Полный геном и экзом: когда нужен самый широкий поиск генетической причины

Когда стандартные обследования не дают ответа на вопрос о причинах заболевания, а симптомы не укладываются в картину известной болезни, на помощь приходит современная генетика. Полное секвенирование генома (ПСГ) и полное секвенирование экзома (ПСЭ) — это наиболее широкие и информативные методы диагностики, позволяющие найти «поломку» в генетическом коде, ответственную за развитие состояния. Эти исследования становятся ключевым шагом для семей, столкнувшихся с редкими и сложными заболеваниями, и позволяют прекратить долгий путь диагностического поиска, получить точный диагноз и определить дальнейшую тактику ведения пациента.

Что такое полное секвенирование генома и экзома

Чтобы понять суть этих методов, представьте, что геном человека — это огромная библиотека, содержащая инструкции по строению и работе всего организма. Эта библиотека состоит из множества книг (хромосом), а в книгах — из глав и предложений (генов). Полное секвенирование генома (ПСГ) — это прочтение абсолютно всей информации в этой библиотеке, включая не только сами «инструкции» (гены), но и все служебные разделы, обложки, сноски и комментарии. Этот метод анализирует практически всю последовательность ДНК человека.

Полное секвенирование экзома (ПСЭ), в свою очередь, фокусируется только на самых важных частях — на генах, которые кодируют белки. Эти участки называются экзонами и составляют всего 1–2% от всего генома, но именно в них находится около 85% всех известных мутаций, приводящих к заболеваниям. Если продолжать аналогию с библиотекой, ПСЭ — это прочтение только основного текста во всех книгах, игнорируя вступительные статьи, послесловия и оформление. Это делает исследование более целенаправленным и экономически доступным по сравнению с полным секвенированием генома.

Ключевые различия между полным геномом и экзомом

Выбор между полным секвенированием генома и полным секвенированием экзома зависит от клинической ситуации и диагностических задач, которые стоят перед врачом и пациентом. Оба метода являются мощными инструментами, но имеют свои особенности, преимущества и недостатки. Ниже представлена сравнительная таблица для наглядности.

Показания к проведению полногеномного и полноэкзомного секвенирования

Назначение таких широких генетических тестов всегда должно быть обосновано. Они не являются рутинным анализом и применяются в сложных диагностических случаях. Основная цель — установить или исключить генетическую природу заболевания, когда другие методы оказались неэффективны. Вот основные клинические ситуации, когда может быть рекомендовано полное секвенирование экзома или генома:

• Длительный диагностический поиск. Если у пациента, особенно у ребенка, есть комплекс симптомов, но врачи на протяжении долгого времени не могут поставить точный диагноз.
• Множественные врожденные пороки развития. Наличие у ребенка нескольких аномалий развития различных органов и систем, которые не укладываются в картину известного синдрома.
• Нарушения психоречевого и моторного развития. Тяжелые формы задержки развития, расстройства аутистического спектра или регресс навыков неясного происхождения.
• Подозрение на редкое (орфанное) наследственное заболевание. Когда клиническая картина напоминает генетический синдром, но таргетное тестирование конкретных генов не дало результата.
• Неврологические заболевания неясной этиологии. Например, тяжелые формы эпилепсии, особенно в раннем возрасте, прогрессирующие мышечные дистрофии, атаксии.
• Наследственные заболевания обмена веществ. В случаях, когда биохимические анализы указывают на метаболическое нарушение, но не позволяют точно определить его тип.

Как проходит исследование: от консультации до результата

Процесс проведения полногеномного или полноэкзомного секвенирования — это многоэтапный путь, требующий тесного взаимодействия пациента, лечащего врача и лаборатории. Понимание каждого шага помогает снизить тревожность и подготовиться к возможным результатам.

1. Медико-генетическое консультирование. Это первый и самый важный этап. Врач-генетик оценивает клиническую картину, семейный анамнез, результаты предыдущих обследований и определяет, действительно ли показано ПСГ или ПСЭ. На консультации обсуждаются возможности и ограничения метода, а также возможные исходы исследования. Пациент или его законные представители подписывают информированное добровольное согласие.
2. Сдача биологического материала. Для анализа чаще всего используется венозная кровь. Процедура ничем не отличается от обычного взятия крови из вены и не требует специальной подготовки.
3. Лабораторный этап. В лаборатории из крови выделяют ДНК. Затем с помощью специального оборудования (секвенатора) «прочитывается» последовательность экзома или всего генома. Этот процесс занимает от нескольких недель до нескольких месяцев.
4. Биоинформатический анализ. Полученный огромный массив данных сравнивается с эталонным геномом человека. Специальные компьютерные программы и алгоритмы ищут отличия (варианты). На этом этапе выявляются тысячи генетических вариантов у каждого человека.
5. Клиническая интерпретация. Это самый сложный и ответственный этап. Врач-генетик и биоинформатик анализируют найденные варианты, чтобы определить, какие из них могут быть связаны с симптомами пациента. Они используют международные базы данных, научные публикации и свой клинический опыт для оценки патогенности каждого варианта.
6. Заключительная консультация. После получения заключения врач-генетик подробно разъясняет результаты пациенту или его семье, объясняет их значение для диагноза, прогноза и дальнейшего планирования семьи.

Интерпретация результатов: что можно узнать из генетического теста

Результат полногеномного или полноэкзомного секвенирования не всегда является простым ответом «да» или «нет». Важно быть готовым к разным вариантам заключений. Существует три основных типа результатов, которые может получить пациент.

• Найден патогенный или вероятно патогенный вариант. Это наиболее желаемый исход. Обнаружена генетическая «поломка», которая объясняет симптомы заболевания. Это позволяет поставить окончательный диагноз, определить прогноз, подобрать специфическую терапию (если она существует) и оценить риски для будущих детей.
• Значимых вариантов не обнаружено. Такой результат не означает, что у заболевания нет генетической причины. Возможно, мутация находится в той части генома, которую сложно анализировать современными методами, или ее тип не определяется данным исследованием. Тем не менее отрицательный результат тоже важен: он позволяет исключить сотни известных генетических синдромов и направить диагностический поиск в другое русло.
• Обнаружен вариант неясного клинического значения (ВНЗ). Это одна из самых сложных ситуаций. Найден генетический вариант, но на текущий момент у науки недостаточно данных, чтобы однозначно сказать, вызывает он заболевание или является безвредной индивидуальной особенностью. В таких случаях может потребоваться дополнительное обследование (например, анализ ДНК родителей) или динамическое наблюдение. Со временем, по мере накопления научных знаний, статус такого варианта может быть пересмотрен.

Отдельно стоит упомянуть о так называемых «случайных находках». При анализе всего генома или экзома могут быть обнаружены мутации, не связанные с основным заболеванием, но повышающие риск развития других состояний в будущем (например, онкологических или сердечно-сосудистых заболеваний). Возможность сообщения о таких находках обязательно обсуждается с пациентом на этапе консультирования до начала исследования.

Ограничения методов ПСГ и ПСЭ

Несмотря на свою мощность, полное секвенирование генома и полное секвенирование экзома не являются всемогущими методами. Важно понимать их ограничения, чтобы иметь реалистичные ожидания. Эти исследования не всегда могут обнаружить некоторые типы генетических изменений.

• Экспансии (увеличение числа) нуклеотидных повторов. Некоторые заболевания, такие как хорея Гентингтона или синдром Мартина-Белл, вызваны многократным повторением короткого участка ДНК. Стандартные методы ПСГ и ПСЭ плохо справляются с детекцией таких изменений.
• Крупные структурные перестройки. Делеции (потери) или дупликации (удвоения) больших участков хромосом могут быть пропущены. Для их выявления существуют другие методы, например, хромосомный микроматричный анализ.
• Мозаицизм. Состояние, при котором в организме присутствуют клетки с разным генетическим материалом. Если мутация присутствует только в части клеток, метод может ее не уловить, особенно при низкой степени мозаицизма.
• Сложности интерпретации. Как уже упоминалось, функция многих участков генома неизвестна, что затрудняет интерпретацию найденных в них вариантов.

Решение о проведении полного секвенирования генома или экзома — это серьезный шаг, который должен приниматься совместно с опытным врачом-генетиком. Этот анализ может стать концом долгого диагностического пути и дать ключ к пониманию состояния пациента, но важно подходить к нему с ясным пониманием его возможностей и ограничений.

Список литературы

1. Гинтер Е. К. Медицинская генетика: учебник. — М.: Медицина, 2003. — 448 с.
2. Клинические рекомендации «Наследственные и врожденные заболевания почек у детей». Разработчик: Союз педиатров России. — 2016.
3. Green R. C., Berg J. S., Grody W. W., et al. ACMG recommendations for reporting of incidental findings in clinical exome and genome sequencing // Genetics in Medicine. — 2013. — Vol. 15(7). — P. 565–574.
4. Бочков Н. П., Пузырев В. П., Смирнихина С. А. Клиническая генетика: учебник. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2011. — 592 с.
5. Korf B. R., Irons M. B. Human genetics and genomics. — 4th ed. — Wiley-Blackwell, 2013. — 448 p.