Город будущего. Генетическая медицина

Новость о том, что во льдах острова Малый Ляховский Новосибирского архипелага обнаружены останки мамонта, всколыхнула всю науку. Доисторических слонов в вечной мерзлоте находили и раньше, но на этот раз ученым повезло – туша животного сохранилась настолько хорошо, что из нее можно выделить кровь, ценнейший биологический материал, дающий ученым шанс полностью восстановить генетический код шерстистого слона.

"Если это так, то у нас дальше вопрос чисто технический. Нет принципиальных ограничений, чтобы клонировать мамонта", — говорит директор по научной работе Центра инновационных биотехнологий "Аллель" Андрей Татаренко.

По самым скромным подсчетам, для начала работ ученым понадобится около 1 миллиона долларов, что не так уж много для сложнейших исследований на молекулярном уровне. Да, генетические технологии пока дороги, но наука не стоит на месте. Через несколько лет может стать реальностью не только клонирование доисторических животных, но и лечение человека на генетическом уровне.

"За последние 10 лет произошла революция в чтении генетической информации: теперь мы эту книгу можем быстро и эффективно читать. Есть специфические области, где эта медицина будет востребована даже больше, чем традиционная медицина", — уверен доктор биологических наук, завлаборатории геномики и эпигеномики позвоночных Центра "Биоинженерия" РАН Егор Прохорчук.

Ряд методик из будущего стали доступны уже сегодня. Они спасают жизни, сохраняют здоровье и способны даже предсказать судьбу. Это лаборатория медицинского центра "Аллель", занимающаяся поиском причин возникновения различных заболеваний. Диагностика идет на молекулярном уровне с помощью высокоточной аппаратуры. Пациенты в лабораторию не приходят, их имена закодированы на пробах крови.

"Вот мы получили образцы крови, она нам необходима для выделения ДНК, чтобы позже мы могли определить генотип пациента. Отбираем полученную кровь одноразовым шприцем в пробирочки. И потом мы их ставим в приборчик", — объясняет лаборант Центра инновационных биотехнологий "Аллель" Екатерина Бессонова.

Совсем скоро все диагностические центры будут выглядеть именно так: лаборант будет только загружать образцы в специальные установки, которые, по сути, являются миниатюрными химическими фабриками. "Вот наш прибор для выделения ДНК из клеток крови. Открываем, тут стоят все реактивы. В центрифугу вставляем образцы. Закрываем. Теперь начинает выделяться ДНК из крови", — продолжает Екатерина Бессонова.

Чтобы выявить причину заболевания несколько таких роботизированных "фабрик" должны провести сложную процедуру — генотипирование. То есть проанализировать индивидуальную генетическую структуру пациента. Для этого роботы сначала разрушают все компоненты крови, а затем обрабатывают их специальными ферментами, выделяя молекулы ДНК. Именно в них зашифрованы генетические особенности каждого из нас.

Для понимания — короткая экскурсия в биологию. Каждый ген человека занимает определенный участок ДНК. На молекулярном уровне сама ДНК напоминает скрученную веревочную лестницу. Она состоит из десятков тысяч промежуточных звеньев, нуклеотидов. Они чем-то похожи на перекладины этой веревочной лестницы. Нуклеотиды — это азотистые соединения, которые могут быть четырех видов. Именно в этой комбинации зашифрована информация о том, какой белок, в каком количестве и при каких условиях должен создавать данный ген. А, значит, и управлять жизнедеятельностью нашего организма.

"Изучив индивидуальную генетику, мы можем сказать, как конкретно этого пациента лечить. Это, скорее, назначение правильных доз и назначение из сходных по действию группы препаратов не первого попавшегося, а того, которое будет эффективно у данного пациента", — говорит директор по научной работе "Аллели" Андрей Татаренко.

На другом конце Москвы ведутся исследования на лабораторных мышах. Грызунам вводят препараты, созданные по генетическим технологиям, и наблюдают за их реакцией. Совсем скоро эти данные станут основой для индивидуальной, персонифицированной медицины.
"Подбор лекарственных препаратов с учетом строения вашей генетической информации. Между геном и функционированием организма есть прямая связь. И, по большому счету, все усилия ученых направлены на то, чтобы найти эти взаимосвязи, то, за что отвечает каждый ген", — отметил доктор биологических наук, завлаборатории геномики и эпигеномики позвоночных Центра Биоинженерия РАН Егор Прохорчук.

Результатов подобных инновационных исследований сегодня ждут во многих областях традиционной медицины. В первую очередь, в онкологии. Как оказалось, развитие некоторых видов рака можно остановить, манипулируя нужными генами.

"Многие онкологические заболевания связаны с тем, что неправильно включаются или выключаются гены. Мы способны изменить ген непосредственно в организме человека. Не фермент, а ген. Это генная терапия. Это возможно", — не сомневается Андрей Татаренко.

Первый этап генотипирования в лаборатории закончился, и теперь медикам надо размножить нужный участок ДНК для дальнейших исследований. Это происходит с помощью технологии амплификации.

Сначала раствор с выделенными ДНК автомат нагревает до 95 градусов. Под действием температуры спираль ДНК раскручивается, и молекула распадается на две части. Далее раствор охлаждают и добавляют в него специальные ферменты, которые вызывают рост недостающих половинок у ДНК. А затем процесс многократно повторяется. Через несколько циклов нагрева-охлаждения в пробирке уже тысячи молекул ДНК.

Точность генетической диагностики во многом зависит от технологии обработки анализов крови. Наши специалисты уже разработали 370 уникальных тест-систем, способных оценить риск почти по 500 самым распространенным заболеваниям.

"Мы должны, во-первых, сделать тест-систему, которая позволяет амплифицировать нужный участок ДНК, во-вторых, надо знать, какой участок надо амплифицировать. В-третьих, мы этот участок должны прочитать. Вот чтобы сделать эти три стадии, мы должны создать тест-систему. Мы должны купить готовую — либо создать сами. Наше ноу-хау заключается в том, что тест-системы мы делаем сами", — говорит Татаренко.

Финальный этап исследований — так называемое "пиросеквенирование". Его также выполняет специальный автомат, который с помощью нескольких химических ферментов "вычисляет" структуру нужного участка ДНК.

"Здесь точность 100%. Ошибка исключена — в этом и преимущество метода пиросеквенирования. У других методов точность колеблется от 70 до 90%", — объясняет старший научный сотрудник Центра инновационных биотехнологий "Аллель" Михаил Минашкин.

Вся информация выводится на дисплей компьютера. Ее можно представить как последовательность букв, которая символизирует, от кого получена та или иная мутация исследуемого гена – от отца или от матери. По изменениям в комбинации иногда можно предсказать даже судьбу человека.

"Мы видим здесь вариант генотипа АА, он гомозиготен по А, то тогда у него с обменом кальция все в порядке, и кости у него крепкие будут. А у другого человека мы видим, что ему меньше повезло, но не в жизни, а с родителями. От мамы и от папы ему досталась мутация с буквой Г. Этот говорит о том, что в дальнейшем у него могут быть проблемы с костями. У него повышен риск переломов", — комментирует Наталья Григорцевич увиденное на экране.

Экспериментальной лаборатории "Аллель" всего три года, и за это время она смогла полностью отработать технологию генной диагностики. В России для подобного инновационного бизнеса это слишком короткий срок для выхода на рынок. Медики считают, что время удалось "сжать" благодаря работе на территории технопарка "Строгино" и помощи Департамента науки, промышленной политики и предпринимательства Москвы.

"Когда появилась задача создания лаборатории и поиска места для нее в Москве, среди прочих вариантов мы остановились на этом. Потому что здесь вновь создаваемым организациям создавался климат наибольшего благоприятствования. Все наши проблемы, которые возникали на начальном этапе, решались быстро, оперативно, комфортно. До сих пор ощущаем себя очень комфортно", — признает замгенерального директора "Аллели" Валентин Берсон.

В Москве сегодня активно работают семь бизнес-инкубаторов, технопарков и технополисов — это тысячи высокотехнологичных и хорошо оплачиваемых рабочих мест, количество которых постоянно увеличивается.

"Это целенаправленная политика. Мы не производим здесь черные и цветные металлы. Это осознанная политика. Но мы стимулируем виды деятельности, которые, как раз можно отнести к категории инновационных. Которые обещают дорогие рабочие места под ученых и студентов, которых очень много в Москве, и мы не хотим потерять. Которые создают специальные условия, которых раньше не было. И создают их не по космическим, а приемлемым ценам", — подчеркивает и.о. заместителя мэра Москвы по вопросам экономической политики Андрей Шаронов.

Кстати о ценах. Тест-системы, которые разработали российские специалисты, вряд ли можно назвать дорогими. Самое востребованное сейчас у наших женщин — определение риска онкологических заболеваний при употреблении гормональной контрацепции – стоит не дороже новой кожаной сумочки. "Чтобы проверить эти риски, достаточно проверить около десятка полиморфизмов. Если возьмем минимальную стоимость генотипирования по Москве – 850 рублей для пациента, то это будет 8,5 тысяч рублей", — приводит конкретные цифры Андрей Татаренко.

Незаметно генетические биотехнологии все сильнее проникают в нашу жизнь. Теперь и Олимпийский комитет России планирует начать отбор самых перспективных спортсменов на генетическом уровне. Все кандидаты в сборную будут проходить процедуру генотипирования. Внешне простой анализ крови из вены даст ответ на самые неожиданные вопросы: каким видом спорта лучше заниматься, какой режим сна и отдыха, диету соблюдать, какие принимать витаминные препараты, можно ли загорать на солнце и надо ли ходить в сауну. Все это зашифровано в наших генах.

Еще одно перспективное направление в генетической биотехнологии — создание новых лекарств. Например, совсем скоро могут появиться индивидуальные препараты для лечения болезни Дауна. На молекулярном уровне — это исправление поломок сразу в нескольких генах. О диабете второго типа, ранее считавшимся неизлечимым, скоро можно будет забыть с помощью генной инженерии. Но все это возможно, если продолжать исследования. И у России, как всегда, здесь свой путь.

"Геном людей, проживающих в разных частях света, разный. И есть примеры, что лекарства, созданные с учетом генетической информации должны быть разными для разных групп населения", — говорит Егор Прохорчук.

Что касается экзотики — клонирования доисторических животных, то находка российских ученых во льдах Новосибирского архипелага открывает возможности для настоящего путешествия в прошлое. По мнению специалистов, клон мамонта может появиться на свет уже в этом десятилетии. И это уже не сенсационная фантастика, а современная биотехнология.

А вот динозаврам повезло меньше: 65 миллионов лет это слишком много для бывших хозяев планеты. "Мы имеем дело не с костями динозавра, мы имеем дело не с шерстью динозавра, мы имеем дело с отпечатками шерсти и костей в минеральных породах. Если мы выкапываем кости, это не кости. Это замещение костей минеральной породой, это процесс минерализации, замещения. Там нет ДНК", — объясняет разницу Андрей Татаренко.

Но прогресс не стоит на месте, и то, что еще вчера казалось фантастикой, сегодня — обычная реальность. Генные технологии совершенствуются, и скоро единственными ограничениями для их применения станут только закон и человеческая мораль.