Останні роки характеризуються надзвичайною цікавістю суспільства до проблем генетики і зокрема, до геному людини. На сьогодні очевидно, що більшість захворювань мають генетичне підґрунтя і навіть ті хвороби, що виникають внаслідок безпосереднього ушкоджуючого впливу зовнішніх чинників (інфекції, травми, хімічні та радіаційні ураження), мають генетично зумовлені особливості. Схильність до розвитку окремих хвороб і варіантів їхнього клінічного перебігу, чутливість до дії ліків та зовнішніх ушкоджуючих чинників, репродуктивні функції та навіть термін життя залежать від якості генетичної інформації у геномі кожної людини

Якість генетичної інформації визначається кількістю мутантних генів у геномі і ступенем функціональної неповноцінності білків, які з них відтворюються. У випадках 12 тисяч моногенних ознак і 4000 моногенних хвороб мутація у одному гені стає етіологічним чинником хвороби, спричиняючи патогенетичний ланцюг метаболічних змін, структурних і функціональних дефектів. Принаймні вчетверо більше ознак і хвороб людини формуються за іншим – полігенним – механізмом. У геномі все щільно переплетене на функціональному рівні, і реалізація будь-якої ознаки відбувається у межах цілісної генетичної програми з великою кількістю генів-учасників, а часто і з відчутним впливом інших генетичних програм. У результаті, переважна більшість ознак людини має полігенне підґрунтя, а ступінь повноцінності їх реалізації залежить від якості всіх генів-учасників процесу.

Коли ми говоримо «якість гена», то зазвичай маємо на увазі його структурну організацію – послідовність пар нуклеотидів ДНК. У медичній генетиці не вживають вираз «нормальний ген», а кажуть «алель дикого типу», тобто різновид гена, структурна організація якого (послідовність ДНК) повністю відповідає первинній (первинно створеній) послідовності у геномі людини. Будь-які відхилення в структурі ДНК від первинного аналогу є мутацією, тобто зміною генетичної інформації. Деякі мутації «мовчазні» і, наприклад, заміна одного нуклеотида, а власне його азотистої основи, на інші може не змінювати положення амінокислоти в молекулі білку. Причина у тому, що за винятком метіоніну і триптофану, амінокислоти кодуються не одним, а декількома триплетами нуклеотидів. Проте більшість мутацій-замін та мутацій із втратою або набуттям нуклеотидів змінюють послідовність амінокислот у молекулі білку, наслідком чого є зниження його функціональної активності і розвиток патологічних станів.

Геном кожної людини унікальний за частотою і спектром мутацій генів, у тому числі начебто «мовчазних» поліморфічних замін. Доведено, що кожна людина принаймні на 50% є гетерозиготним носієм, тобто має різну структуру генів батьківського і материнського походження. Частина алелей (різновидів того самого гену, відмінних за структурою ДНК) мутантні, залежно від їх «сили» відбувається суттєве зниження продукції функціонального білка. Це особливо притаманне аутосомно-домінантним спадковим захворюванням, коли хворий звичайно є гетерозиготним носієм мутантної алелі. При аутосомно-рецесивній патології носій єдиної мутантної алелі здоровий, оскільки продукція потрібного білка відбувається з іншої алелі, яка має незмінену структуру. Хвороби з аутосомно-рецесивним типом успадкування розвиваються у носіїв двох мутантних алелей, у яких немає повноцінної матриці для відтворення функціонального білка.

Генетичне тестування дозволяє визначити структуру ДНК і наявність мутацій в генах у гомозиготному і гетерозиготному стані. Це потрібно для якісної діагностики мутацій у батьків-носіїв, дитини і плоду, до того ж дозволяє на доклінічній стадії визначити ризик розвитку захворювання, особливості його клінічного перебігу і чутливість до фармпрепаратів. Сучасний поступ у генетичному тестуванні спадкових дефектів значною мірою відбувся завдяки результатам виконання проекту «Геном Людини». Встановлені основні кількісні і структуральні параметри геному людини і, зокрема, загальна кількість азотистих основ, які кодують генетичну інформацію (біля трьох мільярдів), та самих генів (до 25000). Це набагато менше, ніж кількість відомих білків, але завдяки спеціальній генетичній програмі (альтернативний сплайсінг) з одного гена можуть відтворюватись декілька білків. З’ясовано місце розташування на хромосомах 4000 генів, асоційованих з розвитком спадкової патології. Для 600 з них розшифровано первинну структуру, що дозволяє забезпечити діагностику всіх можливих структуральних змін – мутацій. При цьому загальна кількість відомих мутацій – 12000. Приблизна вартість розшифровки (секвенування) одного геному людини становить 10000 доларів США, а в найближчому майбутньому його оцінна вартість повинна зменшитись у 10 разів.

Отже, первинним етіологічним чинником виникнення захворювання є наявність однієї або декількох мутацій, здатних викривити нормальний перебіг морфо-функціональних процесів в організмі. В умовах відсутності продукції повноцінного білка (ферменту, транспортного, структурного, гормону, рецептора) моногенні спадкові хвороби розвиваються неминуче, тоді як полігенні хвороби для маніфестації потребують провокації «ззовні геному», найчастіше – впливу зовнішнього ушкоджуючого чинника. Чинник-провокатор (інфекційний агент, стрес, неправильне харчування, гіподинамія, шкідливі звички тощо) влучає в слабке місце геному, яке характеризується неповноцінністю певної генетичної програми. Оскільки такі хвороби не є «повністю генетичними», їх називають хворобами з генетичною схильністю, або мультифакторними. До хвороб з генетичною схильністю відносять переважну більшість відомих захворювань людини; найбільш відомі артеріальна гіпертензія, ішемічна хвороба серця, бронхіальна астма, цукровий діабет, виразкова хвороба шлунка, аутоімунний тиреоїдит, псоріаз, злоякісні пухлини тощо.

Фактично мультифакторними є усі немоногенні хвороби або ті, які виникли не внаслідок безпосередньої руйнівної дії зовнішніх ушкоджуючих чинників.

Ізольовані вроджені вади розвитку також належать до мультифакторної патології, але за їх винятком, хвороби з генетичною схильністю переважно маніфестують у зрілому віці. Якщо ж мультифакторні захворювання діагностують у дітей, це вказує на необхідність пошуку вроджених морфологічних аномалій, на тлі яких вони могли виникнути, а в частині випадків слід запідозрити спадкову (моногенну) природу основного захворювання (вроджені імунодефіцитні стани, спадкові метаболічні порушення).

Слід також пам’ятати, що дитячий організм дуже чутливий до дії хімічних ушкоджуючих чинників, що вимагає підвищеної настороженості лікарів у випадках розвитку мультифакторної патології в дитячому віці. Доведено, що функціональна недостатність генетичної програми детоксикації у дітей проявляється ускладненим перебігом перинатального періоду і мультифакторних захворювань та підвищеною чутливістю до окремих фармпрепаратів.

Для того, щоб своєчасно віднести дитину до групи ризику важкого перебігу згаданих патологічних станів, рекомендують проводити генетичне тестування поширених мутацій генів цитохрому С та ферментів: епоксид-гідролази (mEPHX), глутатіон-S-трансфераз M1, T1, P1 (GSTM1, GSTT1; GSTР1), N-ацетилтрансферази 2 (NAT2). Відомо, що перебіг мультифакторної патології часто супроводжується розвитком помірної гіпергомоцистеїнемії (ГГЦ) – підвищеної концентрації небілкової амінокислоти гомоцистеїну у плазмі крові. Навіть короткочасна ГГЦ індукує оксидний стрес, а за умов генетичної недостатності ферментів фолатного та метіонінового циклів вона загрожує хронічним прогресуванням судинної недостатності і тромбозу, і може бути причиною вроджених вад плоду (вади нервової трубки, орофаціальні дисплазії, вади серця тощо).

Генетичну схильність до ГГЦ і асоційованих з нею ускладнень можна виявити шляхом генетичного тестування мутацій генів, які кодують ферменти метилентетрагідрофолатредуктазу (MTHFR), метіонінсинтазу (MTR), редуктазу метіонінсинтази (MTRR), цистатіонін-γ-ліазу (CSE) і цистатіонін-β-синтазу (CBS) та інші. Гомозиготне носійство мутацій гена CBS веде до розвитку важкого спадкового моногенного захворювання – гомоцистинурії, що перебігає з неврологічною та судинною симптоматикою і супроводжується парадоксально високими концентраціями гомоцистеїну у крові, тоді як наявність лише однієї мутантної алелі даного гена (гетерозиготне носійство) є одним з полігенних чинників генетичної схильності до ГГЦ.

Щорічно в Україні народжуються до 20 тисяч дітей з вродженою і спадковою патологією, з них біля 4000 мають дефекти окремих генів з критичним порушенням їх функції у плані синтезу активного білка. Інтерес суспільства до проблеми значною мірою пояснюється тим, що генетичні хвороби, здебільшого, несумісні з повноцінною життєдіяльністю людини і призводять до важкої інвалідності або загибелі на різних етапах онтогенезу. До 65% відомих спадкових захворювань маніфестують у дитячому віці, а отже лікарі-педіатри одними з перших стикаються з потребою їхньої діагностики. Доведено, що рання діагностика таких захворювань разом зі своєчасно розпочатим адекватним лікуванням дозволяє значно покращити якість життя пацієнтам і майже у 70% досягти покращання та стабілізації показників нервового-психічно розвитку. З іншого боку, генетичне тестування подружжя, яке має дитину зі спадковою патологією, обов’язкове для планування наступних, успішних вагітностей в родинах високого ризику.

Відсутність діагнозу у педіатричній практиці зустрічається нечасто і, як правило, свідчить про наявність у дитини вродженої або спадкової патології та необхідність звернення в медико-генетичну консультацію. Далеко не завжди такі діти своєчасно направляються на консультацію до генетика. Нерідко вони поступають у дитячі відділення в гострому стані, де лікування проводиться за життєвими показниками за відсутності точного діагнозу.

Спадкові хвороби важко діагностувати, особливо у ранньому дитячому віці: по-перше, через клінічну гетерогенність нозологій, спричинених єдиним генетичним дефектом; по-друге, через спільність фенотипних рис генетично різнорідних моногенних дефектів; по-третє, через подібність клінічної симптоматики спадкових і мультифакторних захворювань. Яким чином лікар-педіатр може своєчасно запідозрити моногенну спадкову патологію у пацієнта і відрізнити її від хвороб з генетичною схильністю, що часто експонують схожі симптоми? Для цього існують п’ять допоміжних критеріїв.

Два перші критерії (вроджений і сімейний характер захворювання) вимагають контакту з батьками і збору сімейного анамнезу. Необхідно з’ясувати, у якому віці почалося захворювання і чи не мало воно вродженого характеру. Пренатальна гіпоплазія, недоношеність, проблеми неонатальної адаптації, затримка фізичного і психомоторного розвитку, хворобливість від народження або маніфестація ознак хвороби на першому–другому роках життя значно посилюють ймовірність спадкового дефекту. Звичайно, необхідно виключити ізольовані вроджені аномалії розвитку.

Наступний критерій – захворюваність і стан репродукційної функції в родині, що вимагає застосування клініко-генеалогічного аналізу. Загрозливими в плані ризику спадкової патології слід вважати наявність аналогічних випадків захворювань в родині, високий загальний рівень захворюваності на соматичну та онкологічну патологію, безпліддя і репродукційні втрати (самовільні викидні, завмирання вагітності, мертвонародження, народження дітей з вадами розвитку).

Третій і четвертий критерії можна поєднати: хронічний рецидивуючий перебіг захворювання та стійкість до традиційних (протокольних) схем терапії. Ефективне лікування моногенної патології може відбутися лише за умов адекватної компенсації дефіциту відповідного білка (фермента, транспортного білка, гормону тощо), аналогічно до застосування інсуліну під час лікування цукрового діабету. На сьогодні є можливість замісної ензиматичної корекції при таких спадкових хворобах як мукополісахаридози, хвороби Гоше, Фабрі та з десяток інших; через високу вартість вона доступна лише обмеженій кількості хворих (в Україні – пацієнтам з хворобою Гоше). Зрозуміло, що генетичну нестачу дефіцитного ферменту або іншого білку неможливо компенсувати за рахунок хімічних речовин іншого функціонального призначення, і зрештою захворювання не лікується, набуваючи хронічного, рецидивуючого перебігу.

Виконання п’ятого критерію під силу лише кваліфікованому лікарю, оскільки воно стосується проведення синдромальної діагностики. Типовою рисою моногенної патології є її полісистемність, коли клінічні симптоми і певні морфологічні відхилення (стигми дизембріогенезу) реєструються в органах різних систем. Поєднання симптомів може бути якнайпарадоксальнішим (наприклад, нервова система – статеві органи – збільшення кількості пальців), і чим воно частіше, тим більша ймовірність спадкового захворювання у дитини. Слід визнати, що ефективне проведення синдромологічного аналізу під силу лише лікарю-генетику, а тому важливо якомога раніше скерувати дитину на медико-генетичну консультацію. Кожен день перебування дитини з невідомим діагнозом без фахової генетичної опіки наближає її до виникнення незворотніх змін у функціонально важливих органах, у тому числі у центральній нервовій системі. Велике значення має емоційна готовність батьків до подібної консультації.

В даний час у світі проводиться ДНК-діагностика близько 400 моногенних хвороб

Вже згаданий раніше значний клініко-генетичний поліморфізм спадкової патології створює великі проблеми для практичного медико-генетичного консультування. Важко з’ясувати тип успадкування хвороби за відсутності типового симптомокомплексу (синдрому), наявності тільки однієї хворої дитини в родині і обмеженої інформованості батьків. Батьки можуть емоційно не сприймати процес генетичного консультування: приховувати несприятливі симптоми у розвитку дитини чи підкреслювати, що самі абсолютно здорові, чим завдають непоправної шкоди здоров’ю малюка. У таких випадках, поряд із клінічним, клініко-генеалогічним та інструментальним обстеженням, важливу інформативну роль відіграють біохімічне і молекулярно-генетичне дослідження. Для значної частки відомих метаболічних моногенних захворювань розроблені селективні біохімічні тести, орієнтовані на пошук у крові і сечі патологічних метаболітів, які обов’язково з’являються внаслідок генетично зумовленої ензиматичної дисфункції. Слід згадати високу інформативність потового тесту при муковісцидозі, гормональних досліджень – при адреногенітальному синдромі і вродженому гіпотиреозі, визначення рівня окреслених амінокислот – при спадкових аміноацидопатіях, оцінка рівня альфа-фетопротеїну у крові – при синдромі Луї–Бар (атаксія–телеангіектазія) тощо.

Допомагає у постановці генетичного діагнозу активне впровадження у повсякденне життя Інтернету і телемедицини. Всесвітня мережа забезпечує доступ до медичних баз даних, зокрема MEDLINE, яка містить дані про нові синдроми (понад півмільярда першоджерел). Особливо корисним є європейський веб-сайт ORPHANET (www.orpha.net), постійно поповнюваний інформацією про відомі і нові спадкові хвороби, де лікар та родина хворої дитини можуть отримати інформацію про клінічні особливості, методи діагностики і лікування, можливості для проведення генетичного тестування у Європі, адреси осередків товариств батьків хворих дітей.

В даний час у світі проводиться ДНК-діагностика близько 400 моногенних хвороб. Найбільш розповсюджені в педіатричній практиці муковісцидоз, галактоземія, фенілкетонурія, гомоцистинурія, адреногенітальний синдром, гемофілія А і В, міодистрофія Дюшенна, міодистрофія Беккера, спінальна аміотрофія, невральна аміотрофія, нейрофіброматоз, хвороба Вільсона–Коновалова.

Як же проводиться генетичне тестування і які можливості для його здійснення в Україні?

Матеріалом для молекулярно-генетичних досліджень є ДНК, яка може бути виділеною з будь-яких ядерних клітин організму і, зокрема, з мазку букального епітелію, клітин навколоплідної рідини, біоптату тканин, сухої плями крові на фільтровальному папері та ін. Проте, у практиці переважно використовують лейкоцити периферійної крові. Для виділення ДНК достатньо отримати 2–5 мл венозної крові і помістити її у пробірку з консервантом ЕДТА. Гепарин не застосовують. Кров повинна бути доставлена у лабораторію якнайшвидше, але, за потреби, зразки крові з консервантом можна зберігати у холодильнику при +4°С. При заборі крові або іншого матеріалу слід уникати потрапляння до зразка клітин іншої людини (загроза контамінації іншою ДНК і викривлення результатів досліджень). Зразки крові надсилаються у лабораторію разом зі скеруванням. Середня тривалість дослідження 2–4 тижні, проте в практиці пренатальної діагностики рахунок йде на дні.

ДНК-діагностика є високотехнологічним дослідженням, яке вимагає високої кваліфікації виконавців і особливого вартісного обладнання. У зв’язку з цим в Україні, як і в інших країнах, даний аналіз здійснюється лише в декількох наукових центрах. Найбільший досвід генетичного тестування спадкових захворювань і мультифакторної патології мають відділ геноміки Інституту молекулярної біології і генетики НАН України у Києві, ДУ «Інститут спадкової патології Національної академії медичних наук України» (ДУ «ІСП НАМНУ») у Львові та кафедра медичної генетики і лабораторної діагностики НМАПО ім. П. Л. Шупика (Київ). У випадках неможливості проведення дослідження в Україні використовуються контакти із спеціалізованими лабораторіями за кордоном, зокрема, в Російській Федерації.

Які можуть бути результати генетичного тестування, і що це означає для пацієнта? Детекція єдиної мутантної алелі певного гена доводить правильність діагнозу спадкового захворювання з аутомосно-домінантним, зчепленим з Х-хромосомою та мітохондріальним типом успадкування. У випадках захворювань з аутосомно-рецесивним типом успадкування діагноз вважається повністю підтвердженим при виявленні мутацій у двох алелях певного гена: або пацієнт є гомозиготним носієм єдиної мутації, або має різні мутації на двох алелях (компаунд-гетерозигота). Якщо у пацієнта з високо вірогідними клінічними проявами хвороби з аутосомно-рецесивним типом успадкування (муковісцидоз, фенілкетонурія тощо) ідентифіковано лише одну типову мутацію, це означає наявність невідомої мутації на другій алелі даного гена, що не заперечує діагноз, проте вимагає подальших молекулярно-генетичних досліджень для ідентифікації мутації. У здорових гетерозиготних носіів зазвичай виявляють мутацію однієї алелі, і це автоматично відносить їх до групи ризику відтворення певного аутосомно-рецесивного захворювання у потомстві. Відсутність ідентифікації мутацій не заперечує діагноз, хоча ризик наявності саме цієї хвороби зменшується залежно від глибини молекулярно-генетичного дослідження (кількості протестованих мутацій). Змінити діагноз можуть знахідки рідкісних мутацій даного гена або позитивні результати генетичного тестування мутацій інших генів.

Генетичне тестування набуває неабиякої ваги з розгортанням в Україні масового неонатального скринінгу моногенних дефектів обміну речовин. У 2012 році на додаток до програм неонатальної діагностики фенілкетонурії і вродженого гіпотиреозу розпочалося раннє виявлення муковісцидозу і адреногенітального синдрому. У випадках верифікованої фенілкетонурії та високого ризику муковісцидозу можлива ідентифікація мутації генів ФАГ і ТРБМ у хворої дитини, а надалі – у її батьків, щоб під час наступної вагітності провести пренатальну діагностику стану плоду на обґрунтованому молекулярно-генетичному рівні.

Діагностичні можливості ДУ «ІСП НАМНУ» в генетичному тестуванні спадкових захворювань дитячого віку включають муковісдидоз, фенілкетонурію, нервово-м’язові хвороби (міодистрофію Дюшенна–Беккера, спинальну м’язову аміотрофію, недиференційовані міопатії), вроджені комбіновані імунодефіцитні стани (синдром Ніймеген, атаксію–телеангіектазію), спадковий гемохроматоз, ахондроплазію, спадкову непереносимість лактози (гіполактазію) та мітохондріальну хворобу LCHAD, зумовлену порушенням β-окислення довголанцюгових жирних кислот. У випадках порушень диференціації статі, крипторхізму у хлопчиків та наявності маркерних хромосом у дівчат з синдромом Тернера проводиться ідентифікація маркерів Y-хромосоми з дослідженням гена SRY та відповідального за сперматогенез AZF-регіону.

Найбільш важкою залишається молекулярно-генетична діагностика муковісцидозу – найпоширенішого моногенного захворювання дитячого віку. У хворих на муковісцидоз порушення панкреатичної та інших функцій тісно пов’язане з генотипом гена ТРБМ, у якому нині ідентифіковано понад 1900 різних мутацій. Найбільш частими в Україні є мутації F508del (53,3%), 2184insA (5,4%), N1303K (4,9%), CFTRdele2,3 (21 kb) (4,1%), G542X (2,9%), W1282X (1,5%) та 3849+10kbCT (1,2%).

Найпоширенішими серед характерних для класичного муковісцидозу є мутації, що асоціюють зі збереженням функції підшлункової залози і мутації, які асоційовані з іншими фенотиповими проявами муковісцидозу (CFTR–related disorders), що визначають схильність до формування хронічного синуситу, дисемінованих бронхоектазів та хронічного панкреатиту.

Пріоритетним для ДУ «ІСП НАМНУ» є дослідження мутації, пов’язаної з формуванням синдрому Ніймеген, який зустрічається лише у слов’янського населення. Накопичено великий досвід пренатальних досліджень спадкової патології плоду в родинах високого ризику муковісцидозу, фенілкетонурії, синдрому Ніймеген, спинальної аміотрофії, що дозволило у більшості таких сімей народити  здорових дітей.

Стосовно генетичного тестування генів схильності до розвитку мультифакторних хвороб та варіантів їх клінічного перебігу, слід звернути увагу на можливість ідентифікації:

1)  алельних варіантів генів фолатного обміну (MTHFR С677Т, А1298C; MTRR A66G; МТR A2756G; TYMS 2R/3R), що визначають схильність до судинних захворювань, тромбозів, дефектів нервової трубки, орофаціальних щілин, акушерської патології;

2)  мутацій в генах факторів зсідання крові (фактору V – Лейденської мутації, протромбіну або фактору II – G20210A, гена PAI-1 – 675 5G/4G) для визначення схильності до тромбозів і тромбоемболій;

3)  поліморфні варіанти гена рецептора вітаміна D3 (схильність до остеопорозу);

4)  алельних варіантів генів системи детоксикації (CYP1A1; mEPHX; GSTM1, GSTT1; GSTР1; NAT2), що визначають схильність до бронхіальної астми, чутливість до медикаментів і хімічних токсичних чинників;

5)  алельних варіантів генів, що формують імунну відповідь та імуногенетичний профіль організму (IL-10, TNF-a, CTLA4, HLA DQA1, HLA DR, HLA DQB1);

6)  гена інсуліно-подібного фактору росту 2 (IGF-II), в якому ApaI поліморфізм 9 екзону впливає на показники фізичного розвитку.

Отже, за допомогою генетичного тестування мутацій окремих генів у педіатричній практиці ми можемо не лише уточнити діагноз спадкового захворювання, але й встановити гени схильності до важких варіантів перебігу мультифакторної патології, часом навіть до початку її клінічної маніфестації. Застосування генетичного тестування в діагностиці спадкової патології дозволяє своєчасно розпочати лікувальні заходи і обґрунтовано проводити профілактику нових випадків таких захворювань у родині.