Наследственные заболевания обмена веществ Введение

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 14.12.2024

Специалисты лаборатории проводят диагностику большинства известных к настоящему времени наследственных заболеваний, связанных с патогенным нарушением референсной последовательности генома, в том числе и наследственных болезней обмена из группы аминоацидопатий, дефектов митохондриального бета-окисления, органических ацидурий и др. Врачом-генетиком осуществляется медико-генетическое консультирование пациентов от рождения до 18 лет, а также членов их семей. В случае необходимости возможно проведение пренатальной диагностики на ранних сроках беременности.

Виды диагностики

Тандемная масс-спектрометрия (ВЭЖХ МС/МС)
Флуориметрия
Газовая хроматография
Полимеразная цепная реакция (ПЦР) и ПЦР в режиме реального времени, в том числе и цифровая ПЦР
MLPA (мультиплексное лигирование амплифицированных проб)
Хромосомный микроматричный анализ
Секвенирование по Сэнгеру
Массовое параллельное секвенирование (NGS)

Благодаря оснащенности лаборатории современным высокотехнологичным оборудованием, самые сложные исследования могут быть выполнены в максимально сжатые сроки. С ценами на наши услуги можно ознакомиться в Прейскуранте на сайте. Так, например, на настоящее время стоимость исследования клинического экзома у одного пациента с биоинформатической обработкой результатов, валидацией выявленных вариантов методом Сэнгера, а также консультацией врача-генетика составляет 50 тысяч рублей. Кроме того в лаборатории используются уникальные для России методы диагностики, например, такие как диагностика цистиноза с помощью измерения концентрации цистина в лейкоцитах крови методом ВЭЖХ-МС/МС.

В оснащении лаборатории имеется широкий спектр современного оборудования для проведения флуориметрических, масс-спектрометрических и молекулярно-генетических исследований:

Тандемный масс-спектрометр 3200 Qtrap (ABSciex) (имеет государственную медицинскую регистрацию и позволяет проводить селективный скрининг наследственных болезней обмена веществ, также используется в ряде европейских стран для неонатального скрининга)
Тандемные масс-спектрометры Maxis Impact (Bruker)
Газовый хроматограф с масс-спектрометрическим детектированием Маэстро-αМС (экспертный класс, используется для диагностики органических ацидурий и аминоацидопатий в моче)
Капиллярные секвенаторы ABI 3500XL и 3500 (ThermoFisher Scientific) для проведения секвенирования по Сэнгеру
Высокопроизводительный секвенатор нового поколения Ion S5 (ThermoFisher Scientific) в комплекте с роботизированной станцией Ion Chef (ThermoFisher Scientific) для проведения исследований методом массового параллельного секвенирования, в том числе и для анализа полного экзома
Система анализа нуклеиновых кислот «Геноскан 3000» (Affymetrix) (имеет государственную медицинскую регистрацию, используется для проведения хромосомного микроматричного анализа)
Чип-ридер SureScan (Agilent) (для полногеномных исследований и транскиптомных исследований путем анализа известных SNP c использованием микрочипов)
Система цифровой ПЦР QuantStudio 3D (ThermoFisher Scientific)
Амплификаторы в режиме реального времени StepOnePlus (ThermoFisher Scientific), LightCycler (Roche), CFX96 (BioRad)
Высокопроизводительные амплификаторы Proflex (ThermoFisher Scientific)

Лаборатория была основана в конце 2012 г. для молекулярно-генетической диагностики. С мая 2014 г. переименована в лабораторию молекулярной генетики и клеточной биологии. В штате лаборатории 1 ведущий научный сотрудник, 3 старших научных сотрудника, 2 научных сотрудника, 2 младших научных сотрудника, 1 лаборант-исследователь и 3 лаборанта. Научную деятельность лаборатория начала с разработки, валидации и внедрения в практику самых передовых инновационных методов диагностики наследственных болезней на биохимическом и молекулярно-генетическом уровнях. С 2012 г. внедрены методы диагностики нарушений спектра аминокислот и ацилкарнитинов, приводящих к развитию наследственных аминоацидопатий, дефектов митохондриального бета-окисления, а также органических ацидурий с помощью тандемной масс-спектрометрии в сухих пятнах крови. В лаборатории впервые в России был внедрен метод диагностики тирозинемии 1го типа с помощью измерения концентрации сукцинилацетона в пятнах крови, высушенных на фильтровальной бумаге методом МС-МС. В 2013 г. внедрена в практику мультиплексная диагностика лизосомных болезней накопления (болезни Гоше, Фабри, Краббе, Помпе, Ниманна-Пика, тип А/В, мукополисахаридоз, тип 1) методом МС/МС в пятнах крови. В 2014 г. сотрудниками лаборатории впервые в России разработан и внедрен метод диагностики цистиноза с помощью измерения концентрации цистина в лейкоцитах крови методом ВЭЖХ-МС. В 2015 г. разработан метод диагностики болезни Фабри с помощью измерения концентрации глоботриазилцерамида в пятнах крови, высушенных на фильтровальной бумаге методом ВЭЖХ-МС. За последние 2 года внедрены также такие методы, как определение концентрации биомаркера хитотриазидазы методом флуориметрии и определение концентрации биомаркера Лизо Гл1, методом тандемной масс-спектрометрии, которые используются для диагностики и контроля лечения болезни Гоше. Также в 2017 г. внедрен метод газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием для диагностики органических ацидурий и аминоацидопатий в моче.

С 2012 по 2017 гг. в лаборатории разработана диагностика более 1000 заболеваний методом секвенирования по Сэнгеру, что позволило достигнуть уровня ведущих лабораторий мира. Активное применение технологии массового параллельного секвенирования (NGS) в практике лаборатории, начиная с 2014 г., позволило разработать способы диагностики таких форм патологии, как болезни соединительной ткани, аутовоспалительне синдромы, наследственные болезни почек, неврологические болезни, кардиомиопатии, нарушения ритма сердца, гликогеновые болезни, муковисцидоз, атипичный гемолитико-уремический синдром, митохондриальные болезни, наследственные болезни кожи и др. К настоящему времени с использованием высокопроизводительных технологий секвенирования проводится большое количество исследований. Так в 2017 г. исследование таргетных областей генома, в том числе секвенирования клинического, а также полного экзома было выполнено более чем 500 пациентам.

Ежегодно сотрудники лаборатории участвуют в различных международных научных конференциях, посвященных диагностике и лечению наследственных заболеваний, где представляют результаты своей работы в виде стендовых или устных докладов, принимают активное участие в пленарных заседаниях и круглых столах при участии иностранных коллег. Сотрудники лаборатории ведут активную научную работу с ведущими зарубежными лабораториями, а также постоянно повышают свою квалификацию, проходя стажировки в ведущих лабораториях мира.

С 2013 г. лаборатория принимает активное участие в программах внешнего контроля качества как по биохимической, так и по молекулярно-генетической диагностике, участвуя в проекте по внешнему лабораторному контролю качества ERNDIM (European Research Network for evaluation and improvement of screening, Diagnosis and treatment of Inherited disorders of metabolism).

Приоритетными направлениями научной работы лаборатории являются:

Выявление частоты и спектра патогенных вариантов генома у российских детей с генетически обусловленными наследственными заболеваниями.
Разработка и внедрение биохимических и молекулярно-генетических методов диагностики в лабораторную практику с целью выявления первопричин развития наследственных болезней.
Изучение генетических предрасположенностей к различным многофакторным заболеваниям.
Разработка и внедрение методов измерения концентрации биомаркеров для определения тяжести болезни и эффективности персонифицированного лечения.
Установление патогенности новых вариантов генома на основе биоинформатического анализа, а также исследования кДНК и мРНК.
Выявление новых биомаркеров различных заболеваний на основе полногеномных и полнотранскриптомных исследований.

Наследственные заболевания обмена веществ Введение

Большинство наследственных заболеваний обмена веществ (также называемых врожденными дефектами метаболизма) обусловлены мутациями в генах, кодирующих ферменты; дефицит фермента или отсутствие его активности приводят к

Накопление предшественников субстрата или метаболитов или

Дефицит продуктов фермента

Идентифицированы сотни таких расстройств, и, хотя большинство наследственных нарушений обмена веществ крайне редки по отдельности, в целом они представляют довольно распространенную группу расстройств.

Наследственные метаболические нарушения обычно группируются в зависимости от пораженного субстрата, например:

Нарушения обмена веществ, в основном вызывающие заболевания у взрослых (например, подагра Подагра Подагра - заболевание, вызванное гиперурикемией (уровень мочевой кислоты в крови > 6,8 мг/дл [> 0,4 ммоль/л]), что приводит к выпадению кристаллов моноурата натрия внутри и вокруг суставов. Прочитайте дополнительные сведения , врожденная гиперплазия надпочечников Обзор врожденной дисфункции коры надпочечников (Overview of Congenital Adrenal Hyperplasia) Врожденная гиперплазия надпочечников представляет собой группу наследственных заболеваний, каждое из которых характеризуется недостаточным синтезом кортизола, альдостерона или обоих гормонов. Прочитайте дополнительные сведения ) или являются общими (например, кистозный фиброз Муковисцидоз Муковисцидоз является наследственным заболеванием желез внешней секреции, проявляется в первую очередь патологией со стороны желудочно-кишечного тракта и дыхательной системы. Повышенная вязкость. Прочитайте дополнительные сведения

Дополнительная информация

Ниже следуют англоязычные ресурсы, которые могут быть информативными. Обратите внимание, что The manual не несет ответственности за содержание этих ресурсов.

American College of Medical Genetics and Genomics' (ACMG): Newborn Screening ACT Sheets and Algorithms

Online Mendelian Inheritance in Man® (OMIM®) database: полная информация о генах и их молекулярной и хромосомной локализации

Подходы к лечению пациентов с подозрением на наличие наследственного заболевания обмена веществ

Большинство наследственных нарушений метаболизма (врожденные нарушения обмена веществ) являются редкими, и, следовательно, для их диагностики необходим более высокий индекс подозрения. Своевременная диагностика позволяет начать раннее лечение и может помочь избежать острых и хронических осложнений, нарушений развития и даже смерти.

Обследование

Симптомы и признаки, как правило, неспеци-фические и чаще всего вызваны какой-либо другой причиной, а не наследственными нарушениями обмена веществ (например, инфекциями); эти наиболее вероятные причины также должны быть расследованы.

Сбор анамнеза и физикальное обследование

Заболевания, манифестирующие в неонатальном периоде, как правило, являются более серьезными; проявления многих расстройств обычно включают

Заболевания, манифестирующие позже, как правило, затрагивают рост и развитие, однако при этом также могут проявляться рвота, судороги и слабость.

Врожденный порок развития мозга может отражать пониженную доступность энергии (например, сниженное образование АТФ при недостатке пируватдегидрогеназы Дефицит пируват дегидрогеназы Неспособность метаболизировать пируват приводит к развитию лактат-ацидоза и различных аномалий центральной нервной системы. Пируват является важным субстратом углевод-ного обмена. Нарушения. Прочитайте дополнительные сведения ) или критических предшественников (например, сниженный холестерол при дефиците 7-дегидрохолестерол или синдроме Смит-Лемли-Опитца) во время развития плода.

Нефизиологическая желтуха после периода новорожденности обычно свидетельствует о наличии внутренних заболеваний печени, особенно, когда сопровождается повышением уровня печеночных ферментов, но может быть обусловлена наследственными нарушениями метаболизма (например, нелеченная галактоземия, наследственная неперносимость фруктозы, тирозинемия I типа Тирозинемия типа I Тирозин - аминокислота, которая является предшественником нескольких медиаторов (например, допамина, норадреналина, адреналина), гормонов (например, тироксина) и меланина; недостатки ферментов. Прочитайте дополнительные сведения ).

Начальное тестирование

Электролиты с расчетом анионной разницы

Общий анализ и мазок периферической крови

Уровни аминокислот в сыворотке крови

Общий анализ мочи

Органические кислоты в моче

Развернутый анализ крови и мазок периферической крови выявляют гемолиз, вызванный дефицитом энергии в эритроцитах или лейкоцитарными дефектами (например, при некоторых нарушениях пентозофосфатного пути и гликогенозе типа Ib), и цитопению, обусловленную накоплением метаболитов (например, нейтропения при пропионовой ацидемии из-за накопления пропионила КоА).

Тесты печени выявляют гепатоцеллюлярные повреждения, дисфункцию и/или оба этих дефекта (например, при нелеченой галактоземии, наследственной непереносимости фруктозы или тирозинемии типа I).

Уровни аммиака повышены при дефектах орнитинового цикла, органических ацидемиях и дефектах окисления жирных кислот.

Анализ мочи выявляет кетонурию (имеется при некоторых гликегнозах и многих органических ацидемиях); отсутствие кетонов при наличии гипогликемии с или без ацидоза предполагает дефект окисления жирных кислот или гиперинсулинизм.

Специфическое и лабораторное подтверждение

Более специфические анализы могут быть показаны, когда ≥ 1 из ранее описанных простых скрининговых тестов подтверждают наличие наследственного нарушения обмена веществ. Метаболиты углеводного обмена, мукополисахариды, а также аминокислоты и органические кислоты могут быть измерены непосредственно с помощью методов хроматографии и масс-спектрометрии. Количественные анализы плазмы аминокислот должны включать исследование плазмы на ацилкарнитин. Анализ мочи на органические кислоты должен включать в себя изучение мочи на ацилглицерин.

После скрининга и начальных тестов предполагают расстройство или группу расстройств, подтверждающее тестирование обычно начинается с секвенирования генов, чтобы обнаружить одну из сотен известных мутаций. К другим подтверждающие тестам, которые используются реже, относятся: биопсия (например, биопсия печени позволяет дифференцировать печеночные формы гликогеноза Болезни накопления гликогена Болезни накопления гликогена относятся к нарушениям углеводного обмена. Имеется множество пронумерованных и поименованных типов, все из которых являются следствием дефицита ферментов, участвующих. Прочитайте дополнительные сведения от других расстройств, ассоциированных с гепатомегалией; биопсия мышц помогает выявить разорванные красные волокна при митохондриальной миопатии) и определение активности ферментов (например, с использованием крови и клеток кожи для диагностики лизосомной болезни накопления Обзор лизосомальных болезней накопления (Overview of Lysosomal Storage Disorders) Лизосомальные ферменты разрушают макромолекулы либо самой клетки (например, когда перерабатываются структурные компоненты клетки), либо захваченные извне. Унаследованные дефекты или недостатки. Прочитайте дополнительные сведения ).

Нагрузочные тесты используются обоснованно для выявления симптомов, признаков или измеримых биохимических отклонений, не обнаруживаемых в состоянии покоя. Необходимость нагрузочных тестов снизилась с появлением высокочувствительных методов обнаружения метаболитов, но они все еще иногда используются. Примеры включают: тесты с голодом (например, чтобы спровоцировать гипогликемию при печеночной форме гликегноза); провокационные тесты (например, прием фруктозы для индукции симптомов при наследственной непереносимости фруктозы, введение глюкагона при печеночной форме гликегноза [невозможность вызвать гипергликемию предполагает наличие заболевания]); а также физиологические воздействия (например, стресс-тесты с физической нагрузкой для индукции образования молочной кислоты и других нарушений при мышечной форме гликогеноза). Тесты с нагрузкой часто связаны с элементом риска, поэтому их нужно проводить в хорошо контролируемых условиях с четким планом коррекции возникающих симптомов и признаков.

Ниже следует англоязычный ресурс, который может быть информативным. Обратите внимание, что The manual не несет ответственности за содержание этого ресурса.

Наследственные нарушения обмена веществ

Группа болезней, в которой нормальные метаболические процессы в тканях нарушены чаще всего из-за отсутствия или недостаточности определенного фермента и, как следствие, патологического накопления веществ, обладающих токсическим действием или нарушающих способность синтеза других жизненно важных соединений.

Что дает генетическое исследование?

Завершение диагностического поиска

Точный молекулярно-генетический анализ позволяет не проводить дальнейшие диагностические исследования и спрогнозировать реабилитационный потенциал пациента.

Подбор правильного лечения

Часть заболеваний из этой группы предполагает патогенетическое лечение, позволяющее избежать или значительно замедлить прогрессирование неврологической симптоматики.

Выявление риска передачи заболевания по наследству

Благодаря генетической диагностике можно просчитать риск заболевания в последующих поколениях и избежать повторных случаев в семье.

О заболевании: причины и виды

Мутации в отдельных генах приводят к нарушению синтеза или разрушения белков, углеводов, жиров или сложных веществ. Большинство из них связаны с дефектами ферментов или транспортных белков, в результате чего происходит блок определенного метаболического пути, перестает работать определенная биохимическая реакция и в клетках накапливаются субстраты этих реакций и их производные.

Основная симптоматика проявляется в результате накопления токсичных веществ перед блоком, патологических альтернативных путей метаболизма, уменьшения продукции энергетических субстратов или, как следствие, дефицита конечных продуктов биохимической реакции после блока метаболического пути.

Почти каждое заболевание из этой группы имеет несколько форм, которые различаются по возрасту его начала, клинической выраженности и нередко по типу наследования.

Основные формы НБО

Нарушения обменов углеводов (например, болезни накопления гликогена)
Аминоацидопатии (например, фенилкетонурия)
Органические ацидопатии (например, алкаптонурия)
Нарушения окисления жирных кислот (например, глутаровая ацидемия 2 типа)
Лизосомные болезни (например, болезнь Гоше)

Порфирии (например, острая перемежающаяся порфирия)
Нарушение пуринов и пиримидинов (например, синдром Леша-Найхана)
Нарушение обмена стероидов (например, врожденная гиперплазия надпочечников)
Пероксисомные болезни (например, синдром Цельвегера)
Митохондриальные болезни (например, синдром Кернса-Сейра)

Панель: описание и возможности

Исследование проводится с помощью метода высокопроизводительного секвенирования (NGS) на секвенаторе Illumina NextSeq 500 со средним покрытием не менее 70-100х. В панель «Наследственные нарушения обмена веществ» входят более 500 генов, отвечающих за развитие наследственных болезней обмена, а также за часть заболеваний со схожими клиническими проявлениями, что позволяет облегчить дифференциальный поиск и выявление причины заболевания.

Показания к проведению исследования

В большинстве случаев врожденные нарушения метаболизма проявляются в первые дни жизни. Однако они могут остаться нераспознанными в период новорожденности, и диагноз может быть поставлен только через несколько месяцев и даже лет, а иногда дебютировать и во взрослом возрасте.

Врожденное нарушение обмена веществ должно рассматриваться как возможное состояние у любого ребенка с одним или более из указанных клинических проявлений:

Повышенный уровень определенных метаболитов в крови или моче (например, при исследованиях мочи на органические ацидурии или крови с помощью тандемной масс- спектрометрии)

Читайте также: