Персонализированная медицина открывает новые границы нашей жизни
Раздвинуть границы длительности жизни и остановить старение организма человека становится возможным в век биоинформатики и персонализированной медицины. И эти границы жизни каждого человека можно предсказать на молекулярном уровне.
Ирина Сарвилина, доктор медицинских наук, фармаколог, Ростов-на-Дону
Сегодня в европейских странах население приближается к долгожительству, все больше становится людей в возрасте старше 90 лет. Современные достижения биологии и медицины развеяли сомнения в том, что человек должен жить до 120 лет. Самые распространенные болезни человека - инфаркты, инсульты, онкология, связаны с реализацией программ старения, которые запускаются и реализуются на генетическом уровне. Границы нашей жизни зависят от индивидуального запаса прочности, который заложен в генах каждого человека и реализуется с помощью многочисленных молекулярных путей на уровне каждой клетки организма человека. Участниками этих путей являются многочисленные молекулы белков, липидов, углеводов, микро - и макроэлементы, которые приобретают в клетке в силу неведомых науке причин различные геометрические формы. Именно эти молекулярные особенности и создают своеобразный информационный банк данных о человеке, который важно вовремя понять и зафиксировать на носителе. Тогда мы сможем управлять собственной уникальной молекулярной информацией.
Итак, наука утверждает, что продолжительность нашей жизни объясняется генными изменениям. Генные изменения, связанные со старением, могут скрываться под разными терминами: точечные мутации, хромосомные перестройки, изменение числа хромосом. Результаты научных исследований все чаще говорят о том, что все генные перестройки связаны с определенными возрастными периодами в жизни каждого конкретного человека. И биологически все люди стареют с разной скоростью.
Считают, что время само по себе не оказывает биологического воздействия на организм человека. Но представляется, что это не так. На уровне клетки на протяжении всей нашей жизни работает уникальный биологический механизм, который подвержен влиянию фактора времени.
Интересные факты. В недавнем исследовании Вильяма Кауфмана и его коллег из университета северной Каролины выявлен белок потерянного времени, который останавливает время на уровне клетки, когда в ней возникают повреждения.
Каким же образом человек может определить свой биологический возраст и опасности, которые могут подстерегать его со стороны собственной генетической информации?
Сегодня появилась возможность определять мутации несложными методами. Любой человек может проверить, есть ли у него дефект в гене, определяющий, например, риск возникновения рака молочный железы, толстой кишки, артериальной гипертензии и других заболеваний, связанных со старением. Медицина располагает современной диагностической технологией генотипирования, которая представлена линейкой методов. Выявить тот или иной генотип довольно просто - достаточно исследовать в качестве материала обычный волос, кровь или мазок со слизистой оболочки рта. Каждый день мы являемся свидетелями появления новых методов генотипирования. Они становятся миниатюрными и скоро будут доступны каждому человеку. В лабораториях США, Западной Европы, Японии и России уже внедрен метод генотипирования с помощью ДНК-микро - наночипов. ДНК-микрочипы выявляют группу генов предрасположенности к развитию заболеваний человека. Разрабатываются и белковые чипы. Они позволяют обнаружить белки, отвечающие уже за развитие заболевания на уровне каждой клетки и организма в целом. Делом ближайшего будущего является разработка ДНК - и белковых микро-наночипов для диагностики индивидуальной схемы старения каждого человека и влияния времени на процесс старения.
Уже известны многие молекулы - участники процесса старения и гены, их кодирующие. Например, сегодня хорошо известны все молекулы-участники развития прогерии Хатчинсона-Гилфорда - одного из вариантов преждевременного старения.
Интересные факты. Внешние проявления прогерии Хатчинсона-Гилфорда мы можем легко себе представить, если увидим тщедушного, маленького ребенка с морщинистым лицом старика. Этот ребенок значительно отстает в развитии с первых месяцев жизни, остается маленьким, с почти полным отсутствием жировой клетчатки на теле. Тонкая, склеротическая кожа, выпадение волос, остеопороз и прогрессирующая сердечная недостаточность, нарастающая с возрастом, приводит большинство больных к смерти от инфаркта миокарда в подростковом возрасте.
С помощью ДНК - и белковых микро-наночипов мы можем при рождении выявить мутацию в гене LMNA и два ключевых белка, связанных с развитием прогерии Хатчинсона-Гилфорда: ламина А и прогерина.
Интересные факты. Ген LMNA, расположенный на хромосоме 1q21.2-q21.3, кодирует белок ламин A. Этот белок крайне важен для поддержания структуры каждой нашей клетки. Считают, что 90% больных имеют идентичную мутацию в одном аллеле этого гена, состоящего из замены оснований С-на-T в нуклеотиде 1824. Искаженная мембрана ядра клетки может быть более восприимчивой, чем нормальная, к механическим повреждениям. В результате мы получим повышенную гибель клеток. Болезнь редкая, каждый случай синдрома представляет собой новую мутацию, и эта мутация необходима, чтобы точно воспроизвести внешние проявления или фенотип болезни.
Сама природа подсказывает нам, что именно в детях-стариках хранится информация о вечной молодости. Сегодня метод генотипирования на основе чип-технологии позволил обнаружить высокую предрасположенность к развитию связанного со старением заболевания - сахарного диабета 2 типа при наличии другой мутации в гене LMNA. Другие LMNA-мутации ассоциированы с множеством разнообразных фенотипов: мышечной дистрофией Emery-Dreifuss, мышечной дистрофией нижней половины туловища и нижних конечностей, дилатационной кардиомиопатией, болезнью Charot-Marie-Tooth, семейной липодистрофией, мандибулоакральной дисплазией, рестриктивной дермопатией, генерализованной липодистрофией. Известны другие генетические синдромы с внешними проявлениями преждевременного старения: синдром Вернера и синдром Коккейна, связанные как с LMNA-мутацией и мутацией в WRN гене, который кодирует белок - фермент ДНК - хеликазу. Этот уникальный фермент отвечает за «починку» ДНК. Уроки, извлеченные нами из исследований прогерий, можно применить к процессам «нормального» старения. Уже сейчас в лабораториях мира разрабатываются молекулярные машины для диагностики старения. Разработки осуществляются с помощью интересного научного направления - биоинформатики.
Многочисленные данные, получаемые с помощью методов генотипирования, служат объектом информационного анализа. Биомедицинским анализом данных генотипирования занимается биоинформатика. Биоинформатика помогает нам понять любую значимую биологическую информацию.
Справка. Биоинформатика - это одна из дисциплин , изучающая молекулярные процессы, но не , а , то есть не в пробирке, а при помощи компьютров.
Методы биоинформатики и медицинские компьютерные программы в ближайшее время должны войти в жизнь каждого человека, как и чип-диагностика. В ближайшем будущем в нашей жизни появятся молекулярные машины, которые трудятся на наноуровне и позволят по капле крови, слюны поставить диагноз человеку путем соотнесения его уникальной генетической информации и биоинформационных данных, заложенных в персональном компьютере. Уже сейчас можно представить себе ситуацию: у человека появились первые признаки недомогания, в домашних условиях с помощью уникальных молекулярных машин он получает самое точное заключение о состоянии своего здоровья. В скором будущем для анализа генетической информации пациентам не придется отправлять образцы транспортными компаниями и ожидать результат неделями.
Интересные факты. Компания Nanosphere разработала тест-систему Verigene, позволяющую в течение нескольких часов прямо в кабинете врача анализировать ДНК в образце крови или другого биологического материала пациента, на наличие одной или нескольких генетических мутаций.
Ну, а если мы сможем получить исчерпывающее заключение о своем здоровье, то также сможем предложить себе режим помощи, в том числе, лекарственной. Генотипирование для разработки персонализированного режима лечения заболевания у каждого человека и создания лекарства для конкретного пациента - уже реальность. Этот процесс ежедневно происходит в лабораториях и научно-исследовательских институтах.
Интересные факты. Устранение молекулярного дефекта при прогериях возможно с помощью новых лекарств - ингибиторов фермента фарнезилтрансферазы, доклинические и клинические испытания которых выполняются группой ученых Томасом Брюннером и его коллегами. Инновационные лекарства позволяют прекратить токсическое воздействие прогерина на ядерную мембрану в клетке и остановить старение на клеточном уровне. Эта новая группа препаратов была создана с помощью методов молекулярной диагностики на чипе.
Применение методов генотипирования и белкового типирования не ограничивается биологией и медициной. Эти методы позволяют уже при рождении ребенка максимально раскрыть его возможности и рекомендовать направление развития. Уникальные методы помогают выявить у ребенка лучшие качества, необходимые для занятий конкретным видом спорта. Наиболее полный прогноз в отношении спортивного долголетия также можно получить с помощью методов чиповой диагностики.
Интересные факты. Подбор вида спорта для ребенка все чаще основывается на данных генотипирования. Известен факт, что наличие скоростных качеств у спортсмена определяется не только количеством мышечной массы, но и соотношением быстрых и медленных волокон. У нас в организме на генетическом уровне запрограммирован синтез белка альфа-актинина-3, который отвечает за развитие «элитных» мышечных волокон у человека. Этот белок синтезируется с гена в разной концентрации в зависимости от активности этого гена. Оказалось, что у атлетов-спринтеров мужского и женского пола частота встречаемости аллеля этого гена с обозначением «577R» выше, чем в группе контроля.
Итак, наша жизнь по-прежнему полна загадок. Мечты о бессмертии и максимальном раскрытии физических и психологических возможностей человека с помощью чудо-машин отбрасывать не рекомендуется - они обязательно сбудутся.
