В МГНЦ имени академика Н.П. Бочкова исследователи успешно осваивают новые технологии, помогающие врачам-генетикам диагностировать наследственные патологии и выбирать правильную тактику лечения и ведения пациентов.
Трудности фенотипирования
Подходы к одному и тому же пациенту специалистов даже одинакового профиля всегда будут отличаться. Каждый из них будет прицельно искать определенные, хорошо ему известные симптомы, которые он считает главными, многое зависит и от опыта врача, и от возраста пациента. При диагностике некоторых наследственных болезней у 12-летнего подростка можно увидеть особенности, которые не могли проявиться в двухлетнем возрасте. Порой симптомы и признаки наследственных недугов стерты, едва заметны, но стоит человеку разволноваться, как они становятся отчетливо видны.
«В зависимости от эмоционального настроя, поведения пациента некоторые фенотипические особенности могут проступать ярче или, наоборот, становиться не такими заметными, - замечает врач-генетик, научный сотрудник научно-консультативного отдела МГНЦ имени академика Н.П. Бочкова Артем Боровиков. – Все наши наблюдения субъективны. Но это влияет на диагностику и выбор верного пути лечения для пациентов».
Новая технология, которую сейчас осваивают в МГНЦ, позволяет делать более обоснованные выводы. Пока что она применяется для подтверждения диагнозов тех наследственных болезней, которые ассоциированы с теми или иными особенностями лица. Таковых недугов согласно международной базе данных насчитывается 5200. Чтобы правильно поставить диагноз, надо тщательно измерить длину глаз, ширину лица в определенных плоскостях, нос, щеки, подбородок… Но попробуйте это все измерить! «Я редко видел, чтобы специалисты, которые работают с наследственными заболеваниями, для точной оценки фенотипа делали абсолютно все возможные измерения, - говорит доктор Боровиков. – Это очень долгая и сложная процедура, примерно часовое исследование. Не всегда пациент может его выдержать, и не всегда у врача есть время, чтобы его провести».
3D-сканирование и визуализация
Потому многие генетики начали использовать в своей практике Face2Gene – набор приложений для фенотипирования, упрощающий генетические оценки. Пациента фотографируют с помощью нейросети, полученное изображение разбивается на несколько составных частей, которые много раз обрабатываются компьютером и сравниваются с различными синдромами. По словам Артема Боровикова, если компьютер сообщает о высокой вероятности диагноза, ему можно верить.
Есть и совсем новые методы, с помощью которых получают значительно больше данных, чем может дать обычная фотография. С помощью специальных приборов лицо пациента сканируют в инфракрасном режиме и получают облако точек. Затем, убрав все лишнее, программа выделяет наиболее значимые части изображения. На этом снимке и делаются все измерения. Его можно сохранить в памяти и через некоторое время, получив новое изображение, сравнить полученные данные, увидеть динамику процесса.
Как предупреждает доктор Боровиков, пока что технология находится на самом раннем этапе. «Мы мало знаем о том, как формируются особенности лица, с какими генами это связано. В данной области нас ждет еще очень много открытий», - уверен он.
Уже собрано примерно 4,5 тысячи 3D-снимков различных синдромов, можно четко увидеть их характерные черты. Программа анализирует заложенные в нее данные и выдает процент совпадений. В ближайшем будущем это поможет практикующим врачам-генетикам ставить точные диагнозы. Правда, выяснилось, что специфические синдромы умная машина распознает с большей вероятностью, чем такие распространенные, как синдром Дауна.
Особенности фенотипа лицевой части черепа имеют более 5200 наследственных заболеваний. Эти характерные черты описываются в 1043 терминах
Транскриптомная диагностика
Обычно при подозрении на наследственное заболевание исследователи изучают ДНК. Это самый удобный и простой для изучения объект. Но, хотя в клиническую практику постоянно внедряются все более технологичные методы исследования генома, эффективность ДНК-диагностики остается около 40-50%. Показатель, прямо скажем, невысокий. Получается, половина пациентов остается без диагноза. Младший научный сотрудник лаборатории функциональной геномики МГНЦ имени академика Н.П. Бочкова Петр Спарбер объясняет это следующими причинами:
- На фенотип могут повлиять неблагоприятные факторы внешней среды. В этом случае измененный признак не передается по наследству, но может иметь сходство с симптомом наследственного заболевания. Потому диагноз остается под вопросом.
- Так называемый полный геном не такой уж полный. Множество областей нашего генома пока невозможно прочитать или интерпретировать существующими методами. Есть псевдогены, которые мало чем отличаются от генов. Когда геном секвенируется с помощью довольно коротких прочтений, получается маленький фрагмент. Понять, относится он к гену или псевдогену, часто бывает невозможно.
- Патогенные варианты, которые приводят к развитию наследственных заболеваний, могут располагаться в любых областях генома, но обычно их ищут в тех частях, что легко доступны для исследования. Но это лишь 2% генома человека
Вот почему сегодня актуальным становится анализ РНК, иными словами траснкриптомная диагностика. Практикующие врачи-генетики опираются как на таргетный анализ, так и на анализ всей совокупности РНК в ткани. И тот, и другой начинаются с того, что из крови или любой другой доступной для исследования биологической ткани выделяют РНК. При применении первого способа благодаря реакции обратной транскрипции получают кДНК (комплементарную ДНК) и с помощью ПЦР многократно увеличивают число копий нуклеотидных последовательностей гена. Они визуализируются и секвенируются. После чего становятся видны нарушения и изменения относительно нормы.
Если используется второй метод, выделенная РНК фрагментируется на маленькие отрезки, которые анализируются. Так можно увидеть изменение структуры РНК и изменение экспрессии (воспроизводства последовательности нуклеотидов). При изменении экспрессии можно проверить патогенность ранее выявленных вариантов или найти новые варианты, повлиявшие на созревание РНК. К данному методу прибегают, когда ДНК-диагностика не обнаружила патологию, но врач имеет веские основания ее подозревать.
«Часто есть очень яркий клинический фенотип, мы уверены, что это определенное генетическое заболевание, но при исследовании целевых генов ничего не нашли. При проведении же РНК-анализа можно увидеть, что определенный ген в ткани не воспроизводится. Вот вам и доказательство, что подозрения можно оформить в диагноз. В ряде случаев анализ РНК помогает объяснить особенности течения заболевания, почему у кого-то легкая форма, а у другого пациента – тяжелая», - продолжает Петр Спарбер.
Секвенирование РНК после анализа ДНК повышает эффективность диагностики:
- для митохондриальных заболеваний – на 10%,
- для нервно-мышечных заболеваний – на 35%.
Использование РНК-анализа при исследовании отдельных генов позволяет точно определить до 75% выявленных при ДНК-диагностике вариантов и понять, патогенные они или доброкачественные.
Использование РНК-анализа при исследовании отдельных генов позволяет точно определить до 75% выявленных при ДНК-диагностике вариантов и понять, патогенные они или доброкачественные
Случаи из практики
Уже есть примеры успешного применения описанных выше методов РНК-диагностики. Так, при диагностике синдрома Питта-Хопкинса врачи МГНЦ выявили вариант, патогенность которого была под вопросом. После РНК-диагностики стало понятно, что наличие данного варианта приводит к пропуску определенного участка ДНК, что позволило обосновать диагноз.
При анемии Фанкони дефекты возникают сразу в нескольких генах. Петр Спарбер вспоминает случай, когда при подозрении на эту патологию ДНК-диагностика смогла выявить только один «поломанный» ген. Было определено, что он унаследован от матери. Чтобы найти второй вариант, РНК для исследования взяли у отца. Ее разбили на несколько участков и в одном увидели укороченную изоформу. Затем вернулись на уровень ДНК и нашли поломку, которую не смогли выявить раньше. РНК-диагностика «подсказала», где именно искать «бракованный» ген, и помогла поставить точный диагноз. А заодно выяснить, что недуг проявился у ребенка, так как носителями наследственной патологии оказались оба родителя.