Технологии расшифровки генома дешевеют на глазах и все чаще используются для диагностики заболеваний и расчета рисков для здоровья, а не только в исследовательских лабораториях. В "Мальчике, который не переставал расти… и других историях про гены и людей" Эдвин Керк рассказывает, как эти технологии устроены, что позволяют (а что нет) и о трудном выборе, который они ставят перед врачами и обратившимися к ним за помощью.
Недавно появилась гораздо более совершенная методика обследования*. Неинвазивный пренатальный скрининг (НИПС) основан на хитроумном способе использования новых технологий секвенирования генома — простого подсчета последовательностей ДНК. Обычно, извлекая ДНК из крови, мы берем для этого лейкоциты, — белые кровяные клетки, каждая из которых обладает ядром (эритроциты — красные клетки — утратили ядра и митохондрии, поэтому в них нет ДНК). Однако некоторое количество ДНК содержится в плазме — жидкости, которая составляет около половины объема крови, помимо кровяных клеток. В конце 1990-х гг. обнаружили, что, если взять кровь у беременной женщины, удалить клетки и извлечь ДНК из плазмы, часть этой ДНК будет из плаценты. Она часто называется фетальной, то есть плодной, фракцией, но суть в том, что это ДНК плаценты, а не самого плода непосредственно. Вскоре мы узнаем, почему это важно.
Не так просто определить, кто изобрел некоторые методы пренатальной диагностики, поскольку в эту область вносили вклад многие ученые на протяжении долгого времени. Тем не менее известно, что НИПС первым разработал Деннис Ло из Гонконга, а ультразвуковую диагностику синдрома Дауна внедрил Кипрос Николаидес из Лондона.
Существуют разные методы НИПС, и различные компании используют собственные подходы. Наиболее распространенный подход — секвенирование ДНК с помощью одного из новейших секвенаторов, который прочитывает сразу много отдельных последовательностей нуклеотидов ДНК (те, о которых шла речь в главе 5). Последовательности считываются с участков, разбросанных по всему геному. Каждый непрерывный отрезок последовательности, отражающий одну молекулу ДНК, засчитывается как "прочтение". Доля фетальной фракции различается в разных образцах крови, но допустим, к примеру, что она составляет 9%. В среднем можно ожидать, что везде на каждые 100 прочтений материнской ДНК будет приходиться 10 из плаценты (отражающих ДНК плода); 10 из 110 равняется 9%. Необязательно даже разбираться, где чьи, — нужно лишь сосчитать. Если у вас в среднем 110 прочтений на каждую хромосому, кроме 21-й, но 115 прочтений по хромосоме 21, то плацентарных в полтора раза больше ожидаемого, а значит, вместо двух копий этой хромосомы у плода их три (для получения точных статистических данных, скорее всего, понадобится не 110 прочтений при секвенировании ДНК, а гораздо больше, но принцип не меняется). Следовательно, у ребенка синдром Дауна.
За исключением того, что у самого ребенка его может и не быть.
Существует много возможностей ошибочно диагностировать ребенку хромосомное нарушение, которого у него нет. Одна из главных причин**, по которым это может случиться, та, что в плаценте иногда присутствуют хромосомные мутации, которых нет у плода. На начальной стадии эмбрион представляет собой шарик из клеток, который делится надвое, — часть его станет плодом, а впоследствии и ребенком, а остальное превращается в плаценту, оболочки и т.п. Если ошибка клеточного деления произойдет после этого расщепления, то плацента может приобрести хромосомную мутацию, которой у плода не будет, а так как фетальная фракция на самом деле плацентарная, анализ может оказаться ошибочным. Лишнюю копию 21-й хромосомы посчитали правильно — просто лишняя копия находится в той ткани, для которой это не имеет значения.
Большинство других причин технические, однако в редких случаях причиной может быть онкологическое заболевание матери: у раковых клеток присутствуют хромосомные нарушения, и эти клетки выбрасывают в ее кровь ДНК с патологическими хромосомами. Далеко не одной женщине в мире таким образом неожиданно поставили онкологический диагноз.
Поэтому, хотя подобное исследование часто называют "неинвазивное пренатальное тестирование" (НИПТ), лично я предпочитаю название "неинвазивный пренатальный скрининг" (НИПС)***. Есть все основания полагать, что некоторые акушеры-гинекологи превратно толкуют результаты НИПС и действуют только на их основании, не проводя других обследований для подтверждения (в идеале таким обследованием должен быть амниоцентез, так как биопсия хориона тоже дает информацию о плаценте, а не о самом ребенке). Если так, то наверняка имеют место аборты, сделанные по ошибке, когда на самом деле у плода не было никаких хромосомных аномалий, — и эта мысль весьма тревожит.
Основная цель скрининга — обнаружить факторы риска или признаки ранних стадий заболевания, в то время как для подтверждения диагноза (или его отсутствия) необходимы диагностические тесты. — Прим. науч. ред.
Поймите меня правильно — свои задачи НИПС выполняет отлично. При этом методе упускается гораздо меньше патологий плода, чем при других вариантах обследования, а положительный результат гораздо реже бывает ошибочным. С того времени как НИПС стал доступен, мы отметили резкое падение количества пренатальных тестов благодаря его более высокой эффективности. Однако в последнее время наблюдается обратная тенденция из-за расширения границ его применения.
В большинстве случаев услуги НИПС предоставляются частными компаниями, и возможностей для конкуренции у них не так много. Безусловно, один из способов — удешевление, но есть и другой способ — заявить, что их анализ лучше. В частности, можно обследовать на большее количество заболеваний, чем конкуренты. Изначально НИПС был нацелен на выявление лишних копий 13-й, 18-й и 21-й хромосом, а также лишних или недостающих копий половых хромосом. Как мы уже убедились (в главе 4), при анализе половых хромосом можно получить неоднозначные результаты. Однако в целом этот подход достаточно редко давал ложноположительные результаты — для 13-й и 18-й хромосом чаще, чем для 21-й, но тем не менее, когда НИПС указывает на высокую вероятность лишней копии 13-й хромосомы, есть немало оснований ожидать, что результат верен.
Добавлять дополнительные мишени не имеет особого смысла. Некоторые компании включают в программу скрининг на относительно типичные, хотя и довольно редкие, аномалии, такие как делеция на 22-й хромосоме, вызывающая велокардиолицевой синдром (или, если угодно, синдром Седлачковой). Другие стали отмечать несоответствия в прочих хромосомах, обнаруживающиеся в полученных результатах скрининга, например лишнюю копию 10-й хромосомы. Одна из моих обязанностей в лаборатории — публиковать отчеты о пренатальных диагностических обследованиях. Пока мне всего один раз довелось видеть случай, когда положительный результат НИПС на "дополнительную мишень" действительно подтвердился при амниоцентезе: была выявлена делеция (утрата) большого участка одной хромосомы. Все остальные перепроверки на более мелкие делеции, о которых я отчитывался, до сих пор давали отрицательные результаты, хотя, вероятно, когда-нибудь что-то может и подтвердиться.
Причина подобных ложноположительных результатов — элементарная статистическая погрешность. Она бывает при любом виде лабораторных исследований и в общих чертах заключается в следующем: чем реже встречается заболевание, тем с большей вероятностью положительный результат анализа на это заболевание окажется ложным. Как ни странно, одно и то же исследование может давать разные результаты в зависимости от того, кого обследуют.
Отчеты НИПС часто содержат следующее утверждение: "Этот тест выявляет синдром Дауна с чувствительностью в 99,9% и специфичностью в 99,9%". Звучит впечатляюще и в самом деле впечатляет: чувствительность в 99,9% означает, что при обследовании 1000 женщин, беременных ребенком с синдромом Дауна, в 999 случаях заболевание будет выявлено и только в одном случае — упущено. Это действительно хороший уровень точности, намного лучше, чем при старых методиках, которые выявляли 900 случаев и упускали 100, а не один. Проблема в другом показателе: специфичность 99,9% означает, что при обследовании 1000 женщин, беременных здоровым ребенком, в одном случае результат окажется ложноположительным.
Один из тысячи — вроде бы неплохо, не так ли? Чтобы стало понятно, почему на самом деле это не так уж хорошо, приведу некоторые, взятые с потолка, но наглядно иллюстрирующие проблему цифры. Предположим, у нас две группы женщин. У группы А по причине возраста шанс родить ребенка с синдромом Дауна 1/100. Группа В моложе, и у нее эта вероятность только 1/1000. По тысяче женщин из каждой группы проходят НИПС с применением технологии, подобной вышеописанной.
Среди 1000 женщин из группы А, у которых эта вероятность равна 1/100, патологий плода будет 10. Тест достаточно чувствителен, чтобы выявить их все. Будет также один ложноположительный результат (тот самый 1/1000). Значит, всего будет 11 положительных результатов, из которых 10 верны. Для этих женщин положительный результат окажется достоверным с вероятностью 10/11, или 91% (это так называемая положительная прогностическая ценность обследования).
Теперь обследуем 1000 женщин из группы В. Среди них один случай патологии плода — это один верный положительный результат. Но также будет один ложноположительный. Для этой группы достоверность положительного результата равна всего 1/2, то есть 50%. Положительный результат абсолютно того же самого анализа для двух групп будет иметь разное значение.
Как мы видим, чем реже встречается данное заболевание в обследуемой популяции, тем ниже вероятность, что положительный результат достоверен. Если специфичность чуть-чуть снижается (например, потому, что вы ищете не целую хромосому, а более мелкий ее участок), дело обстоит еще хуже. Поскольку методики тестирования изначально разрабатывались для диагностики наиболее распространенных заболеваний, каждое новое заболевание, добавляемое в список, будет более редким, чем предыдущие, и достоверность теста поэтому будет снижаться. В последние два года мы снова стали наблюдать рост количества инвазивных обследований при беременности. Но всегда ли больше значит лучше? Стоит ли расширять применение этих тестов для поиска более редких заболеваний? Те, кому достоверно диагностировали редкое заболевание и предоставили возможность выбора, которого могло бы и не быть, эту идею, скорее всего, поддержат. Но те, у кого случился выкидыш из-за инвазивного обследования, проведенного из-за результата теста, оказавшегося затем ложноположительным, могут иметь другое мнение.