Что такое кариотип?

Определить кариотип организма можно, исследовав делящиеся клетки: только во время деления палочкообразные структуры с закодированной информацией о работе всего организма становятся доступны для наблюдения. Вне процесса деления генетический материал представлен распакованной длинной молекулой ДНК, поэтому его трудно исследовать.

Обычно анализ кариотипа (цитогенетическое исследование, кариотипирование, построение кариограммы) проводят у лимфоцитов крови на стадии метафазы непрямого клеточного деления (митоза). Клетки крови обрабатывают веществом, заставляющим их перейти от стадии покоя к делению, а затем другим реагентом (колхицином) останавливают деление на стадии метафазы, когда отчетливо различимая ДНК в виде палочковидных структур располагаются в центре (метафазная пластинка). Стадия метафазы больше всего подходит для цитогенетического исследования. После специального окрашивания под микроскопом подсчитывают количество хромосом и изучают соответствие их структуры норме. Построение кариограммы является не только методом выявления нарушений числа, но позволяет обнаружить большие структурные аномалии, например, утрату, удвоение, перенос участка. Для цитогенетического обследования в зависимости от цели также используют другие клетки: костный мозг, опухоли, плаценты, абортивного материала.

Можно выделить два источника формирования неправильного кариотипа у животных: во время формирования половых клеток (гаметогенеза) и ранних стадий развития эмбриона.

В первом случае аномалии образуются по причине участия в оплодотворении половых клеток с нарушенным набором (это может происходить у сперматозоида или у яйцеклетки). Это может произойти при образовании гамет: сперматогенезе (образование сперматозоидов) или овогенезе (образование яйцеклетки). В ходе гаметогенеза предшественники половых клеток проходят через несколько последовательных делений. Во время разделения или обмена (кроссинговер) генетического материала могут происходить ошибки, например, нарушения расхождения хромосом, утрата, перенос участка с одной на другую. При нарушении расхождения одна клетка содержит больше генетического материала, а другая, соответственно, — меньше. При оплодотворении, в котором участвуют клетки с изменением числа или у которых произошли структурные аномалии, нормальный хромосомный набор зиготы, а потом эмбриона нарушается.

Нарушения генетического материала могут возникнуть на ранних стадиях развития зародыша. Но в таком случае не все клетки человека содержат аномалии, а лишь их часть, образовавшаяся из клетки с измененным наследственным материалом. Присутствие у одного организма клеток с различающимся хромосомным набором называется мозаицизм. Если уровень мозаицизма человека высок (больше 20% клеток с другим набором), то выявить его можно с помощью цитогенетического исследования. Для того, чтобы выявить мозаицизм необходимо исследовать генетический материал нескольких типов клеток, сравнение которых определит разницу кариограмм. Низкий уровень мозаицизма выявить кариотипированием не удастся.

Нарушения нормального числа, размеров, формы хромосом человека могут приводить к патологиям органов самого человека, а также быть ответственными за бесплодие и привычное невынашивание беременности. В таком случае определяющий кариотип анализ позволяет установить причину заболевания, предсказать риск рождения больного ребенка.

Многие крупные нарушения генетического материала смертельны еще до рождения и приводят к самопроизвольному прерыванию беременности. В таком случае иногда проводят кариотипирование абортивного материала, определяя причину внутриутробной смерти и прогноз дальнейших беременностей.

Есть хромосомные аномалии, приводящие к рождению больного ребенка. Самыми известными из таких болезней являются трисомии. При трисомиях наблюдается присутствие лишней третьей хромосомы в паре. К трисомиям относят синдромы Дауна, Эдвардса, Патау, когда лишняя хромосома наблюдается в 21, 18, 13 парах, соответственно.

Лишняя ДНК может наблюдаться в паре половых хромосом: например, при синдроме Клайнфельтера в ядрах мужского организма не 46 хромосом, а на одну больше: обозначается 47XXY. Нарушениями генетического материала являются моносомии (исчезновение одной, например, синдром Шерешевского-Тернера), делеции (утрата участка, например, синдром кошачьего крика), дупликации (повторение участка), инверсии (поворот участка на 180 градусов), транслокации (перенос участка ДНК). Все эти аномалии хромосом человека можно выявить при сдаче биоматериала на цитогенетическое исследование.

Процедура исследования кариотипа называется кариотипирование. Результат кариотипирования покажет наличие или отсутствие изменений кариотипа у ребенка или взрослого. Анализ кариотипа можно проводить даже у новорожденного. При кариотипировании исследуется общее число хромосом и структура каждой отдельно.

Анализ на кариотип супругов рекомендуют проводить во время планирования беременности при наличии родственников, у которых есть хромосомные аномалии, при наличии у супругов ребенка, у которого есть структурные аномалии хромосом человека или нарушения числа хромосом, при воздействии на организмы обоих супругов или одного радиоактивного излучения.

После наступления беременности возможно провести пренатальное кариотипирование плода для определения нарушений числа хромосом или их структуры. Такой тест сдают на ранних сроках беременности. Обычно его рекомендуют после положительного результата скринингового исследования или при наличии риска рождения ребенка с хромосомной аномалией. Забор материала для исследования может быть инвазивным (исследуют амниотическую жидкость, ворсины хориона, ткань плаценты) и неинвазивным (исследуют кровь матери).

При кариотипировании ядерную ДНК окрашивают специальными красителями, позволяющими проводить анализ и выявлять неоднородные участки в виде полос. Сначала сравнивают специфический "рисунок" окрашивания в виде полос (бэндов) с эталонным и группируют парами. Эта методика носит название дифференциального окрашивания хромосом (бэндинг). Без специального красителя не удастся обнаружить структурные аномалии.

Анализ крови на кариотип у взрослого или ребенку обычно включает забор крови, выращивание в лабораторных условиях культуры лимфоцитов периферической крови, остановку клеточного деления колхицином, приготовление клеточных препаратов, процедуру дифференциального окрашивания, анализ количества пар и структуры каждой под микроскопом. Кариологический анализ не требует специальной подготовки человека перед сдачей крови: кровь на кариограмму сдают также как обычный венозный анализ крови. Человеку нужно сдавать такой генетический анализ один раз в жизни, так как кариограмма не меняется.

В онкологии применяют исследование генетического материала клеток опухолей, для этого берут биопсию новообразования. Это позволяет выявить хромосомные аномалии клеток рака, что помогает определить тип опухоли, поставить точный диагноз, назначить подходящее лечение. Подготовиться к анализу биопсии опухолевой ткани поможет врач. Перед кариотипированием плода подготовка зависит от метода забора материала. Подготовительные процедуры различаются для инвазивных и неинвазивных методов. Подготовиться к инвазивному забору материала поможет врач. Сдавать анализ на кариотип плода неинвазивным методом необходимо также, как анализ периферической крови из вены.

Исследование кариотипа выявляет перестройки ядерной ДНК. Сдавать кариотип можно для обычного кариотипирования или молекулярного. Молекулярное кариотипирование является более точным, чем классическое. Поэтому с помощью этого метода выявляют аномалии меньшего размера и хромосомные аномалии плода раньше. Проводится оно методом хромосомного микроматричного анализа (ХМА). В этой сложной технологии происходит связывание фрагментов генетического материала человека со специальным ДНК-чипом (микроматрицей) и последующий анализ связавшихся участков. Для исследования используют не клеточную массу, а выделенную ДНК, снижая влияние качества биоматериала на результат. Молекулярное кариотипирование позволяет выявить хромосомные перестройки небольшого размера (вариации числа копий участков ДНК, CNV), не обнаруживаемые во время проведения стандартного цитогенетического исследования. Молекулярное кариотипирование применяется не только во время беременности, но также детям и взрослым. Заказать молекулярное кариотипирование вы можете на сайте Genotek.

Если исследование выявило несоответствие хромосом норме по числу или строению, то необходимо пройти консультацию врача-генетика. Анализ кариотипа показывает наличие конкретного нарушения, определить клиническое значение и поставить диагноз может только врач. Если цитогенетическое исследование проводилось плоду, то генетик определит тактику ведения беременности. Результат кариотипа супругов поможет интерпретировать врач, а также определит риски рождения больного ребенка, расскажет о способах родить здорового ребенка при наличии генетических нарушений у родителей. К таким способам относятся методы вспомогательных репродуктивных технологий (ЭКО, экстракорпоральное оплодотворение; ИКСИ, инъекция сперматозоида в цитоплазму ооцита; использование донорских половых клеток, суррогатное материнство) и предимплантационная генетическая диагностика эмбрионов перед переносом их в матку.