Хромосомные перестройки, или аберрации, считают главной причиной самопроизвольных абортов. Более того, около одного процента людей на Земле живут с подобными мутациями. Именно поэтому необходима быстрая и надежная диагностика таких нарушений, для чего ученые предложили использовать лазерный пинцет, который позволяет манипулировать отдельными молекулами.

Геном человека состоит из 23 пар хромосом, из которых одна — половые, одинаковые в случае женщин (XX) и непохожие в случае мужчин (XY). Весь этот комплект включает в себя разные по размеру структуры, имеющие перетяжку и так называемые плечи, которые иногда заметно различаются по размеру.

Порой в таком наборе происходят довольно серьезные изменения. Скажем, отдельные хромосомы в паре могут оказаться удвоенными (как в случае синдрома Дауна) или выпасть (примером служит синдром Шерешевского — Тернера, когда из половых остается всего одна X-хромосома). Описаны и перестройки более мелкого масштаба: например, при синдромах Олдред и Вольфа — Хиршхорна исчезает небольшой участок хромосомы. В других случаях часть хромосомы может удвоиться или развернуться на 180 градусов.

С хромосомными аберрациями того или иного рода живут около одного процента людей. Более того, их считают наиболее распространенной причиной самопроизвольного прерывания беременности на ранних сроках. Поэтому очень важно иметь надежные и быстрые диагностические методы, позволяющие вовремя выявлять подобные мутации. Иногда подозревающие очередной случай хромосомных перестроек врачи не могут понять, с какой из них они имеют дело, или оценить размер дефекта — все это затрудняет прогноз течения болезни.

Для решения подобных проблем исследователи из Университета Копенгагена (Дания) предложили диагностику на основе высокоточных биофизических методов. Она позволила добиться очень высокой эффективности и заметить те хромосомные аберрации, которые неразличимы с помощью стандартных методов.

«В идеале мы хотели бы взять образец у человека, например, с бесплодием и с помощью нашего метода проанализировать хромосомы, обнаружив присутствующие дефекты. В принципе он также может пригодиться для исследования других хромосомных перестроек и заболеваний, в частности рака», — рассказал профессор Йен Хиксон (Ian Hickson) из Департамента клеточной и молекулярной медицины, один из авторов новой статьи в Nature.

Луч лазерного пинцета удерживает микроскопическую бусину / © Michael Osadciw

Ученый отмечает, что современные больницы (например, в Дании) уже проводят диагностику хромосомных аберраций, однако их технологии далеки от совершенства.

«Сейчас при изучении хромосомы подвергают действию химических реагентов, с помощью которых их фиксируют. Все это напоминает ветеринара, который хочет осмотреть домашнюю собаку, но для этого должен сначала сделать из нее чучело», — объяснил Хиксон.

Предложенное датчанами решение куда более деликатное и высокотехнологичное. Они используют лазерный, или оптический пинцет — особый инструмент, который позволяет манипулировать микроскопическими объектами и даже отдельными молекулами. Ученые используют оптический пинцет при исследованиях белков и для особенно точных измерений.

При работе с хромосомами эта методика, по сути, работает как микроскоп с очень высоким разрешением. Более того, в этом случае можно перемещать, сдавливать и растягивать хромосомы. Например, при подобных манипуляциях кусочек на конце хромосомы может отвалиться, что говорит об определенных мутациях. Выходит, с помощью оптического пинцета реально заметить даже самые мелкие дефекты и проводить более качественную диагностику.