Геном. Что это такое и зачем его расшифровывать?
Медицинская генетика
Анастасия Удилова:
В эфире передача «Медицина будущего» и её ведущие, Олег Дружбинский и я, Анастасия Удилова. Тема сегодняшней передачи: «Геном. Что это такое и зачем нужно его расшифровывать?» В гостях у нас молодой и перспективный учёный Дмитрий Светличный – PhD, или по-русски кандидат биологических наук, доцент факультета компьютерных наук Высшей школы экономики и ведущий научный сотрудник лаборатории биоинформатики на факультете компьютерных наук Высшей школы экономики.
Олег Дружбинский:
Дмитрий, спасибо большое, что вы пришли! Теперь, друзья, мы займёмся открытием одной из самых интересных тайн, выданных человеку ― тот самый код. Я сейчас начну говорить всякие сложные слова, а вы меня поправляйте.
Вы все, наверное, слышали слово «геном». Представьте себе цепочку ― это код, который существует внутри человека. Я правильно формулирую?
Дмитрий Светличный:
Геном, я бы сказал так, это последовательность символов. Код - это некий смысл, которым человек наделяет эту последовательность, если быть строгим.
Олег Дружбинский:
Благодаря этой последовательности мы с вами сейчас разговариваем.
Дмитрий Светличный:
Да.
Олег Дружбинский:
Значит какой-то смысл в ней есть.
Дмитрий Светличный:
Безусловно, тайны, которые она хранит, просто уникальны.
Олег Дружбинский:
Первый вопрос общефилософский. Как вы думаете, кто составил этот код или последовательность? Вы считаете, что в этом есть высшие силы, или это эволюция чистой воды?
Дмитрий Светличный:
Я думаю, если быть строгим, конечно, это эволюция. Высшие силы не действуют настолько постепенно, наверное.
Анастасия Удилова:
Есть гипотезы или теории возникновения ДНК? Может быть, вирусная теория?
Дмитрий Светличный:
Вирус сам состоит из нуклеиновых кислот. ДНК возникла из более низкомолекулярных соединений; как-то так сложилась в процессе эволюции, никто не знает, как и почему, однако эта молекула выжила. Вообще, считается, что первой появилась молекула не ДНК, а молекула РНК. Если следовать строго эволюции, то первой была молекула РНК, которая отличается от ДНК немного своими 3D, то есть трёхмерными свойствами, так и составом: дезоксирибонуклеиновая кислота и рибонуклеиновая.
Олег Дружбинский:
Хорошо, будем считать, что вы агностик. Вы считаете, там что-то есть, но что именно – вы не знаете, можно так сформулировать.
Дмитрий Светличный:
Не знаю, я не уверен.
Олег Дружбинский:
Давайте, перейдём к сути. Геном - это последовательность неких символов. Давайте, мы сейчас определимся, что уже в них расшифровали. Их расшифровывают, правильно?
Дмитрий Светличный:
Мы пытаемся понять, что конкретно, какую именно информацию несут те слова, то есть те несущие смысл и информацию участки, какую играют функциональную роль. Есть прогресс, последнее время проводится много исследований, но главное, что удалось понять, – где находятся гены. Я сейчас назову некие данные, вы будете абсолютно удивлены. На самом деле, в геноме человека только 2% - это кодирующие участки и 98% - то, что не кодирует. В смысле то, что они кодируют, не превращается потом в белок. То есть последовательности, которые находятся между ними, играют, в основном, регуляторную, поддерживающую, структурную роль, участвуют в различных сложных перестройках в процессе репликации, то есть когда молекула ДНК удваивается, когда клетка делится. Но 98% из этого не становится белком.
Анастасия Удилова:
За счёт того, что ДНК регулирует возникновение белков, происходят все наши процессы в организме.
Дмитрий Светличный:
В итоге процессов выделяются белки, которые синтезируются по последовательности, по той информации, которая закодирована в последовательности ДНК.
Анастасия Удилова:
Есть термин «мусорная ДНК», как раз те 98%? Вообще, это корректный термин.
Дмитрий Светличный:
Когда ещё мы учились в университете, тогда были 98%, назывались «мусорные ДНК». Есть достаточно свежее исследование, 5-7-летней давности. Был глобальный проект, который называется Encode, дословно по-русски это «Энциклопедия элементов ДНК», где учёные занимались исследованием того, что находится в не кодирующих участках. Ключевым моментом исследования оказалось, что, как минимум, 87% из них являются функциональными. Они нашли в ДНК какую-то активность на эпигеномном уровне или на уровне того, что какие-то белки работают.
Олег Дружбинский:
Я понимаю, что без терминов совсем никуда. Чтобы было понятно, 2% в цепочке геномов – это запускающие, что называется, программки. У компьютерщиков есть понятие «экзешный файл», ты нажимаешь, и он запускает программу, чтобы вся программа запустилась и раскрылась.
Дмитрий Светличный:
Аналогия справедливая.
Олег Дружбинский:
Есть 2% «экзешников», которые запускают всю цепочку, благодаря которой мы с вами в итоге разговариваем.
Дмитрий Светличный:
Согласен. «Экзешников» около 2%, а остальное –вспомогательные файлы. Где-то хранятся изображения, где-то ещё что-то.
Олег Дружбинский:
Хорошо, я понял. Каким-то образом так выстроилось, что специальные «экзешники», некие участки генома, специально запускают разворачивание всей программы, и из неё в итоге вырастает… Что вырастает, кстати, из генома? Я плохо себе представляю, что это такое. Это цепочка внутри молекулы, что это?
Анастасия Удилова:
Из чего состоит молекула?
Дмитрий Светличный:
У нас есть хромосомы. У нас молекула ДНК не то, чтобы одна длинная, у нас в 46 хромосом в клетке, если клетка не половая. Если клетка не половая, то их 46. Фактически, у нас 46 молекул ДНК. Если вместе протянуть, получится примерно 3 млрд нуклеотидов, то есть 3 млрд маленьких структурных блоков. В них и определяют последовательность генов, а те, в свою очередь, определяют то, какие белки будут у нас в организме.
Анастасия Удилова:
Из чего состоят структурные блоки? Какой субстрат? Углерод?
Дмитрий Светличный:
Углерод, кислород, азот, водород – всё то, что есть в организме. Всё, что есть, основа органической химии, это оно.
Анастасия Удилова:
Даже мне сложно представить, что это не какой-то микропроцессор в каждой клеточке, а простые, элементарные.
Дмитрий Светличный:
Да, просто соединённые друг с другом в определённой последовательности.
Олег Дружбинский:
Хорошо, я понимаю, что в этой последовательности что-то закодировано. Если мы возьмём какую-нибудь молекулу, то в ней закодировано, что замечательная девушка Ася будет с нами сидеть, и у неё будут такие глаза, волосы и всё прочее. Или я такой, не очень, не с такими глазами.
Анастасия Удилова:
Чуть-чуть на себя одеяло перетяну. А с чем связано, например, то, что волосы у меня были до подросткового периода прямые, а потом они начали виться, это как?
Дмитрий Светличный:
Тоже генетически.
Анастасия Удилова:
А что это значит, что какой-то ген спал, а потом проявился?
Дмитрий Светличный:
Какой-то ген спал, какой-то проявился. В конкретном случае с вашими волосами не могу дать экспертную оценку, я их не исследовал. Но в целом да, такое вполне нормально. В процессе развития у нас какие-то гены активируются, какие-то гены уменьшают свою активность, это нормально.
Олег Дружбинский:
Может, у них мутации происходят?
Дмитрий Светличный:
Но, не во всех сразу волосах. Мутация - это процесс случайный.
Олег Дружбинский:
То есть, 2-3 волосика закудрявились, тогда мутация?
Дмитрий Светличный:
Один, два, третий уже маловероятно. Так что так. То есть мутацию здесь однозначно отметаем.
Олег Дружбинский:
То есть в какой-то момент какая-то цепочка генов заснула, в какой-то момент она проснулась. Назовём это так.
Дмитрий Светличный:
Да. Вообще, у нас во всех клетках молекула ДНК везде одинаковая, кроме лейкоцитов, которые есть иммунные клетки. Но клетки разные. То есть у нас есть сердечные, нервные, эпителиальные клетки, функциональные свойства у них абсолютно разные. Белки, которые в них преобладают, абсолютно разные. Но ДНК одинаковая. Именно тот кусок, те 98%, которые мы считали раньше «мусорными», они, на самом деле, играют ключевую роль в том, чтобы сформировать многообразие всех клеток в нашем организме. Они запускают ту точную программу, которая активирует определённые гены в нужные моменты времени нашего развития. Я имею в виду эмбриональное развитие, когда формируется все. То есть активирует, определённые гены подавляет, в итоге у нас формируется многообразие клеток. Процесс очень точный, очень отточенный. Если взять пересадить, то снова получится.
Анастасия Удилова:
Но, мы же все отличаемся по генам? Или у кого-то они спят, а у кого-то активны? Потому что мы все особь одного типа, по сути, одинаково функционируем.
Дмитрий Светличный:
Наша последовательность ДНК, тотально упрощённо скажем, состоит примерно из 3 млрд нуклеотидов. Если мы возьмём все 3 млрд нуклеотидов и сравним меня за вторым ведущим, поскольку коллега мужского пола, то между нами отличия будут сотые, а то и тысячные доли процента.
Анастасия Удилова:
Это те единичные гены, которые отвечают за цвет волос, цвет глаз.
Дмитрий Светличный:
Будут отличаться даже небольшие замены в генах, и в тех не кодирующих участках, в тех 98%, тоже будут определённые отличия. Я скажу даже больше: возьмем, допустим, человека и шимпанзе. 39% генов, а у человека это примерно 25 тысяч, вообще будут идентичны. В остальных, максимум, будет один–два нуклеотида не синонимичными, то есть теми, которые изменят аминокислоты в белке. Во всем белке, который есть, один нуклеотид на белок, то есть один на ген замена, то есть очень-очень мало.
Олег Дружбинский:
Вы доказываете сейчас своими словами горькую гипотезу Дарвина о том, что мы произошли от обезьян.
Дмитрий Светличный:
Наверное, да. Но мы ушли дальше, чем обезьяны.
Олег Дружбинский:
Тем не менее, вы очень интересно рассказываете. Что интересует обычных, простых людей? Благодаря тому, что вы уже расшифровали в коде, а вы уже почти расшифровали, насколько расшифровали в процентах?
Дмитрий Светличный:
А мы не знаем предел, в том и проблема.
Анастасия Удилова:
То есть 98,2% - это от общего числа шифрованных материалов?
Дмитрий Светличный:
98,2% – мы знаем последовательность. Можно сравнить с древнеегипетским текстом. Мы его получили и видим там аистов, но мы не понимаем, что они значат. Мы узнали, что этот символ с аистом что-то означает, другой символ, мы знаем, что примерно солнце, это луна. Всё остальное, что между ними и как они связаны, мы не знаем.
Анастасия Удилова:
Фраза «расшифрованный геном» звучит громко.
Дмитрий Светличный:
Да. Давайте, немного ударимся в историю. Началось в далёкие 1980-е, когда появился проект «Геном человека». Советский Союз тоже принимал участие в том международном проекте. В СССР работу возглавил Институт молекулярной биологии, который находится Вавилова, 32, я там когда-то работал. Нам досталась одна из не самых больших хромосом, то ли 18-я, то ли 21-я, могу запамятовать. Но потом деньги кончились, и наше участие в международном проекте закончилось. В начале 2000-х вышел, так называемый, первый драфт, то есть первый черновик генома человека. Тогда взяли за секвенирование, если я правильно помню, несколько геномов, один, два европейца…
Олег Дружбинский:
Секвенирование - это размечивание.
Дмитрий Светличный:
Секвенирование – это определение последовательности 4-х букв в строке символов длиной в 3 млрд. Тогда взяли несколько европейцев, одного, по-моему, азиата, несколько человек секвенировали. На сегодняшний момент секвенировано порядка, я боюсь прикинуть, под сотню тысяч геномов, наверное. Я, может быть, загнул, ― 10 000 геномов, я думаю, секвенировано, разных видов, разных людей.
Олег Дружбинский:
Людей и животных, или только людей?
Дмитрий Светличный:
Нет, только людей. Более того, во многих случаях померены не только люди, не только нормальная ткань, но взята, например, раковая опухоль того же человека. То есть здоровая ткань и раковая опухоль, чтобы сравнить, что изменилось, где те изменения, которые есть в раке.
Во всех клетках молекула ДНК одинаковая, кроме лейкоцитов, но сами клетки разные. Белки, которые в них преобладают, тоже абсолютно разные. 98% ДНК играют ключевую роль в том, чтобы сформировать многообразие всех клеток в нашем организме.
Олег Дружбинский:
Мы к раку чуть попозже перейдём, это отдельная, очень интересная тема. Я сейчас чуть-чуть вернусь к самой расшифровке. Я себе наглядно представляю некий участок каменной скалы, на ней выбиты иероглифы, довольно много. Почти 3 млрд, большая протяженность. Вы пытаетесь каждый из участков перевести на наш человеческий язык. Вы сказали, что есть 4 основных символа, которыми вы оперируете в цепочке. Что они означают, откуда они? Как вы определили, что их 4?
Дмитрий Светличный:
4 минимальных структурных единицы блока молекулы ДНК, которые соединяются с собой через определённые ковалентные связи. Они друг за другом выстраиваются в длинные полимеры, образуя цепочку. В зависимости от их расположения формируется определённая трёхмерная структура. Это уже другой уровень иерархии сигнала, его кодировки, у него есть своя пространственная организация в цепочке. Но, ключевую роль, что определяет различие вас, меня и нас вообще всех, в целом, отличие от животных, играет работа белков. Тут играют роль два аспекта. Первое - то, какой белок, то есть то, какая считалась последовательность аминокислот в белке гена, и второй момент – количественный. То есть вместе сошлись два фактора: качество и количество.
Анастасия Удилова:
Так всё-таки, за цвет глаз и за волосяной покров отвечает ген или белок, который образовался?
Дмитрий Светличный:
В конечном счёте белок. Если у вас последовательность гена будет нормальной, но по каким-то созданным искусственным условиям, допустим, мы будем убирать белок, у вас либо сменится цвет волос, либо их количество на голове.
Олег Дружбинский:
А может, и вообще не будет, я понял. Тут пока с экспериментами не очень. Знаете, меня интересуют практические вопросы, хотя, может быть, они не практические. Где-то я то ли читал, то ли слышал, что посредством всяческого анализа генома человека выяснилось, что 6% генов у нас неандертальцев. Очевидно, наши предки с ними имели какие-то близкие отношения. Я, конечно, я не присутствовал, тем не менее. Скажите, пожалуйста, мы можем действительно расшифровать всю, скажем так, генеалогию каждого человека? Когда-то я наткнулся на любопытные данные. Если мы сделаем срез, допустим, на территории нашей страны и возьмём 1500-й год, то у каждого из нас с вами сейчас около 70 млн родственников по цепочке. Я вас сейчас всех обрадую: мы наследники выживших. У каждого из нас есть 70 млн родственников, то есть довольно много, половина населения сегодняшней России. Мы можем всех прочитать до самого конца? Или ещё нет?
Дмитрий Светличный:
Эту задачу, я думаю, мы можем достаточно неплохо решить, если у нас будет последовательность всех...
Олег Дружбинский:
Если мы все 70 млн возьмём и прочитаем.
Дмитрий Светличный:
Если мы прочитаем не 70 млн, а наши 146 млн по Российской Федерации, допустим, 111 млн этнического русского населения, неважно. Мы их прочитаем, мы сможем установить ближайший к каждому и установить последовательность, чем они схожи.
Олег Дружбинский:
Мы с вами, может быть, родственники. 5 веков, не так уж много. Очень любопытно. Вернёмся ещё раз к расшифровке.
Как вы расшифровываете, физически как это происходит?
Дмитрий Светличный:
Физически примерно следующее. Мы готовим препарат, взяли много клеток, выделили из них имеющуюся в них ДНК. Далее запустили определённую реакцию ферментов, которые называются полимераза, она делает много копий молекул нашей ДНК. Добавили в раствор мононуклеотиды. Как я говорил, ДНК состоит из 4-х букв, то есть 4-х нуклеотидов. Мы добавили их много в единичном составе, и фермент, используя нашу ДНК, как матрицу, синтезирует короткие фрагменты в специальной машине, где достаточно тонкий технологический физико-химический процесс, как это прикреплено. Он синтезирует определённые последовательности до какой-то длины, насколько он успевает сделать – это зависит уже от используемой машины. Так это определяется. Я могу рассказать, как определялась, когда метод только появился. Сейчас это высокотехнологичное развитие. Если читать тем методом, то мы бы читали геном человека примерно лет 10-15. Сегодня в машине мы можем прочитать геном за сутки, условно одного человека. Всем миром старый проект стоил, сами понимаете, сколько сотен миллионов долларов. Сейчас можно сделать за 1500-2000 $ примерно за одну ночь.
Олег Дружбинский:
То есть технологии развиваются и можно узнать весь собственный геном.
Дмитрий Светличный:
У меня даже есть друзья, которые секвенировали свой геном. Можно сделать, услуги предоставляются на коммерческом уровне.
Олег Дружбинский:
Вы привели очень хорошую аналогию с довольно большим текстом, написанным чем-то похожим на египетские иероглифы. Условно говоря, вы можете выдать фотографию текста с египетскими иероглифами. Но, что там написано, вы знаете?
Дмитрий Светличный:
Что написано – мы можем указать небольшое количество участков, про которые мы что-то знаем.
Олег Дружбинский:
Этот иероглиф значит дохлую рыбу, например.
Дмитрий Светличный:
Я бы сказал так: иероглифы вместе значат то-то. Более того, мы можем сказать: вы в мире не первый, кого секвенировали. В мире секвенировали столько людей, а из секвенированных, если у вас должен быть один иероглиф, но на его месте находится другой, то в 5% случаев, например, это было у людей с шизофренией или чаще встречался рак почек, например, так можно сказать. Или этот иероглиф был связан со специфической чувствительностью к такому-то фармпрепарату, известному на рынке, у такой-то доли людей. Это можно сказать.
Олег Дружбинский:
Понятно. Вы уже к иероглифам в каком-то смысле привязываете медицинскую статистику.
Дмитрий Светличный:
Статистику, да. Это пока единственный метод работы, к сожалению. Единственное, что можно, пока удаётся в мире делать, – получать последовательности среди многого количества людей; зная фенотип, зная истории людей, кто чем болел, кто от чего умер, у кого было, зная дополнительную информацию, можно попытаться провести ассоциацию между иероглифом в конкретном месте и тем состоянием, которое у него было, найти статистическую взаимосвязь. Это можно сделать.
Олег Дружбинский:
Сейчас мы перейдём к самой важной точке: чего человек хочет. Он хочет, чтобы где-нибудь нажали на какие-то точки, и он не болел. Можно ли корректировать геном таким образом, чтобы, например, предотвратить заболевание?
Дмитрий Светличный:
Случаи есть, они имеются. Достаточно перспективное направление. Называется, в основном, метагенная терапия, достаточно перспективная. Появилась она относительно давно, но, выход на рынок, использование уже применительно к лечению человеческих заболеваний, бум был, считается, год 2017-й. Лидирующим государством, кто больше всего имеет в этом плане ― США. Также один из лидеров, будет удивительно, это Южная Корея, например, на рынке разработок. Есть поменьше в европейских странах. Российская Федерация представлена, например, единственным препаратом, который был зарегистрирован от атеросклероза нижних конечностей примерно в 2013 г.
Олег Дружбинский:
Препарат тоже на уровне генома воздействует?
Дмитрий Светличный:
В метагенной терапии что предполагают? Давайте, концептуально. Есть сложные случаи, так скажем, у человека большинство признаков полигенной природы. Вопрос, почему это происходит. «Полигенный» значит много генов отвечают за какой-то признак. Была старая гипотеза ещё в учебниках, когда я учился: один ген - один признак. Но это не так. Много генов – какой-то признак, на самом деле, и то, как они работают, или комбинаторное взаимодействие между ними. Почему это происходит? Ответ очень простой: для надёжности. Дублирующие системы, многократно дублирующие системы. Некоторые заболевания есть моногенные. Их меньшинство. В частности, гемофилия, например, тот же муковисцидоз, если я правильно помню, в большинстве случаев всё же один ген. Для многих случаев конкретно для моногенных заболеваний есть возможность исправить. В чем суть? У нас в клетке есть одна или две копии патологического гена. У нас же хромосом парный набор, 46 хромосом, 23 пары. У нас есть две копии, поломана может быть одна или две. Старая школа, аутосомно-доминантные, рецессивные признаки, – все могут помнить со школьных уроков биологии.
Анастасия Удилова:
Их никто не помнит.
Олег Дружбинский:
Что может доминировать, а что наоборот. Тёмные волосы доминируют.
Дмитрий Светличный:
Да, тёмные глаза тоже доминируют, это всё есть. Можно исправить. Это значит внести в клетку либо здоровый ген и заставить клетку продуцировать здоровый белок ― то, чего нам не хватает, либо можно попытаться увеличить количество. Сейчас я скажу стадии. В частности, что касается гемофилии, некоторых случаев муковисцидоза, на них есть зарегистрированные препараты. Вообще, в чем проблема? Во-первых, это относительно редкие болезни. Проблема отрасли в том, что мы научились пока немного делать с помощью генной терапии: создавать генно-инженерную конструкцию с помощью вирусов, доставлять этот материал в клетки, где он либо внедряется в геном...
Олег Дружбинский:
И что, всегда 100%-ное попадание?
Дмитрий Светличный:
Нет, не всегда. Еще может быть проблема попадания не в то место или ещё что-то. Вирус сам по себе представляет определённую токсичность, как у любого лекарственного препарата, есть определённые побочные эффекты. Где-то печень хворает, где-то другие органы.
Анастасия Удилова:
В какое количество клеток нужно вирус запустить? Гемофилия, например.
Дмитрий Светличный:
Клеток, в большое количество клеток нужно запустить.
Анастасия Удилова:
Как это осуществить?
Дмитрий Светличный:
Ещё банальный пример, пытаются разрабатывать препараты для лечения болезни Паркинсона, когда у нас недостаточно дофамина в чёрной субстанции. При болезни Паркинсона те нейроны, которые вырабатывают дофамин, гибнут, они пытаются заставить другие нейроны, которые выжили, продуцировать дофамин. В общем, пытаются много что сделать. Но суть в том, что большинство случаев этих заболеваний достаточно редкие. Фармкомпании, которые пытаются выйти на рынок, вынуждены делать препарат достаточно дорогим, иначе все эти исследования не будут окупаться, клиентов мало. Аспирин покупает каждый второй, а такой препарат нужен каждому десятитысячному.
Анастасия Удилова:
Вы сейчас про генную инженерию говорите?
Дмитрий Светличный:
Да, мы сейчас про генную терапию, в частности. Классический пример: нидерландский стартап выпустил прекрасный препарат, который лечил, я уже не помню, какое заболевание. Лечение стоило несколько миллионов долларов, у них за всё время купил один или два человека. Стартап провалился, их многомиллионные инвестиции просто пропали.
Олег Дружбинский:
Горю фармкомпаний, я, конечно, сочувствую, но по-настоящему разделить не могу. Ужас перед врачебной ошибкой я, честно говоря, разделить могу. Сейчас, пока вы достаточно убедительно рассказывали про то, как вы и ваши коллеги по цеху расшифровали и разобрались с большими участками кода человека (я так его называю для общего понятия), я вдруг вспомнил байку про Авиценну. Им все восхищались, как выдающимся врачом, он легендарным был ещё при своей жизни. А он в ответ на восхищения сказал: «Вы знаете, на каком месте сейчас находится наука? Представьте, что вы засунули руку в щель забора и там стоит осёл. Вы его взяли за хвост и дёрнули. Осел заорал. Вы ещё раз дернули, он ещё раз заорал. И вы думаете, что вы уже научились управлять ослом».
Дмитрий Светличный:
А на самом деле, вы научились только дёргать осла за хвост.
Олег Дружбинский:
Да, и в любой момент он может брыкнуть и убежать, а то ещё дать копытами по руке. Ваше убеждение: мы уже перешли эту стадию?
Дмитрий Светличный:
Нет, похоже, мы всё ещё дёргаем осла за хвост. Мы научились ещё отличать тот момент, когда мы дергаем осла за хвост и узнавать по хвосту, например, насколько он гладкий, мягкий и так далее. Чуть-чуть побольше. На самом деле, мы ушли не очень далеко, что печально.
Олег Дружбинский:
Но зато вы сейчас сказали правду.
Анастасия Удилова:
Дмитрий, на данный момент процесс изучения генома ― это больше интерес, или есть уже какие-то понимания, для чего это нужно делать?
Дмитрий Светличный:
Безусловно, понимание есть. Пытаемся применять и в диагностике, и в персонализированной медицине. Но, в то же время по персональным данным имеется определённая законодательная основа. Только представьте, сейчас множество людей пытается в той или иной степени определять последовательность своей ДНК. Как я сказал, мой товарищ заказал секвенирование генома в коммерческой компании, получил на выходе результат.
Олег Дружбинский:
А что он, кстати, получил?
Дмитрий Светличный:
Вы получите то, что закажете. Он заказал получить файл на флешке, который решил проанализировать сам. Он решил сделать ту работу, которой я занимаюсь как биоинформатик. Он получил файл. Вы можете обратиться, есть разные сервисы. Один из самых популярных - международный 23andMe, многие слышали. Он заплатил большие деньги за весь геном. Там сделают расшифровку маленьких кусочков генома, про которые более-менее что-то известно.
Олег Дружбинский:
В каком виде эта расшифровка?
Дмитрий Светличный:
Я сам никогда не делал, но, если я правильно понимаю, у вас будет web-страничка, там будет написано, что у вас такая-то предрасположенность к такому-то заболеванию.
Олег Дружбинский:
23%. И что мне это даст?
Анастасия Удилова:
Плохо спать все будем.
Олег Дружбинский:
«У вас 23% предрасположенность к бессоннице», и ты зависаешь на этом утверждении.
Дмитрий Светличный:
Что для вас значит? Каждый сам решает, что для него это значит.
Анастасия Удилова:
На сегодняшний момент конкретно в каких областях уже применяются существующие достижения генной инженерии?
Дмитрий Светличный:
Давайте, расскажу пример. Моя коллега, у неё была беременность, и возникло подозрение, что плод имеет патологию внутриутробного развития. Ей было произведено неинвазивное исследование: взяли её кровь, посмотрели последовательность ДНК, (сильно упрощаю процесс) нашли те части, которые принадлежат ребёнку. То есть посмотрели ДНК не только ее, но и ребёнка. Установили, что никакого синдрома Дауна или других хромосомных патологий у него нет и можно продолжать беременность. Девушка родила через определённое время здорового малыша.
Анастасия Удилова:
Это из эритроцитов?
Дмитрий Светличный:
Нет, не из эритроцитов, из крови взяли.
Анастасия Удилова:
ДНК свободно у нас в крови циркулирует?
Дмитрий Светличный:
Даже клетки плода попадают в общий материнский кровоток, поэтому их можно отследить. Если раньше это была тяжёлая процедура амниоцентеза, когда иголкой протыкают плодный пузырь, то сейчас это совершенно не так. К сожалению, во многих местах по-прежнему протыкают, но можно, есть возможность сделать неинвазивно. Представляете, как мы шагнули. Где ещё применяется? Мы все знаем такую проблему как онкология. Все знают такую проблему, как резистентность, то есть устойчивость к химиотерапии. Как это происходит? Опухоль тоже претерпевает свою определённую эволюцию, только этот процесс идет гораздо быстрее. Мы хотим расшифровать опухоль или какие-то участки, которые определяют устойчивость к терапии, или сделать определённый другой анализ активности генов (не будем вдаваться в детали), где попытаемся ответить на вопрос: какую терапию наиболее оптимально выбрать для конкретного пациента с его опухолевым состоянием, для того чтобы получить максимально эффективный результат?
Анастасия Удилова:
То есть опухоль - самообучающаяся система?
Дмитрий Светличный:
Да. Она неплохо адаптируется к терапии, это факт. Мы хотим и такие вещи узнать.
Олег Дружбинский:
Я правильно понимаю, что вы можете взять, условно говоря, на анализ геном опухоли и геном нормальной ткани и сравнить?
Дмитрий Светличный:
Даже не надо нормальную ткань, просто ткань опухоли. Можно сравнить, попытаться сделать определённое компьютерное предсказание по результатам расшифровки, какие препараты, а желательно – какую комбинацию препаратов следует выбрать конкретно для данного пациента, чтобы не терять зря ценное время, чтобы не лечить пациента тем, что ему не нужно, не показано и вредно.
Олег Дружбинский:
Скажите, пожалуйста, у меня к вам такой вопрос. Базы данных находятся сейчас в разных странах, разные медицинские центры владеют информацией. Это очень важная статистика. Если у тебя в коде что-то прописано, то одно дело, что были эксперименты на 10 пациентах, и другое дело – на 10.000, тогда совершенно разная вероятность твоего личного выздоровления. Как сейчас, базы как-то корреспондируют друг с другом? Я имею в виду экспериментальные базы.
Дмитрий Светличный:
Тут можно выделить две части. Первая часть, про которую я говорил, что больше стараются предоставлять сервис на уровне определённых компаний, стартапов, в основном европейских, американских, по определению устойчивости к химиотерапии. Как я сказал, по всему миру тотально секвенированы примерно 10.000 геномов. Есть определённые этические соглашения, потому что по ДНК можно идентифицировать человека, а человек хочет быть защищён. Если этические нормы и договорённости соответствующим образом соблюдены с человеком, то эти данные, эти результаты становятся публично доступны. Если это было сделано в университетских учебных целях, в академических целях, то результаты становятся доступными, но доступ может получить не каждый человек. Есть, допустим, данные глобального консорциума TCGA, Cancer Genome Atlas, где секвенировали геном раковых опухолей. Я, как человек с улицы, могу получить информацию через их сайт только к верхушке. Если я хочу получить данные непосредственно самого секвенированного генома, саму последовательность, то это достаточно сложная процедура. Я должен подтвердить аффилиацию к вузу, например. Это защита данных человека, который болел, болеет, защита персональных геномных данных конкретного человека. Это все становится доступным. Любой ученый может взять, сделать, проверить, не ученый. Это делается специально публично доступным, потому что у нас гораздо больше данных, чем понимания о них. То есть данные, полученные в Америке, могут обрабатывать учёные из России, получают к ним доступ, американцы не против, делятся информацией.
Олег Дружбинский:
В самом начале программы я задал философский вопрос. Каким-то образом код сформировался –– мы не знаем, каким, или уже знаем, всё-таки? Скажите, можно ли сейчас, допустим, взять амёбу и из неё просчитать вероятность появления, например, Анастасии.
Дмитрий Светличный:
При определенных условиях – да. Мы можем моделировать разные условия на компьютере.
Олег Дружбинский:
Хватит ли времени существования Вселенной, чтобы пройти путь кодирования от амёбы к Насте?
Дмитрий Светличный:
Хватило же когда-то. Однозначно хватило, ведь динозавры тоже были, у них кстати тоже была ДНК.
Олег Дружбинский:
При чем тут динозавры? Я всю цепочку хочу понять. Она ведь каким-то образом изменялась и выстраивалась по времени. Теперь мы имеем очень сложную цепочку, настолько сложную, что мы даже не можем её понять.
Дмитрий Светличный:
Я приведу такую аналогию. Я бросаю камень отсюда сюда. У меня есть начальная точка и конечная. У вас есть начальная амеба и конечная Ася. Путей, по которому можно прийти от амёбы к Асе, множество; бесконечно много путей, по которым можно прийти. Вы пытаетесь решить достаточно сложную задачу. Если честно, задача найти путь от Аси обратно к амебе и узнать все промежутки математически ещё сложнее.
Анастасия Удилова:
Я рада, что мне будет сложно превратиться в амёбу.
Дмитрий Светличный:
Как оказалось, обратно ещё сложнее.
Олег Дружбинский:
Ася, не волнуйся, это шутка. Очень интересная тема, и, самое главное, что вы стоите в самом, фактически, начале этого открытия. Оно может привести к загадочным вещам, не побоюсь этого слова.
Дмитрий Светличный:
Мы меняемся очень быстро. Когда я учился по учебникам, там ещё было написано «эгоистическая ДНК». Мои соболезнования текущим поколениям, потому что то, что написано в их учебниках, устареет ещё быстрее, чем те, по которым учился я. Если я не ошибаюсь, то в Соединенных Штатах примерно 70% научного бюджета тратится на исследование живых систем, то есть на биологию. Это одна из самых активно развивающихся дисциплин сейчас в мире.
Анастасия Удилова:
Почему «эгоистичная ДНК»?
Дмитрий Светличный:
«Эгоистичная», потому что мы думали, что 98% в геноме таскаем за собой, реплицируем, храним, репарируем, восстанавливаем от мутаций и так далее. Просто зазря таскаем за собой. Оказалось, не зря. Много чего там того, что играет большую роль.
Олег Дружбинский:
Великолепно! Действительно, объём знаний увеличивается. За год–два мяукнуть не успеешь – уже всё будет открыто.
Дмитрий Светличный:
Будем надеяться, что всё же процесс будет двигаться побыстрее.
Олег Дружбинский:
Друзья, наша программа прошла к концу. Естественно, мы не смогли всё обсудить, потому что тема огромная, глубокая. Но по крайней мере, общее представление мы получили. А главное, мы все очень заинтригованы, что же написано в списке иероглифов. Очень хочется узнать.
Анастасия Удилова:
Мы хотим пожелать Дмитрию удачи, творческих успехов вам и всем генетикам нашей планеты! С вами была передача «Медицина будущего». Говорили сегодня о геноме.