Полноэкзомное секвенирование помогло найти причины редких заболеваний, которые не удавалось диагностировать годами

Диагностика редких наследственных заболеваний часто становится сложным и затяжным процессом для пациентов. Симптомы могут маскироваться под другие болезни, разные генетические мутации могут приводить к схожим клиническим проявлениям, а многочисленные обследования не помогают найти ответ на главный вопрос — что именно стало причиной заболевания.

Эту проблему попытались решить исследователи из Медицинского института СурГУ совместно с коллегами из Санкт-Петербурга, проанализировав результаты полноэкзомного секвенирования у 286 жителей Югры с подозрением на наследственные заболевания. Метод позволяет одновременно прочитать практически все участки генома, отвечающие за синтез белков. Хотя они составляют лишь около двух процентов всей ДНК человека, именно здесь сосредоточено большинство известных мутаций, вызывающих генетические болезни. Исследование опубликовано в «Вавиловском журнале генетики и селекции».

Благодаря проведенному исследованию удалось установить диагноз у 24,8 % пациентов. Если учитывать случаи, когда обнаруженные мутации с высокой вероятностью связаны с заболеванием, но требуют дополнительного подтверждения, эффективность выбранного метода возрастает почти до 49 %. Такой результат полностью соответствует мировым стандартам, где эффективность одиночного исследования (когда ДНК-тест делается только ребенку, без участия родителей) варьирует в районе 25–40 %. По сравнению с обычными точечными ДНК-тестами, которые дают результат лишь в 10 % сложных случаев, это существенный шаг вперед.

«Результаты проведенного исследования заложили высокоэффективный фундамент для региональной медицины. Уже сейчас эта работа кардинально меняет подходы к диагностике, а в будущем позволит внедрить принципы персонализированной профилактики. На этом этапе тест доказал свою надежность как главный стартовый метод исследования при подозрении на наследственные патологии в округе. Важнейшим достижением стало преодоление так называемого диагностического тупика у четверти пациентов, что избавило их семьи от многолетних, изнурительных и дорогостоящих поисков причин заболевания. Точный генетический диагноз позволил врачам своевременно скорректировать терапию и назначить поддерживающее лечение», — подчеркивает Максим Донников, кандидат медицинских наук, ведущий научный сотрудник Медицинского института СурГУ.

В некоторых случаях трудно диагностировать заболевание, так как проверяли только ребенка, без исследования ДНК родителей. Ученые проводили большинство тестов в одиночном формате, но переход на семейное исследование позволяет кардинально повысить точность. Этот подход дает возможность быстро находить мутации, которые возникли у ребенка впервые и отсутствуют у родителей, что оказывается главной причиной многих тяжелых детских болезней. Также семейный формат помогает легко выявлять скрытые заболевания, проверяя, действительно ли ребенок унаследовал обе мутации от родителей. Компьютерные алгоритмы при этом отсеивают тысячи мелких индивидуальных отличий и безвредный генетический «шум», сужая поиск до единичных генов-виновников.

Исследование показало, что эффективность диагностики методом полноэкзомного секвенирования варьирует в зависимости от типа заболевания. Так, при наследственных болезнях почек диагноз удавалось установить более чем в половине случаев. А вот среди пациентов с нарушениями развития нервной системы полноэкзомное секвенирование оказалось значительно менее информативным.

«Такой серьезный контраст в результатах для нарушений нейрогенеза обусловлен природой самих заболеваний и техническими ограничениями метода. Большинство наследственных болезней почек имеют четкую генетическую структуру, вызываются поломками в хорошо изученных генах и легко обнаруживаются при поиске мутаций в кодирующих участках ДНК. В то же время развитие нервной системы человека устроено гораздо сложнее, и многие молекулярные причины психических или моторных расстройств науке просто еще не известны. Кроме того, нарушения работы мозга часто имеют полигенную природу или связаны с тонкими механизмами регуляции, которые этот метод не способен зафиксировать. Полноэкзомное секвенирование отлично видит точечные замены букв в генетическом коде, но остается слепым к крупным структурным перестройкам ДНК, выпадениям или удвоениям участков хромосом, которые играют огромную роль при патологиях нервной системы. Наконец, нарушения развития мозга часто возникают как абсолютно новые мутации у ребенка, которых не было у родителей, и доказать их опасность без одновременного анализа ДНК отца и матери крайне трудно», — подчеркивает Донников.

Еще одним важным результатом стало выявление большого числа здоровых носителей патогенных мутаций. Многие люди даже не подозревают, что они — носители наследственного заболевания, поскольку сами никогда не заболеют. Однако, если аналогичная мутация окажется и у второго родителя, риск рождения больного ребенка существенно возрастает.

Ученые обнаружили, что у жителей Югры чаще всего выявлялись мутации в четырех генах. Первый из них отвечает за выделение избытка меди из организма, и при его мутации развивается болезнь Вильсона-Коновалова, ведущая к токсическому накоплению меди, циррозу печени и тяжелым неврологическим расстройствам. Своевременная диагностика позволяет вылечить болезнь с помощью медикаментов и диеты. Второй ген отвечает за формирование каналов во внутреннем ухе. Его мутации вызывают врожденную глухоту, и раннее проведение операции по имплантации позволяет детям полноценно слышать и развиваться. Третий ген кодирует транспортный белок в сетчатке глаза, который очищает зрительные клетки от токсичных продуктов распада витамина А. Его «поломка» вызывает болезнь Штаргардта и прогрессирующую слепоту, которую можно замедлить ношением защитных очков. Четвертый ген отвечает за расщепление галактозы (молочного сахара). Мутации в нем приводят к галактоземии, стремительно отравляющей органы младенца, что требует немедленного перевода ребенка на безлактозные смеси.

Все эти болезни объединяет то, что они передаются скрытно, и большинство мутаций нашли у здоровых носителей, что позволяет генетикам эффективно предотвращать риски при планировании будущих беременностей.

Проведенное исследование дает начало созданию региональной базы данных генетических вариантов. Такое накопление данных позволит быстрее отличать действительно опасные изменения ДНК от безвредных особенностей отдельного генома человека. Работа ученых Медицинского института СурГУ доказывает, что современные технологии уже сегодня способны значительно сократить путь пациента к правильному диагнозу, а в ближайшем будущем могут стать частью персонализированного подхода в медицине не только Югры, но и в России в целом.