Когда появился ДНК-тест
В наши дни проведение ДНК-тестов − достаточно популярное явление. Такие услуги предоставляют профильные центры, при которых действуют современные лаборатории, оснащённые высокотехнологичным оборудованием. Однако так было далеко не всегда. Когда же генетика перестала быть псевдонаукой и стала нашей повседневностью?
Предпосылки генетических открытий
Ещё в начале XX века учёные пришли к выводу, что хромосомы, представляющие собой комплексы нуклеиновых кислот с белками в клетках живых организмов, являются единицами, содержащими в себе наследственную информацию.
Через несколько десятилетий, ближе к середине столетия, исследователи вопроса смогли доказать, что за передачу генетических сведений отвечает отдельная молекула, которая присутствует в составе хромосом. Речь идёт о дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК). Специалисты занялись прицельным изучением её свойств, в результате чего через время сделали вывод: она представляет собой двойную спираль.
Исследования, имеющие такую же природу, как генетические тесты, стали проводиться позже. В частности, они нашли широкое применение в криминалистике. В августе 1987 года в Великобритании был впервые применён на практике метод Джеффриса.
По страницам истории
При изучении рентгеновских снимков ДНК Алек Джеффрис обнаружил, что для каждого человека последовательность нуклеотидов является индивидуальной. Это позволяет создать ДНК-профиль личности, генетический паспорт, используемый при идентификации личности.
Отметим, что 99,9% последовательностей человеческой ДНК совпадает по составу. При этом у каждого лица они индивидуальны. Это позволяет провести идентификацию личности, определить степень родства, получить ряд другой важной информации.
Благодаря новой технологии в английском графстве Лестершир состоялся арест Колина Питчфорка. Он подозревался в убийстве двух девочек, однако доказательная база была достаточно слабой. Эксперты сличили ДНК слюны подозреваемого и материалов, взятых с тел жертв. В итоге справедливость восторжествовала, и виновный был осуждён.
Проведение ДНК-теста помогло оправдать Ричарда Бакленда, 17-летнего юношу, который в 1986 году под давлением представителей закона свидетельствовал против себя и признался в преступлении. Исследования показали, что молодой человек невиновен.
Что касается России, то в отечественной практике ДНК-тест впервые был применён в декабре 1988 года. Он помог отправить за решётку серийного убийцу Сопова, который нагонял страх на жителей Ивановской области
Проведение теста ДНК: этапы
ДНК содержится в большинстве живых клеток. В силу этого в качестве материала, который подвергается анализу, может выступать слюна, волосяные луковицы, кровь, сперма, эпителий и т. д.
Проведение анализа проводится в несколько этапов:
- забор материала в объёме, достаточном для проведения исследований;
- осуществление аналитических мероприятий в условиях лаборатории;
- получение результатов, заключение специалиста генетика.
Изначально на проведение всех видов ДНК-тестов требовалось много времени, более недели. Теперь же современное оборудование и инновационные разработки дают возможность получать сведения гораздо быстрее. При необходимости некоторые данные можно получить уже в течение часа.
Источник
Эволюция тестов ДНК на отцовство
Установление биологического отцовства безусловно является самым востребованный анализом. Его история насчитывает около 100 лет, начиная с теста по группе крови. Благодаря развитию технологий и появлению новых методик, определить отцовство можно быстро, точно и недорого.
Первые шаги в этом направлении предпринимались в 20-х годах двадцатого века. После открытия групп крови, было обнаружено, что дети могут наследовать группы своих родителей. Ученые смогли разработать метод, позволяющий по группам крови мамы и папы определять отцовство. Точность анализа было очень низкая и давала ошибки в 30% случаев.
Далее примерно десять лет спустя были обнаружены особые белки в крови. По этим белкам можно было предсказывать группу крови ребенка, основываясь на данных родителей. Это нововведение несколько увеличило точность установления отцовства, но не сильно.
В 70-х годах ученые обнаружили, что белые клетки крови несут большое количество агента (HLA). Этот агент обладает высокой вариабельностью в человеческой популяции и может быть использован для идентификации и отцовства. Точность теста сильно подросла до 85-90%. но этого было мало.
И вот уже в 80-х годах впервые с помощью ДНК теста начали устанавливать отцовства. За основу был принят метода полиморфизма длины рестрикционного фрагмента (RFLP). Участки ДНК оказались намного сильнее вариабельны, чем HLA.
Из крови матери, отца и ребенка извлекали ДНК. Далее проводилось сравнение. Половина уникальных маркеров должна была совпасть с матерью, а половина с отцом. Удалось добиться точности до 99.99%. Основным и довольно весомым минусом было то, что для исследования требовалось забирать много крови у участников. Скорость выполнения также было очень низкой.
В восьмидесятые года был открыт метод полимеразной цепной реакции (ПЦР). Он произвел революцию в генетике. В тестах на отцовство его впервые применили в 90-х годах. ПЦР обладает огромным количеством плюсов:
- возможность использовать любой образец, в том числе ротовой мазок.
- Количество биоматериала может быть незначительным.
- Время исследования сократилось до 2-3 дней.
- Точность возросла до 99.99999% на положительный результат и до .100% на отрицательный.
- Наличие образцов матери больше не требовалось.
Самым передовым анализом на отцовство стал неинвазивный пренатальный метод. Благодаря технологиям NGS (секвенирование нового поколения) и ccfDNA (свободно циркулирующая ДНК плода), стало возможным определения биологического отцовства на ранних стадиях беременности. Как это возможно?
Из крови матери выделяется фетальная ДНК ребенка. Далее в ней выявляются уникальные генетические маркеры. Эти маркеры сравнивают с профилем отца. Если хоть один маркер не совпал, отцовство исключается. Если все маркеры совпали, то не исключается.
Генетический центр «Ралзо» выполняет все виды тестов на отцовство:
- информационный (можно анонимно);
- судебно-генетическая экспертиза;
- по нестандартным образцам (в т.ч. зубы, кости);
- тест во время беременности.
Наши специалисты дадут бесплатную консультацию по телефонам горячей линии.
Источник
Как менялись технологии теста ДНК на отцовство
Как устанавливали биологическое отцовство в прошлом веке? Когда тест на отцовство достиг точности 99,9%? Узнайте об этапах развития ДНК-теста.
1920-е годы — Установление отцовства по группам крови
В начале 1900-х годов ученые идентифицировали 4 разных групп крови у людей — A, AB, B и O — на основе наличия определенных белков, называемых антигенами в крови. Эта система набора крови, называемая системой ABO, предоставила врачам важную информацию о своих пациентах, позволяя им безопасно выполнять медицинские процедуры, в частности переливание крови, путем сопоставления типов крови пациентов и доноров.
В 1920-х годах ученые доказали, что группы крови генетически унаследованы. Диаграмма групп крови, показанная ниже, была разработана, чтобы показать взаимосвязь между родителями и их детьми. 
Ученые поняли, что они могут предсказывать тип крови ребенка по группам крови его родителей. И наоборот, если одна из групп крови родителей была неизвестна, ученые могли использовать типы крови ребенка и известного родителя, чтобы определить тип крови отсутствующего родителя. Таким образом, ученые использовали группу крови для определения отцовства или материнства ребенка. Однако, поскольку информация на основе групп крови ограничена, было сложно с уверенностью определить биологические отношения.
Например, если у ребенка была кровь типа А, а у матери ребенка была кровь типа AB, у биологического отца ребенка мог быть любой из 4 типов крови. Это означает, что, основываясь только на группах крови, никто не может быть исключен как отец ребенка.
В конце концов, сила исключения (сила теста для исключения определенного процента населения от биологического отношения к человеку) для анализа крови составляет всего 30%. Установление отцовства по группам крови не является достоверным методом определения отцовства.
1930-е годы — Серологическое тестирование
В 1930-х годах ученые обнаружили в крови другие белки, которые можно было использовать для идентификации людей. Системы крови группы Rh, Kell и Duffy, как и система ABO, были основаны на присутствии специфических антигенов в крови. Эти антигены также генетически унаследованы, что является полезным при определении возможных биологических отношений.
Через эти серологические тесты ученые могли использовать системы группы крови двух родителей, чтобы предсказать возможную группу крови своего ребенка. Ученые также применяли серологические тесты в отношении случаев отцовства, пытаясь идентифицировать предполагаемых отцов на основе групп крови ребенка и матери. Однако, как и использование системы ABO для тестирования на отцовство, серологические тесты не являются окончательными при идентификации биологических родителей. Сила исключения для серологического тестирования составляет всего 40%, что означает, что этот метод неэффективен для определения биологических отношений.
1970-е годы — тестирование HLA
В середине 1970-х годов ученые перешли от групп крови к типированию тканей. Ученые обнаружили человеческий лейкоцитарный антиген (HLA), который преобладает во всем теле, за исключением красных кровяных телец. В частности, белые клетки крови несут высокую концентрацию HLA. Существует много разных типов HLA, и эти типы варьируются у каждого человека. Из-за высокой изменчивости типов HLA между разными людьми тестирование HLA стало более мощным способом тестирования отцовства. Сила исключения для тестирования HLA сама по себе составляет 80% и в сочетании с набором крови и серологическим тестированием составляет 90%.
Несмотря на более сильную способность идентифицировать биологические отношения, тестирование HLA не является идеальным методом. Для тестирования HLA требуется объемный образец крови, который не мог храниться более чем несколько дней. Процесс сбора был неудобным, а для младенцев младще 6 месяцев — даже опасным.
1980-е годы — ДНК-тестирование с использованием техники RFLP
В середине 1980-х годов был разработан метод, называемый полиморфизмом длины рестрикционного фрагмента (RFLP). Этот метод стал первым генетическим тестом с использованием ДНК. Как HLA и белки крови, ДНК генетически унаследована от обоих родителей. Тем не менее, участки ДНК являются сильно варьируемыми и более уникальными, чем HLA и белки крови, и они обнаруживаются в каждой клетке тела. Эти атрибуты делают ДНК идеальной для идентификации биологических отношений.
RFLP позволяет ученым вырезать уникальные участки ДНК, которые извлекаются из образцов крови. Для тестирования на отцовство сравниваются эти уникальные участки родителей и ребенка. Половина ДНК ребенка должна соответствовать ДНК матери, а половина должна соответствовать ДНК отца, если они имеют биологическое родство.
Иногда во время этой процедуры ДНК ребенка не соответствует ДНК одного из родителей, это может быть вызвано генетическими мутациями. В таких случаях ученые проводят статистический анализ, чтобы определить возможности мутации и биологических отношений между членами семьи.
Поскольку RFLP имеет отношение к тестированию ДНК, эта процедура дает очень достоверные результаты, обычно с силой исключения выше 99,99%. Однако этот метод сегодня не используется часто, потому что, как и тестирование HLA, RFLP требует объемного образца крови и длительного времени выполнения.
1990-е годы — ДНК-тестирование с использованием технологии ПЦР
Несмотря на то, что в 1980-х годах был разработан метод полимеразной цепной реакции (ПЦР) при тестировании ДНК, он стал стандартным процессом тестирования на отцовство только в 1990-х годах.
ПЦР представляет собой метод, посредством которого образцы фрагментов ДНК копируются и реплицируются много раз, пока не будут созданы миллиарды копий. Из-за силы ПЦР очень маленькие образцы ДНК из любой части тела могут быть использованы в тесте ДНК. Кроме того, процесс выполняется быстро.
Используя технологию ПЦР в тестировании ДНК, тесты на отцовство и другие тесты ДНК могут быть выполнены гораздо проще и быстрее. Образцы для стандартного теста ДНК на отцовство берутся с помощью безболезненной процедуры буккальных мазков (со внутренней стороны щеки) ребенка и предполагаемого отца. Затем образцы будут реплицироваться через ПЦР и сравниваться для сходства. Поскольку половина ДНК ребенка унаследована от матери, а другая половина — от отца, ДНК ребенка должна соответствовать частям обоих биологических родителей. Тестируется от 8 до 33 участков ДНК (STR-локусов), в зависимости от стандартов лаборатории лаборатории. Чем больше локусов, тем выше точность, но достаточным в большинстве случаев считается 16 локусов.
Результаты, полученные в результате теста на отцовство с использованием технологии ПЦР, обычно выше 99,99% при подтверждении отцовства, и 100% при исключении отцовства. Этот метод стал стандартом для биологической идентификации, поскольку он требует лишь небольшого образца от любого человека, является очень достоверным и выполняется очень быстро — в течение 1-2 дней.
Единственным недостатком метода ПЦР было крайне ограниченное использование в пренатальном (дородовом) установлении отцовства. Это возможно, но для этого было взять образцы плода с помощью инвазивных процедур — амниоцентез или биопсия хориона. Поскольку эти процедуры связаны с рисками для плода, их обычно проводят только по медицинским показаниям — например, риск генетических отклонений.
2010-е годы -Технологии NGS и ccfDNA
Появляется новейшая технология неинвазивного пренатального тестирования (до рождения ребенка) — возможность по крови матери сделать анализ ДНК плода. Это называется ccfDNA — свободно циркулирующая ДНК плода.
Революционный метод тестирования ДНК — NGS (Next Generation Sequencing — Секвенирование следующего поколения) анализирует более 2500 ДНК-маркеров (SNP-локусов) для установления отцовства.
Этот метод пока еще очень дорогой и выполняется только американскими лабораториями, но воспользоваться услугами лаборатории можно и у нас в стране.
Таким образом, в настоящее время используется метод ПЦР для установления отцовства уже родившегося ребенка, и метод NGS — для неивазивного пренатального теста на отцовство. Обе эти услуги можно заказать в медицинском центре «МАМА ПАПА».
Источник
Генетические тесты: как это работает и когда они нужны
Сегодня частные клиники и профильные фирмы предлагают пройти разные генетические тесты. Биолог Варя Баркалова рассказывает, в каких случаях генетические тесты действительно нужны и полезны, а когда будут стрессом и бессмысленной тратой денег.
Любой генетический анализ — расшифровка ДНК человека и интерпретация результатов — состоит из нескольких этапов. Генетический материал берут из клеток: раньше работали с кровью, теперь лаборатории все больше переходят на неинвазивные методы и выделяют ДНК из слюны.
Выделенный материал секвенируют — с помощью химических реакций и анализаторов определяют то, в какой последовательности в нем расположены мономеры: это и есть генетический код. Полученную последовательность сравнивают с эталонными и ищут определенные участки, соответствующие тем или иным генам. На основании наличия или отсутствия генов или их изменения и делают заключение о результате теста.
Запуск секвенатора — прибора, который расшифровывает последовательность ДНК, — стоит очень дорого из-за большого количества необходимых химических реактивов. За один запуск можно расшифровать много образцов ДНК, но чем их будет больше, тем менее достоверным получится результат для каждого образца и тем ниже окажется точность генетического теста. Поэтому следует обращаться в проверенную лабораторию, которая не станет экономить на качестве анализа путем увеличения количества образцов.
Важный момент, который стоит учитывать при получении результатов генетического анализа: генетика определяет далеко не все, что происходит с нашим организмом. Не менее существенную роль играют образ жизни и факторы окружающей среды — экологическая обстановка, климат, количество солнечного света и другие.
К сожалению, российские компании редко упоминают об этом и ограничиваются перечислением преимуществ генетического теста. Многие также играют на необразованности пациентов и навязывают дорогостоящие лишние анализы.
Вот основные случаи, для которых применяются современные генетические анализы.
В первую очередь генетика призвана помочь в лечении и профилактике болезней. Есть три основных группы случаев, когда генетический анализ поможет уточнить диагноз или предотвратить возможное заболевание.
Диагностика вирусов и бактерий по наличию их ДНК в крови
Для кого тест. Для тех, кто подозревает у себя вирусную или бактериальную инфекцию. Так, например, могут диагностировать боррелиоз при укусе клеща — болезнь с широким спектром симптомов.
Как это работает. ДНК организмов, вызывающих болезни, отличается от человеческой. У пациента берут анализ крови и определяют, есть ли там чужеродный генетический материал.
Что важно учитывать. Это относительно недорогие анализы, ведь здесь не требуется расшифровка самой ДНК, нужно определить просто ее наличие или отсутствие. Такой тест будет более точным, чем, например, поиск антител (они появляются в крови только после инкубационного периода), но возможен он лишь при подозрении на конкретное заболевание.
Диагностика уже имеющихся заболеваний
Для кого тест. Как правило, это сложные случаи или хронические недуги, причина которых неочевидна. Тогда врачи ищут возможные причины болезни в генах и на основе результатов могут точнее поставить диагноз и скорректировать лечение.
Как это работает. Генетический материал могут получать из любых клеток пациента, в том числе из материала, взятого для других анализов. После расшифровки ДНК в последовательности ищут поврежденные гены. Как правило, это не поиск «вслепую» по всей длине, а исследование заранее известных участков.
Что важно учитывать. Генных болезней — тех, которые происходят по вине мутаций всего одного гена, — довольно мало. Около 92% заболеваний, причину которых можно найти в ДНК, являются многофакторными. Это значит, что мутация не единственная причина болезни, и корректировка других факторов, например питания или климата, может облегчить ее течение.
Профилактика заболеваний, к которым есть предрасположенность
Для кого тест. Такой анализ врачи могут посоветовать здоровым людям, у которых среди родственников были неоднократные случаи различных болезней, таких как, например, большинство видов рака, сахарный диабет и ишемическая болезнь сердца. То есть тех самых многофакторных наследственных заболеваний, которые также называют «полигенными с пороговым эффектом». Еще подобный анализ может выявить вероятность развития аллергии, помочь скорректировать диету в зависимости от генетической основы обмена веществ и подобрать оптимальные физические нагрузки.
Как это работает. Помимо мутаций врачи также могут обращать внимание на вариации гена — аллели. При проверке предрасположенностей к определенным заболеваниям анализируют конкретный участок ДНК. Комплексное обследование на ряд потенциальных наследственных болезней может задействовать весь геном.
Что важно учитывать. Указанные болезни не зря называют «с пороговым эффектом». Это значит, что болезнь разовьется только после достижения организмом «порога». Задача профилактики как раз в том, чтобы этого не допустить. То есть положительный тест на предрасположенность к раку груди вовсе не означает, что это стопроцентно произойдет. Такой результат скорее служит рекомендацией относиться к себе внимательнее, избегать факторов риска и не пренебрегать регулярными обследованиями у маммолога.
Когда люди хотят завести ребенка, они волей-неволей задумываются о его будущем здоровье. Генетические анализы могут помочь на двух этапах — при планировании беременности и в ходе ее течения.
Для кого тест. Такой тест поможет выяснить, не унаследует ли ребенок «спящие мутации» и риски врожденных патологий. Это важно при частых случаях каких-то заболеваний в семейном анамнезе отца и/или матери либо при фактическом наличии у кого-то из родителей болезни.
Как это работает. По своей сути такие тесты не отличаются от выявления предрасположенностей к болезням у взрослых, но анализируют одновременно два родительских генома.
Что важно учитывать. Сложность анализа заключается в том, что нельзя заранее выяснить, какие именно гены родителей достанутся ребенку, это некая лотерея. Гены всегда работают не сами по себе, а в комплексе, что делает число вариаций генома будущего ребенка бесконечным. То есть тест на наследственность планируемого потомства всегда вероятностный, и даже наличие у родителей «плохих» мутаций не делает рождение здорового малыша невозможным.
Для кого тест. Этот анализ проводится во время беременности и нужен при подозрении на врожденные патологии. Также пренатальная генетическая диагностика может определить пол будущего ребенка на ранней стадии беременности и установить отцовство.
Как это работает. Для пренатальной диагностики есть несколько методов взятия образца генетического материала, главными из которых являются биопсия хориона (взятие кусочка ткани зародыша) и амниоцентез (взятие образца околоплодных вод). В последнее время также практикуется выделение ДНК эмбриона из крови матери — неинвазивный пренатальный ДНК-тест (НИПТ). При экстракорпоральном оплодотворении возможна также преимплантационная диагностика — ДНК выделяют из клетки зародыша до его внедрения в матку.
Что важно учитывать. Инвазивные методы — это всегда риск. Так, вероятность самопроизвольного прерывания беременности после биопсии доходит до 15%, а амниоцентез может привести к заражению или отслоению оболочек плода. Оба этих метода становятся возможными на относительно позднем сроке беременности, когда формируется плодный пузырь и хорошо различимый на УЗИ зародыш, поэтому прибегать к ним стоит только при серьезных подозрениях на генные или хромосомные дефекты. Неинвазивная диагностика не имеет таких последствий, и ее можно проводить начиная с девятой недели беременности.
Определение талантов и склонностей
Для кого тест. Нередко компании, проводящие генетические тесты, также предлагают родителям выявить предрасположенность детей к определенным видам спорта или другим занятиям. Такой тест может быть полезен для юных спортсменов перед началом серьезной карьеры: по мнению исследователей, спортивная успешность на 60% определяется генами.
Как это работает. Сам анализ проводится так же, как и для определения наследственных болезней, только исследуются другие участки ДНК. К настоящему времени известно около 50 генов, которые связывают с предрасположенностью к занятиям различными видами спорта. С другими талантами человека сложнее: например, установлена частичная генетическая природа абсолютного слуха, но по большей части это направление находится на стадии изучения.
Что важно учитывать. Несмотря на широко распространенное мнение, что наши гены предписывают нам определенные таланты и черты характера, генные основы психики — самая малоисследованная область в генетике человека. Не только болезни могут быть полигенными — таково большинство признаков в организме (например, цвет глаз определяется 15 генами). Вырванная из контекста информация может оказаться не только неполной, но и в принципе ложной: по одному гену нельзя определить, станет ребенок выдающимся спортсменом или нет. То, что касается интеллектуальных способностей и особенностей характера, до сих пор лежит в области предположений. Наконец, если результат генетического теста «предсказывает» ребенку успех в какой-то стезе, это может оказать психологическое давление на родителей и помешать ребенку самому определиться с планами на будущее. Гены — рекомендация, а не прямое указание.
Для кого тест. Генеалогические исследования выросли из криминалистики и популярной задачи установления отцовства. Сегодня при помощи генетики доступно как определение ближайших родственников, так и выяснение предковой группы — из какой части света произошел род много поколений назад. Такой анализ служит для решения прикладных задач установления родства (это важно для таких юридических моментов, как претензии на наследство) и может заинтересовать просто любознательных людей, изучающих семейную историю.
Как это работает. В ходе жизни у каждого человека накапливаются маленькие изменения в ДНК — не только в генах, но и в «нерабочей» части (а доля такой в наших клетках — больше 90%). При генеалогическом генетическом анализе исследователи сравнивают полученную ДНК на предмет сходства с другими — либо с ДНК потенциальных родственников, либо с большой базой данных. В такие базы могут входить как древние ДНК, так и генетический материал жителей страны. В зависимости от страны и доступа генетической лаборатории к базам данных картина анализа может различаться по полноте и подробности.
Что важно учитывать. В отличие от предыдущих анализов, когда ДНК пациента сравнивалась с эталоном, здесь речь идет о сравнении с генетическим материалом других людей. Такая процедура затрагивает вопросы конфиденциальности и нуждается в сложной законодательной регуляции. В Исландии собрана генетическая база данных, в которую занесены расшифрованные ДНК всех граждан и постоянных жителей (соответствующий закон был принят 1997 году). В России подобная практика только начинает появляться, для экспертизы на родство требуется согласие всех участников и сложная юридическая процедура. Впрочем, «древние» базы данных по всему миру находятся в открытом доступе, и любой желающий может узнать о своих корнях. Например, здесь, здесь и здесь.
Источник