Як змінювалися технології тесту ДНК на батьківство

Як змінювалися технології тесту ДНК на батьківство

Дата: 05.07.2017

Як встановлювали біологічне батьківство минулого століття? Коли тест на батьківство досягнув точності 99,9%? Дізнайтеся про етапи розвитку ДНК-тесту.

Як встановлювали біологічне батьківство у минулому столітті? Коли тест на батьківство досягнув точності 99,9%? Дізнайтеся про етапи розвитку ДНК-тесту.

1920-і роки - Встановлення батьківства за групами крові

На початку 1900-х років вчені ідентифікували 4 різні групи крові у людей - A, AB, B і O - на основі наявності певних білків, званих антигенами в крові. Ця система набору крові, яка називається системою ABO, надала лікарям важливу інформацію про своїх пацієнтів, дозволяючи їм безпечно виконувати медичні процедури, зокрема переливання крові, шляхом зіставлення типів крові пацієнтів та донорів.

У 1920-х роках вчені довели, що групи крові генетично успадковані. Діаграма груп крові, показана нижче, була розроблена, щоб показати взаємозв'язок між батьками та їхніми дітьми.

Вчені зрозуміли, що вони можуть передбачати тип крові дитини за групами крові її батьків. І навпаки, якщо одна з груп крові батьків була невідома, вчені могли використовувати типи крові дитини та відомого з батьків, щоб визначити тип крові відсутнього батька. Таким чином, вчені використовували групу крові для визначення батьківства чи материнства дитини. Однак оскільки інформація на основі груп крові обмежена, було складно з впевненістю визначити біологічні відносини.

Наприклад, якщо у дитини була кров типу А, а у матері дитини була кров типу AB, у біологічного батька дитини міг бути будь-який із 4 типів крові. Це означає, що, ґрунтуючись лише на групах крові, ніхто не може бути виключений як батько дитини.

Зрештою, сила виключення (сила тесту для виключення певного відсотка населення від біологічного ставлення до людини) для аналізу крові становить лише 30%. Встановлення батьківства груп крові не є достовірним методом визначення батьківства.

1930-і роки - Серологічне тестування

У 1930-х роках вчені виявили в крові інші білки, які можна було використати для ідентифікації людей. Системи крові групи Rh, Kell та Duffy, як і система ABO, були засновані на присутності специфічних антигенів у крові. Ці антигени також генетично успадковані, що є корисним щодо можливих біологічних відносин.

Через ці серологічні тести вчені могли використовувати системи групи крові двох батьків, щоб передбачити можливу групу крові своєї дитини. Вчені також застосовували серологічні тести щодо випадків батьківства, намагаючись ідентифікувати передбачуваних батьків на основі груп крові дитини та матері. Однак, як і використання системи ABO для тестування на батьківство, серологічні тести є остаточними при ідентифікації біологічних батьків. Сила виключення для серологічного тестування становить лише 40%, що означає, що цей метод є неефективним для визначення біологічних відносин.

1970-і роки - тестування HLA

У середині 1970-х років вчені перейшли від груп крові до типування тканин. Вчені виявили людський лейкоцитарний антиген (HLA), який переважає у всьому тілі, крім червоних кров'яних тілець. Зокрема, білі клітини крові мають високу концентрацію HLA. Існує багато різних типів HLA і ці типи варіюються у кожної людини. Через високу мінливість типів HLA між різними людьми тестування HLA стало потужнішим способом тестування батьківства. Сила виключення для тестування HLA сама по собі становить 80% і в поєднанні з групами крові та серологічним тестуванням становить 90%.

Незважаючи на сильнішу здатність ідентифікувати біологічні відносини, тестування HLA не є ідеальним методом. Для тестування HLA потрібен об'ємний зразок крові, який не міг зберігатися більш ніж кілька днів. Процес збору був незручним, а для немовлят молодше 6 місяців – навіть небезпечним.

1980-і роки - ДНК-тестування з використанням техніки RFLP

У середині 1980-х років було розроблено метод, що назвали поліморфізмом довжини рестрикційного фрагмента (RFLP). Цей метод став першим генетичним тестом із використанням ДНК. Як HLA та білки крові, ДНК генетично успадкована від обох батьків. Тим не менш, ділянки ДНК є сильно варіюється і більш унікальними, ніж HLA і білки крові, і вони виявляються в кожній клітині тіла. Ці атрибути роблять ДНК ідеальною для визначення біологічних відносин.

RFLP дозволяє вченим вирізати унікальні ділянки ДНК, які виділяютья із зразків крові. Для тестування на батьківство порівнюються ці унікальні ділянки батьків та дитини. Половина ДНК дитини має відповідати ДНК матері, а половина має відповідати ДНК батька, якщо вони мають біологічну спорідненість.

Іноді під час цієї процедури ДНК дитини не збігається з ДНК одного з батьків, це може бути спричинене генетичними мутаціями. У таких випадках вчені проводять статистичний аналіз, щоб визначити можливості мутації та біологічних відносин між членами сім'ї.

Оскільки RFLP має відношення до тестування ДНК, ця процедура дає дуже достовірні результати, зазвичай із силою виключення вище 99,99%. Однак цей метод сьогодні не використовується часто, тому що, як і тестування HLA, RFLP вимагає об'ємного зразка крові та тривалого виконання.

1990-і роки - ДНК-тестування з використанням технології ПЛР

Незважаючи на те, що у 1980-х роках було розроблено метод полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР) при тестуванні ДНК, він став стандартним процесом тестування на батьківство лише у 1990-х роках.

ПЛР є методом, за допомогою якого зразки фрагментів ДНК копіюються і реплікуються багато разів, поки не будуть створені мільярди копій. Через силу ПЛР дуже маленькі зразки ДНК з будь-якої частини тіла можуть бути використані в тесті ДНК. З іншого боку, процес виконується швидко.

Використовуючи технологію ПЛР у тестуванні ДНК, тести на батьківство та інші тести ДНК можуть бути виконані набагато простіше та швидше. Зразки для стандартного тесту ДНК на батьківство беруться за допомогою безболісної процедури буккальних мазків (з внутрішньої сторони щоки) дитини та передбачуваного батька. Потім зразки будуть реплікуватися через ПЛР та порівнюватися на подібність. Оскільки половина ДНК дитини успадкована від матері, а інша половина – від батька, ДНК дитини має відповідати частинам обох біологічних батьків. Тестується від 8 до 40 ділянок ДНК (STR-локусів) залежно від стандартів лабораторії лабораторії. Чим більше локусів, тим вища точність, але достатнім у більшості випадків вважається 16 локусів.

Результати, отримані в результаті тесту на батьківство з використанням технології ПЛР, зазвичай вищі 99,99% при підтвердженні батьківства, та 100% при виключенні батьківства. Цей метод став стандартом для біологічної ідентифікації, оскільки він вимагає лише невеликого зразка від будь-якої людини, дуже достовірним і виконується дуже швидко - протягом 1-2 днів.

Єдиним недоліком методу ПЛР було вкрай обмежене використання у пренатальному (допологовому) встановленні батьківства. Це можливо, але для цього було взяти зразки плода за допомогою інвазивних процедур – амніоцентез чи біопсія хоріону. Оскільки ці процедури пов'язані з ризиками для плода, їх зазвичай проводять лише за медичними показаннями, наприклад, ризик генетичних відхилень.

2010-і роки -Технології NGS та ccfDNA

З'являється новітня технологія неінвазивного пренатального тестування (до народження дитини) - можливість крові матері зробити аналіз ДНК плода. Це називається ccfDNA - вільно циркулююча ДНК плода.

Революційний метод тестування ДНК - NGS (Next Generation Sequencing - Секвенування наступного покоління) аналізує понад 2500 ДНК-маркерів (SNP-локусів) для встановлення батьківства.

Цей метод поки дуже дорогий і виконується тільки американськими лабораторіями, але скористатися послугами лабораторії можна і у нас в країні.

Таким чином, в даний час використовується метод ПЛР для встановлення батьківства дитини, що вже народилася, і метод NGS - для неівазивного пренатального тесту на батьківство. Обидві послуги можна замовити в медичному центрі "МАМА ПАПА".

Автор: Марина Савельева
Молекулярный генетик, биоинформатик