Принцип работы хромосомного микроматричного анализа для точной диагностики

Хромосомный микроматричный анализ (ХМА) — это современный высокоточный метод генетической диагностики, который позволяет выявить мельчайшие изменения в структуре хромосом, невидимые при стандартных исследованиях. По своей сути, это своего рода «молекулярная лупа» для генома, которая с высокой разрешающей способностью сканирует весь набор хромосом и находит даже очень маленькие участки, которые были утрачены (микроделеции) или, наоборот, добавлены (микродупликации). Понимание принципа работы этого исследования помогает оценить его значимость в ситуациях, когда необходимо установить точную причину нарушений развития, врожденных аномалий или других состояний с подозрением на генетическую природу.

Что такое хромосомный микроматричный анализ и почему он так важен

Хромосомный микроматричный анализ — это цитогенетический метод, предназначенный для поиска несбалансированных хромосомных перестроек, а именно вариаций числа копий ДНК (английский термин — Copy Number Variations, CNV). В отличие от стандартного кариотипирования, которое можно сравнить с общим видом леса с высоты птичьего полета, ХМА позволяет рассмотреть каждое отдельное дерево. Этот метод выявляет микроскопические делеции (потери генетического материала) и дупликации (появление лишних копий), которые могут быть причиной более чем 400 генетических синдромов.

Важность этого метода заключается в его разрешающей способности. Если стандартный анализ хромосом видит только крупные аномалии (например, отсутствие целой хромосомы, как при синдроме Шерешевского — Тернера, или наличие лишней, как при синдроме Дауна), то хромосомный микроматричный анализ способен обнаружить изменения размером в несколько тысяч пар нуклеотидов. Именно такие «микрополомки» часто лежат в основе задержки психоречевого развития, расстройств аутистического спектра, врожденных пороков сердца и других органов, которые не удается объяснить с помощью других исследований. Таким образом, ХМА дает ответ там, где другие методы оказываются бессильны.

Как работает ХМА: пошаговое объяснение

Принцип работы хромосомного микроматричного анализа основан на технологии сравнительной геномной гибридизации. Звучит сложно, но сам процесс можно разбить на несколько понятных этапов. Представьте, что у вас есть эталонная, идеально составленная библиотека (ДНК здорового человека) и библиотека пациента, в которой нужно найти недостающие или лишние страницы.

1. Сбор биологического материала. Для анализа чаще всего используется венозная кровь. Процедура ничем не отличается от обычного взятия крови из вены и не требует специальной подготовки. В пренатальной диагностике материалом может служить амниотическая жидкость или ворсины хориона.
2. Выделение ДНК. Из клеток пациента и из контрольного образца (эталонной ДНК) лаборанты выделяют чистую ДНК. Это генетический материал, который содержит всю информацию о человеке.
3. Мечение ДНК. ДНК пациента метят одним флуоресцентным красителем (например, зеленым), а эталонную ДНК — другим (например, красным). Теперь у нас есть два окрашенных образца, готовых к сравнению.
4. Гибридизация на микрочипе. Оба образца ДНК (пациента и контрольный) наносят на специальную стеклянную или кремниевую пластину — микрочип (или микроматрицу). На этом микрочипе в строго определенном порядке расположены миллионы коротких фрагментов ДНК (зондов), которые соответствуют всем участкам человеческого генома. ДНК пациента и контрольная ДНК начинают «конкурировать» за связывание с этими зондами.
5. Сканирование и анализ. После завершения процесса гибридизации микрочип сканируется лазером. Компьютерная программа анализирует цвет каждой точки на чипе. Интерпретация основана на соотношении интенсивности свечения двух красителей:
   • Желтый цвет: если в определенном участке генома у пациента все в норме, то его ДНК (зеленая) и эталонная ДНК (красная) свяжутся с зондами в равном количестве. Смешение красного и зеленого дает желтый сигнал. Это означает, что число копий гена в норме.
   • Красный цвет: если у пациента отсутствует какой-то фрагмент хромосомы (микроделеция), то его «зеленой» ДНК в этом месте просто не будет. С зондами свяжется только «красная» эталонная ДНК. Сканер зафиксирует красный сигнал, указывая на потерю генетического материала.
   • Зеленый цвет: если у пациента есть лишняя копия фрагмента хромосомы (микродупликация), то его «зеленой» ДНК будет больше, чем эталонной. Она свяжется с зондами в большем количестве. Сканер зафиксирует преобладание зеленого сигнала, что говорит о наличии лишнего генетического материала.

В результате врач-генетик получает подробную карту генома пациента, на которой видны все участки с аномальным количеством генетического материала, их точное расположение и размер.

Сравнение ХМА с другими генетическими тестами

Чтобы лучше понять место хромосомного микроматричного анализа в диагностике, полезно сравнить его с другими методами. Ниже представлена таблица, которая наглядно демонстрирует ключевые различия.

Ограничения метода и возможные результаты

Несмотря на высокую точность, хромосомный микроматричный анализ имеет свои ограничения. Важно понимать, что это не универсальный тест на «все генетические болезни». ХМА не определяет точечные мутации (изменения в одном гене), которые являются причиной таких заболеваний, как муковисцидоз или фенилкетонурия. Также метод не выявляет сбалансированные транслокации, при которых генетический материал не теряется, а лишь меняется местами между хромосомами. Носитель такой перестройки обычно здоров, но у него могут быть проблемы с деторождением.

По результатам ХМА возможны три варианта заключения:

1. Нормальный результат. Патогенных микроделеций и микродупликаций не обнаружено. Это не исключает наличия генных мутаций, но говорит об отсутствии структурных аномалий, видимых для этого метода.
2. Выявлена патогенная или вероятно патогенная вариация. Обнаруженное изменение известно в науке и связано с конкретным заболеванием или синдромом. Это позволяет поставить точный диагноз.
3. Выявлен вариант с неопределенной клинической значимостью (VUS). Обнаружена редкая микроделеция или микродупликация, влияние которой на здоровье еще недостаточно изучено. Такая ситуация требует дополнительного обследования (например, анализа ДНК родителей) и наблюдения. Это не диагноз, а повод для дальнейшей работы врача-генетика и семьи.

Кому и в каких случаях показан хромосомный микроматричный анализ

Хромосомный микроматричный анализ является тестом первой линии, то есть его назначают в первую очередь при наличии определенных клинических признаков. Этот метод рекомендован в следующих ситуациях:

• Множественные врожденные пороки развития, особенно если они затрагивают разные системы органов.
• Задержка психомоторного и/или речевого развития неясного происхождения.
• Расстройства аутистического спектра (РАС).
• Умственная отсталость (нарушение интеллектуального развития) любой степени тяжести.
• Аномалии роста (выраженный низкий или высокий рост), не связанные с эндокринными причинами.
• Необходимость уточнения результатов пренатальной диагностики, когда при ультразвуковом исследовании плода выявляются аномалии развития.

Назначение данного исследования — это важный шаг к пониманию причин состояния пациента. Точный диагноз не только прекращает долгий и порой мучительный путь диагностического поиска, но и позволяет составить верный план наблюдения, реабилитации и спрогнозировать риски для будущих детей в семье.

Список литературы

1. Клинические рекомендации «Множественные врожденные пороки развития или когнитивные нарушения у детей» / Разработчик: Ассоциация медицинских генетиков. — 2020.
2. Бочков Н. П., Пузырев В. П., Смирнихина С. А. Клиническая генетика: Учебник. — 4-е изд., доп. и перераб. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2011. — 592 с.
3. Гинтер Е. К. Медицинская генетика: Учебник. — М.: Медицина, 2003. — 448 с.
4. Miller D. T., Adam M. P., Aradhya S. и др. Consensus statement: chromosomal microarray is a first-tier clinical diagnostic test for individuals with developmental disabilities or congenital anomalies. Am J Hum Genet. 2010;86(5):749–764.
5. Kearney H. M., Thorland E. C., Brown K. K. и др. American College of Medical Genetics standards and guidelines for interpretation and reporting of postnatal constitutional copy number variants. Genet Med. 2011;13(7):680–685.
6. Shaffer L. G., Bejjani B. A. A cytogeneticist's perspective on chromosomal microarrays. Annu Rev Genomics Hum Genet. 2006;7:433–453.