Varje person har tusentals genetiska mutationer som under vissa förhållanden kan orsaka allvarliga sjukdomar, inklusive cancer. Några av de dåliga generna som ärvts från sina föräldrar, medan andra uppstod spontant vid fosterbildningen. Och om en genuppdelning nästan är omöjlig att fixa, är det verkligt nu att förhindra överföring av mutationer till barn. RIA Novosti berättar hur medicinsk genetik hjälper till att skapa en generation friska människor.
”I min praxis fanns det en stor familj från Samara som led av ärftlig motor-sensorisk neuropati (HMSN). Denna sjukdom är obehaglig, men inte dödlig. De första symtomen uppträder i barndomen; vid sjuttio års ålder är patienten redan i rullstol. Det tog oss cirka femton år att identifiera genen som orsakar sjukdomen. Den molekylära orsaken till sjukdomen identifierades 2015. Sex tidig prenatal diagnostik har redan genomförts för olika grenar i denna familj. Tyvärr har inte alla en gynnsam prognos. I detta fall avbryts graviditeten. Men som ett resultat födde alla dessa människor friska barn. Föreställ dig att fem generationer av familjen drabbades av HMSN, och deras ättlingar kommer inte längre att ha den här mutationen, säger Olga Shchagina, en laboratoriegenetiker.
Hon är chef för laboratoriet för molekylär genetisk diagnostik vid Medical Genetic Research Center (MGSC). Det är här, i det heliga av ryska medicinska genetik, som ryssarnas genom avkodas för att hitta en tidsbombe i deras DNA. Laboratoriet har två våningar i Moskvas statsvetenskapliga centrum och består av flera isolerade rum. Biologiska prover som tas från en patient (oftast blod) kommer att passera genom var och en av dem innan läkaren vet vad som är gömt i generna.
DNA-moln
Först isolerar laboratoriet DNA från kärnan i cellerna och lägger till ämnen som förstör cellmembranet i blodet. Det resulterande DNA renas från nedbrytningsprodukter med användning av isopropyl och etylalkohol.
"Vänta, nu kommer du att se allt," ler Shchagina och gungar försiktigt ett litet provrör med en färglös alkohollösning.
Från mjuka rytmiska rörelser i mitten av provröret bildas ett litet vitt moln.
Kampanjvideo:
”Det här är DNA. Det är färglöst, men det är så vi kan se det ett ögonblick, förklarar hon.
Mina försök att fotografera spiralen lyckas inte, molnet försvinner så snabbt som det bildades. Ett provrör med en klar vätska och syran som finns i det skickas till en centrifug, som kommer att skilja den biologiska molekylen från alkoholer.
Spontana kemiska förändringar i DNA-strukturen leder till mutationer / Depositphotos / rob3000.
Multiplicera och läs
Några minuter senare tar laboratoriearbetare ut rör med renat DNA från centrifugen och tar dem till ett annat rum, där molekylen kommer att multipliceras, markeras och bringas till ett tillstånd där det kan läsas i en sequencer - en chiffermaskin av genomet.
”Om vi vill läsa en liten bit av en gen gör vi Sanger-sekvensering. Förresten, det var på detta sätt 2003 som sekvensen av mänskligt DNA först dekrypterades. Vi bryter en gen i små fragment, sprider dem med hjälp av polymeraskedjereaktion och får ett mycket stort antal kopior för forskning. Den här metoden fungerar när vi förstår var vi ska titta. Till exempel är det känt att fenylketonuri orsakas i 95 procent av fallen av en mutation i PAH-genen. Om du behöver läsa flera gener på en gång eller till och med ett komplett genom, används ny generation av sekvensering, säger Shchagina.
Flera små grå enheter med inbyggda skärmar i ett rymligt rum på MGNT: s första våning är den senaste generationens sequencers. De förvaltas av den bräckliga Olga Mironovich, en forskare vid DNA-diagnostiklaboratoriet vid Moskvas statsvetenskapliga centrum.
”Vi blandar reagens med beredda DNA-prover, sätter in dem i sequenser och lägger ett speciellt chip där. Reagens och DNA överförs till chipet och allt detta fotograferas många, många gånger. Programvaran förvandlar de tagna bilderna till data som kan läsas och tolkas. Mironovich stänger försiktigt locket på enheten och startar sequenser.
”Detta specifika DNA kommer att dechiffreras på tjugo timmar. Då kommer bioinformatik att tolka resultaten,”tillägger hon.
Lärde mig att läsa, men inte alltid förstå
”Analysen av exomet, det vill säga generna som kodar för proteiner, tar minst tre veckor. Detta är om allt gick bra i alla stadier och det är mer eller mindre tydligt ur den kliniska historien vad man ska leta efter. I Ryssland och i hela världen finns det inte så många specialister som kan förstå de avkodade generna, förklarar genetikern Oksana Ryzhkova, chef för Center for Shared Use av Moskva State Scientific Center.
Det är henne och hennes anställda som uppgifterna från sequencer kommer till efter att de har slutat fungera.
”Se, jag har på min dator resultaten av avkodning av patientens kliniska exom - 6300 gener, vars patogena varianter leder till utveckling av ärftliga sjukdomar. Dessa är de förändringar som identifierats i jämförelse med referensgenomet (genomens standard som sammanställts av forskare som ett vanligt representativt exempel på den genetiska koden). Totalt 13.129 utbyten. Det är mycket svårt att ta reda på vilka av dessa alternativ som är orsaken till sjukdomen. Därför ansluter vi till internationella databaser, där både patogena varianter av gener och tillhörande sjukdomar anges och varianter beskrivna som godartade, vilket inte leder till kliniska manifestationer, och vi jämför våra varianter med dem. Efter steget "filtrering" genom patogenicitet, förekomstfrekvens och många andra kvarstår 15-30 förändringar. Vidare kommer vi att analysera dem så detaljerat som möjligt,med hjälp av ytterligare databaser och program för att bestämma patogenicitet, läsa artiklar, jämför patientens symtom med de som beskrivs i litteraturen. Först efter detta kan vi dra slutsatsen vilken variant som orsakade sjukdomen, förklarar Ryzhkova.
Hur ärftliga sjukdomar upptäcks
Om det inte finns tillräckligt med data om den påstådda syndaren, vänder genetiker sig till genetiska forskare för hjälp. Ett team av forskare från Laboratory of Functional Genomics från Moscow State Scientific Center, som modellerar olika varianter av mutationer i levande organismer, bevisar eller motbevisar hypoteser angående generna som är ansvariga för vissa sjukdomar.
Under sådan forskning upptäcker forskare nya genetiska samband.
”Varje år beskriver vi ett dussin nya gener som är ansvariga för ärftliga sjukdomar. På senare tid upptäcktes att en mutation i KIAA1019-genen orsakar fosterutvecklingsstörningar som är oförenliga med livet. Ett par vars tre graviditeter avslutades i de tidiga stadierna kom till MGNC. Vi sekvenserade fosterets DNA och hittade nya mutationer i den helt outforskade KIAA1019-genen. Genom experiment på cellinjer bevisade de att mutationer som finns hos föräldrar leder till en fullständig nedbrytning av KIAA1019-genen, vilket orsakar flera missbildningar i fostret. Och när en mutation är känd kan den manipuleras. Under nästa graviditet utförde läkare tidig prenatal diagnos, fostret visade sig vara en bärare av en mutation i en enda gen. Detta innebär att ett helt friskt barn kommer att föds i denna familj. Om mutationen kom från båda föräldrarnagraviditeten skulle ha avslutats, säger Mikhail Skoblov, chef för funktionellt genomiklaboratorium.
Skoblov är övertygad om att framtiden för medicinsk genetik är just i ett sådant förebyggande av ärftliga genetiska sjukdomar. Patienterna själva följer liknande åsikter. Enligt Irina Myasnikova, ordförande för All-Russian Society of Orphan Diseases, bör familjer med genetiska problem kunna utföra gratis diagnostik före graviditet och prenatal.
”Kostnaden för sådan diagnostik och kostnaden för terapi för patienter med ärftliga sjukdomar är ojämförliga. Detta är gynnsamt för alla: både staten, eftersom det inte finns något behov av att spendera resurser på terapi, och familjer, eftersom de kommer att få friska barn,”avslutar Myasnikova.
Alfiya Enikeeva
