Диссертация (1144820), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Важным преимуществом модели является возможностьбыстрого секвенировани длинных фрагментов, и биоинформатическийанализвавтоматическомрежимебезиспользованиясложнойидорогостоящей компьютерной инфраструктуры (http://www.roche.ru). Её64существенный недостаток - невозможность секвенирования гомополимерныхфрагментов ДНК длиной выше, чем 7-8 нуклеотидов.2.В секвенаторе «Ion Torrent» или «Personal Genome Machine» (PGM)компании «Life technologies» идентификации нуклеотидных замен основанана использовании «эффекте» полупроводниковой платформы, котораяпозволяет проводить секвенирование ДНК с большей скоростью и сменьшими трудозатратами, чем с помощью других систем (рисунок 9).Рисунок9.полупроводниковойПринципсеквенированияплатформына(секвенаторосновеэффекта«IonTorrent»)(http://www.thermoscientific.com).Важноепреимуществоданнойтехнологии-онанетребуетдорогостоящих ферментов, флуоресцентных меток, применения оптики,лазеров или света.
Подход, реализованный в «PGM Mashine», существенноснижает стоимость секвенирования, делает его дешевле, быстрее, легкомасштабируемым. Его недостатк - небольшая длина «читаемых» фрагментовДНК, т.н. «ридов» - до 300-400 нуклеотидов, что ограничивает применениеданной системы для «сборки» геномов de novo.653.Особое место в секвенировании сегодня занимают приборы компанииИллюмина(http://www.albiogen.ru).Секвенаторыданнойкомпании(Hiseq2500, Nextseq и др.) используются при полномасштабном скринингеэкзомов или геномов.1.3.3.
Заключение.Технология NGS секвенирования является современным, динамичноразвивающимся методом молекулярных исследований генома. Перспективыэтой технологии связаны как с уменьшением её стоимости, так и сувеличением точности «чтения нуклеотидов» (Ong et al., 2013).Еще несколько лет назад данную технологию применяли почтиисключительно для научных исследований. Сегодня она находит все болееширокое применение на практике, прежде всего, в медицинской генетике.Подтверждением тому является наличие регистрационных удостоверенийFDA и Минздрва РФ на использование в медицинских целях секвенаторов«GS Junior» (http://www.roszdravnadzor.ru/services/misearch и «Miseq Illumina»http://www.interlabservice.ru/about/news/?id=9943http://www.albiogen.ru/page/medicina.html)1.4.Методыиподходыдляоценкирисканаследственнойпредрасположенности к мультифакторным заболеваниям.1.4.1.
Межгенные взаимодействия.Основной характеристикой любого организма является его геном, тоесть наследственный аппарат клетки, её ДНК. Считается, что только около2% ДНК кодирует гены, которые определяют структуру всех белковорганизма человека. Совокупнось этих генов составляет генотип (ИнгеВечтомов, 2010). Последний, взаимодействуя с внешней средой, формируетфенотип - совокупность всех признаков организма, как внешних, так ивнутренних, включая особенности строения и функции клеток, тканей,органов, и различных систем (Инге-Вечтомов, 2010).66Каждый ген проявляется в виде доминантного или рецессивногопризнака.
Альтернативные выражения такого элементарного признакаопределяют различные аллели одного гена. Таким образом, именно аллелихарактеризуют реальное состояние гена (Инге-Вечтомов, 2010). Чаще всегоаллеливзаимодействуютпотипудоминирования,гдедоминатнымпризнаком, например, в случае ферментативной активности, является ееприсутствие над ее отсутствием.
Известны случаи отсутствия доминантнорецессивных отношений, а именно, явление кодоминирования (когда обеаллели проявляются одинако). Кроме того, в ряде случаев встречаетсяособый тип взаимодействия - по типу межаллельной комплементации, когдавзаимодействие двух «дефектных» аллелей ведет к восстановлениюферментативной активности (Инге-Вечтомов, 2010).Однако в большинстве случаях при изучении наследования многихпризнаков, особенно сложных, а также при МФЗ, фенотипическиепроявления зависят не столько от состояния аллелей, сколько отвзаимодействия продуктов многих разных генов.Приняторазличатьтритипымежгенныхвзаимодействий:комплементарность, эпистаз и полимерия (Инге-Вечтомов, 2010).Комплементарнымсчитаютвзаимодействиегенов,котороеобуславливает развитие нового признака.
При этом доминантные аллелиобоих генов сохраняют нормальный фенотип. При эпистатическомвзаимодействии неаллельных генов наблюдаеся подавления проявлениягенов одной аллельной пары генами другой - генами супрессорами, которыемогут быть как доминантными, так и рецессивными. Не редко приэпистатическихвзаимодействияхнарушенияфункции,связанныесмутациями одного гена как бы подменяются, компенсируются работойдругого, неаллельного гена. Принимая во внимание особенно важную роль,которую отводят эпистазу в генезе МФЗ (Кучер, 2010, 2015), мы вернемся кего рассмотрению в следующем разделе (п. 1.4.2).
В варианте полимерииразные аллели дублируют действие друг друга (Инге-Вечтомов, 2010).67Приведенные варианты отнюдь не исчерпывают всего многообразиямежгеных взаимодействий. Существуют взаимодействие с участием геновмодификаторов, когда наряду с «основным» геном, определяющим признак,существует ряд других генов, которые его модифицируют. Хорошо известнотак же и явление плейотропии, когда один ген определяет развитие многихпризнаков (Инге-Вечтомов, 2010).При изучении процессов реализации наследственной информацииважно учитывать не только действие самих генов, их аллелей и межгенныевзаимодействия, но и модифицирующее влияние среды, которое зачастуюоказываетрешающуюрольнапенетрантностьиэкспрессивностьколичественно признака в рамках нормы реакции.Принимая во внимание, что живой организм представляет собойсложную иерархию биологических уровней и систем (Bertalanfy, 1962),основу которой составляет геном, предсказание особенностей сложногофенотипа, в том числе риска МФЗ только по анализу аллельных вариантовгенов едва ли возможно.
Более объекивная информация о количественныхпризнаках и МФЗ может быть получена только при системном походе, тоесть при изучении особенностей реализации генетической информации вразвитии. Именно такой принцип положен в основу системной генетики, а вотношении к МФЗ - патогенетики (Баранов, Баранова, 2012; Пузырев, 2014).Его реализация на практике требует широкого использования не толькобольших возможностей молекулярной генеики, но также биоинформатики,новых статистических методов и математического моделирования.1.4.2.
Эффекты эпистаза.Понятие эпистаз впервые ввел в начале XX века В.Бейтсон дляобъяснения отклонения от менделеевского наследования (Bush, Moore, 2012).Другое понимание эпистаза было введено Фишером для обозначенияотклонений от аддитивности в линейной модели, описывающей влияниегенотипа на фенотип (Phillips, 2008). В настоящее время различают три вида68эпистаза (Phillips, 2008). Функциональный эпистаз адресуется к физическимвзаимодействиям, когда белки взаимодействуют друг с другом внутри одногометаболическогопути.Композиционныйэпистазподразумевающийблокирование проявления аллеля одного локуса другим (см.
выше).Статистический эпистаз используется в фишеровском смысле, в которомсреднее отклонение комбинаций аллелей разных локусов оценивается повсем другим генотипам, представленным в популяции (Phillips, 2008).Считается,чтобиологическуюосновуэпистазасоставляетвзаимодействие между белковыми продуктами нескольких генов однойгенной сети. Как итог, фенотип зависит не от одного, а от многихфункционально сопряженных генов (Moore, Williams, 2009). Предполагается,чтофеноменэпистазасоставляетпатогенетическуюоснову многихраспростренных МФЗ (Кучер, 2010, 2015).Дляобъясненияэпистазаиспользуютидеюканализацииморфогенетических процессов, предложенную еще Конрадом Уодингтоном в1946г. и получившую дальнейшее развитие в эволюционной теории (Moore,Williams, 2009). Согласно данной теории, эпистаз является вариантомстабилизирующего отбора и позволяет системе оставаться на некоторомпостоянном уровне, несмотря на внешние воздействия и внутренниевозмущения.
Эволюция нацелена на сохранение баланса функций жизненноважных систем, таким как артериальное давление, уровень глюкозы,кислотность крови и многие другие.1.4.3.Генетикаколичественныхпризнаковиоценкарискамультифакторных заболеваний.Необходимость объективной оценки межгенных взаимодействий, в томчисле и эпистаза, в генезе количественных признаков и МФЗ стимулировалоактивный поиск новых аналитических и биоинформатических подходов, атакже методов статистического моделирования.69Биоинформатическиеподходыоснованыназакономерностях,установленных при анализе данных научной литературы. Их цель - созданиегенных и ассоциативных сетей. Для генных сетей методами биоинформатикиреконструируют метаболические пути, вплоть до установления точныхкоээфициентов и параметров различных биохимических реакций.
Дляассоциативныхсетей-исследуютвзаимосвязимеждуразличнымисоставляющими молекулярно-генетических процессов, такими как гены,белки, метаболиты, клетки, заболевания и другие (Колчанов и др., 2008). Спомощью биоинформатического подхода можно устанавливать новыефакторы риска МФЗ, которые, однако, не позволяют прогнозировать самуболезнь. Методы построния генных и ассоциативных сетей и ихиспользование в генетике МФЗ рассмотрено в разделе п. 1.4.4.Вотличиеотбиоинформатическихподходовнаоснованиистатистических методов можно с определенной вероятностью предсказыватьриск развития заболевания и оценивать эффективность терапии.Для анализа взаимосвязи генотип-фенотип используют различныеметоды статистики, в том числе, классический анализ нулевой гипотезы сприменением критерия Хи-квадрат или точного критерия Фишера сподсчетом коэффициента соотношения шансов (OR) и некоторые другие(Реброва, 2002). Эти методы хорошо зарекомендовали при исследованиигенетических причин наследственных болезней, однако они недостаточноинформативны для оценки риска наследственной предрасположенности.Кроме того, сила данных методов быстро уменьшается при оценкерезультатовмножественноготестирования(использованиепоправкиБонферрони для уменьшения вероятности ошибки I рода), при небольшомразмере выборки, её генетической гетерогенности и скоррелированныхпеременных (Lvovs et al., 2012).Для оценки генетической составляющей МФЗ более пригоднымиоказались комплексные методы, такие как, оценка риска на основе подсчетакоэффициента подобия (Ashley et al., 2010) и некоторые другие.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
