Диагностировать рак по клонам
Марина Муравьёва, STRF.ru
В большинстве случаев рак обнаруживают только на поздней стадии, когда спасти больного практически невозможно. В лаборатории биохимии вирусных РНК Института белка разрабатывают технологии ранней диагностики. Более того, в перспективе их можно будет использовать для первичного обследования всего населения или определённых его групп (возрастных и профессиональных), имеющих повышенную предрасположенность к онкологическим заболеваниям. Например, работникам химических предприятий было бы целесообразно в рамках планового медосмотра проходить специальное тестирование на рак. Если в образце крови пациента (скажем, в одном миллилитре) содержится хотя бы одна раковая клетка, одна молекула-мáркер, болезнь удастся выявить. При этом диагностирование займёт всего несколько часов.
В существование таких чувствительных тест-систем пока трудно поверить. Но учёные уже близки к внедрению своих разработок в клиническую практику. Новые технологии диагностики основаны на методе молекулярного клонирования, эффективность которого уже доказана экспериментально.
О клонах, растущих в геле
Открытие метода молекулярного клонирования (размножения) нуклеиновых кислот – одно из главных достижений лаборатории биохимии вирусных РНК под руководством члена-корреспондента РАН Александра Четверина. Метод разработан в конце 1980-х годов, буквально через несколько лет после создания лаборатории (тогда ещё научной группы).
«Мы предположили, что РНК будет размножаться в виде колоний: на месте каждой исходной молекулы станет появляться её потомство, – рассказывает Александр Четверин. – Так и вышло. Экспериментально мы подтвердили нашу гипотезу».
В качестве основной системы размножения учёные выбрали полимеразную цепную реакцию (ПЦР). Этот экспериментальный метод, широко применяемый в биологической и практической медицине, позволяет значительно увеличить малые концентрации определённых фрагментов нуклеиновой кислоты. В отличие от традиционной ПЦР, которая проводится в жидкости, в лаборатории биохимии вирусных РНК решили осуществить реакцию в геле. И добились важного результата: потомство каждой исходной молекулы не заполняло собой всю водную среду, а оставалось в своей ячейке, или поре в геле, концентрируясь вокруг родительской молекулы. Иными словами, возникала колония численностью до миллиарда молекул, каждая из которых являлась клоном родительской.
«Пространственное разделение клонируемых молекул – уникальная особенность нашего метода, выгодно отличающая его от других способов размножения нуклеиновых кислот, – говорит заведующий лабораторией биохимии вирусных РНК. – Исключив конкуренцию между разными видами молекул, мы смогли регистрировать и подсчитывать единичные молекулы, способные к размножению, а также довольно быстро проводить анализ огромного количества молекул – на одном геле можно различить тысячи образуемых ими колоний».
В борьбе с молекулярными конкурентами
Учёные из лаборатории биохимии вирусных РНК уже использовали метод молекулярного клонирования для диагностики инфекционных заболеваний, в частности испытывали новую систему на примере РНК вируса СПИДа и ДНК вируса гепатита B. Экспериментально было доказано, что чувствительность метода клонирования гораздо выше, чем у стандартных методов, основанных на размножении РНК или ДНК в жидкости. Главная их проблема – в конкуренции между размножением анализируемой мишени (специфической РНК или ДНК) и отличных от неё неспецифических молекул.
«В клиническом образце крови содержится огромное количество неспецифической ДНК, масса которой в триллионы раз больше определяемой мишени, – объясняет Александр Четверин. – Размножаются одновременно и те и другие молекулы. И это не страшно, если изначально мишени много – её всё равно удастся обнаружить. Но если её мало (например, всего одна молекула), то синтез молекул-конкурентов “забивает” интересующие нас молекулы. Так что выявить заболевание не получится, если следовать традиционной схеме проведения реакции – в жидкости».
При формировании колоний в геле размножение специфических мишеней и неспецифических молекул происходит в разных порах геля: занимая строго свои «экологические ниши», они не мешают друг другу. В экспериментах учёные из лаборатории биохимии вирусных РНК показали, что способны обнаружить маркеры заболеваний вне зависимости от размера колоний, их числа и избытка «конкурентных» молекул нуклеиновых кислот. Если с помощью традиционных методов для диагностики необходимо от 100 до 1000 молекул мишени, то при молекулярном клонировании – всего лишь одной-двух. То есть эта диагностическая система на несколько порядков чувствительнее. Более того, методика универсальна и может быть использована для диагностики любых заболеваний, для которых существуют РНК или ДНК-маркеры. Проведя успешные испытания метода на инфекционных болезнях (СПИДе и гепатите В), учёные решили создать тест-системы для рака.
Универсальные ма́ркеры рака
Сейчас в лаборатории биохимии вирусных РНК работают над созданием системы диагностики онкологических заболеваний. Исследования проводятся в рамках проекта ФЦП «Разработка РНК-маркеров для молекулярной диагностики рака в цифровом формате».
Диагностировать эту болезнь учёные собираются путём обнаружения в клинических образцах крови молекул РНК, которые присутствуют во всех без исключения раковых клетках. Примером такого универсального маркера является матричная РНК (мРНК) белка теломеразы – фермента, отвечающего за синтез концевых участков хромосом (теломер). Эта мРНК бывает и в нормальных стволовых клетках, которые, подобно раковым, способны к неограниченному делению, только находятся в своих нишах и не распространяются по организму. Таким образом, присутствие теломеразной мРНК там, где стволовых клеток быть не должно (например, в плазме крови), может указывать на наличие злокачественного процесса.
«Наша задача – определить список подобных маркерных РНК, которые можно было бы рекомендовать для широкомасштабных клинических исследований, – говорит Александр Четверин. – Я думаю, эти тесты будут доступны широкому кругу людей. От обычного теста с жидкостной ПЦР они отличаются только тем, что делаются в геле, а не в пробирке. Так что по стоимости тоже будут сопоставимы – в районе нескольких тысяч рублей. Хотя если их использовать в массовом порядке, цену можно снизить до 300–500 рублей».
Тест гарантирует достаточно быстрый результат: от получаса до нескольких часов занимает выделение нуклеиновых кислот из образца крови, затем ещё около двух часов потребуется на проведение самой реакции.
Учёные рассчитывают, что смогут создать абсолютно чувствительную систему диагностики. «Я не могу быть оракулом, но, исходя из предыдущего опыта, у нас есть все основания надеяться на создание такой технологии, – говорит Александр Четверин. – При наличии всех необходимых контрольных тестов мы сможем точно сказать: болен человек раком или нет. Последнее, кстати, тоже важно. Известна масса примеров ложного диагностирования, из-за которого у людей ломается жизнь, нередко доходит до самоубийства. А потом вдруг выясняется, что врачи ошиблись: дефект плёнки на рентгенограмме приняли за опухоль. От этого тоже надо спасать людей – не только от рака, но и от постановки неправильного диагноза».
Стать первыми, как с полётом в Космос
Технологии, создаваемые в лаборатории биохимии вирусных РНК, не имеют аналогов в мире. Но перспективы их внедрения пока выглядят туманно: для производства необходимых приборов и комплектов реагентов в академическом институте нет соответствующей базы и специалистов. Александр Четверин и его коллеги уже пытались внедрять свои разработки, пока безрезультатно. С предложением о сотрудничестве они, например, обращались в Институт эпидемиологии, где занимаются диагностикой СПИДа. Заинтересованности не встретили. Некоторые компании хотели бы взяться за этот проект, но не располагают нужным бюджетом.
«Будет очень обидно, если наше изобретение станут первыми использовать на Западе, а потом мы будем покупать у зарубежных компаний либо приборы, либо лицензии на их производство, – говорит Александр Четверин. – Сейчас мы обладаем абсолютным приоритетом. Это одно из редких направлений, где можно действительно совершить прорыв. Когда-то русские первыми отправили человека в Космос. Так же и здесь: можно первыми создать уникальную диагностическую систему».
Ситуация может сдвинуться с мёртвой точки, если к проекту привлечь всех необходимых специалистов, в том числе производственников. Несмотря на то что капиталовложения нужны крупные, Александр Четверин уверен: все затраты удастся компенсировать. Разработанная методика универсальна и может быть использована не только в медицине, но и в сельском хозяйстве, криминалистике и многих других сферах деятельности.
Портал «Вечная молодость» www.vechnayamolodost.ru
05.05.2008