Недавние исследования показали, что крошечные фрагменты ДНК, циркулирующие в крови человека, могут позволить учёным контролировать развитие онкологических заболеваний и даже увидеть изменения в генетических последовательностях развивающегося эмбриона. Человеческий организм использует ДНК для генерации огромного количества клеток, сборки тканей и реализации биологических процессов, определяющих состояние тела и уровень здоровья.

Исследователи из Стэнфордского университета попытались выйти за рамки привычного изучения генетики: они решили понаблюдать за постоянно меняющимися уровнями РНК, что позволило им получить динамическую картину организма. Как пишут авторы исследования в пресс-релизе, это всё равно, что перейти от фотографий к видео.

В течение многих десятилетий уже было известно, что кровь содержит незначительное количество свободно плавающих ДНК и РНК, высвобожденных мёртвыми или повреждёнными клетками по всему телу. Иногда это результат естественных процессов, а иногда ― течения болезней. Однако до недавнего времени анализ этого генетического материала был почти невозможен, так как имеющиеся в распоряжении у специалистов методики требовали большого количества материала.

«Наша новая технология ― своего рода молекулярный стетоскоп, ― рассказывает доктор биоинженерии Стивен Куэйк (Stephen Quake). ― С её помощью можно проанализировать состояние любой ткани. Для этой работы найдётся множество вариантов практического применения: благодаря мониторингу уровней РНК можно даже выявить признаки преждевременных родов или эклампсии. Мы надеемся использовать этот метод для отслеживания проблем здоровья тела в целом и отдельных органов в частности».

Куэйк и его коллеги разработали комбинированный метод с использованием микрочипов высокой пропускной способности для проведения секвенирования нового поколения, что позволило им проанализировать последовательности и относительные уровни РНК в крови беременных женщин, здоровых добровольцев и пациентов с болезнью Альцгеймера. Сосредоточив внимание на кодирующих РНК белках, производимых лишь в определённых типах тканей, они смогли проследить за здоровьем как отдельных органов, так и всего тела в целом.

За небольшими исключениями, геном одного организма, кодируемый ДНК, является одинаковым в каждой клетке тела.

Конкретные ткани и органы формируются благодаря процессу экспрессии определённого количества генов из тысяч вариаций, содержащихся в одном геноме. Эта экспрессия гена осуществляется частично благодаря молекулам, называемым матричными РНК ― они, в свою очередь, несут инструкции, закодированные в генах белков, определяющих клетки.

Специальные белки и другие регуляторные молекулы каждой клетки можно отслеживать благодаря мониторингу количества производимой РНК. В результате конкретные последовательности РНК изменяются в зависимости от типа тканей, а также различных биологических условий и условий среды.

Новым методам секвенирования достаточно очень небольшого количества генетического материала. С помощью анализа ДНК в крови теперь можно определить последовательность или сравнить относительные количества отдельных хромосом. Это поможет очень рано диагностировать рак, глядя на конкретные мутации. Аномальное число хромосомных копий может показать, что ещё не родившийся ребёнок, скорее всего, будет страдать от заболеваний вроде синдрома Дауна.

По оценкам экспертов,

в 2013 году более 500 тысяч беременных женщин воспользовались неинвазивным пренатальным тестом, разработанным Куэйком, чтобы узнать о состоянии их плодов.

В ходе нового исследования Куэйк разработал методы, способные определить, какие циркулирующие в крови беременной женщины молекулы РНК, скорее всего, попали туда из тела её эмбриона, а какие ― из её собственных органов.

Таким же образом можно проследить за развитием определённых тканей, в том числе головного мозга и печени плода, а также плаценты.

Куэйк и его коллеги считают, что

технология может широко использоваться в качестве диагностического инструмента, который выявляет «сигналы бедствия», исходящие от поражённых органов ещё до того, как клинические симптомы заболевания станут очевидными. В частности, у людей с болезнью Альцгеймера в крови обнаружились повышенные уровни нейронных РНК.

«Мы вышли за рамки простого определения последовательности генов и перешли к пониманию закономерностей активности генетического материала, ― комментирует Куэйк. ― Знание последовательности ДНК гена в крови помогает при изучении конкретных случаев ― при выявлении рака, наблюдением за беременностью или трансплантации органов. Анализ РНК позволяет более подробно узнать о том, что происходит в любой части организма в любое время».

Научная статья была опубликована в издании Proceedings of the National Academy of Sciences.