Фиш метод в генетике


FISH – один из удивительнейших «инструментов» молекулярной биологии XXI века. В преимплантационной диагностике исследовательская техника FISH применяется для выявления хромосомных аномалий или нарушений парности хромосом в клетках эмбриона, только что полученного методом экстракорпорального оплодотворения (ЭКО). Если аномалий или признаков анеуплоидии (нарушения парности, нехватки хромосомных пар) не обнаружено, то «искусственный» эмбрион признается жизнеспособным. Его можно имплантировать в матку будущей матери.

FISH позволяет также проследить половые признаки в наборе хромосом эмбриона. Это дает возможность определить пол будущего ребенка еще до фактического наступления беременности (если считать ее началом имплантацию внетелесно зачатого эмбриона в матку).

Что такое FISH?

Аббревиатура расшифровывается так: Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung, или флюоресцирующая гибридизация in-situ. Расшифровка, скорей всего, ничего не говорит несведущему читателю. Поэтому разберем сложное понятие по частям, оставив недопереведенное «in-situ» напоследок.


Гибридизация

В молекулярной биологии у этого термина совершенно особое значение, не имеющее ничего общего со скрещиванием видов в «обычной» биологии.

Гибридизация – это молекулярно-генетический прием, применяемый для оценки состояния ДНК и РНК исследуемых клеток. Он основан на соединении отдельных цепочек нуклеиновых кислот в единую молекулу. Таким образом проверяется комплементарность (взаимное соответствие) молекул или их фрагментов друг другу. При полной комплементарности цепочки легко и быстро объединяются в общую молекулу. Медленное объединение говорит о недостаточной комплементарности. Некомплементарность цепочек как раз и обусловлена хромосомными аномалиями (нарушениями порядка расположения хромосом на тех или иных участках), непарностью хромосом или отсутствием некоторых пар.

«Инструментом» для измерения комплементарности является температура, при которой цепочки ДНК гибридизируются в общую молекулу. Для этого требуется сначала нагреть препарат нуклеиновой кислоты, а затем, смешав его с другим нагретым препаратом, охладить. При нагреве водородные связи между цепочками ДНК или РНК исчезают, образуются одноцепочечные фрагменты молекул.


ешанные препараты двух ДНК или РНК (или ДНК – РНК) охлаждаются. При охлаждении водородные связи между комплементарными основаниями быстро восстанавливаются, образуется единая, гибридная молекула ДНК (РНК или ДНК – РНК). При недостатке комплементарности процесс идет дольше, некомплементарные фрагменты остаются неприсоединенными. Следовательно, чем выше температура гибридизации, тем гармоничней и правильней хромосомные строения клеток. Чем ниже температура, тем больше аномалий в хромосомах. На основе анализа некомплементарных остатков можно установить конкретные аномалии или участки анеуплоидии.

Флюоресцентная маркировка

Для анализа комплементарности гибридизирующей молекулы ДНК (или РНК) применяются особые генетические зонды (или ДНК-зонды), которые, конечно же, тоже имеют мало общего со своими «тезками», используемыми, например, в хирургии.

Генетические зонды это синтезированные и специально помеченные одноцепочечные ДНК (реже РНК) с заранее установленными свойствами комплементарности. При гибридизации они сливаются с определенными генетическими фрагментами, подтверждая таким образом их комплементарность. Расположение зондов в гибридизированной молекуле свидетельствует о нормальном или дефектном строении первоначального хромосомного материала, из которого собрано это «искусственное сооружение».


Генетические зонды помечают, в частности, светящимися (флюоресцирующими) веществами, что делает их заметными под объективом специального флюоресцентного микроскопа.

Применение различных красителей для нескольких зондов позволяет производить одновременный анализ различных генетических структур, например, выявлять участки хромосом с двумя наложенными друг на друга генами и прочие аномалии.

В настоящее время при проведении единого анализа генетические зонды метят пятью-шестью различными красителями, иногда даже семью.

In-situ значит «у себя дома»

Первоначальная техника гибридизации была громоздкой. Извлеченные ДНК денатурировались в особых термобуферах, смешивались в центрифуге с другими денатурированными фрагментами. Гибридизация также проводилась лабораторно, «в химической посуде».

Современная техника позволяет проводить анализы in-situ, то есть «на месте», «у себя дома», в первоначальных генетических структурах, а не в лабораторно изготовленных препаратах. Объектами исследования стали сами ядра клеток (извлеченных при биопсии полярных телец, бластомеров, поверхностных клеток бластоцисты).

Наблюдение за генетическим материалом прямо в ядрах клеток ускоряет процесс, делает его более «чистым», свободным от внешних влияний и повреждений, которые не исключены при изготовлении лабораторных препаратов.


Существуют, однако, и проблемы, указывающие на непреодолимые границы данного метода. Единой гибридизацией невозможно «охватить» весь набор хромосом в клетках. Необходимы обычно две-три последовательные гибридизации, позволяющие исследовать 12-15 хромосомных пар (а их у человека 23). Способность к дальнейшей гибридизации у цепочек ДНК после каждой их регибридизации постепенно снижается. Это не позволяет проводить гибридизацию «сколько угодно раз», для исчерпывающего анализа одного и того же генетического материала.

Источник: www.wp-german-med.ru

На основе методов молекулярного анализа нуклеиновых кислот была разработана серия новых техник изучения интерфазных хромосом, характеризующихся высокой специфичностью и точностью — методы гибридизации in situ (FISH, CGH, SKY).

Метод FISH- флуоресцентная гибридизация in situ — включает следующие этапы:

— создание зондов — однонитевых фрагментов ДНК, к которым присоединяют биотин или дигоксигенин; зонды могут быть комплементарны хромосоме или ее конкретному участку;

— щелочная обработка препаратов in situ с целью денатурации хромосомной ДНК за счет разрыва водородных связей между двумя цепями ДНК;


— гибридизация хромосомной ДНК сзондом путем комплементарного связывания зонда со специфической последовательностью хромосомы;

— обработка препаратов веществами, которые избирательно связываются с биотином (и дигоксегенином; для биотина таким веществом является стрептовидин, для

дигоксегенина — антидигоксигениновое антитело; к этим веществам могут быть присоединены флуоресцентные красители (родамин или флуоресцеинт изотиоцианат);

— визуализация хромосом спомощью люминесцентного микроскопа на фоне неокрашенных хромосом.

Метод FISH используется для выявления:

— численных хромосомных аномалий в интерфазном ядре;

— структурных аномалий;

— сложных межхромосомных перестроек;

— учета симметричных аберраций у облученных лиц;

— локализации гена.

Этот достаточно простой, точный, быстрый и экономичный метод находит все более Широкое применение в диагностике врожденных аномалий, моногенных синдромов, в том числе, в пренатальной диагностике.

CGH метод сравнительной геномной гибридизации,используется в онкологической цитогенетике для выявления делетированных (выпавших) или амплифицированных участков хромосом при некоторых типах опухолей. Делетированные участки, как правило, содержат гены-фупрессоры опухолей, а амплифицированные участки — онкогены. Это позволяет использовать метод для картирования и клонирования генов, вовлеченных в канцерогенез.


Метод CGH заключается в следующем: ДНК, выделенную из опухоли и из нормальной ткани, метят разными флуорохромами. Меченую ДНК из опухоли и нормальной ткани гибридизуют с хромосомным препаратом, и по интенсивности свечения метки определяют участки, содержащие делеции и амплификации. Для обработки данных используют специальные программы компьютерного анализа.

SKY — спектроскопический анализ хромосом. Метод основан на использовании набора зондов и флуоресцентных красителей, имеющих сродство к определенным участкам хромосом. Каждая пара хромосом, таким образом, имеет уникальные спектральные характеристики. Используя интерферометр, аналог аппарата для измерения спектра астрономических объектов, можно определить незначительные вариации в спектральном составе хромосом, неразличимые человеческим глазом. Данные подвергаются компьютерной обработке по специальной программе, в результате чего каждая пара хромосом приобретает определенный цвет. Преимущество метода состоит в более точной идентификации гомологичных хромосом, которые имеют один и тот же цвет, и возможности выявления некоторых транслокаций, которые другими цитогенетическими методами не определяются. Метод используется в онкоцитогенетике для выявления в кариотипе опухолевых клеток даже очень незначительных по величине хромосомных аберраций.

Источник: studopedia.ru

Что такое «FISH-метод»?


FISH– аббревиатура, в расшифровке которой кроется суть технологии выявления хромосомных аномалий – fluorescence in situ hybridization – флюоресцентной гибридизации в «домашней» среде.

Этот прием, предложенный в конце 70-х годов прошлого века Дж. Голлом и М.-Л. Пардью, основан на возможности восстановления последовательности расположения фрагментов нуклеиновых кислот (ДНК или РНК) после их денатурации.

В конце прошлого века, после успешного применения для окрашивания ДНК-зондов флуоресцентных красителей, FISH-метод получил свое название и с тех пор интенсивно совершенствуется и вариатизируется.

Современные методики FISH-анализа стремятся к тому, чтобы обеспечить возможность получения максимально полной информации для анализа забранного генетического материала за одну процедуру гибридизации.

Дело в том, что единожды после гибридизации можно оценить лишь ограниченное количество хромосом одного и того же цитогенетического материала. Способность же к повторной гибридизации ДНК-цепочек снижается от раза к разу.

Поэтому, на данный момент в генетической диагностике наиболее часто метод гибридизации in situ применяется для быстрого ответа на вопросы об имеющихся, наиболее распространенных анеуплоидий по 21, 13, 18 хромосомах, а также по половым хромосомам X, Y.


Fish-методВ пренатальной диагностике, это могут быть образцы крови, эякулята, фрагменты хориона, амниотическая жидкость или пуповинная кровь плода.

Быстрота получения результатов обеспечивается тем, что клетки, полученные из забранного на анализ материала, не нужно культивировать в питательных средах, добиваясь их деления до нужного количества, как при классическом способе кариотипирования.

Отобранный материал проходит специальную подготовку для получения концентрированной чистой клеточной суспензии. Далее проводят процесс денатурации ДНК-пробы и нативных ДНК исследуемого образца до одноцепочечного состояния и процесс гибридизации, во время которого окрашенные ДНК-зонды инкубируются с ДНК образца.

Таким образом, визуализируются искомые (окрашенные) хромосомы в клетке, оценивается их количество, строение генетических структур и т.п. Рассмотреть светящиеся цепочки ДНК позволяет окуляр особого флуоресцентного микроскопа.

В настоящее время FISH-метод широко используется в диагностических целях для выявления генетических заболеваний, хромосомных аберраций в репродуктивной медицине, онкологии, гематологии, в биологической дозиметрии и т.п.

Как применяют FISH-диагностику плода?

В сфере репродуктивной медицины FISH-метод, как один из приемов молекулярной цитогенетической диагностики, используется на всех этапах.

  • В период планирования беременности парой.

Для определения кариотипа будущих родителей – проводится единожды, так как геном человека неизменен в течение всей жизни.

Кариотипирование пары перед зачатием ребенка поможет выявить являются ли родители носителями генетических патологий, передающихся по наследству, в том числе скрытых. А также общее состояние генома будущих мамы и папы, которое может повлиять на успешность зачатия малыша и вынашивания беременности.

Диагностика FISH-методом в данном случае зачастую выступает как дополнительное обследование к классическому кариотипированию, при выявлении хромосомных патологий в исследуемом материале (венозной крови родителей), если есть подозрение на мозаицизм.

Дообследование FISH-методом позволит достоверно подтвердить или опровергнуть наличие подозреваемой аномалии в клетках будущего родителя.

  • Исследование эякулята.

Показано при трудностях с репродукцией в паре по «мужскому фактору». Анализ спермы FISH-методом позволит оценить уровень аномальных по хромосомному набору сперматозоидов, а также определить является ли мужчина носителем генетических заболеваний, сцепленных с полом.

Если пара в дальнейшем прибегнет к зачатию с помощью ЭКО, FISH-анализ эякулята позволит отобрать наиболее качественные сперматозоиды для оплодотворения яйцеклетки.

  • При ЭКО.

Для предимплантационной генетической диагностики (ПГД). По результатам исследований кариотипа родителей определяются возможные хромосомные, генетические абберации, которые могут быть переданы эмбриону.

Благодаря возможностям FISH-диагностики, исследование генетического здоровья образовавшихся эмбрионов можно осуществить в считанные часы до переноса в полость матки, чтобы обеспечить наступление беременности заведомо здоровым плодом.

Кроме того, возможности ПГД позволяют определить половую принадлежность эмбрионов, а, следовательно, «заказать» пол будущего ребенка, если это необходимо.

  • В период вынашивания беременности.

В пренатальной диагностике: анализ плодовых клеток, полученных с помощью биопсии ворсин хориона, амниоцентеза или кордоцентеза, методом FISH медицинские центры обычно предлагают в дополнение к классическому генетическому исследованию клеток плода (кариотипированию).

Этот метод незаменим, когда необходимо быстрое получение ответа о наличии у плода наиболее распространенных хромосомных пороков: трисомии по 21, 18, 13 хромосомах, аббераций в хромосомах X и Y, иногда также анеуплоидий по 14 (или 17),15, 16 хромосомам.

Достоинства анализа FISH-методом

Достоинства методаПроведение генетического анализа FISH-методом, хоть и остается на сегодняшний день вспомогательным методом диагностики хромосомных патологий, однако целесообразность его проведения обуславливают неоспоримые преимущества:

  • скорость получения результатов, касающиеся тестируемых хромосом – в течение нескольких часов – не более 72-х.

Это может быть важно, если от диагноза генетиков зависит судьба беременности;

  • высокая чувствительность и достоверность метода FISH–успешное проведение анализа возможно на ничтожно малом количестве биоматериала – достаточно одной клетки, погрешность результатов при этом, не более 0,5%.

Это может быть важно при ограниченном количестве клеток в исходном образце, например, при плохом их делении.

  • возможность проведения диагностики FISH-методом на любом сроке беременности (с 7-ой недели) и по любому биологическому образцу: фрагменты хориона, амниотическая жидкость, плодная кровь и т.п.

Где можно сделать диагностику FISH-методом

В Москве FISH-метод для пренатальной диагностики хромосомных отклонений плода применяют в следующих медицинских центрах:

Как правило, клиники предлагают услугу FISH-диагностики в рамках полного кариотипирования плода путем инвазивного вмешательства за дополнительную плату. И, как правило, будущие родители согласны доплатить, ведь благодаря FISH-методу уже через пару суток можно узнать о своем малыше самое главное

Источник: in-waiting.ru

Показания к проведению генетической диагностики эмбрионов

Преимплантационный генетический скрининг эмбрионов в программе экстракорпорального оплодотворения может быть рекомендован как оптимальная технология оценки генетического статуса эмбрионов в следующих случаях:

  • возраст женщины старше 36 лет (по данным ВОЗ риск рождения ребенка с анеуплоидией — аномальным набором хромосом, например, трисомией по 21 хромосоме, что приводит к рождению ребенка с синдромом Дауна, составляет 1/385 в возрасте 30 лет, 1/63 в возрасте 40 лет и 1/19 в возрасте 45 лет);

  • неудачные протоколы ЭКО в анамнезе;

  • привычное невынашивание беременности;

  • рождение ребенка (или беременность) с хромосомной патологией при нормальных кариотипах у родителей;

  • наличие негативных факторов внешней среды в условиях работы или проживания;

  • прием некоторых лекарственных препаратов в анамнезе;

  • вредные привычки.

Преимплантационная генетическая диагностика эмбрионов, направленная на выявление передачи генетической патологии по наследству, может быть рекомендована, если у одного/обоих будущих родителей, а также кровных родственников семьи по обеим линиям:

  • Робертсоновская транслокация;

  • аномалия половых хромосом;

  • реципрокная транслокация;

  • моногенное заболевание.

ВАЖНО: в каждом случае генетической патологии у родителей необходим индивидуальный подход при выборе алгоритма ПГД.

Преимплантационная генетическая диагностика в Клинике МАМА

Скрининг методом FISH:

скрининг наиболее часто встречающихся численных хромосомных аномалий методом FISH (Fluorescence In Situ Hybridization) — флуоресцентная in situ гибридизация — «золотой стандарт» генетической диагностики во всем мире на сегодняшний день.

Суть метода заключается в том, что в ядро эмбриональной клетки внедряют специально подобранные для каждой хромосомы ДНК-зонды, окрашенные различными флуоресцентными (светящимися) красителями. Происходит гибридизация ДНК-зонда со «своей» хромосомой. Результат этой гибридизации обнаруживают с помощью люминесцентного микроскопа, а при использовании регистрирующей оптики и специального программного обеспечения получают изображение ядра с флуоресцентными сигналами — «фотографию» исследуемых хромосом. Анализ полученного изображения позволяет выявить возможные хромосомные нарушения.

В скрининговую панель включено определение 5 хромосом: половые (X, Y), 13, 18 и 21. Исследование именно этих хромосом позволяет исключить наиболее частые генетические синдромы новорожденных — Дауна, Патау и Эдвардса, а также анеуплоидии половых хромосом, которые занимают первое место по частоте встречаемости.

Кроме того, метод позволяет выявить моносомии и нарушение плоидности у эмбриона — моно- , три- и полиплоидию — основные генетические причины спонтанного прерывания беременности. Диагностика методом FISH по 5 хромосомам позволяет исключить до 95% хромосомных патологий, встречающихся у новорожденных или при прервавшейся беременности.

Для данной FISH диагностики мы проводим биопсию эмбриональных клеток (4 сутки развития эмбриона). Сама процедура выполняется в интервале от 12 до 48 часов после биопсии и к моменту переноса эмбрионов, на 5-6 сутки развития уже известен результат генетического скрининга.

Полногеномный скрининг методом NGS (Next Generation Sequencing):

новейшая молекулярно-генетическая технология, пришедшая на смену технологиям с использованием ДНК-микрочипов. В основе метода NGS полное геномное секвенирование нового поколения, буквенное прочтение ДНК-кода.

Метод является высокочувствительным и позволяет определить численные, а в ряде случаев и структурные аномалии всех 24 хромосом.

Для диагностики методом NGS мы также проводим биопсию эмбриональных клеток, которые служат материалом для анализа. После биопсии эмбрионы необходимо криоконсервировать до следующего цикла, когда будет известен результат генетического скрининга.

NGS при робертсоновской транслокации:

транслокация происходит только между двумя любыми хромосомами из группы D (акроцентрические хромосомы) — 13, 14, 15, 21 и 22.

Эмбрионы от родителя с робертсоновской транслокацией могут иметь нормальный набор хромосом (здоровы), могут нести сбалансированную робертсоновскую транслокацию (здоровы, но являются носителями), могут нести несбалансированную реципрокную транслокацию (больны или нежизнеспособны).

Ярким примером несбалансированной транслокации является так называемый семейный синдром Дауна, когда в семье из поколения в поколение могут быть частыми случаи рождения ребенка с трисомией 21 хромосомы. Такое бывает, когда у членов семьи присутствует сбалансированная робертсоновская транслокация с участием хромосомы 21.

Еще одна серьезная патология — синдром Патау, трисомия хромосомы 13, может быть следствием носительства родителем транслокации с участием хромосомы 13.

Эмбрионы с моносомией нежизнеспособны, поэтому в паре, где один из родителей является носителем робертсоновской транслокации, часто наблюдаются трудности в достижении беременности или привычное невынашивание.

Целью генетической диагностики при робертсоновской транслокации является выявление эмбрионов с несбалансированной транслокацией, которая является причиной моносомии или трисомии. Наличие транслокации является пусковым механизмом для формирования анеуплоидий по любой другой хромосоме, в связи с этим при наличии транслокации оптимальным является метод NGS.

FISH при аномалии половых хромосом:

в большинстве случаев аномалии половых хромосом эта генетическая патология является причиной абсолютного бесплодия и таким пациентам рекомендовано ЭКО с использованием донорских половых клеток.

Бывают случаи, когда собственные половые клетки созревают, но генетическая аномалия в том или ином виде может быть передана ребенку. Это касается синдрома Клайнфельтера (одна и более дополнительных X хромосом у мужчины), а также дополнительные Х хромосомы у женщины.

Целью преимплантационной генетической диагностики при численной аномалии половых хромосом является выявление эмбрионов с анеуплоидией половых хромосом. Для этой цели оптимальным и достаточным является метод FISH.

NGS при реципрокной транслокации:

транслокация происходит между любыми хромосомами спонтанно, размер и положение транслоцированных фрагментов также являются случайными.

Носитель сбалансированной реципрокной транслокации является здоровым человеком, поскольку общее количество генетического материала не нарушено, изменено лишь его положение на хромосомах.

Но при созревании половых клеток у пациента генетический материал наследуется таким образом, что сперматозоиды или яйцеклетки, в большинстве случаев, несут несбалансированный набор — избыток или недостаток жизненно важных генов. Если в оплодотворении участвует такой сперматозоид или яйцеклетка, то эмбрион будет нежизнеспособный или может родиться тяжело больной ребенок.

Целью ПГД при реципрокной транслокации является определение эмбрионов с несбалансированным, аномальным генетическим набором. Поскольку транслокация может затрагивать небольшие участки хромосом, для проведения точной диагностики необходим высокочувствительный молекулярно-генетический метод. На сегодняшний день таким является метод NGS. Для каждого случая реципрокной транслокации специалисты подбирают оптимальные параметры секвенирования, с учетом величины транслоцированных участков и характера транслокации.

Для диагностики методом NGS мы также проводим биопсию эмбриональных клеток, которые служат материалом для анализа. После биопсии эмбрионы необходимо криоконсервировать до следующего цикла, когда будет известен результат генетической диагностики.

FISH и NGS при моногенном заболевании: 

моногенное заболевание вызвано нарушением (мутацией) в определенном гене. На сегодняшний день описано около 4000 моногенных заболеваний, большинство из которых встречаются редко — 1/6000.

Принципы наследования моногенных заболеваний подчиняются классическим законам генетики, сами заболевания классифицируются по типу наследования:

  1. Аутосомно-доминантный тип — носитель мутантного гена всегда болен, поэтому о риске рождения больного ребенка в семье известно заранее. Вероятность рождения ребенка с патологией составляет 50%.

    В этом случае необходимо обследование носителя заболевания с целью точного определения мутации. После получения исчерпывающей информации о характере и положении мутации, молекулярные генетики создают индивидуальную тест-систему для диагностики заболевания у эмбрионов, или же предлагают уже известную тест-систему, если таковая описана и имеется в особых базах данных (генетических библиотеках). Диагностику проводят методом NGS.

  2. Аутосомно-рецессивный тип — носитель мутантного гена здоров, но может передать его ребенку. Если оба родителя являются носителями одного заболевания, то ребенок, получивший две копии мутантного гена — по одной от каждого из родителей, будет болен. Как правило о носительстве моногенного заболевания с таким типом наследования супруги узнают уже после рождения в семье ребенка с патологией. Риск рождения больного ребенка составляет 25%.

    В данном случае необходимо доскональное обследование семьи — родителей, рожденного ребенка (если есть), дедушек и бабушек, братьев и сестер — чем больше членов семьи будет обследовано, тем достовернее будет результат. Обследование включает в себя генетическую диагностику возможных носителей заболевания, составление генеалогической истории заболевания.

    После получения исчерпывающей информации о характере и положении мутаций со стороны обоих родителей молекулярные генетики создают индивидуальную для данной семьи тест-систему, которую используют для проведения ПГД. Диагностику проводят методом NGS.

  3. Моногенное заболевание, сцепленное с полом — мутантный ген расположен на половой хромосоме, заболевание проявляется у людей определенного пола.

    Поскольку заболевание передается только людям определенного пола, необходимым и достаточным в данном случае является выбор эмбрионов нужного пола, которому не передается заболевание. Определить пол эмбриона можно методом FISH.

Если Вам рекомендовано генетическое обследование, Вы планируете посетить врача-генетика, Вам необходимо проведение преимплантационной генетической диагностики в программе ЭКО — в Клинике МАМА Вам окажут экспертную медицинскую помощь. Задать интересующие Вас вопросы и записаться на прием можно по телефону +7 495 921 43 26, оставив заявку на обратный звонок, а также воспользовавшись нашим онлайн-сервисом «Бесплатная консультация».

Источник: www.ma-ma.ru


Categories: Другое

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.