДНК (анализ ДНК во время беременности)

Существует три основных метода пренатального анализа ДНК. Они отличаются способом взятия биологического материала у плода:

  • Биопсия хориона (анализ хорионных волосков) — проводится на 9–12 неделях беременности.
  • Амниоцентез — проводится на 13–17 неделях беременности.
  • Анализ периферической или венозной крови матери — проводится начиная с 7-й недели после зачатия.
Первые два метода являются инвазивными и несут в себе до 3% риска прерывания беременности или причинения вреда плоду и здоровью матери. Полученные этими способами биологические образцы плода могут быть использованы как для стандартного анализа ДНК на отцовство (и другие виды родства), так и для определения пола будущего ребенка и наличия генетических аномалий. Технология анализа ДНК в этих случаях не отличается от обычной постнатальной технологии. Для установления отцовства полученные образцы плода анализируются по 16 STR-маркерам и результаты сравниваются с ДНК-профилями биологической матери и предполагаемого отца (анализ биологической матери в данном случае обязателен, т.к. образцы плода всегда загрязнены биологическим материалом матери). Точность таких анализов в большинстве случаев не отличается от аналогичной при постнатальном анализе. В отличие от вышеуказанных, анализ периферической или венозной крови является самым безопасным методом взятия образцов для исследований. Мать и плод имеют общую кровеносную систему. Несколько лет назад было убедительно показано, что в периферической (и венозной) крови матери присутствует ДНК плода, причем имеющаяся на сегодняшний день технология позволяет получать достоверные результаты анализа этой ДНК уже начиная с 7-й недели после зачатия. Этот феномен положен в основу неинвазивного пренатального определения отцовства, а также определения пола будущего ребенка. Если для постнатального анализа ДНК в целях установления отцовства (или для пренатального анализа ДНК, когда образцы получены в результаты биопсии хориона, или амнеоцентеза) используются  STR - маркеры, определение отцовства по крови беременной женщины проводят путем анализа SNP-маркеров. Имеющаяся на вооружении ученых технология позволяет быстро и надежно аналазировать сотни SNP-маркеров и сравнивать полученные результаты с результатами биологической матери и предполагаемого отца. Если женщина беременна мужским плодом, то анализируются маркеры, присутствующие на Y-хромосоме, которая передается только от отца к сыну. Если же плод женский, то анализируются SNP-маркеры на X-хромосоме (у девочек две X-хромосомы, одна из которых получена от отца) и еще на одной хромосоме, как правило, хромосоме 1, которая является самой большой в геноме человека. Точность таких анализов не уступает стандартному анализу по STR-маркерам. Возможность детектирования ДНК плода в кровеносной системе матери также лежит в основе пренатального определение пола будущего ребенка по крови матери. Этот метод основан на анализе ДНК, выделенной из материнской крови по SNP-маркерам, специфичным Y-хромосоме. Отсутствие данных маркеров в образцах свидетельствует о том, что плод женский (или в случае множественной беременности все эмбрионы женского пола). Если же эти маркеры обнаружены, значит женщина беременна мальчиком (или в случае множественной беременности как минимум один эмбрион будет мужского пола). В настоящее время широкой популярностью пользуется коммерческий тест Pink or Blue, проводимый нашей лабораторией в сотрудничестве с американскими партнерами, который позволяет определить пол будущего ребенка по периферической крови матери начиная с 7-й недели после зачатия. Точность этого анализа составляет 95%, что намного превышает аналогичные неинвазивные методы (например, УЗИ, где точность определения пола плода на аналогичных скроках составляет около 80%).
Продолжение статьи, в котором вы узнаете про факторы, которые влияют на  точность анализа ДНК, вы можете прочитать тут.

Автор: Андрей Семиходский - доктор философии (PhD), эксперт в области ДНК-исследований и доказательств (Лондон, Великобритания)

 

Услуги

Статьи



заказать звонок

(812) 458-45-37

(812) 928-78-64

Видео о нас