Przymiotnik „molekularne” wskazuje na badanie organizmów żywych na poziomie molekuł, czyli cząsteczek. Najczęściej badane są kwasy nukleinowe – cząsteczki DNA (kwasu deoksyrybonukleinowego) lub RNA (kwasu rybonukleinowego). Wąskie ujęcie biologii molekularnej odpowiada więc genetyce molekularnej, czyli badaniom materiału genetycznego i wszystkich procesów, które są związane z funkcjonowaniem kwasów nukleinowych.

Diagnostyka molekularna to jedna z najnowszych i najszybciej rozwijających się dziedzin badań laboratoryjnych. Najczęściej stosowane techniki umożliwiające analizę fragmentów kwasów nukleinowych to: łańcuchowa reakcja polimerazy (PCR), analiza restrykcyjna, sekwencjonowanie oraz hybrydyzacja DNA.

Badanie z zakresu diagnostyki molekularnej polega na pobraniu materiału genetycznego pacjenta, a następnie jego weryfikacji pod kątem obecności obcych genów (w przypadku chorób zakaźnych) albo mutacjimutacjamutacji. Materiał ten to najczęściej krew (leukocyty), komórki nabłonka (z wymazu z jamy ustnej) oraz włosy (cebulka włosowa). Trzeba jednak pamiętać, że substancje z informacjami genetycznymi znajdują się w każdej żywej komórce, dlatego do badań tego rodzaju można wykorzystać dowolny rodzaj tkanki.

RvOmHP25QK4Vs

Ilustracja przedstawia urządzenie wykorzystywane między inymi w reakcji łańcuchowej polimerazy - termocykler. Posiada on blok grzejny z otworami na probówki reakcyjne, urządzenie jest wyposażone w ekran oraz przyciski do obsługi aparatu.

Metody diagnostyki molekularnej wykorzystuje się w sposób:

• bezpośredni – w przypadku znajomości sekwencji genu jego prawidłowa forma stosowana jest jako sonda w celu wykrycia pojawiających się mutacji,

• pośredni – jeżeli gen wywołujący chorobę jest nieznany, w wykrywaniu wadliwych fragmentów DNA stosuje się analizę sprzężeńanaliza sprzężeńanalizę sprzężeń oraz analizę asocjacjianaliza asocjacjianalizę asocjacji.

W diagnostyce chorób genetycznych szerokie zastosowanie znalazła inżynieria genetyczna. Umożliwia ona wykrywanie mutacji genowych, czyli zmian w sekwencji DNA (np. zamiany pojedynczego nukleotydu).

Techniki obecnie najczęściej wykorzystywane w diagnostyce molekularnej to hybrydyzacja DNA z sondami molekularnymi oraz metody oparte na reakcji PCR. Nośnikiem informacji genetycznej jest DNA, dlatego to ten kwas nukleinowy jest najczęściej poddawany badaniom. Wybór kwasu nukleinowego do badań molekularnych zależy jednak od rodzaju choroby oraz celu badania.

Więcej informacji znajdziesz w e‑materiałach:

• Sekwencjonowanie DNAPl0UNZMxbSekwencjonowanie DNA;

• Łańcuchowa reakcja polimerazyP1HrrXrstŁańcuchowa reakcja polimerazy;

• Analiza restrykcyjna i elektroforeza DNAPYue7Iqp8Analiza restrykcyjna i elektroforeza DNA;

• Sondy molekularne i hybrydyzacja DNAP13CO68KjSondy molekularne i hybrydyzacja DNA.

Istnieje ok. 7 000 chorób jednogenowych. Niestety, skuteczne metody leczenia opracowano do tej pory tylko dla niektórych z nich, jak np. wrodzonej ślepoty Lebera. Wyróżnia się jednak niewielką grupę chorób genetycznych, których wczesne wykrycie umożliwia łagodzenie przebiegu oraz niwelowanie ich skutków. Przykłady takich chorób to: fenyloketonuria, mukowiscydoza, galaktozemia, anemia sierpowata.

Badania molekularne ze względu na cel prowadzenia można podzielić na: testy diagnostyczne, testy prognostyczne i badania na nosicielstwo. Testy diagnostyczne pozwalają na identyfikację chorób genetycznych w celu dobrania potencjalnych metod łagodzenia objawów. Testy prognostyczne pozwalają oszacować ryzyko zachorowania, dzięki czemu można wdrożyć odpowiednie działania profilaktyczne. Badania na nosicielstwo umożliwiają określenie prawdopodobieństwa wystąpienia chorób genetycznych u potomstwa.

Testy diagnostyczne

Testy diagnostyczne

Testy diagnostyczne polegają na analizie materiału genetycznego pod kątem obecności mutacji związanych z rozwojem danej choroby. Wykrycie takiej mutacji pozwala na diagnozę i wdrożenie odpowiedniego postępowania, w tym leczenia (jeśli jest ono dostępne). Testy te wykorzystuje się w diagnostyce wielu chorób genetycznych występujących u dzieci, takich jak dystrofia mięśniowa Duchenne’adystrofia mięśniowa Duchenne'adystrofia mięśniowa Duchenne’a wywołana mutacją genu dystrofiny, zespół Marfanazespół Marfanazespół Marfana spowodowany mutacją w genie FBN1 czy mukowiscydoza, która rozwija się wskutek mutacji w obrębie genu CFTR. Genetyczne testy diagnostyczne są również zalecane przy podejrzeniu nietolerancji pokarmowych – można dzięki nim stwierdzić m.in. nietolerancję laktozy i glutenu. Wykonanie badania genetycznego bywa również wskazane m.in. u osób z powtarzającymi się napadami padaczkowymi, zwłaszcza u dzieci, ponieważ w tej grupie wiekowej przyczyny genetyczne odgrywają największą rolę.

Innym zastosowaniem badań molekularnych jest identyfikacja genetycznej przyczyny już rozwijającej się choroby nowotworowej. Materiał do badań stanowi DNA komórek nowotworowych pochodzące z płynów ustrojowych (w których występują te komórki) lub z wycinków guza nowotworowego. Dzięki diagnostyce molekularnej można określić, czy przeciwko nieprawidłowej zmianie genetycznej obecnej u danego pacjenta opracowano już lek celowany molekularnie – innymi słowy, czy u badanego występuje tzw. cel molekularny, który jest warunkiem skuteczności terapii celowanej molekularnie. Mechanizm działania leków ukierunkowanych molekularnie polega na hamowaniu molekularnych mechanizmów powstawania i progresji nowotworów, np. przekazywaniu sygnału dotyczącego podziału komórek nowotworowych przez nieprawidłowe białka. Terapia celowana molekularnie przyczyniła się do ogromnego postępu w leczeniu nowotworów złośliwych i rozwija się bardzo intensywnie: obecnie badanych jest kilkaset potencjalnych leków.

Testy prognostyczne

Testy prognostyczne

Testy prognostyczne pozwalają na stwierdzenie obecności w DNA mutacji, które znacznie zwiększają ryzyko rozwoju danej choroby w przyszłości. Tylko u 5–10% kobiet z rakiem piersi podłoże choroby jest genetyczne. Jednak wykrycie mutacji w genach BRCA1 i BRCA2 ponad dziesięciokrotnie zwiększa ryzyko zachorowania na raka piersi, co przekłada się na ryzyko wystąpienia tej choroby w ciągu życia w zakresie 56–84%. Z kolei mutacje w genach ATM, BRIP1, CHEK2 i PALB2 zwiększają to ryzyko dwu–trzykrotnie. Zatem dzięki określeniu predyspozycji genetycznych można oszacować wielkość prawdopodobieństwa zachorowania na określoną chorobę i wdrożyć działania profilaktyczne. Testy prognostyczne pozwalają zmniejszyć ryzyko zachorowania do minimum, a jeśli dojdzie do rozwoju choroby – wykryć ją na najwcześniejszym możliwym etapie, kiedy szanse na wyleczenie są największe.

RqNXnC94ix5pS

Ilustracja przedstawia kobietę poddającą się mammografii, stojącą przodem do mammografu i trzymającą się jego uchwytu, oraz kobietę przeprowadzającą badanie, która dba o ustawienie ciała odpowiednie do badania.

Badania na nosicielstwo

Badania na nosicielstwo

Badania DNA na obecność mutacji odpowiedzialnych za rozwój chorób dziedziczonych autosomalnie recesywnie umożliwiają określenie prawdopodobieństwa wystąpienia chorób dziedzicznych (takich jak mukowiscydoza, fenyloketonuria) u potomstwa. Badania przeprowadza się u obojga przyszłych rodziców, ponieważ choroby recesywne ujawniają się u dziecka tylko wtedy, gdy odziedziczy ono dwa recesywne allele genu (po jednym od każdego rodzica).

Więcej informacji o możliwościach leczenia chorób genetycznych znajdziesz w e‑materiałach:

• Procedura terapii genowejP17aVdnfSProcedura terapii genowej,

• Terapia genowa i poradnictwo genetycznePZ8geFH15Terapia genowa i poradnictwo genetyczne.

Podsumowując, badania DNA pozwalają m.in. na:

• diagnozowanie i zaplanowanie leczenia chorób genetycznych,

• wykrywanie mutacji zwiększających ryzyko rozwoju danego schorzenia w przyszłości,

• wykrywanie patogenów obecnych w organizmie żywym,

• weryfikację nosicielstwa mutacji genetycznych u par planujących ciążę.

Słownik