По всем вопросам связанных с диагностикой обращайтесь в МЕДИКО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РАМН по адресу 115478, Москва, Москворечье ул., д. 1
тел: +74993248772 (регистратура), +74993242004 (лаборатория наследственных болезней обмена веществ) Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Общие принципы лабораторной диагностики наследственных болезней обмена веществ

 

  На клиническом уровне диагноз НБО может быть только заподозрен, и  дальнейшая диагностика целиком зависит от применения необычайно широкого спектра биохимических и молекулярно-генетических методов. В большинстве случаев только  сочетанная интерпретация всех полученных результатов дает возможность точно определить форму заболевания.

Стратегия  достоверной диагностики  НБО  включает несколько этапов: 1. Выявление  дефектного звена метаболического пути   посредством анализа (количественного, полуколичественного или качественного) соответствующих метаболитов; 2. Выявление дисфункции белка посредством оценки его количества и/или активности; 3. Выяснение природы мутации, т.е. характеристика мутантного аллеля на уровне гена.

Такая стратегия  используется не только для решения научных проблем, касающихся изучения нормального метаболизма, молекулярных механизмов патогенеза НБО, выявления гено-фенотипических корреляций, она необходима прежде всего для практической диагностики НБО. Верифицировать диагноз на уровне белка и мутантного гена необходимо как для проведения пренатальной диагностики, медико-генетического консультирования отягощенных семей, так и в ряде случаев для назначения адекватной терапии. Например, при недостаточности дигидроптеридинредуктазы клинический фенотип и уровни фенилаланина будут неотличимы от классической формы ФКУ, но подходы к терапии этих заболеваний принципиально отличаются. Важность локусной дифференциации НБО для медико-генетического консультирования может быть продемонстрирована на примере  мукополисахаридоза II типа (болезнь Хантера). По спектру экскретируемых гликозаминогликанов невозможно дифференцировать между собой  мукополисахаридозы II, I и VII типов, но  из этих заболеваний только болезнь Хантера наследуется по Х-сцепленному рецессивному типу, что имеет принципиальное значение для прогноза потомства в отягощенной семье. Безусловна приоритетность  молекулярно-генетических методов при установлении гетерозиготного носительства, а также  в пренатальной диагностике заболеваний, при которых мутантный фермент не экспрессируется в клетках ворсин хориона. 

Этап исследования метаболитов

Оценка метаболитов в биологических жидкостях — необходимый этап диагностики аминоацидопатий, органических ацидурий, мукополисахаридозов, митохондриальных и пероксисомных болезней, дефектов метаболизма пуринов и пиримидинов и т.д. Хроматографические методы анализа играют важнейшую роль в диагностике НБО. Это обусловлено тем, что современный арсенал хроматографических технологий чрезвычайно широк и позволяет эффективно и информативно разделять сложные многокомпонентные смеси, к которым в том числе относится и биологический материал. Для селективного скрининга НБО успешно используется тонкослойная хроматография, позволяющая получать информацию на качественном уровне. Этот метод хроматографии применим для разделения аминокислот, пуринов и пиримидинов, углеводов, олигосахаридов. Для количественного анализа маркеров-метаболитов НБО успешно применяются такие хроматографические методы как газовая и высокоэффективная жидкостная хроматографии, а также хроматомасс-спектрометрия (ГХ, ВЭЖХ и ХМС соответственно). ГХ и ВЭЖХ являются универсальными методами разделения сложных смесей соединений, отличаются высокой чувствительностью и воспроизводимостью. В обоих случаях разделение осуществляется в результате различного взаимодействия компонентов смеси с неподвижной и подвижной фазами  хроматографической колонки. Для ГХ подвижной фазой является газ-носитель, для ВЭЖХ —  жидкость (элюент). Выход каждого соединения фиксируется детектором прибора, сигнал которого преобразуется в пики на хроматограмме. Каждый пик характеризуется временем удерживания и площадью. Следует отметить, что ГХ проводится, как правило, при высокотемпературном режиме, поэтому ограничением для ее применения является термическая неустойчивость соединений. Для ВЭЖХ не существует подобных ограничений, т.к. в этом случае анализ проводится в мягких условиях. ХМС представляет собой комбинированную систему ГХ или ВЭЖХ с масс-селективным детектором, что позволяет получать не только количественную, но и качественную информацию, т.е. дополнительно определяется структура соединений в анализируемой смеси.

Одним из перспективных направлений в развитии программ диагностики НБО является  применение методов, позволяющих количественно  определять множество метаболитов, являющихся маркерами разных групп НБО.  К таким методам относится тандемная  масс-спектрометрия (ТМС). ТМС позволяет охарактеризовать структуру, молекулярную массу и провести количественную оценку 3000 соединений одновременно. При этом  не требуется длительной подготовки проб для проведения анализа (как, например, для   ГХ), а время исследования занимает несколько секунд.

 

Этап исследования мутантных белков

Исследование мутантных белков может проводиться с помощью различных методов:

  1. Определение активности фермента с применением естественных субстратов;
  2. Определение активности фермента с использованием искусственных субстратов;
  3. Нагрузка культивируемых фибробластов накапливаемыми субстратами;
  4. Измерение концентрации белка с помощью иммунохимических методов.

Материалом для измерения активности ферментов при НБО  являются прежде всего лейкоциты периферической крови: практически при всех лизосомных болезнях накопления, метилмалоновой ацидурии, некоторых гликогенозах. Для диагностики GM2-ганглиозидозов, недостаточности биотинидазы  используют плазму или сыворотку крови. В некоторых случаях объектами исследования являются  мышечная или печеночная ткань: ферменты дыхательной цепи митохондрий, гликогенозы. Также широко используется для диагностики культура кожных фибробластов.

Этап исследования мутантных  генов

Развитие методов молекулярной биологии явилось настоящей революцией в области клинической биохимии. Разработка стандартных протоколов молекулярных исследований и автоматизация используемых методов являются сегодня законченным комплексом диагностических подходов и становятся наряду с биохимическими методами рутинной процедурой в клинических лабораториях. Быстрое развитие исследований в области расшифровки генома человека и определение ДНК- последовательности генов делает сейчас возможным ДНК-диагностику различных наследственных заболеваний. Методы ДНК-диагностики и анализа структуры нормальных генов и их мутантных аналогов при наследственных болезнях обмена начали использоваться в течение последнего десятилетия.

Для ДНК-диагностики наследственных заболеваний используются два основных подхода — прямая и косвенная ДНК-диагностика. Прямая ДНК-диагностика представляет собой исследование первичной структуры поврежденного гена и выделение мутаций, ведущих к заболеванию. Для детекции молекулярных повреждений в генах, обуславливающих наследственные  болезни, используется стандартный арсенал методов молекулярной биологии. В зависимости от характеристики и типов мутаций, частот их встречаемости при различных наследственных заболеваниях, те или иные методы являются наиболее предпочтительными.

 Для диагностики НБО  в тех случаях, когда биохимический дефект точно известен,  легко и достоверно определяем с использованием биохимических методик,  ДНК-методы вряд ли займут приоритетное место. В этих случаях применение ДНК-анализа является скорее научно-исследовательским, а не диагностическим подходом. Однако после точно установленного диагноза методы ДНК-анализа будут полезны для последующей пренатальной диагностики, идентификации гетерозиготных носителей в семье и прогноза заболевания у гомозигот, а также для отбора больных с целью проведения казуальной терапии в будущем (фермент-заместительной и генотерапии). Также в случаях, когда биохимический дефект точно не известен, биохимическая диагностика затруднена, недостаточно достоверна или требует инвазивных методов исследования, методы ДНК-диагностики являются единственными и незаменимыми для точной постановки диагноза.

В общем виде тактика проведения диагностики НБО в каждом конкретном случае должна планироваться совместно с врачом-биохимиком и врачом-генетиком. Необходимыми условиями успешной и быстрой диагностики является понимание этиологии, механизмов патогенеза заболевания, знание специфических биохимических маркеров.