Геномика

Недавно образованная компания Complete Genomics, занимающаяся геномикой, заявляет, что к середине 2009 года за 5000 долларов она сможет предложить полное секвенирование генома человека (примерно три миллиарда пар оснований), что стало бы серьезным снижением цены. Это станет возможным за счет оптимизации вычислений генетического секвенирования, построения единого централизованного гигантского суперсеквенатора. Компания также планирует в течение следующих пяти лет секвенировать 1 000 000 человеческих геномов. Kurzweilai.net, 6 февраля 2009 года

Геномика – это наука о генетическом материале (ДНК) в ваших генах и хромосомах. Бо́льшая часть генетической информации содержится в молекулах двухцепочечной ДНК, находящихся в ядрах ваших клеток. Благодаря уникальной структуре молекула ДНК может распаковывать различные отрезки по всей длине и воспроизводить свои зеркальные комплементарные копии, создавая так называемые РНК-посредники. После чего эти молекулы РНК распространяются из ядра в остальные части клетки в качестве набора генетических инструкций, заданных основными молекулами ДНК.
Существует всего четыре вида азотистых оснований в молекуле ДНК: аденин (A), гуанин (G), тимин (T) и цитозин (C), которые поперечно сшиты друг с другом, как ступени лестницы. Аденин всегда связан с гуанином, а цитозин связывается только с тимином. Структура РНК почти такая же, только в ней вместо тимина присутствует урацил (U). С помощью всего лишь четырех этих букв наши 23 хромосомы пишут генетическую книгу жизни. Геномика – новая область медицины – занимается прочтением и расшифровкой этой книги.

ДНК и РНК

Ваши гены, ваша цель

Из-за своей молодости геномика пока не используется большинством медицинских работников. Одна из причин, по которой врачи не спешат даже пальцы своих ног окунать в воды этого нового океана знаний, – это неизмеримое множество потенциально доступной информации и данных. Также в основной массе врачи считают геномику слишком молодой, а клиническое применение достижений в этой области ненадежным. Тем не менее новая наука существует уже несколько лет, и сегодня вы можете пройти несколько простых и недорогих генетических тестов, которые помогут сформировать индивидуальную программу поддержания здоровья и благополучия.
Например, проводившееся в 2008 году исследование показало, что несколько распространенных генетических вариаций связаны с большим или меньшим содержанием «хорошего» липопротеина высокой плотности (ЛПВП) и «плохого» липопротеина низкой плотности (ЛПНП) в организме человека. Данные анализа указывают, что неблагоприятные типы генов отвечают за увеличение уровня холестерина ЛПНП в среднем на 19 пунктов, а это довольно много. Помимо этого, каждый неблагоприятный тип гена вызывает увеличение риска развития сердечного приступа на 15 %. Тем не менее, по мнению авторов редакционного комментария в конце обзора данной статьи, «требуется дальнейшее изучение [этих генов] для определения их клинической полезности. Сегодня нет необходимости включать генетические тесты в состав мероприятий по оценке риска развития сердечно-сосудистых заболеваний».
Такая консервативность мышления типична для специалистов традиционной медицины, поэтому, даже несмотря на доступность многих генетических тестов в течение ряда лет, подобные исследования еще не стали частью обычной медицинской практики и по-прежнему не используются большинством врачей. Чтобы воспользоваться мощью геномики – хотя бы сейчас, – вам нужно либо взять дело в свои руки и заказать тест в интернете, либо обратиться к одному из малочисленных врачей, которые уже используют генетическое тестирование в своей практике. Однако, как мы расскажем далее, сегодня довольно легко получить любой из множества наборов для генетического тестирования, которые будут полезны для формирования вашей индивидуальной программы оздоровления.

Чем одарили вас родители

Всесторонняя оценка состояния здоровья начинается с внимательного изучения врачом вашей истории болезни. Семейная история болезни с подробным списком заболеваний, которыми страдали другие родственники, становится одной важнейших составляющих вашей личной истории. Она может помочь вам или врачу в выборе направления поиска в отношении определенных рисков для здоровья и состояний. В конце концов генетически вы – наполовину ваша мать и наполовину ваш отец. (Если точнее, в вас немного больше материнского, потому что гены в митохондриях – центрах выработки энергии в клетках – наследуются исключительно от матери.)
Новый раздел медицины, известный как предсказательная геномика, может снабдить более подробной информацией. История болезни вашей семьи хранит лишь набросок генетического портрета, а тестирование, анализ и интерпретация генетической информации позволят разглядеть его в деталях. Генетическое тестирование поможет увидеть даже самые мелкие мазки вашего генетического портрета и определить, как гены взаимодействуют между собой и с окружающей средой, создавая предпосылки для сохранения здоровья или болезней. На сегодня достижением предсказательной геномики можно считать множество генетических тестов в свободной продаже: они помогут определить генетическую склонность ко многим серьезным заболеваниям, которые удастся предотвратить или вылечить. К таким относятся заболевания сердца, болезнь Альцгеймера и рак.
Однако проблема в том, что на самом деле многие боятся узнать, что таят в себе их гены. Бо́льшая часть этих страхов безосновательна, потому что почти во всех случаях в генах выражаются лишь предрасположенности. Новейшее исследование показало, что в действительности все происходящее с нами в гораздо большей степени определяется тем, какой образ жизни мы выбираем, нежели теми генами, которые мы несем в себе. Вы можете преодолеть даже самую сильную генетическую склонность к болезням сердца и раку, скрупулезно выполняя нашу программу «Преодоление».
Недавно доктор Дин Орниш и его коллеги из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) и Научно-исследовательского института профилактической медицины опубликовали два значимых исследования, обнаруживших, что изменение образа жизни меняет наши гены. В рамках первого улучшенное питание в совокупности с умеренными физическими упражнениями, применением методик управления стрессом и усиленной социальной поддержкой всего лишь за три месяца привело к изменению экспрессии более чем 500 генов – то есть к повышающей регуляции, или «включению» генов, предотвращающих заболевания, и понижающей регуляции, или «выключению» генов, способствующих развитию сердечных заболеваний, рака, воспаления и окислительного стресса. Эти результаты были опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
В ходе второго исследования обнаружилось, что подобные изменения образа жизни увеличивают теломеразу – фермент, отвечающий за восстановление и удлинение поврежденных теломер.
Теломеры – это концы хромосом, которые контролируют продолжительность нашей жизни. Это исследование первым показало, что теломераза может увеличиться благодаря любому вмешательству, а значит, можно увеличить и длину самой теломеры. Исследование было опубликовано в журнале The Lancet Oncology в соавторстве с доктором Элизабет Блэкберн, открывателем теломеразы. До сих пор с этой задачей не удавалось справиться даже с помощью лекарственных веществ.

Каковы наши шансы?

Грегор Мендель, отец-основатель современной генетики, считал, что гены, с которыми мы рождаемся, целиком и полностью определяют нашу судьбу. Такой подход открыл путь к более обновленной концепции, согласно которой большинство генов проявляют себя в качестве тенденций или вероятностей. Конечно, некоторые, например гены муковисцидоза и болезни Хантингтона, голубых глаз и светлых волос почти наверняка определяют судьбу человека, но это исключения. Такие гены представляют собой ничтожно малую долю миллионов вариантов, возможных в человеческом геноме, поэтому считается, что лучше всего рассматривать гены как вероятности. Аналогично тому как в физике используется принцип неопределенности Гейзенберга (согласно которому невозможно точно определить местоположение и скорость элементарной частицы), в биологии используется принцип генетической неопределенности.
Однако мы можем влиять на эти тенденции и изменять их, ежедневно делая тот или иной выбор в отношении своего образа жизни, например выбирая еду и пищевые добавки. Правильные решения касательно образа жизни составляют основу вашей индивидуальной программы поддержания здоровья и благополучия, и такое поведение мы расцениваем как «перепрограммирование своей биохимии».

Повышение шансов

В последние годы выделилась новая область генетики: эпигенетика – она изучает влияние внешних факторов, таких как образ жизни, на проявление наших генов. Другими словами, как под действием внешних факторов наши гены или тенденции проявляются в виде здоровья или болезни. В настоящее время считается, что решения, которые мы принимаем по поводу своего образа жизни, на 80 % определяют причины возникновения конкретных болезней, а сами по себе гены определяют риск развития болезней лишь на 20 %.
В игре под названием «жизнь» гены – это ваши карты. Однако любой хороший игрок знает, что умение играть в карты важнее, чем значения карт, попавших вам в руки. Именно поэтому хороший игрок неизменно побеждает менее искусного соперника. То же самое происходит и в жизни. Однако до завершения проекта «Геном человека» в 2002 году нам приходилось участвовать в игре жизни, не имея возможности заглянуть в свои карты. Любой игрок в покер знает: если вы не знаете своих карт, то любая ставка – блеф! В игре блэк-джек, не зная всех своих карт, невозможно понять, нужно удвоить ставку или лучше выйти из игры. Вы будете играть гораздо лучше, если заглянете в собственные карты.

Серьезное снижение цен

Как и в случае с большинством новейших технологий, цены на генетическое тестирование снижаются по экспоненте. Сегодня многие индивидуальные анализы, предназначенные для поиска распространенных генетических вариаций, можно сделать меньше чем за 20 долларов. А меньше 10 лет назад многие из них стоили сотни и даже тысячи долларов. Теперь, если у вас есть деньги, за 350 000 долларов вы можете получить полную расшифровку своего генома – всех 25 000 генов. Разумеется, это большая сумма. Тем не менее в 2002 году на секвенирование полного генома Джеймса Уотсона было потрачено 3 000 000 000 долларов. А несколькими годами позже эта цифра уменьшилась в 10 раз – до 300 000 000 долларов. Тогда Крейг Вентер из компании Celera Genomics опубликовал свою геномную последовательность в журнале PloS Biology за сентябрь 2007 года. И, что характерно для экспоненциального удвоения скорости технологических достижений, вскоре цена расшифровки генома упала почти в 1000 раз: до 350 000 долларов. Благодаря ускорению технологических изменений в последующие годы эта цифра будет стремительно уменьшаться, и уже через несколько лет полное секвенирование генетической модели человека будет стоить меньше 1000 долларов.

Терри2023: «Как мы и говорили в 2009 году, экспоненциальное развитие в области генетического секвенирования продолжилось. Вскоре после публикации этой книги группа ученых получила премию Archon X Prize в размере 10 миллионов долларов за то, что первой секвенировала 100 человеческих геномов за 10 дней с периодическими издержками не более 10 000 долларов за один геном. Таким образом, к 2013 году “геном за 1000 долларов” стал реальностью[15]. Сегодня секвенирование генома стоит менее 100 долларов (в ценах 2009 года), поэтому практически у каждого человека есть полная расшифровка его генома».
Рэй2023: «Но лишь через несколько лет компьютерщики смогли обработать столь огромный объем данных по каждому геному и начали осмысливать полученную информацию. Для сортировки трех миллиардов пар оснований, составляющих один человеческий геном, требуется огромная вычислительная мощность. Нам еще есть над чем поработать, но в наше время масса людей с гораздо большей точностью, чем когда-либо прежде, информированы о многих заболеваниях, к которым они наиболее предрасположены».
Читатель: «Должно быть, страшно знать, что с тобой случится?»
Терри2023: «Вам нужно помнить, что в большинстве случаев гены не прогнозируют будущее. Они – всего лишь тенденции. Даже сегодня выбор, который вы делаете в рамках программы “Преодоление”, гораздо важнее ваших генов. Действительно, существует несколько генов, вызывающих болезни, которые мы до сих пор не можем предотвратить или вылечить, но их мало и они редко встречаются».
Читатель: «Именно об этих генах в моем геноме я стал бы беспокоиться».
Рэй2023: «И вы не одиноки. Большинство людей думают так же и предпочитают не знать, есть ли у них “плохой” ген, с которым они ничего не смогут поделать. В этих случаях данные попросту скрываются, их никто не знает – ни врач, ни пациент. Тут уж действительно: чем меньше знаешь, тем крепче спишь».
Терри2034: «Теперь уже нет. Благодаря более надежным методам генной терапии в 2030-х годах, в сущности, не существует таких генетических проблем, которые невозможно было бы эффективно решить».
Читатель: «Я думаю о своей страховой компании, которая могла бы попытаться аннулировать или отказаться продлить мой полис, если бы узнала, что я генетически предрасположен к заболеванию, лечение которого может стоить им больших денег».
Терри2023: «Но теперь мы можем справляться с несколькими болезнями, неизлечимыми в ваше время, заменяя отсутствующие или поврежденные гены новыми, здоровыми. Это называется “генотерапия”, и после не совсем удачного старта в ваше время теперь генотерапия стала обычным делом».
Рэй2023: «Сначала в 2002 году появилась РНКи (РНК-интерференция), а потом мы научились изменять целые гены. Врачи начали с блокировки последствий работы вредоносных или опасных генов, вмешиваясь в РНК, которую должны были сформировать эти гены. Оказалось, что это гораздо проще, чем исправлять сами гены. В конце 2010-х годов появились целая отрасль по производству препаратов РНКи, что произвело революцию в практической медицине».
Терри2023: «Сегодня врачи не выписывают столько рецептов на лекарства, как это было когда-то. Вместо этого они просто исправляют основную проблему. После выявления у пациента потенциально вредоносных генов врач сначала старается скомпенсировать их присутствие с помощью современных версий нашей программы “Преодоление”. Помимо этого, при обнаружении некоторых более опасных генов зачастую применяется какой-либо тип генотерапии – внедряются копии здоровых генов».

Анализы

Существует три точки входа в мир предсказательной геномики. Можете выбрать наиболее подходящий для вас уровень в зависимости от бюджета и количества информации, которую вы хотели бы получить.

Индивидуальные генетические тесты

Итак, есть два основных типа генетических тестов: секвенирование ДНК, при котором анализируется каждый участок ДНК гена, и ОНП-тест, который можно назвать скорее скрининговым анализом – он обычно выполняется в составе генетического теста. Сегодня полное секвенирование ДНК гена остается относительно дорогим и может стоить тысячи долларов за ген. К примеру, этот тип генетического тестирования требуется женщинам с плохой семейной историей рака груди; им необходимо знать, есть ли у них ген BRCA1. ОНП-тест стоит намного меньше и в наше время используется наиболее часто.

ОНП-тесты

ОНП (однонуклеотидный полиморфизм – от англ. Single nucleotide polymorphism, SNP, произносится «снип») – это генетическая мутация в одной точке гена. ОНП встречаются очень часто, причем у каждого человека их могут быть сотни тысяч. Дешевле рассматривать часто встречающиеся ОНП, хотя при этом часть информации теряется. Наличие таких мутаций может влиять на склонность ко многим заболеваниям и патологическим состояниям. Недавно несколько стартапов в сфере персональной геномики, такие как 23andMe (сооснователь которого – Анна Войжитски, супруга (уже бывшая. – Прим. ред.) Сергея Брина, сооснователя Google), Navigenics и DecodeMe, начали предлагать ОНП-тесты через интернет. Их набор тестов не предполагает расшифровку вашей собственной ДНК; вместо этого за несколько сотен долларов они проверяют ваш геном на наличие каких-либо из нескольких десятков часто встречающихся ОНП, влияющих на индивидуальную склонность к заболеваниям. Предлагаемые этими компаниями наборы ОНП-тестов предназначены для выявления генетической предрасположенности к таким заболеваниям, как возрастная макулярная дегенерация, астма, болезнь Альцгеймера, мерцательная аритмия, рак (груди, толстой и прямой кишки и простаты), целиакия, болезнь Крона, диабет, заболевания сердца, рассеянный склероз, ожирение, псориаз, синдром беспокойных ног и ревматоидный артрит.
К наиболее важным идентифицированным на сегодня ОНП, по которым достаточно данных, относится ген ApoE, участвующий в формировании предрасположенности к болезни Альцгеймера. Ген ApoE имеет следующие разновидности: ApoE2, ApoE3 и ApoE4. 60 % населения Земли положительны на E3/E3: это значит, что у них есть две копии нормального гена E3, по одной от каждого родителя. Однако у оставшихся 40 % имеется одна или две копии мутантных генов ApoE – E2 или E4. ОНП гена E2, встречающийся у одного из шести человек, в значительной степени снижает риск развития болезни Альцгеймера и ассоциируется с увеличением продолжительности жизни. Это пример очень полезного ОНП. Однако около 25 % населения планеты – носители по крайней мере одной копии ApoE4, что увеличивает их подверженность как болезни Альцгеймера, так и сердечно-сосудистым заболеваниям. Известие о том, что у вас есть ген E4, дает повод принять активные меры, чтобы не допустить проявления этой генетической тенденции. Также следует помнить, что самые потенциально опасные гены, такие как ApoE4, имеют и свои полезные аспекты – иначе эти генетические варианты не пережили бы суровый естественный отбор. Если у вас обнаружится ген ApoE4, можем вас успокоить: вы имеете пониженный риск развития макулярной дегенерации – основной причины потери зрения у пожилых людей.
Для анализа ДНК используется образец слюны. Для этого не требуется направление от врача, и сегодня в этом одна из основных проблем генетического тестирования: когда вы получаете результаты тестов, вы предоставлены сами себе, поскольку, скорее всего, врач не знает, как их интерпретировать.

Полное секвенирование ДНК

Как упоминалось выше, любой желающий, способный заплатить 350 000 долларов, может получить расшифровку своего генома – всех трех миллиардов пар оснований нуклеотидов, – воспользовавшись услугами компании Knome Genomics, находящейся в Кембридже, штат Массачусетс. Если вас заинтересует такая возможность, следует поторопиться, поскольку ежегодно они принимают на тестирование лишь 20 желающих, первыми подавших заявки. Компания предоставит вам точную последовательность ДНК каждого из 25 000 генов: вы получите ее на восьмигигабайтной флешке, которая будет упакована в серебряную коробочку, обшитую бархатом. Цена этой услуги будет быстро снижаться и может стать значительно ниже к тому моменту, когда настоящая книга попадет вам в руки. На самом деле в последний день редактирования мы добавили в эту главу первый абзац с информацией о том, что к середине 2009 года компания Complete Genomics планирует предложить полное секвенирование генома за 5000 долларов, то есть в 70 раз дешевле текущего предложения. Однако для полного понимания генома потребуется больше времени. В настоящее время цель многих тысяч исследователей – обратное проектирование генома человека, а также биологических процессов, в основе которых он лежит. Это очень сложная задача, но скорость ее решения будет расти по экспоненте (то есть удваиваться почти каждый год), как когда-то было с расшифровкой самого генома.

Материал взят из книги "Transcend. Девять шагов на пути к вечной жизни" Авторы: Рэй Курцвейл, Тэрри Гроссман

Купить полную версию книги можно здесь: www.ozon.ru