Клуб выпускников МГУ: Биотех по-большому: как биомедицинские стартапы собираются зарабатывать на содержимом кишечника

В кишечнике человека проживают около 10 триллионов бактерий, которые постоянно взаимодействуют с организмом «хозяина». Микробиом кишечника способен вызвать ожирение, депрессию и даже рак. В последнее время некоторые из научных открытий в этой области достигли фазы коммерческого применения

В 2003 году завершился проект «Геном человека» - огромное международное исследование, с помощью которого удалось расшифровать полную последовательность человеческого генома. Теперь генетики и биоинформатики располагают огромным количеством данных, которые можно изучать в связи с риском различных заболеваний.

Но вслед за «Геномом человека» биологи взялись за новый проект - «Микробиом человека». Микробиологи обратили внимание на то, что в организме человека в симбиозе живет огромное количество бактерий, ДНК которых пока совершенно не изучена. При этом растет количество данных в пользу того, что геном бактерий так или иначе влияет на наше здоровье: в частности, на риск развития таких приобретенных заболеваний, как диабет второго типа, ожирение, рак. Более того, состав микробиоты может увеличивать или снижать вероятность того, что у вас разовьются заболевания, к которым уже есть наследственная предрасположенность - например, неспецифический язвенный колит, болезнь Крона, депрессия.

Но как изучить взаимодействие бактерий - а число их видов насчитывает около 1000 - с нашим организмом в режиме реального времени? Вот тут на помощь и приходит технология Organ Chip.

Кишечник в миниатюре

Команда исследователей из Гарварда разработала технологию «орган-на-чипе» (Organ Chip). Суть ее такова: колония бактерий, которую извлекают из образца стула, помещается на небольшой участок эпителиальной ткани. Это, можно сказать, кишечник в миниатюре: кусок ткани, которая выстилает стенки кишечника, снабжается сосудами и сохраняется в стабильных анаэробных условиях как минимум 5 дней.

Чтобы создать Organ Chip, команда из Гарварда взяла за основу устройство компьютерных микрочипов. Сам «орган-на-чипе» располагается на гибкой полимерной пластинке - размером она примерно с карту памяти для ноутбука. Пластина содержит полости - микрофлюидные каналы, с помощью которых можно воссоздать систему питания и обмена в тканях аналогично той, что происходит в организме.

Далее в один из каналов помещаются клетки выбранного человеческого органа - это может быть кожа, кишечник, легкое, костный мозг. Затем в соседнем канале воссоздается искусственная система кровообращения: для этого ученые используют живые эндотелиальные клетки - те клетки, которые выстилают внутреннюю поверхность наших сосудов.

Наконец, финальная стадия - воссоздать для «органа-на-чипе» условия, в которых обитают человеческие органы в реальности. В случае с «мини-кишечником» исследователи создали для него специальную анаэробную камеру, которая имитирует условия с низким содержанием кислорода для клеток кишечника - именно так это работает и в организме, - сохраняя при этом нормальную концентрацию кислорода в области искусственных сосудов.

Зачем все это?

Благодаря новой технологии ученые смогут проследить, как развиваются кишечные бактерии в естественной среде. Что будет, если количество какой-либо субпопуляции микробов резко снизится? А если пересадить в «кишечник» чужой микробиом - как это повлияет на окружающие ткани на клеточном и молекулярном уровне? Также исследователи смогут посмотреть, какие метаболиты - продукты жизнедеятельности - выделяют бактерии разных видов. Эти метаболиты могут быть ключом к пониманию того, как именно микробиом влияет на развитие болезней у человека.

Еще одна «фишка» технологии Organ Chip - она открывает новые возможности для персонализированной медицины. Микробиом разных людей бесконечно многообразен, и пока трудно найти некое общее решение по «идеальному составу» кишечных бактерий. Поскольку для технологии Organ Chip ученые берут клетки из кишечника конкретного пациента, они смогут изучать индивидуальные реакции именно его микробиома и подбирать персонализированную терапию.

В перспективе технология сможет помочь в диагностике и лечении людей с колоректальным раком, воспалительными заболеваниями кишечника, ожирением, циррозом печени, диабетом 2 типа, депрессией. Но на сегодня, как утверждают исследователи, у них еще недостаточно информации, чтобы перейти к практике. Хотя эксперименты на животных дают обнадеживающие результаты: в частности, удалось вызвать симптомы депрессии у крыс, пересадив им бактерии от их более депрессивных собратьев. Удастся ли проделать обратный фокус, да еще и на людях - пока остается вопросом.

Кто владеет рынком бактерий и экскрементов

В США недавно появилась компания Emulate, Inc. - стартап, запущенный институтом Висс Гарвардского университета, тем самым, в котором разработали технологию Ogan Chip. В Emulate теперь займутся тем, чтобы развивать и коммерциализировать технологию, в том числе и для изучения микробиома человека.

Рынок частного тестирования микробиома пока находится в зачаточном состоянии. Во всем мире не так много крупных игроков, которые готовы дать клиентам какие-то рекомендации на основе анализа стула. И одна из них родом из России. Компания uBiome предлагает несколько продуктов: тестирование микробиома «в вакууме», трехразовый тест - до, во время и после изменений образа жизни, рекомендованных сервисом, - подписку на регулярное тестирование кишечных бактерий, а также анализ микробиома на разных участках тела, включая кожу и гениталии. Цена вопроса при разовой покупке - от $89 до $399.

Сервис Viome фокусируется на том, чтобы с помощью анализа микробиома наладить диету и сбросить вес. К тесту за $199 «прикручено» приложение, в котором пользователю дают советы по питанию и БАДам.

Наконец, российский Atlasbiomed, который активно осваивает рынок Великобритании и другие зарубежные рынки, предлагает комплексную услугу. Вдобавок к тесту микробиома за $150 долларов можно заказать генетический тест - и рекомендации по питанию, профилактике и лечению заболеваний будут учитывать как ДНК ваших бактерий, так и вашу собственную.

Американская компания InSilico Medicine во главе с российским ученым Алексом Жаворонковым использует анализы микробиома и нейросети для того, чтобы определять возраст человека. Уже сейчас их технология «угадывает» возраст по кишечным бактериям с точностью до 4 лет. В последующем результаты таких тестов могут быть использованы для выдачи клиентам рекомендаций по продлению жизни - в этом и состоит основная миссия InSilico Medicine.

Правда, финансовые показатели компаний, работающих с анализами микробиома, оставляют желать лучшего. У одного из крупнейших игроков в этой сфере uBiome годовая выручка сейчас составляет $32 млн, а у их конкурента Viome оборот и вовсе насчитывает всего $3,4 млн. Тем не менее, обе компании получили инвестиции в десятки миллионов долларов на развитие - так что, возможно, нас вскоре ждет активный рост рынка микробиомных исследований.

Тормозит развитие компаний, производящих подобные тесты, во-первых, их цена (несравнимая с анализом на «дисбактериоз» в поликлинике!), а во-вторых, недостаточное развитие технологии. Но чем больше данных будет появляться у этих компаний и у ученых-исследователей, тем быстрее появится реальное практическое применение у «науки о фекалиях». И тогда, по расчетам микробиологов, простой анализ стула сможет заменить множество дорогих и инвазивных методов диагностики - а также станет ключом к лечению некоторых болезней.