Александра Брутер: Диагноз до рождения

Александра Брутер Patrick Alexander/Flickr.com Интеллектуальный партнер проекта

Новый способ диагностики генетических заболеваний на самых ранних сроках эмбрионального развития придумали китайские ученые. Он применим в случае экстракорпорального оплодотворения.

Раньше тоже была доступна генетическая диагностика эмбрионов, полученных оплодотворением в пробирке. Их можно было протестировать на конкретные заболевания, и имплантировать тот, который не нес дефектного гена. Такая технология применялась, если было известно, что в семье высок риск каких-либо генетических заболеваний. Например, один из родителей болен муковисцидозом, а другой – носитель мутантного гена. Муковисцидоз – рецессивное заболевание. Это значит, что, чтобы человек был болен, у него должны быть мутации в обеих копиях гена. Человек с одной копией мутантного гена называется носителем. Он сам не болеет, но с вероятностью ½ передаст мутантную копию детям. Таким образом, в описанном нами случае, когда один родитель болен, а другой – носитель, родители могут прибегнуть к предимлантационному тестированию эмбрионов. У будущей матери производится забор яйцеклеток, у отца – сперматозоидов, производится оплодотворение. В описанном выше случае половина эмбрионов будет иметь две мутантные копии, а вторая половина – только одну, из таких эмбрионов могут вырасти люди, которые сами не болеют, но являются носителями мутации. Их и имплантируют в матку.

Мы выше привели довольно суровый пример, бывают и более легкие случаи. Например, если оба родителя – носители мутации, связанной с рецессивным заболеванием, то можно выбрать эмбрион, вовсе не несущий мутации. Можно прибегнуть к предимплантационной диагностике, когда ребенку непосредственно ничего не угрожает, он может родиться либо без мутации, либо только носителем. Выбор эмбриона для имплантации в таком случае позволит исключить мутантный ген из наследования в этой семье.

В последнее время к предимплатационной диагностике прибегают и в случае мутаций с неполной пенетрантностью – то есть когда мутация увеличивает риск развития заболевания, но не делает его стопроцентным. Так поступают, например, в случае с мутациями генов BRCA, выраженно ассоциированными с развитием рака груди. Размытость показаний к предимплантационной диагностике породила общественную дискуссию об этичности отбора эмбрионов по какому-нибудь признаку. Если почти никто не сомневается, что такая селекция полностью оправдана в случае серьезных заболеваний, то возможность отбирать эмбрионы определенного пола, цвета волос или, например, с более высоким IQ, если когда-нибудь будут обнаружены отвечающие за IQ гены, многим кажется неэтичной. Так что процедура находится под пристальным вниманием этических комитетов.

До сих пор, чтобы провести диагностику, нужно было больше двух клеток эмбриона. Теоретически, на ранних стадиях развития, когда клетки еще не отличаются между собой, эмбрион обладает потрясающей способностью к саморегуляции. Например, если разделить его механически на две части, разовьется два одинаковых организма. Такое разделение иногда происходит спонтанно, и тогда рождаются близнецы. Еще интереснее другое свойство эмбрионов на ранней стадии развития – если механически объединить два разных эмбриона, то из них получится один организм, в части которого будут клетки с одним генотипом, а в части – с другим. Такое явление называется химеризмом. Оно случается даже у людей. Широко известен случай Лидии Фэйрчайлд, обвиненной в том, что ее дети – не ее. Дело зашло далеко, детей забрала опека, женщину пытались судить за мошенничество или за запрещенное в ее штате суррогатное материнство, и далеко не сразу выяснилось, что в организме женщины присутствуют клетки с двумя разными генотипами. Клетки одного типа дали начало ее яйцеклеткам и тканям репродуктивной системы, а другого типа - клеткам волос и кожи, которые брали для анализа.

Но вернемся к биопсии эмбрионов. Раньше для того, чтобы прочитать последовательность ДНК – ученые говорят «просеквенировать» – нужно было больше одной клетки. Желательно, не меньше трех. Обычно для исследования берут эмбрион на стадии, когда в нем 8 клеток, от него отделяется нужное число клеток, и производится анализ. Действительно, некоторые эмбрионы нормально переносят такую манипуляцию, но все же не все. Если учесть, что дальше протестированные эмбрионы ждет «бутылочное горлышко» экстракорпорального оплодотворения – имплантация в полость матки – ухудшать состояние эмбриона нежелательно, и без того при всех стараниях врачей приживается около трети эмбрионов.

Ученые предложили способ, позволяющий хотя бы частично установить генотип эмбриона, не разрушая его.

В описываемой сейчас работе авторы предложили способ, позволяющий хотя бы частично установить генотип эмбриона, не разрушая его. Во-первых, развитие технологий привело к тому, что появилась возможность читать последовательность ДНК, имея единственную молекулу. Подробнее про технологию можно прочитать в интервью с Егором Прохорчуком, опубликованном ProScience.

Во-вторых, они придумали оригинальную методику вычисления того, какая копия гена попала в эмбрион, по полярным тельцам. Все клетки организма, кроме зрелых половых клеток, имеют двойной набор хромосом. Половые клетки – одинарный. Как это получается? Половые клетки образуются в организме в результате мейоза. В самом начале есть одна клетка-предшественник. У нее двойной набор хромосом, хромосомы в ней такие же, какие были в момент оплодотворения сперматозоидом яйцеклетки, из которой развился впоследствии организм. Сначала в ней происходит кроссинговер – хромосомы, доставшиеся от отца и от матери обменивают соответствующими участками. Получаются новые хромосомы, в каждой из которых есть что-то от отцовской и что-то от материнской хромосомы. При этом число хромосом удваивается и происходит деление клетки на две клетки с двойным набором хромосом. После этого обе получившиеся клетки делятся еще раз, уже без удвоения ДНК. При этом получается четыре клетки с одинарным набором хромосом. У мужчин при этом все четыре клетки становятся сперматозоидами.

У женщин не так. Одной из клеток достается большая часть цитоплазмы – она становится яйцеклеткой. Три другие гораздо меньше, они называются полярными тельцами. Они и дальше будут находиться рядом с яйцеклеткой. В редких случаях полярные тельца могут быть оплодотворены, но им не хватает цитоплазмы и питательных веществ, чтобы получился развивающийся эмбрион. Полярные тельца можно без вреда для эмбриона от него отделить. И благодаря современным методикам секвенирования, прочитать генотип каждой из трех клеток. А теперь внимание: в клетке-предшественнике яйцеклетки до того, как она начала делиться, было две копии гена, доставшегося от отца, и две копии гена, доставшегося от матери. Из этих четырех вариантов три оказались в полярных тельцах. Значит, четвертый вариант находится в развивающемся эмбрионе.

Кроме мутаций, технология позволяет определять наличие хромосомных аберраций, например, всерьез заподозрить трисомию по 21-й хромосоме – синдром Дауна. Если, например, в одном из полярных телец будет не хватать 21-й хромосомы или ее части, то это повод заподозрить наличие лишней в эмбрионе.

Эта методика ничего не позволяет узнать о том, какая копия гена досталась от отца, но половину информации позволяет получить. Что очень важно, не рискуя навредить эмбриону. Это очень перспективная методика, ее клинические испытания уже начались, и в будущем она, скорее всего, позволит многим женщинам родить здоровых детей.

Смотрите также: Алексей Муравьев, Максим Руссо Технология и этические аспекты суррогатного материнства Максим Руссо 35 лет назад родился первый «ребенок из пробирки» Егор Прохорчук О генетике будущего и мономолекулярном секвенировании Егор Прохорчук: «Мы прошли большой путь для определения генотипа плода по его ДНК в крови матери»