Технологии генетической диагностики

Полимеразная цепная реакция (ПЦР) — это лабораторный метод, посредством которого производят множественные копии гена или сегментов гена, что значительно облегчает исследования генов. Конкретный сегмент дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), например, конкретный ген, может быть скопирован (амплифицирован) в лаборатории. Начав с одной молекулы ДНК, в конце процесса 30-кратного удваивания (всего лишь через несколько часов) получают около миллиарда копий.

Для нахождения конкретной части гена (сегмента генной ДНК) или целого гена в отдельной хромосоме используется генетический зонд. Зонды применяются для нахождения нормальных или мутированных сегментов ДНК. Сегмент ДНК, который был клонирован или скопирован, становится меченым зондом после того, как в него встраивается радиоактивный атом или флуоресцентный краситель. Зонд способен отыскивать свой зеркальный сегмент ДНК и связываться с ним. Затем меченый зонд может выявляться с использованием сложных микроскопических и фотографических методов. При использовании генных зондов могут диагностироваться несколько заболеваний до и после рождения. Возможно, что в будущем генные зонды будут использоваться в анализах у людей для одновременного обнаружения многих основных генетических заболеваний.

ДНК-чипы — это мощные инструменты, которые можно использовать для идентификации мутаций ДНК. На одной микроматрице можно проанализировать миллионы различных изменений в ДНК с использованием всего лишь одного образца. Микроматрицы ДНК используются в полногеномных поисках ассоциаций (GWAS) для выявления вариантов, которые могут способствовать риску заболевания, путем сравнения ДНК большого количества людей и нормальных популяций.

aCGH — это тип микроматричного анализа, который в настоящее время обычно используется для идентификации удаленных или дублированных сегментов ДНК в определенных хромосомах. В этом анализе сравнивают ДНК человека с эталоном генотипа (уникальная комбинация генов или генетический профиль человека) с помощью нескольких зондов. К ДНК человека и к контрольному образцу добавляются различные цветные флуоресцентные красители. Если сегмент отсутствует, зонды показывают уменьшенное количество флуоресцентного красителя в образце ДНК человека в сравнении с эталонным образцом. Если сегмент дублирован или утроен, зонды показывают увеличенное количество флуоресцентного красителя у пациента в сравнении с эталонным образцом. Такие зонды могут использоваться в анализе полного генотипа.

Применение технологий секвенирования следующего поколения позволяет обнаруживать даже меньшие фрагменты генов и ДНК — сначала расщеплением целого генотипа на небольшие сегменты, а затем проведением анализа последовательности ДНК некоторых или всех сегментов. Затем результаты анализируются с использованием мощного компьютера. Могут быть выявлены одиночные или множественные вариации, а также участки, в которых основания отсутствуют или были помещены в неподходящее место. Стоимость данной технологии значительно снизилась и продолжает снижаться. Также продолжают совершенствоваться оборудование и методы расчетов.

Некоторые такие изменения могут помочь врачам в диагностике генетических заболеваний. Методы секвенирования следующего поколения являются настолько чувствительными, что врачи могут обнаруживать ДНК плода в образце крови, взятом у матери, и анализировать эту ДНК на предмет наличия у плода синдрома Дауна. Однако значительный объем информации, получаемый при анализе генотипа, приводит к самым различным проблемам, которые иногда затрудняют понимание и интерпретацию результатов врачами (например, для дифференцирования важных различий от случайных или тривиальных). Несмотря на эти проблемы, эти технологии стали основой генетического анализа.