Genetika šiuolaikinėje medicinoje

 
Iššifravus žmogaus genomą atsivėrė plačios medicininės galimybės nustatyti žmogaus sveikatos būklę, polinkį į ligas bei numatyti kūdikio ligų paveldimumo rizikas dar iki gimimo. Genetiniai tyrimai užima vieną iš svarbiausių krypčių šiuolaikiniuose žmogaus tyrimuose. Atlikus daugelį genetinių ir epidemiologinių tyrimų, paaiškėjo, kad beveik visos žmogaus ligos yra susijusios su genais, nors genetinių veiksnių indėlis sergant įvairiomis ligomis gali būti labai skirtingas. Žmogaus DNR išifravimas lėmė prevencijos, gydymo, įskaitant genų terapiją, ir net vaistų parinkimą remiantis asmeniniais kiekvieno žmogaus genetiniais duomenimis.

 

Med. m. dr. genetikas Danielius Serapinas,
šeimos klinikas Alfa Clinic

       Paveldimumo ypatumai

Materialus geno pagrindas yra deoksiribonukleo rūgšties (DNR) molekulė (angl. deoxyribonucleic acid, DNA) [1]. Atskiros DNR atkarpos ir yra genai. Pirminė DNR grandinės struktūra nustatoma šiuolaikiniais sekoskaitos apatratais. Antrinę — dvispiralinę — DNR molekulės struktūrą palaiko vandenilinės jungtys tarp viena priešais kitą esančių DNR grandinių (1 pav.). DNR spiralės turi susisukti (spiralizuotis) daug kartų, kad tilptų  ląstelės branduolyje.  Galutinė DNR spiralizacijos forma yra chromosoma. Iš viso ląstelėje yra 46 chromosomos: po 23 chromosomas gavus iš tėvo ir motinos (3 pav.). Apvaisinimo momentu suformuojamas naujo žmogaus genomas, talpinantis informaciją apie embrioninę raidą, anatomines ir funkcines žmogaus savybes.  

Žmogaus genome yra apie 20-25 tūkst. genų, kurie išsidėsto tam tikra linijine seka ir užima chromosomoje apibrėžtą vietą – lokusą [2]. Įdomus žmogaus genomo ypatumas yra tai, kad kiekvienos chromosomos gale yra telomerai, kurie apsaugo chromosomą nuo suirimo ir yra tiesiogiai susiję su senėjimu [3]. Organizmui senstant telomerai trumpėja, o paveldėjus ilgesnį telomerus koduojantį geną, DNR yra ilgesnį laiką geriau apsaugota nuo suirimo ir lemia ląstelės ir organizmo  ilgaamžiškumą. Išoriniai veiksniai gali pagreitinti ir sulėtinti telomerų trumpėjimo procesą (chroniškas stresas, pyktis pagreitina, o fizinis aktyvumas, gera nuotaika, geranoriškumas, optimizmas lėtina telomerų trumpėjimą [4,5].

Genams tenka lemiamas vaidmuo sergant kai kuriomis paveldimomis ligomis, pavyzdžiui, hemofilija, cistine fibroze, Huntingtono liga, Diušeno miodistrofija. Ši ligų kategorija dar vadinama Mendelinėmis ligomis, nes jų paveldimumas paklūsta Mendelio atrastiems dėsniams [1]. Mendelinės ligos gali būti autosominės recesyvinės, kai abu homologiniai genai (tą patį baltymą koduojantys genai: vienas paveldėtas iš tėvo, kitas – iš motinos) turi būti mutavę, kad prasidėtų liga. Jei vaikas serga recesyviniu būdu paveldima liga (cistine fibroze, alfa-1 antitripsino deficitas ar kt.) vadinasi, abu jo tėvai yra pakitusio geno nešiotojai, nors patys yra sveiki. Esant tokiai šeimai yra 25 procentai tikimybės, kad jų vaikas paveldės ligą. Daugelis žmonių yra tam tikrų pakitusių genų nešiotojai (pvz., kas 20 žmogus yra cistinę fibrozę lemiančio geno nešiotojas). Autosominiu dominantiniu būdu paveldimai ligai prasidėti užtenka vieno mutavusio geno. Dar viena grupė ligų:  “sukibusios” su lytinėmis chromosomomis, t.y. ligos, kurių genai paprastai yra X chromosomoje ir jomis serga tik vyriškos lyties asmenys (pvz. hemofilija ar Diušeno raumenų distrofija). Šias ligas dažniausiai lemia konkretus  genas, dėl to jos dar vadinamos monogeninėmis.

  Kur kas didesnę ligų grupę lemia ne tik genai. Manoma, kad mutavę genai sąveikauja su žalingais aplinkos veiksniais, ir liga yra šios sąveikos rezultatas. Todėl didžioji šių genų dalis vadinama “polinkio” genais (angl. predisposing genes) [1]. Kad patologiniai pokyčiai organizme virstų klinikiniais simptomais, tokių “polinkio” genų turi būti daugiau kaip vienas. Taigi tokių ligų genetinis pamatas yra poligeninis. Šių ligų paveldimumo schemos yra kur kas sudėtingesnės negu mendelinių ligų, dėl to jos vadinamos sudėtingomis, nemendėlinėmis ligomis. Šiai grupei priklauso beveik visos dažniausios žmogaus ligos: aterosklerozė, astma, diabetas, vėžys, Alzheimerio liga, reumatoidinis artritas, išsėtinė sklerozė ir kt [1].

Genetinių tyrimų grupės

Klasikinis genetinis tyrimas - citogenetinis, kurio metu įvertinamas žmogaus ląstelių chromosomų rinkinys, t.y. kokybiniai–kiekybiniai chromosomų pokyčiai, ir nustatomas kariotipas. Kariotipas – susistemintas chromosomų rinkinys pagal dydį ir formą [1] (3 pav.).

 

Taip klasikiniu citogenetiniu metodu diagnozuojamos chromosominės ligos. Šis metodas leidžia aptikti chromosomų skaičiaus bei stambius struktūros pakitimus. Šio tyrimo atsakymo pacientas sulaukia po 2-3 savaičių. Tačiau yra nemažai ligų, kurias nulemia smulkūs chromosomų pakitimai. Tokiu atveju klasikinio citogenetinio tyrimo neužtenka, ir pacientai tiriami vadinamuoju FISH (fluorescentinės in situ hibridizacijos) metodu [2].   FISH metodas yra daug  greitesnis už klasikinį citogenetinį metodą, nes atsakymo pacientas sulaukia per 1-3 d. Todėl jis yra ypač aktualus nėščiosioms, kurioms, remiantis biocheminių žymenų rezultatais, nustatoma didelė įgimtų patologijų  rizika. Taip pat patikslinant diagnozę, esant kitoms sunkioms ligoms (pvz., įvairiems genetiniams sindromams, leukemijai), kurias gali lemti chromosominės anomalijos. 

Šiais abiem metodais tiriami ne tik kraujo ar kaulų čiulpų ėminiai, bet analizuojamos ir vaisiaus vandenų ląstelės. Taip iki gimimo prognozuojamos galimos vaisiaus chromosomų skaičiaus anomalijos bei kiti chromosomų pakitimai.

Prie genetinių tyrimų priskiriami ir molekuliniai genetiniai tyrimai, kurie analizuoja DNR seką ir nustato smulkiausius, kad ir vieno nukleotido, pakitimus. Šiais metodais diagnozuojamos tokios ligos kaip cistinė fibrozė, Diušeno raumenų distrofija, spinalinė raumenų atrofija ir kt. Molekuliniais genetiniais tyrimais galima nustatyti mutacijas BRCA1 ir BRCA2 genuose, kurios lemia paveldimo krūties ir kiaušidžių vėžio atsiradimą.  Minėtą mutaciją turinti moteris turi iki 85 proc. padidintą tikimybę susirgti krūties vėžiu. Jei moteris  turi šią mutaciją, tikimybė perduoti ją savo vaikams yra 50 proc., kadangi šiuo atveju paveldėjimas autosominio dominantinio tipo.

Atskira genetinių tyrimų grupė yra prenataliniai tyrimai. Dauguma prenatalinės priežiūros tyrimų yra ir pacientams aiškūs ir suprantami, tačiau diagnostiniai testai chromosomų anomalijoms nustatyti nėra vienareikšmiai [6], dalis tyrimų yra susiję su tam tikra rizika, pvz.: savaiminio persileidimo rizika dėl vaisiaus vandenų tyrimo - amniocentezės yra apie  1    100 procedūrų [6]. Bendrai prenatalinės diagnostikos metodai skirstomi į neinvazinius  ir invazinius metodus [6].

Neinvaziniams tyrimams priklauso ultragarsinis vaisiaus tyrimas ir biocheminių nėščiosios kraujo  žymenų analizė.    Šiuolaikinės serumo analizės padeda nustatyti nėščiąsias, esančias rizikoje nervinio vamzdelio  (NV) defektams, 21, 13 ir 18 chromosomų trisomijoms (Dauno, Patau  ir Edvardso sindromams) [7].  Pirmo trimestro žymenys (dvigubas testas): Plazmos proteinas A (PAPP-A) ir laisvas β- chorionis gonadotropinas      (β-hCG) analizuojamas nuo 11sav. iki  13 + 6d. sav.  Antrojo trimestro žymenys (trigubas testas):  Alfafetoproteinas (AFP), Chorioninis gonadotropinas (hCG), nekonjuguotas estriolis (uE³) analizuojami  14 – 20  nėštumo savaitę.

AFP naudojamas nustatant nervinio vamzdelio defektus – spina bifida ir  anencephalia (aptinkamas ryškus AFP kiekio padidėjimas), o kartu su hCG ir uE³ nustatant 18, 13 ir 21 chromosomos trisomijas. Šie biocheminiai tyrimai nėra diagnozės nustatymas ar paneigimas, o vaisiaus ligos tikimybės įvertinimas. Iki šiol plačiai taikytų biocheminių nėščiosios tyrimų efektyvumas nustatant vaisiaus chromosomines ligas yra apie 80-90 proc., o klaidingai teigiamų rezultatų procentas yra apie 10 proc. Tai reiškia, kad iš 100 moterų 10-čiai tyrimai parodo padidintą riziką, nors iš tiesų vaikas būna sveikas [6].

Jeigu biocheminis kraujo  tyrimas parodo, jog vaisius turi rizikos dėl įgimtų patologijų, moteriai gali būti atliekami invaziniai tyrimai. Ir jei atliktas tyrimas rodo didesnę tikimybę vaisiaus chromosominei ligai (pvz.: 1 iš 250), pacientė gali rinktis tolesnę invazinę  ištyrimo galimybę patikslinant diagnozę.  Pagrindiniais invazinės diagnostikos metodais yra laikytinos šios procedūros: choriono biopsija,  amniocentezė ar  kordocentezė [5]. Pastaruosius 40 metų vaisiaus chromosomų trisomijų (Dauno, Edvardso, Patau sindromų) prenatalinei diagnostikai buvo būtini invaziniai tyrimai: amniocentezė arba choriono gaurelių biopsija toms neščiosioms kurioms neinvaziniai biocheminiai tyrimai (dvigubas ir trigubas testas) parodydavo padidintą riziką chromosominėms ligoms. Tačiau invaziniai tyrimai turi apie 1 proc. riziką komplikacijoms [6]. Tai yra 1 iš 100 moterų pasirinkusių amniocentezę, kurios metu su adata per pilvo sieną yra paimami vaisiaus vandenys, įvyksta persileidimas. Naujausi moksliniai tyrimai parodė kad egzistuoja nauji efektyvūs neinvaziniai tyrimai iš motinos kraujo tiriant vaisiaus DNR , nustatantys vaisiaus chromosomų  trisomijos – Dauno sindromo diagnozę 99,9 proc. tikslumu [7]. Tai inovatoriškas neinvazinis vaisiaus genetinės medžiagos (DNR) tyrimas iš motinos kraujo, kuris yra saugus, nes nedidina persileidimo rizikos.  Tyrimas gali būti atliekamas labai anksti: nuo 10 –os nėštumo savaitės [8].  Tyrimų efektyvumas ir saugumas jau patvirtintas Europos žmogaus genetikų žurnale paskelbtose prenatalinės diagnostikos gairėse [6].

Šiuolaikinė klinikinė genetika neapsiriboja vien diagnostika, jau yra kuriami nauji gydymo metodai – genų terapija. Kadangi  genai lemia kiekvienos kūno ląstelės veiklą, tai ligas galima  įveikti įterpus tam tikrų reikiamų genų, kurie efektyviai ir saugiai gali patekti į ląstelę [9]. Pagal genų įterpimą į organizmą skiriami ex vivo (už gyvo organizmo ribų) ir in vivo (gyvo organizmo ribose) genų terapijos metodai. Ex vivo terapijos metu paimama pacientų ląstelių, jos modifikuojamos genetiškai ir vėliau gražinamos į paciento organizmą. Taikant in vivo metodą genus tiesiai į organizmą įterpia virusai ar kiti sintetiniai pernešėjai. Filadelfijos vaikų ligoninėje įgimtą Lėberio amaurozę turinčiems pacientams jau keletą metų sėkmingai atliekama  genų terapija. Lėberio amaurozė - paveldima ir iki šiol neišgydoma liga, sukelianti vaikų aklumą, nes dėl mutavusio geno akies tinklainėje žūna ir nebeatsinaujina šviesai jautrios ląstelės [9]. Gydyme dalyvavusiems pacientams į vienos akies tinklainę buvo sušvirkšta nukenksmintų ir „modifikuotų“ virusų, į ląsteles pernešusių normalius genus, kurie laipsniškai pakeitė ligonių nuosavus  - mutavusius. Procedūra ypač teigiamai paveikė eksperimente dalyvavusių vaikų regą: jau po kelių savaičių jų akių jautrumas šviesai padidėjo, jie galėjo matyti objektų kontūrus ir savarankiškai vaikščioti [9].

 Pateikti duomenys rodo neįkainojamą genetikos svarbą ir naudą šiuolaikinei medicinai. Tačiau nežiūrint mokslo pasiekimų  genetikams prireiks įminti dar ne vieną genuose slypinčią paslaptį, kuri padėtų žmonėms būti sveikesniems.

Literatūra

1. Bruce M. Carlson. Human Embryology and Developmental Biology. 4th Edition,Elsevier Health Sciences, 2008.

2. Sadler T.W. Langmans‘s Medical embryology,  11th edition.Wolters Kluwer  Health|Lippincott Wiliams & Wilkins, 2009.

3. Harley CB, Liu W, Blasco M, et al. A natural product telomerase activator as part of a health maintenance program. Rejuvenation Research. 2011; 14(1): 45-56.

4. Simon NM, Smoller JW, McNamara KL, et al. Telomere shortening and mood disorders: preliminary support for a chronic stress model of accelerated aging. Biological Psychiatry. 2006; 60: 432–435.

5. Epel E, Daubenmier J, Moskowitz JT, et al. Can meditation slow rate of cellular aging? Cognitive stress, mindfulness, and telomeres. Annals of the New York Academy of  Sciences. 2009; 1172: 34–53.

6. H. Skirton, L. Goldsmith, L. Jackson, C. Lewis,  L.Chitty. Offering prenatal diagnostic tests: European for clinical practice guidelines. European Journal of Human Genetics 2013, 1–7.

7.  K. H. Nicolaides, A. Syngelaki, M. Gil, V. Atanasova , D. Markova. Validation of targeted sequencing of single-nucleotide polymorphisms for non-invasive prenatal detection of

aneuploidy of chromosomes 13, 18, 21, X, and Y. Prenatal Diagnosis 2013, 33, 1–5 

8. P. Benn, H. Cuckle , E. Pergament. Non-invasive prenatal testing for aneuploidy: current status and future prospects. Ultrasound Obstet Gynecol 2013; 42: 15–33

9. Simonelli F1, Maguire AM, Testa F, et al. Gene therapy for Leber's congenital amaurosis is safe and effective through 1.5 years after vector administration. Mol Ther. 2010;18(3):643-50

 

 

 

Registracija mokymams

Visi straipsniai

Kosulys

Kosulys Kosulys yra natūralus organizmo apsauginis refleksas, staigus oro išstūmimas iš plaučių. Jis padeda išvalyti kvėpavimo... plačiau >>

Sutuoktinių santykių krizė

Sutuoktinių santykių krizė Porą ar šeimą krizė ištinka tada, kai susiduriama su problemomis, kurioms įveikti nepakanka įprastų sunkumų... plačiau >>

Kaip prižiūrėti kūdikio bambutę

Kaip prižiūrėti kūdikio bambutęVisi žino, jog mažylis motinos įsčiose maitinamas per virkštelę. Gimus naujagimiui matome dar kurį... plačiau >>