17.04.2023
Как ищут мутации, связанные с наследственными заболеваниями
Как понять, что заболевание наследственное?
Перед тем как приступить к поиску мутации в ДНК, исследователи проводят анализ родословных и выясняют, действительно ли заболевание имеет генетическую природу и по какому типу оно наследуется, рецессивному, доминантному, или вообще сцепленно с X хромосомой.
Если заболевание отчетливо прослеживается по родственным линиям и появляется в потомстве с частотами, соответствующими второму закону Менделя, скорее всего оно действительно наследственное и моногенное (вызывается мутацией в единственном гене).
Бывают случаи, когда заболевание явно имеет наследственный характер, однако вызывается мутацией не в одном гене, а в нескольких. В таких случаях (например, дисплазия тазобедренных суставов или большинство типов настоящей эпилепсии) поиск причин заболевания и создание генетических тестов крайне затруднительны.
Например, хотя шизофрения у человека явно имеет наследственную составляющую, она вызывается не одной мутацией. Из-за сложного генетического механизма развития этого заболевания определить ее конкретные причины пока не удается, несмотря на то, что исследования в этой области ведутся очень интенсивно.
Как найти мутацию в стоге сена: величина проблемы
После того, как проведена предварительная работа и результаты указывают на моногенность наследственного заболевания, можно попробовать отыскать вызывающую его мутацию.
Как мы уже знаем, гены находятся в ДНК хромосом, причем каждая хромосома в организме присутствует в двух экземплярах - одна от отца, а другая от матери.
Также мы уже знаем, что копии хромосом от отца и от матери - не совсем копии, в их ДНК существуют отличия, причем немало - тысячи и даже десятки тысяч! Отличия выражаются в том, что последовательности букв ДНК-алфавита (A, T, G и C) в хромосомах одной пары могут в некоторых местах отличаться, например, в каком-то определенном месте вместо A может оказаться G или T или C. Также могут происходить выпадения или вставки участков ДНК разной длины, которые, конечно, также приводят к локальному изменению последовательности ДНК.
Некоторые такие отличия могут вызывать заболевания, а некоторые оказываются нейтральными и вообще не имеют проявления. Таким образом, хромосомы от отца и от матери могут содержать отличающиеся между собой участки ДНК (генетические варианты).
Итак, задача поиска конкретной мутации, сводится, всего-навсего к тому, чтобы попытаться определить, какой из множества присутствующих в больной собаке генетических вариантов отвечает за развитие наследственного заболевания, которым она страдает?
Постановка задачи
Как же подойти к такому поиску? Попробуем разобраться на примере наследственного заболевания, наследуемого по аутосомно-рецессивному типу. Как мы понимаем, это заболевание будет проявляться только в гомозиготном состоянии.
Поэтому для его поиска нам нужно проанализировать по возможности все генетические варианты у больных животных и сравнить их с генетическими вариантами, присутствующими у здоровых и у носителей.
Эта работа представляла собой сложнейшую задачу еще несколько лет назад. В наше время, с появлением новых технологий процесс несколько упростился, но все-равно требует высокой квалификации исследователей. Сейчас можно взять ДНК больного животного и полностью "прочитать" всю его ДНК всего за несколько дней.
Анализ этой информации позволит выявить те генетические варианты, которые:
Поиск рецессивной мутации
Упрощенное схематическое изображение, иллюстрирующее поиск рецессивной мутации, вызывающей наследственное заболевание. Для примера приведено 5 генетических вариантов, хотя на самом деле исследователям приходится анализировать сотни и тысячи вариантов. В примере показаны варианты, обнаруженные у отца, матери и их больного щенка. Хромосомы, доставшиеся от отца и от матери, отмечены цветом. Вариант в положении 1 не может быть причиной заболевания, потому что он есть и у здоровых собак (у отца и у матери). Варианты в положениях 2, 3 и 5 гетерозиготны у больного щенка, а также у одного из родителей, а значит, не могут вызывать заболевание, наследуемое по рецессивному типу. Вариант в положении 4 гомозиготен у больного щенка и гетерозиготен у обоих родителей. Именно он является основным кандидатом на роль мутации, вызывающей исследуемое заболевание.
1. отличают больное животное от здоровых, и
2. находятся у него в гомозиготном состоянии.
В принципе, если сильно повезет, этой информации может хватить для определения нужной мутации. Сейчас уже доступно много полных прочтений ДНК разных собак и результат можно получить сравнив полученную информацию с ними. Если отсеять все гомозиготные варианты, присутствующие и у здоровых собак, в сухом остатке должна остаться одна-единственная мутация, которая и будет той, которую мы ищем.
На практике все, конечно, сложнее и, как правило, полного прочтения ДНК одной собаки бывает недостаточно для однозначного определения искомой мутации. В таких ситуациях сильно помогает анализ целой семьи, например, обоих родителей, их больного потомка и их здоровых потомков.
За чем же дело стало?
Почему же пока что известно не так уж и много мутаций, вызывающих наследственные заболевания у собак и у кошек? Есть несколько причин.
Первая - требуется хорошо описанный материал, который позволил бы качественно провести первый этап - определение генетической природы заболевания и тип ее наследования. Без этого приступать к дальнейшим исследованиям невозможно. Этот этап очень трудный и требует объединения усилий заводчиков и ученых.
Вторая причина - презренный металл. Исследования требуют финансирования. Полное прочтение ДНК одной собаки или кошки в России стоит недешево, а может потребоваться прочитать ДНК нескольких животных. Кроме того, открытие мутации потребует подтверждения на других больных животных, что несоизмеримо дешевле, но требует времени.
Поскольку специалисты нашей компании обладают необходимой квалификацией и опытом, мы можем проводить подобные исследования. Однако, как сказано выше, для реализации таких крупных проектов необходимо, чтобы сошлись финансовые и технические возможности. Кроме этого, такая работа практически невозможна без содействия владельцев и заводчиков, готовых предоставлять биологический материал для анализа и детальную информацию о здоровье и родословной животного.
Нам хочется надеяться, что при наличии заинтересованности заводчиков мы сможем развить эту область исследований в наших краях.
Перед тем как приступить к поиску мутации в ДНК, исследователи проводят анализ родословных и выясняют, действительно ли заболевание имеет генетическую природу и по какому типу оно наследуется, рецессивному, доминантному, или вообще сцепленно с X хромосомой.
Если заболевание отчетливо прослеживается по родственным линиям и появляется в потомстве с частотами, соответствующими второму закону Менделя, скорее всего оно действительно наследственное и моногенное (вызывается мутацией в единственном гене).
Бывают случаи, когда заболевание явно имеет наследственный характер, однако вызывается мутацией не в одном гене, а в нескольких. В таких случаях (например, дисплазия тазобедренных суставов или большинство типов настоящей эпилепсии) поиск причин заболевания и создание генетических тестов крайне затруднительны.
Например, хотя шизофрения у человека явно имеет наследственную составляющую, она вызывается не одной мутацией. Из-за сложного генетического механизма развития этого заболевания определить ее конкретные причины пока не удается, несмотря на то, что исследования в этой области ведутся очень интенсивно.
Как найти мутацию в стоге сена: величина проблемы
После того, как проведена предварительная работа и результаты указывают на моногенность наследственного заболевания, можно попробовать отыскать вызывающую его мутацию.
Как мы уже знаем, гены находятся в ДНК хромосом, причем каждая хромосома в организме присутствует в двух экземплярах - одна от отца, а другая от матери.
Также мы уже знаем, что копии хромосом от отца и от матери - не совсем копии, в их ДНК существуют отличия, причем немало - тысячи и даже десятки тысяч! Отличия выражаются в том, что последовательности букв ДНК-алфавита (A, T, G и C) в хромосомах одной пары могут в некоторых местах отличаться, например, в каком-то определенном месте вместо A может оказаться G или T или C. Также могут происходить выпадения или вставки участков ДНК разной длины, которые, конечно, также приводят к локальному изменению последовательности ДНК.
Некоторые такие отличия могут вызывать заболевания, а некоторые оказываются нейтральными и вообще не имеют проявления. Таким образом, хромосомы от отца и от матери могут содержать отличающиеся между собой участки ДНК (генетические варианты).
Итак, задача поиска конкретной мутации, сводится, всего-навсего к тому, чтобы попытаться определить, какой из множества присутствующих в больной собаке генетических вариантов отвечает за развитие наследственного заболевания, которым она страдает?
Постановка задачи
Как же подойти к такому поиску? Попробуем разобраться на примере наследственного заболевания, наследуемого по аутосомно-рецессивному типу. Как мы понимаем, это заболевание будет проявляться только в гомозиготном состоянии.
Поэтому для его поиска нам нужно проанализировать по возможности все генетические варианты у больных животных и сравнить их с генетическими вариантами, присутствующими у здоровых и у носителей.
Эта работа представляла собой сложнейшую задачу еще несколько лет назад. В наше время, с появлением новых технологий процесс несколько упростился, но все-равно требует высокой квалификации исследователей. Сейчас можно взять ДНК больного животного и полностью "прочитать" всю его ДНК всего за несколько дней.
Анализ этой информации позволит выявить те генетические варианты, которые:
Поиск рецессивной мутации
Упрощенное схематическое изображение, иллюстрирующее поиск рецессивной мутации, вызывающей наследственное заболевание. Для примера приведено 5 генетических вариантов, хотя на самом деле исследователям приходится анализировать сотни и тысячи вариантов. В примере показаны варианты, обнаруженные у отца, матери и их больного щенка. Хромосомы, доставшиеся от отца и от матери, отмечены цветом. Вариант в положении 1 не может быть причиной заболевания, потому что он есть и у здоровых собак (у отца и у матери). Варианты в положениях 2, 3 и 5 гетерозиготны у больного щенка, а также у одного из родителей, а значит, не могут вызывать заболевание, наследуемое по рецессивному типу. Вариант в положении 4 гомозиготен у больного щенка и гетерозиготен у обоих родителей. Именно он является основным кандидатом на роль мутации, вызывающей исследуемое заболевание.
1. отличают больное животное от здоровых, и
2. находятся у него в гомозиготном состоянии.
В принципе, если сильно повезет, этой информации может хватить для определения нужной мутации. Сейчас уже доступно много полных прочтений ДНК разных собак и результат можно получить сравнив полученную информацию с ними. Если отсеять все гомозиготные варианты, присутствующие и у здоровых собак, в сухом остатке должна остаться одна-единственная мутация, которая и будет той, которую мы ищем.
На практике все, конечно, сложнее и, как правило, полного прочтения ДНК одной собаки бывает недостаточно для однозначного определения искомой мутации. В таких ситуациях сильно помогает анализ целой семьи, например, обоих родителей, их больного потомка и их здоровых потомков.
За чем же дело стало?
Почему же пока что известно не так уж и много мутаций, вызывающих наследственные заболевания у собак и у кошек? Есть несколько причин.
Первая - требуется хорошо описанный материал, который позволил бы качественно провести первый этап - определение генетической природы заболевания и тип ее наследования. Без этого приступать к дальнейшим исследованиям невозможно. Этот этап очень трудный и требует объединения усилий заводчиков и ученых.
Вторая причина - презренный металл. Исследования требуют финансирования. Полное прочтение ДНК одной собаки или кошки в России стоит недешево, а может потребоваться прочитать ДНК нескольких животных. Кроме того, открытие мутации потребует подтверждения на других больных животных, что несоизмеримо дешевле, но требует времени.
Поскольку специалисты нашей компании обладают необходимой квалификацией и опытом, мы можем проводить подобные исследования. Однако, как сказано выше, для реализации таких крупных проектов необходимо, чтобы сошлись финансовые и технические возможности. Кроме этого, такая работа практически невозможна без содействия владельцев и заводчиков, готовых предоставлять биологический материал для анализа и детальную информацию о здоровье и родословной животного.
Нам хочется надеяться, что при наличии заинтересованности заводчиков мы сможем развить эту область исследований в наших краях.
