Сибирские ученые создали методику, позволяющую выявлять мутации, приводящие к аномалиям в формировании половых клеток, уже на ранних этапах эмбрионального развития. Благодаря такому способу тестирования можно будет отбирать наиболее подходящие эмбрионы для процедуры экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) и определять причины бесплодия у пар. В будущем данное исследование может способствовать уменьшению числа репродуктивных проблем, передающихся по наследству. Исследования проводились в Институте цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук.
Имеющиеся способы преимплантационного генетического скрининга, выполняемого в рамках процедуры экстракорпорального оплодотворения, позволяют отобрать наиболее благоприятные эмбрионы для имплантации. Однако, как правило, исследования направлены на выявление анеуплоидий – состояний, характеризующихся отклонениями в количестве хромосом в клетках. У здорового индивида содержится 46 хромосом: 23 унаследованы от отца и 23 – от матери. В обычных условиях они располагаются парами, где одна хромосома передается от отца, а другая – от матери. При анеуплоидии некоторые гены могут быть потеряны или повторены, что влечет за собой отклонения в развитии ребенка, ухудшение состояния здоровья и возникновение генетических заболеваний. Эти нарушения возникают главным образом в процессе деления половых клеток, а вероятность их появления возрастает с увеличением возраста матери.
Существуют также другие хромосомные отклонения, такие как сбалансированные транслокации. В некоторых случаях в структуре ДНК происходит разрыв, который восстанавливается не полностью: участок одной хромосомы может переместиться на место участка другой хромосомы. В результате количество генетической информации остаётся неизменным, однако нарушается её нормальная организация. Сбалансированные хромосомные перестройки могут возникать как у мужчин, так и у женщин и передаваться потомству.
«Обычно эти мутации не вызывают болезней у людей, которые их переносят: их развитие протекает нормально, без каких-либо отклонений в физическом и умственном плане. Однако сбалансированная транслокация может приводить к формированию несбалансированных гамет – половых клеток с генетическими нарушениями. Это увеличивает вероятность выкидывания, прерывания беременности и повышает риск рождения ребенка с отклонениями. Иногда человек может даже не знать о наличии хромосомной перестройки, беременность может наступить естественным образом, протекать без проблем и завершиться рождением здорового ребенка. Однако при наличии сложных структурных перестроек доля нормальных половых клеток становится крайне низкой», – поделилась с корреспондентом «Научной России» автор исследования, аспирантка НГУ Яна Степанчук.
Примерно у пяти человек из тысячи встречается сбалансированная транслокация. Среди пациентов, проходящих лечение бесплодия с помощью ЭКО, частота встречаемости этого явления еще выше – около 40 человек на 1000, однако выявить мутацию удается не всегда, что может приводить к занижению статистических данных. О вероятности наследования мутации будущими поколениями известно еще меньше: она напрямую зависит от особенностей перестройки у каждого конкретного пациента.
В отличие от анеуплоидий, сбалансированные транслокации не удается обнаружить при обычном преимплантационном генетическом скрининге, проводимом в клиниках вспомогательной репродукции. В результате сохраняется вероятность передачи патологии потомству, а также риск развития репродуктивных нарушений у детей и их родителей. Ранее выявление сбалансированных транслокаций требовало проведения дополнительных исследований у родителей, однако эти методы достаточно затратны и поэтому не часто используются на практике.
Специалисты Института цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук разработали метод генетического анализа эмбрионов, позволяющий обнаруживать сбалансированные транслокации. Данная методика базируется на технологии Hi-С: этот метод, появившийся в 2009 году, дает возможность исследовать трехмерную организацию ДНК внутри клеточного ядра, показывая, какие области генома находятся в физическом взаимодействии. Это позволяет обнаруживать отклонения в структуре хромосом. До этого момента специалисты использовали другие методы для поиска хромосомных перестроек Hi-С, для этого применяются материалы, содержащие большое количество клеток, такие как клетки крови, которые выделяют и анализируют.
Российские исследователи из Сибири первыми в мире создали технологию изучения эмбрионов на начальных этапах их развития, применяя незначительное количество клеток – от пяти до десяти.
Исследователи изучают, насколько регулярно различные фрагменты ДНК взаимодействуют друг с другом. Полученные данные позволяют установить, наблюдаются ли повышенные частоты контактов между разными хромосомами, что может свидетельствовать о перестройках в структуре эмбриона.
«Ключевым преимуществом нашей разработки является возможность выявления хромосомных перестроек без информации о хромосомном статусе родителей. Это отличает ее от существующих методов, требующих детального анализа структуры перестройки у родителя и сопряженных с высокими затратами времени и средств. В ходе нашего исследования мы проанализировали эмбрионы от трех представителей одной пары, у которых были зафиксированы признаки хромосомной перестройки. При этом предыдущие генетические обследования родителей не выявили отклонений в кариотипе (структуре и числе хромосом). После обнаружения признаков перестройки в эмбрионах, мы решили провести генетическое тестирование родителей с повышенным разрешением. В результате выяснилось, что один из родителей является носителем хромосомной перестройки. Это объясняет длительное отсутствие беременности», ― сообщила Яна Степанчук.
Благодаря разработанному методу появится возможность получать более подробные сведения о эмбрионах, полученных при проведении ЭКО, и уменьшить вероятность возникновения репродуктивных нарушений у будущих поколений.
Ограниченное количество эмбрионов, не имеющих генетических аномалий и пригодных для переноса, создало трудности при проведении исследования. Это помешало ученым создать контрольную группу – эталонные образцы эмбрионов, необходимые для оценки отклонений от нормы автоматизированной системой.
Для решения данной проблемы исследователи разработали автоматизированный алгоритм GENA-TECTOR на основе технологий искусственного интеллекта, который анализирует данные внутри одного образца, сравнивая предсказанную и реальную копийность участков ДНК в образце.
«Значительная доля эмбрионов с нормальным набором хромосом, то есть эуплоидных эмбрионов, используются в последующих попытках ЭКО, что препятствовало их использованию в исследовательских целях. Для преодоления этой проблемы был разработан новый алгоритм автоматического поиска перестроек, который не требует наличия контрольных образцов и опирается на данные каждого отдельного образца. По результатам сравнения с существующими методами, проведенного без использования контрольных образцов, выяснилось, что разработанный нами подход демонстрирует значительно более высокую точность», ― отметила Яна Степанчук.
В настоящее время работа находится на этапе проверки идеи. Специалисты Института цитологии и генетики СО РАН осуществили исследования на эмбрионах, которые не использовались в последующих процедурах экстракорпорального оплодотворения, и продемонстрировали эффективность метода. В будущем новая система тестирования может заменить применяемые на данный момент методы преимплантационного генетического скрининга. Для реализации этого потребуется расширение выборки, прохождение процедуры сертификации и разработка коммерческой системы диагностики.
Начиная с 2026 года, россиянам, планирующим родить ребенка, будут доступны бесплатные генетические исследования, направленные на выявление моногенных патологий (ПГТ-М) и структурных хромосомных аномалий (ПГТ-СП). Данные тесты целесообразно проводить пациентам, имеющим повышенный риск рождения детей с наследственными заболеваниями. Муковисцидоз, спинальная мышечная атрофия и гемофилия – лишь некоторые из моногенных заболеваний, возникающих вследствие повреждения одного гена. Наталья Витальевна Долгушина, главный внештатный специалист Минздрава России по репродуктивному здоровью женщин, подчеркнула, что теперь родители детей, у которых в ходе расширенного неонатального скрининга были выявлены генетические заболевания, смогут воспользоваться услугами ПГТ-М и/или ПГТ-СП в рамках программы обязательного медицинского страхования для получения необходимой медицинской помощи.
В январе 2026 года, во время посещения МФТИ, президент Российской Федерации В.В. Путин заявил, что исследования в области генетики, с точки зрения безопасности, представляют собой более значимую проблему, чем создание атомной бомбы в прошлом, и акцентировал внимание на необходимости лидерства России в этой сфере.
Материал создан при содействии Российской академии наук
Изображение на превью главной страницы yilmazsavaskandag/Фотобанк RU.123RF