С помощью генетических данных зародыша, его родителей и всей популяции в целом можно достаточно точно предсказать наличие у будущего ребёнка тех или иных генов.

Известно, что у здоровых родителей может родиться ребёнок с генетическим заболеванием. Получается это, например, так: все гены у нас как минимум в двух копиях, и у каждого из родителей какой-то важный ген может оказаться в одной «здоровой» и в одной «больной» копии. Мать и отец не болеют, потому что здоровая копия гена выполняет всю работу. Но при формировании половых клеток каждая яйцеклетка и каждый сперматозоид получает только одну копию гена. И при оплодотворении может случиться так, что сольются вместе яйцеклетка с «больной» копией и сперматозоид с такой же «больной» копией. И ребёнок получит по наследству генетическое заболевание. Вероятность рождения такого ребёнка не стопроцентная, но и далеко не нулевая.

Человеческий эмбрион на четвёртый день развития. (Фото: Image Editor / Flickr.com) 

Если родители знают, что у некоторых их генов есть проблемные копии, они могут обмануть случай с помощью экстракорпорального оплодотворения (ЭКО). Яйцеклетка и сперматозоид встречаются, грубо говоря, в пробирке, и оплодотворённая яйцеклетка несколько дней развивается вне тела матери. У формирующегося зародыша отщипывают несколько клеток, чтобы проверить их ДНК — специалисты ищут аномалии в конкретном гене. Если аномалий нет, то дальше зародыш пересаживают матери, если же сразу понятно, что болезни не избежать, то и возиться с этой кучей больных клеток не имеет смысла.

Однако многие заболевания зависят не от одного, а от многих генов. То есть, чтобы оценить вероятность болезни, нужно посмотреть, какие варианты всех этих генов попали в зародыш — иными словами, нужно проделать полигенный анализ. Если мы к тому же выберем не одну такую болезнь, а несколько (сердечно-сосудистые расстройства, плюс аутоиммунные, плюс психоневрологические и т. д.), то получится, что мы должны прочесть весь геном.

И тут возникает методическая проблема: если мы нацелились на один-два гена, то достаточно той ДНК, что есть всего в нескольких клетках зародыша. Если же нам нужно прочитать весь геном, то ДНК — материала для чтения — нужно заметно больше, несколькими клетками тут не обойтись. А держать зародыш вне организма матери можно только до определённого момента, когда ему придёт срок имплантироваться в стенку матки. То есть дорастить зародыш до достаточно большого количества клеток для генетического анализа просто невозможно.

Тем не менее, сотрудники биотехнологической компании MyOme вместе с коллегами из других научных центров сумели эту проблему решить. В статье в Nature Medicine они пишут, что геном трёхдневных зародышей им удалось прочитать с 96-процентной точностью, а пятидневных — с 98-процентной точностью. В эксперименте участвовали десять пар родителей, которые хотели завести ребёнка с помощью экстракорпорального оплодотворения; в сумме от десяти родительских пар получилось 110 зародышей. У зародышей анализировали геномы на предмет крупных хромосомных перестроек, некоторых генетических болезней, происходящих от мутаций в одном-двух генах и т. д. — словом, проделывали всё, что обычно делается при ЭКО.

Но кроме этого, исследователи также прочитали геномы родителей, а также использовали статистические данные и методы популяционной геномики, которые позволяют оценить распространение тех или иных кусков ДНК по популяции. Всё вместе и позволило прочитать геном эмбрионов — точнее, тут нужно говорить не о чтении, а о реконструкции. Ту ДНК, которую извлекли из зародышей, полностью не читали, но ведь зародыши получили её от родителей. Какие именно варианты генов были в хромосомах яйцеклетки и сперматозоида, давших конкретный зародыш, опять же неизвестно. Но зато известно, как гены в принципе расположены на человеческих хромосомах, насколько они сцеплены друг с другом и склонны оставаться с соседями на одной и той же хромосоме или, наоборот, насколько они способны перескочить с одной парной хромосомы на другую во время кроссинговера — хромосомного обмена кусками ДНК во время созревания половых клеток.

Речь идёт не о манипулировании молекулами, но о геномно-статистическом методе, который с помощью генетических данных от зародыша, родителей и популяции в целом с помощью определённых математических ухищрений позволяет реконструировать зародышевый геном почти полностью. Так можно достаточно точно угадать, к примеру, какие гены аутоиммунных заболеваний попали в конкретный зародыш от его родителей. Кстати, точность метода проверяли, когда дети появились на свет и у них можно было взять достаточно ДНК для полногеномного анализа.

Правда, как пишет портал Science, здесь есть несколько «но». Есть болезни, которые действительно возникают от мутации в том или ином гене: здесь всё однозначно и последствий не избежать. Но есть болезни, вроде тех аутоиммунных расстройств и диабета, где даже с генетической предрасположенностью многое зависит от того, как и где человек живёт, чем дышит, что ест и т. д. В данном случае болезнь возникает не из-за неправильного гена, а при взаимодействии множества генов с обстоятельствами жизни. То есть даже если полигенный анализ укажет на повышенную вероятность какого-нибудь заболевания в будущем, это будет именно что вероятность: вполне может случиться так, что ребёнок появится на свет, вырастет и проживёт всю жизнь вполне здоровым. Также для подобного ребёнка с детства можно создать такие условия, чтобы болезнь не проявилась.

Во-вторых, не для всех полигенных признаков мы знаем все гены, которые в них задействованы, и даже если знаем — попытки оценить подобный признак по множеству генов далеко не всегда заканчиваются успехом. Так, два года назад мы писали о тщетных попытках предсказать по генам рост и интеллект будущего ребёнка. Наконец, метод чтения-реконструкции зародышевого генома делали на материале определённой популяции с определённым генетическим портретом. Для людей, у которых в генах много следов азиатских или африканских предков, метод придётся как-то модифицировать. Но, так или иначе, сама возможность точно предсказать наличие или отсутствие тех или иных генов без необходимости добывать зародышевую ДНК вполне реальна, и вполне возможно, что результаты исследователей найдут широкое применение в медицинской генетике.