Создан неинвазивный способ секвенирования ДНК человеческой яйцеклетки

Применение нового метода секвенирования поможет семейным парам, проходящим процедуру экстракорпорального оплодотворения (ЭКО), родить здорового ребенка. У пары появится возможность выбрать генетически здорового эмбриона, который будет имплантирован в организм женщины, при этом естественный процесс развития эмбриона не будет нарушен. Результаты исследования опубликованы в журнале Cell [1].

По мнению биолога и генетика Эдисон Лиу (Edison Liu), президента и исполнительного директора Jackson Laboratory (США), разработанный метод может полностью изменить процедуру ЭКО.

Исследование является продолжением работ по секвенированию геномов отдельных сперматозоидов [2, 3], проведенных в прошлом году двумя научными группами, одну из которых возглавлял специалист по биохимии Санни Се (Sunney Xie) из Гарвардского Университета (Harvard University, США), также участвовавший в новом исследовании. Поскольку Национальные Институты Здоровья США (US National Institutes of Health) (US National Institutes of Health) запрещают использовать полученные денежные средства для создания или уничтожения эмбрионов человека, исследование проводилось в тесном сотрудничестве с Пекинским Университетом (Peking University, Китай).

Исследовательская команда получила яйцеклетки от восьми женщин, добровольно согласившихся стать донорами. Ученые оплодотворили полученные яйцеклетки в лабораторных условиях и, чтобы расшифровать геном полученного зародыша, использовали метод полногеномной амплификации под названием MALBAC (multiple annealing and looping-based amplification cycles).

Исследователи были вынуждены использовать метод полногеномной амплификации, чтобы наработать генетический материал, поскольку в одной клетке содержится недостаточное количество ДНК для того, чтобы провести ее анализ с помощью коммерчески доступного генетического секвенатора. Метод амплификации ДНК, традиционно применяемый для получения необходимого количества генетического материала, – полимеразная цепная реакция (ПЦР), не подходит для данного применения, поскольку неравномерно амплифицирует разные участки генома. Используя метод MALBAC, разработанный исследовательской группой Се, можно равномерно амплифицировать все области генома, что позволяет секвенатору прочесть большее количество ДНК клетки.

Затем исследовательская команда секвенировала пронуклеус (гаплоидное ядро) яйцеклетки, содержащий одну копию каждого человеческого гена. Ученые сравнили полученные генетические последовательности с таковыми полярных телец – структур, содержащих гаплоидный набор хромосом и характерных для зрелой яйцеклетки, но не принимающих дальнейшего участия ни в оплодотворении, ни в развитии эмбриона.

При развитии яйцеклетки из первичного ооцита развиваются 3 полярных тельца и 1 яйцеклетка с пронуклеусом, которые в совокупности содержат четыре копии каждого гена женщины, две из которых она унаследовала от отца, а другие две – от матери. Результаты исследования показали, что можно использовать генетическую последовательность полярных телец, чтобы точно предсказать генетическую последовательность пронуклеуса. Это возможно в том случае, если определить какие три версии гена содержатся в полярных тельцах и какой вариант гена должен содержаться в пронуклеусе. Например, если полярные тельца женщины содержат две копии генов ее отца и одну копию генов ее матери, то в пронуклеусе должна находиться вторая копия генов матери женщины.

Метод можно использовать для того, чтобы одномоментно проверить гены на наличие значимых хромосомных аномалий, анеуплоидий (увеличение или уменьшение числа хромосом), и на наличие в материнской ДНК мутантных генов, провоцирующих развитие заболевания. Ученые также секвенировали пронуклеус яйцеклеток, использованных в исследовании, чтобы доказать, что метод правильно предсказывает их генетические характеристики.

Выбор здорового эмбриона

Разработанный метод может помочь парам, желающим выбрать наиболее генетически здоровых эмбрионов, которые будут имплантированы женщине во время процедуры ЭКО. В настоящее время это возможно сделать только при удалении клетки из развивающейся бластоцисты, ранней стадии эмбрионального развития. Однако существует вероятность того, что эта процедура может нарушить процесс нормального развития эмбриона. Кроме того, несмотря на то, что ученые начинают секвенировать полный геном этих клеток, метод позволяет провести только выборочную проверку их генов.

«Неинвазивный способ анализа генетического материала человеческого эмбриона станет значимым научным достижением, позволяющим повысить коэффициент рождаемости», – говорит Джозефин Джонстон (Josephine Johnston), специалист в области биоэтики из Центра Гастингс в Гаррисоне (Hastings Center, США).

Под руководством Джи Киао (Jie Qiao) из Пекинского Университета, специалиста в области ЭКО и соруководителя этого исследования, уже начато клиническое испытание, целью которого является оценка влияния разработанного метода на коэффициент рождаемости после проведения ЭКО. В исследовании должны принять участие 30 женщин, страдающих генетическими заболеваниями или перенесших несколько неудачных беременностей. Научная группа под руководством Киао определит, поможет ли разработанный метод секвенирования использовать для зачатия ребенка самую здоровую яйцеклетку женщины.

По мнению Киао, в ближайшее время не станет возможным по желанию будущих родителей создать «сконструированного ребенка» с желаемыми характеристиками, основываясь на выборе яйцеклетки с нужными качествами. По словам ученого, до сих пор точно не известно, каким образом гены влияют на развитие заболеваний и такие характеристики ребенка, как интеллект и внешний вид. Кроме того, ЭКО является более сложным, дорогостоящим и рискованным методом зачатия ребенка, чем естественное зачатие. «Также будет необходимо оценить безопасность этой технологии в отдаленные сроки наблюдения», – говорит Киао.

«Процедура ЭКО становится все более и более распространенной», – говорит Лиу. По его мнению, генетическая селекция яйцеклеток и спермы «может проводиться до процедуры оплодотворения, и можно предположить, что со временем потомство, полученное в результате отбора при процедуре ЭКО, повлияет на генетические характеристики нашего вида».

По мнению Киао, общество должно обозначить «границы» применения этого метода, в частности, должны быть приняты дополнительные законы, регулирующие применение генетической диагностики такого типа.

В новом клиническом испытании ученые пытаются установить, повысит ли разработанный метод секвенирования ДНК яйцеклетки коэффициент рождаемости после проведения процедуры ЭКО. (фото: Gilles Podevins/Science Photo Library/Corbis)

По материалам NatureNews

Оригинальная статья: Nature doi:10.1038/nature.2013.14412

Литература:
1. Hou, Y. et al. Cell http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2013.11.040 (2013).
2. Zong, C., Lu, S., Chapman, A. R. & Xie, X. S. Science 338, 1622–1626 (2012).
3. Wang, J., Fan, H. C., Behr, B. & Quake, S. R. Cell 150, 402–412 (2012).