Гены вам расскажут всё

Генетический анализ: процедура, которая стоила 3 миллиарда долларов, скоро будет доступна каждому. А зачем?

АЛЕКСАНДР ЖАВОРОНКОВ
КАНДИДАТ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ НАУК, ЗАВЕДУЮЩИЙ ЛАБОРАТОРИЕЙ БИОИНФОРМАТИКИ ФНКЦ ДГОИ, ДИРЕКТОР ФОНДА БИОГЕРОНТОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Гендиагностика - это очень широкая область, которую тоже можно разделить на несколько частей. Одна часть - это анализ генома человека, который можно сделать один раз в жизни и по нему рассказать о предрасположенности к различным заболеваниям, выявить отцовство, материнство, узнать свою этническую принадлежность (откуда вы пришли, к какой популяционной группе вы относитесь), можно понять, являетесь ли вы носителем какого-либо генетического заболевания и как вы реагируете на те или иные лекарства...

Можно делать гендиагностику в динамике: искать какие-либо изменения в организме за счет анализа свободно циркулирующих нуклеиновых кислот или из биопсии ткани. Выделяем ДНК (или из крови, или из клетки) и смотрим, что там не в порядке. Таким образом, можно диагностировать болезни или подбирать какую-либо стратегию лечения для определенной болезни по генетическому профилю конкретной клетки или группы клеток.

Также можно исследовать различные заболевания, вызванные вирусными инфекциями, бактериальными инфекциями и т.д.

О СТОИМОСТИ

Эта область шагнула далеко вперед за последние пять лет. Многие прорывы в гендиагностике, конечно, были сделаны при расшифровке человеческого генома, которая закончилась в самом начале этого века. Эти данные были использованы для большого количества различных генетических тестов и стратегий. Стоимость секвенирования первого человеческого генома составляла более 3 миллиардов долларов. Сегодня мы можем секвенировать человеческий геном за 5 тысяч. И эта стоимость очень быстро стремится к 1 тысяче долларов. Гипотетически можно секвенировать человеческий геном и за несколько долларов. В зависимости от того, когда эти технологии придут на рынок.

ОБ АНАЛИЗЕ ДНК ПЛОДА

Одна из областей гендиагностики, которую изучает наша лаборатория в Федеральном научно-клиническом центре детской гематологии, онкологии и иммунологии, - это ранняя неинвазивная пренатальная диагностика. Это стратегия анализа и выявления различных генетических заболеваний у плода в период беременности матери. Уже на 10-й неделе беременности можно взять у матери кровь, выделить фетальное ДНК, просеквенировать его, разложить какое-то количество считываний по хромосомам и посмотреть плоидность - количество хромосом у этого плода. Можно выявить такие болезни, как синдром Дауна (это три 21-х хромосомы), синдром Эдвардса и синдром Потау (т.е. 13-я и 18-я хромосомы). Такие тесты уже запущены в Америке четырьмя компаниями и активно используются. Гипотетически можно выявить большое количество генетических заболеваний, которых на данный момент существует более 1500, и в таком случае приходится секвенировать практически весь геном.

О ПРОРЫВАХ

История ранней неинвазивной пренатальной диагностики по свободно циркулирующим нуклеированным кислотам началась в 1997 году, когда профессор Деннис Ло в Гонконге выделил фетальное ДНК и фетальное РНК из периферической крови матери и опубликовал результаты. Он запатентовал методы с использованием свободно циркулирующих нуклеиновых кислот плода для пренатальной диагностики. На базе его исследований сразу несколько исследовательских групп начали разрабатывать методы диагностики. В конце 2011 года на рынке появились первые тесты по определению синдромов Дауна, Патау и Эдвардса по периферической крови матери. То есть от открытия до массового применения в клинике прошло порядка 15 лет. Сейчас эти прорывы случаются все чаще и чаще. Сегодня гендиагностика очень часто используется для выявления различных раковых заболеваний. По периферической крови мы можем определить большое количество типов рака. Мы можем не просто секвенировать ДНК, мы можем смотреть на другие механизмы регуляции.

О КОММЕРЧЕСКОМ ГЕНЕТИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ

Очень большой толчок в развитии генетического скрининга дали такие компании, как 23andMe, Pathway Genomics и Decode. Это компании, которые начали предлагать генетический скрининг для обычных людей или напрямую, или через докторов. В эти компании можно послать образец слюны, они выделят ДНК и расскажут об этнической принадлежности, покажут носительство различных заболеваний и предрасположенность к заболеваниям и метаболизм различных лекарств. И многие компании планируют переходить от микрочипов к полному геномному секвенированию. Эта индустрия достаточно новая, но сейчас идет семимильными шагами. Уже сегодня можно достаточно недорого, меньше чем за 300 долларов, получить информацию по собственному геному. В России такие исследования тоже проводятся.

О ЦЕНТРАХ В КИТАЕ И МАЛАЙЗИИ

Многие азиатские страны, например Китай, инвестировали огромные деньги в центры секвенирования и центры гендиагностики и генаналитики. Китайская компания Beijing Genomics Institute (BGI) сейчас обеспечивает около 20% мирового секвенирования. Малайзия инвестировала огромные деньги в биоинформатику. Малайзийский геномный исследовательский центр сейчас сотрудничает с нашим Научно-клиническим центром детской гематологии, онкологии и иммунологии по созданию центра гендиагностики.

О ДИАГНОСТИКЕ ПО ДНК

Гендиагностика сейчас очень активно используется для анализа инфекционных заболеваний и различных патологий. Вы приходите в компанию, сдаете кровь, выделяется общая ДНК, делается ПЦР1; или можно, например, в некоторых лабораториях сделать микрочипирование вашей ДНК и посмотреть различные биомаркеры заболеваний. 

Одним из узких мест в гендиагностике является биоинформатика. Для анализа полного генома или даже анализа большого количества микрочиповых данных требуются гигантские вычислительные мощности, алгоритмы анализа данных, а также большое количество специалистов биоинформатики. И это является проблемой. Сейчас биоинформатическая часть анализа генома может занимать больше времени, чем секвенирование. Также биологические процессы обусловлены сложным взаимодействием генетических и эпигенетических факторов («эпи» - это значит «над» генетическими процессами), таких как метилирование2 ДНК, конформационные изменения, микроРНК и многих других. Эти процессы очень сложные и могут изучаться только с использованием биоинформатики. В России обязательно стоит вкладываться в биоинформатику. Потому что это нерегулируемая область, где нет проблем с реагентами, можно многие алгоритмы запускать на обычном компьютере и анализировать данные, полученные за рубежом. GeneGo и Ariadne Genomics - oдни из самых успешных биоинформатических проектов, которые были проданы западным организациям за миллионы долларов, - имели именно российские корни.

_________
¹ПЦР (полимеразная цепная реакция) - метод, позволяющий обнаружить на основе генетической информации возбудителя заболевания.
²Модификация молекулы ДНК без изменения самой нуклеотидной последовательности .