Секреты наследственности человека

В процессе начавшихся родов стенка трофобласта разрывается, и амниотическая жидкость вытекает наружу. Это те самые «воды», которые отходят у роженицы. Вслед за появившимся на свет младенцем вскоре из матки выходит и плацента. Самое любопытное, что она состоит из клеток того же зародыша! Более того, в амниотической жидкости на всем протяжении беременности плавают клетки, которые также являются клетками эмбриона. Брать пробы этой жидкости без вреда для матери и зародыша исследователи научились еще в начале 30-х годов XX века. При местном обезболивании они производили иглой шприца прокол брюшной стенки матки, амниотической полости и отсасывали несколько миллилитров амниотической жидкости с плавающими в ней клетками.

Как вы уже знаете, при окрашивании в ядрах всех клеток млекопитающих женского пола под микроскопом удается разглядеть маленькое компактное тельце, которое ученые назвали тельцем Барра. Это не что иное как, как одна из двух X хромосом, которая перестает работать и чрезвычайно уплотняется. Таким образом, при несложном микроскопическом исследовании клеток амниотической жидкости можно было точно указать на пол будущего ребенка. В 1960 г., используя такую методику, врачам удалось определить пол эмбриона у женщины, которая была носительницей сцепленного с полом генетического заболевания. В результате удалось предотвратить рождение ребенка с врожденным генетическим заболеванием.

Описанный метод был всем хорош, но он не позволял исследователям изучить остальные хромосомы зародыша. Как вы помните, они хорошо видны лишь при делении клеток, а делящихся клеток в амниотической жидкости было совсем немного. Ситуация изменилась в шестидесятых годах XX века, когда биологи научились культивировать (выращивать) клетки человека вне организма в специальных стерильных питательных жидкостях. Теперь из клеток амниотической жидкости за 2–3 недели такого «подращивания» можно было получить уже сотни тысяч и миллионы клеток, среди которых постоянно присутствовали и делящиеся. Под микроскопом после окрашивания хромосомы таких клеток были четко видны! Используя такой прием, в 1968 г. в Нью-Йорке Карло Валенти впервые предсказал рождение у женщины ребенка с синдромом Дауна. Он обнаружил в клетках амниотической жидкости плода не 36, а 37 хромосом! Беременность была вовремя прервана по медицинским показаниям, и трагедии удалось избежать.

В настоящее время процедура амниоцентеза является чрезвычайно распространенным и достаточно безопасным методом выявления генетических аномалий плода. Ее обычно проводят параллельно с ультразвуковой диагностикой (УЗД), во время которой на экране монитора возникает изображение внутренних органов обследуемой женщины. Такой контроль позволяет абсолютно точно вводить иглу в амниотическую полость и отслеживать случаи многоплодных беременностей, когда в матке созревают одновременно несколько зародышей (обычно два). К концу XX века в мире число успешно проведенных тестов с помощью амниоцентеза превысило полмиллиона. Операция считается безопасной, хотя все же в 2,5–3 % она может вызвать спонтанный аборт. Учитывая вероятность такого аборта без всякого вмешательства в организм будущей матери, риск при амниоцентезе составляет 1–2 %. В случае серьезных опасений родить ребенка с генетической аномалией такой риск, безусловно, оправдан. Кстати, в случае визуального наблюдения зародыша с помощью светового зонда, вводимого в амниотическую полость через шейку матки (фетоскопия), риск самопроизвольного аборта гораздо выше. Он составляет 7–8 %. Амниоцентез гораздо безопаснее; его рекомендуется проводить на 14–16 неделе беременности.

Существует несколько разновидностей пренатальной диагностики, основанной на изучении клеток плода. Иногда врачи берут пробу крови будущего ребенка из его пуповины (кордоцентез) или исследуют кусочек плаценты.

Характерный пример, показывающий, как с помощью пренатальной диагностики удается предупредить рождение детей с тяжелыми врожденными пороками, приводит в книге «Знайте свои гены» уже упоминавшийся известный американский врач и генетик Обри Милунски. Вот что он пишет по этому поводу: «Восемнадцатилетняя девушка по имени Джоан, забеременев от своего жениха, пришла на медико-генетическую консультацию, когда срок беременности насчитывал 16 недель. Причина, по которой она решила проконсультироваться, — болезнь Дауна у ее сестры, и она беспокоилась, что ее ребенок мог унаследовать эту болезнь. Но какой формой болезни Дауна больна сестра: редкой наследуемой (транслокация) или обычной, ненаследуемой (регулярная трисомия) — было неизвестно. Поскольку для носителей наследуемой формы существует весьма значительный риск передать ее ребенку, тотчас же были проведены амниоцентез и пренатальное исследование.

Результат, полученный через две недели, показал, что плод Джоан поражен наследуемой формой болезни Дауна. Будущая мать и ее жених приняли решение прервать беременность. Аборт был сделан немедленно; как и предполагалось, плод оказался пораженным болезнью. Исследование крови Джоан на хромосомы, проведенное до аборта, показало, что она является носителем транслокации. Позднее мы убедились, что ее мать также является носителем транслокации, а сестра поражена наследуемой формой болезни Дауна.

Менее чем через год Джоан, теперь уже замужняя женщина, вновь заявила о своем желании провести пренатальное исследование — на сей раз после трех месяцев беременности. В рекомендуемое для этого время (14–16 недель беременности) был проведен амниоцентез. Нам удалось показать, что у второго плода (мальчик) хромосомы были в норме.

Однако в тот день, когда был получен положительный ответ, Джоан заявила, что на сроке около трех месяцев беременности она переболела чем-то вроде классической коревой краснухи. Проведенное тотчас же исследование крови показало, что Джоан действительно была инфицирована. Поэтому был проведен вторичный амниоцентез, между 21-й и 22-й неделями беременности, и мы обнаружили в клетках амниотической жидкости вирус коревой краснухи. Супруги решили прервать и эту беременность. Исследование плода после аборта подтвердило пренатальный диагноз — плод был заражен вирусом коревой краснухи. А как мы уже говорили, у детей, зараженных краснухой внутриутробно, могут развиться тяжелые врожденные дефекты, включая умственную отсталость, катаракту, пороки сердца, карликовость и глухоту.

Третья беременность Джоан, которую она также проконтролировала с помощью амниоцентеза, протекала без осложнений, и в результате на свет появилась здоровая девочка с нормальным набором хромосом».

В начале XXI века с помощью пренатальной диагностики можно идентифицировать такие врожденные заболевания как гемофилия, мышечная дистрофия Дюшена, миотоническая дистрофия, кистозный фиброз, бета-талассемия, серповидно-клеточная анемия, резус-несовместимость, болезнь Тея-Сакса, синдром Марфана, гиперплазия надпочечников и некоторые врожденные онкологические заболевания. Не вызывает сомнения, что в будущем этот список значительно расширится.

Анализ одной клетки

Еще одним перспективным приемом анализа хромосом и даже отдельных генов будущего ребенка является так называемая преимплантационная диагностика при экстракорпоральном оплодотворении. Речь идет о случаях, когда врачи проводят оплодотворение яйцеклетки сперматозоидами вне тела матери. Такой способ обычно применяют, борясь с бесплодием некоторых супружеских пар. В этом случае готовую к оплодотворению яйцеклетку аккуратно извлекают из яичника с помощью специальной методики. Когда оплодотворенная яйцеклетка начинает делиться, ее вводят в матку женщины. Пока эффективность такой процедуры невелика. В лучшем случае процент успеха составляет 10–20 % от числа всех пройденных подобных операций. Однако со временем этот процент, безусловно, будет расти.

Перед введением зародыша в матку одну из его клеток можно осторожно отделить от остальных. Вот такую-то одиночную клетку и можно использовать для диагностики с помощью самых современных методов молекулярной биологии. Они позволяют искать и находить отдельные гены! На первый взгляд, обнаружить специфический кусочек измененной ДНК (с мутантным геном) в одной клетке так же трудно, как найти листик с шифровкой о диверсионных действиях, засунутый между страниц многотомного издания, хранящеюся в обширной библиотеке. И, тем не менее, такой способ поиска существует. Он основан на уникальности фрагментов ДНК. Достаточно сказать, что отрезок ДНК длиной всего в 15 букв-нуклеотидов может быть представлен миллиардом вариантов! Именно благодаря такому подавляющему разнообразию любой уникальный отрезок ДНК можно опознать по его небольшому фрагменту. Представьте себе, что вам в руки попался маленький клочок бумаги с единственной строчкой «Мой дядя самых честных правил…» Совершенно очевидно, что это кусок романа А. С. Пушкина «Евгений Онегин» и к творчеству Ф. М. Достоевского он отношения не имеет.

Не вдаваясь в методические тонкости, достаточно упомянуть, что методы современной молекулярной биологии позволяют, имея на руках (в пробирке) небольшой кусок уникальной последовательности нуклеотидов, Найти в растворе его комплементарную половинку (ДНК — двойная спираль). Если такая половинка существует, в пробирке с нужными реактивами запускается каскад реакций, и искомый отрезок ДНК будет скопирован тысячи раз. Обнаружить такие отрезки в образце далее уже не составляет особого труда.

Такая методика «вылавливания» отдельных кусочков ДНК из пробы получила название полимеразной цепной реакции (ПЦР). Чувствительность этого метода поиска ДНК потрясает воображение. С его помощью удается, например, обнаружить в ста миллилитрах крови один-единственный лимфоцит, зараженный вирусом СПИДа. Таким же образом можно «выудить» измененный ген из одной клетки, взятой от 8-ми клеточного зародыша. Правда, необходимо учитывать, что процедура проведения ПЦР требует дорогих реактивов. Ее можно проводить только в стенах хорошо оснащенной биологической лаборатории.