Клиническое применение генетических тестов

Большинство людей помнит из генетики разве что галапагосских вьюрков Дарвина и морщинистые горошины Менделя. Однако сфера знаний человечества в области генетики с тех времен сильно расширилась. По сути, за последние несколько лет люди узнали в этой области больше, чем за предыдущие сто лет. Было проведено секвенирование геномов самых распространенных видов животных, в том числе человека, собаки, кошки, лошади, свиньи, коровы и мыши. Благодаря новым приборам и инструментам ученые получили множество данных о том, как наследуются разные индивидуальные черты, а также наследственные заболевания. Эти данные меняют и подход, применяемый ветеринарными врачами к пациентам. Например, всего несколько десятилетий назад обнаружилось, что у некоторых колли препарат ивермектин вызывает возникновение серьезного побочного эффекта. Известно, что молекулярная причина этого явления заключается в небольшой делеции в гене множественной лекарственной устойчивости, которая подавляет функционирование жизненно важного насоса, отвечающего за транспорт лекарственных препаратов через гематоэнцефалический барьер (2). В настоящее время известно, что эта мутация не только присутствует у многих собак чистых и смешанных пород, а не только у колли, а также то, что она сказывается на действии множества препаратов, не только ивермектина (3). Эта информация дает ветеринарному врачу возможность повысить свой уровень и результативность лечения пациентов. Понимание и использование достижений генетики позволяет ветеринарному врачу оказывать всестороннюю помощь пациентам и убеждать владельцев животных в значимости этого лечения. Оно дает возможность подобрать индивидуальный план лечения для каждого пациента, адаптируя его не только к возрасту и условиям жизни пациента, но и к его породе. Выявление рисков, связанных с конкретными породами, и соответствующая корректировка лечения, назначенного пациенту, в соответствии с его породой, улучшает отношения клиента с ветеринарным врачом, а также позволяет раньше диагностировать патологии и провести необходимое медицинское вмешательство. В настоящее время большинство ветеринарных врачей при принятии решения о назначении лечения или при разговоре с владельцами уже учитывают различия, существующие между разными породами, однако важно разработать понятную и предсказуемую программу, которую можно применять ко всем представителям конкретной породы. Этот вопрос необходимо обсудить с клиентом на ранней стадии любого лечения, чтобы подготовить его и выработать наилучший план лечения, которого владелец животного сможет придерживаться. Хорошо информированные владельцы животных чаще посещают клинику для проведения регулярных осмотров, выполняют рекомендации по профилактике и раньше замечают, если их питомцы заболевают. Очевидно, что такой породоспецифичный подход к лечению и уходу легко применяется к той части пациентов, которая представлена чистопородными собаками или кошками, однако теперь это преимущество можно распространить и на животных смешанных пород. Анализ ДНК для определения присутствия чистокровных предков в недавней родословной у собак-метисов доступен уже десять лет, и технология его проведения постоянно совершенствуется. Основываясь на этой информации, ветеринарный врач может помочь клиентам лучше понимать свою собаку и разработать для них индивидуальный план лечения и ухода. В настоящее время медицина ориентируется на то, чтобы учитывать данные анамнеза каждого пациента и работать с ними соответствующим образом.

Хотя многие владельцы животных и ветеринарные врачи считают, что они способны достаточно уверенно определить породу собаки по внешним признакам, таким как длина шерсти, окрас или другие характеристики, взаимосвязь породы с фенотипическими (внешними) чертами не настолько интуитивно понятна, как это может показаться. Некоторые признаки передаются способом простого доминантного/ рецессивного наследования, тогда как другие являются полигенными или формируются комбинацией нескольких генов, из-за чего бывает трудно определить породу, от которой этот признак передался конкретному животному. Кроме того, доминирующие черты могут проявляться во многих поколениях родословной собаки, так как их тип наследования делает их сравнительно легко отслеживаемыми.

Заблуждениям относительно внешнего вида животных нет числа. Например, часто считается, что потомство короткошерстной и длинношерстной собаки должно иметь шерсть средней длины; на самом деле почти во всех случаях короткая шерсть является доминантным признаком, поэтому у потомства от такого скрещивания шерсть чаще всего будет короткой. Другим примером может послужить мнение о том, что конкретный тип окраса (например, мраморные или коричневые пятна) уникален и свойственен только определенной породе; на самом деле насчитывается около двадцати пород, у которых может проявляться мраморный окрас, и куда больше пород, у которых встречаются коричневые пятна.

Истина заключается в том, что у собак смешанной породы могут быть предки, выглядевшие совершенно иначе, а комбинации пород, которые могут показаться необычными, на самом деле довольно часто встречаются. 

Вот несколько примеров того, насколько сложно угадать родословную собаки, опираясь только на внешние при знаки, и как по-разному могут выглядеть собаки с похожими предками (Рисунки 1-3). На самом деле определить породу по внешним признакам намного сложнее, чем считают многие люди. Исследования показали, что такое определение чаще всего бывает неточным (4), поэтому при принятии важных медицинских решений не следует полагаться на визуальное определение породы. Чтобы в полной мере использовать генетические данные и информацию о породоспецифичных особенностях здоровья как у чистопородных пациентов, так и у метисов, ветеринарные врачи и сотрудники ветеринарных клиник должны обладать базовыми знаниями в области генетики, а также знать о разных типах и возможностях генетического и фенотипического тестирования.

Рисунок 1. Собака слева была определена как помесь лабрадора и овчарки. В числе предков у собаки справа можно также предположить овчарку или, возможно, акита-ину. На самом деле обе собаки представляют собой помеси американского стаффордширского терьера и чау-чау. У обеих собак также наблюдаются некоторые доминирующие признаки: короткая шерсть, черный окрас и темная маска на морде.

Рисунок 2. Хотя эти собаки сильно различаются по внешности, обе они – помесь кокер-спаниеля и чихуахуа.

Рисунок 3. Эти собаки (обе – помеси американского стаффордширского терьера с йоркширским терьером) демонстрируют черту, называемую брудастостью – наличие бороды и бровей. Собак с этим признаком обычно относят к терьерам. Это доминантный признак, который зачастую проявляется через много поколений от предка, привнесшего его в родословную собаки, и этот факт затрудняет визуальное определение породы. У собаки справа также наблюдается признак, называемый хондродисплазией – укорочение конечностей, обычно встречающееся у йоркширских терьеров.

Основным «чертежом», по которому строятся живые организмы, то есть генетическим материалом, является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). ДНК состоит из двух полимерных нитей, составленных из нуклеотидных оснований: аденина, тимина, гуанина и цитозина. Эти нити могут копироваться при подготовке клетки к делению или транскрибироваться с образованием рибонуклеиновой кислоты (РНК), по которой синтезируются белки, необходимые для функционирования клетки или организма в целом. ДНК содержится в ядре большинства клеток организма, где она размещается в виде хромосом. У собак хромосомный набор состоит из 38 аутосом и пары половых хромосом X и Y, тогда как у кошек генетическая информация «упакована» в 18 аутосом и пару половых хромосом. Каждому детенышу достается по одному набору аутосом и одной половой хромосоме (X или Y) от каждого родителя. В каждой из этих хромосом цепочка нуклеотидов складывается в гены, которые, по сути дела, представляют собой инструкции для синтеза клеткой разных белков.

Пожалуй, самый очевидный плюс применения методов генетического тестирования – это возможность для заводчиков предупредить возникновение заболеваний, отбирая для разведения животных, которые не дадут больного потомства. Следует помнить, что носители заболеваний могут по-прежнему использоваться в программах разведения, если им подбираются соответствующие пары; также желательно, чтобы потомки потенциальных носителей также проходили тестирование перед разведением.

Помимо использования генетического тестирования для скринингового обследования перед включением в разведение, полученную информацию можно также использовать для разработки мер сохранения здоровья всей популяции. Как и человеческая медицина, ветеринарная медицина развивается в направлении индивидуализированного подхода, формируемого на основе оценки риска заболевания для конкретного животного, а широкое применение генетического тестирования и для чистопородных пациентов, и пациентов-метисов, становится нормой и способствует раннему выявлению заболеваний.

Существует несколько типов генетических тестов, разработанных специально для ветеринарных врачей. Один из таких тестов используется для проверки происхождения помета. При его проведении ДНК исследуется на предмет наличия генетических «маркеров», то есть мест в ДНК, у которых вследствие мутаций сформировались несколько аллелей, чтобы определить генетическое соответствие потомства предполагаемой самке или самцу. Эти же маркеры могут использоваться для подтверждения идентификации при проведении судебной экспертизы или в ситуациях, когда приходится иметь дело с утерянным или украденным домашним животным.

Если известна конкретная мутация, вызывающая заболевание или формирующая признак, можно провести генетическое тестирование соответствующего места в ДНК животного, чтобы определить, носителем скольких копий мутантного гена является эта конкретная особь: одной или двух. Это называется тестированием на наличие прямых мутаций. Другие генетические тесты базируются на концепции сцепленного наследования. В этих тестах используются маркеры, примыкающие к рассматриваемому участку и позволяющие спрогнозировать его генотип.

Технология продолжает развиваться, и со временем становится возможным тестирование все большего количества маркеров. В связи с этим доступными для применения в исследовательских и коммерческих целях, включая скрининг генетических заболеваний у собак и у кошек, а также определение родословной у собак, становятся все более современные и сложные генетические тесты.

Хотя наши знания о наследуемости индивидуальных признаков и заболеваний быстро растут, все же есть некоторые наследственные патологии, которые, скорее всего, являются многофакторными или же наследственная причина которых остается неизвестной. Из-за этого невозможно определить, будет ли животное или его будущее потомство страдать от этого заболевания, только лишь исследованием ДНК. Вместо этого пациента необходимо обследовать для выявления клинических признаков, которые могут указывать на присутствие у него искомого аллеля(ей).

Как упоминалось ранее, фенотип представляет собой внешнее проявление генотипа. То есть у собаки с аллелем, кодирующим коричневую шерсть, в фенотипе будет шерсть коричневого окраса. В число широко используемых методов фенотипического тестирования входит рентгенографическое обнаружение дисплазии тазобедренного и локтевого сустава, УЗИ для выявления заболеваний сердца, а также лабораторные исследования или физикальные обследования для выявления заболеваний глаз, щитовидной железы, кожи и органов слуха.

У каждой породы собак присутствуют свои генетические заболевания, риск которых необходимо учитывать. Например, ветеринарным врачам хорошо известно, что болезнь Виллебранда 1-го типа часто встречается у доберман-пинчеров или что у далматинов имеется предрасположенность к мочекаменной болезни вследствие повышенной концентрации мочевой кислоты в моче (гиперурикозурии). Генетические исследования продолжают выявлять наличие клинически значимых мутаций у представителей пород, для которых соответствующие заболевания ранее не считались характерными. В одном из исследований было установлено наличие нескольких мутаций у новых пород, в том числе гиперурикозурия у лаготто-романьоло, относительно редкой породы (5). У собак смешанных пород существуют другие проблемы с выявлением генетических заболеваний, свойственные только им – в частности, необходимость определить, какие из выявленных генетических рисков перейдут в стадию клинических проявлений, чтобы обеспечить им надлежащий ветеринарный надзор и соответствующим образом проконсультировать владельцев.

«

«На самом деле определить породу по внешним признакам намного сложнее, чем считают многие, и чаще всего такое определение бывает неточным; при идентификации породы не следует полагаться только на догадки».

Анджела Хьюс

Рисунок 4. У этой собаки, на четверть лабрадор-ретривера, случилось несколько эпизодов острой сосудистой недостаточности, прежде чем обнаружилось, что она несет две копии гена, вызывающего острую сосудистую недостаточность при повышении физической нагрузки. Эта информация позволит ее владельцу предотвратить такие эпизоды в будущем и уменьшить стресс, испытываемый владельцем, если они все-таки случатся.

Рисунок 5. Внешний вид этой собаки и породный состав ее родословной (помесь бигля, чихуахуа и померанского шпица) не обязательно говорят о необходимости проведения тестирования на присутствие мутации ABCB1. Тем не менее она является гетерозиготным носителем этой мутации, и эта информация должна в дальнейшем учитываться ветеринарным врачом при принятии решений о назначении лечения.

Если у пациента диагностируется заболевание, которое может оказаться наследственным, и есть возможность провести тестирование ДНК, его можно использовать для подтверждения диагноза, а также в некоторых случаях предоставить клиенту информацию о лечении и прогнозе течения заболевания, как описывается в вышеприведенных примерах. Если есть такая возможность, владельцу стоит порекомендовать сообщить заводчику результаты тестирования; порядочные заводчики заботятся о своих животных и стараются для улучшения породы разводить здоровых животных, дающих здоровое потомство. Кроме того, многие врожденные патологии, как наследственные, так и вызываемые факторами окружающей среды, могут проявляться спорадически, и заводчик не сможет улучшить свою программу разведения, если ему не предоставлять информацию о потомстве, которое у него получается.

Хотя будущее ветеринарной медицины трудно предсказать, в настоящее время существует много интересных исследовательских программ с весомыми перспективами. Некоторые из этих исследований посвящены изучению генетического влияния на более сложные заболевания, в том числе на дисплазию тазобедренного сустава, аллергии и многие виды рака. Исследователи также пытаются лучше понять структуру и разнообразие пород, и их усилия позволили разработать инструменты, позволяющие заводчикам принимать такие решения, чтобы щенки и котята в полученных пометах были более здоровыми. 

Тем не менее, у ветеринарного врача с обширной практикой могут возникнуть затруднения с поиском точной информации о распространенности заболевания среди представителей конкретной породы, особенно если эта порода редко встречается. Хорошими источниками информации являются сайты национальных клубов породы, некоторые ресурсы в интернете и недавно опубликованные учебники, информация в которых еще не утратила актуальность. Некоторые особенно полезные сайты приведены в Таблице 1.

Таблица 1. Полезные ресурсы – источники информации о генетических заболеваниях.