Геномная медицина
Genome Medicine
Tim Hubbard, Serious Science
Перевод: Ирина Линева, ПостНаука
Биоинформатик Тим Хаббард о проекте «100 000 геномов», как использовать генетические данные при диагностике и лечении заболеваний и какие трудности связаны с применением геномной медицины.
Геномная медицина – это использование генетических данных пациента при лечении. На протяжении многих лет ученые секвенировали геномы животных, таких как мышь или рыбка данио-рерио, которые были важны и для исследования людей. Как генетические данные помогут в лечении и диагностике заболеваний, рассказывает биоинформатик Тим Хаббард.
Секвенирование генома и лечение заболеваний
В 2006 году появилась новая технология секвенирования, и стало ясно, что стоимость и время секвенирования генома могут ощутимо сократиться. Сейчас полное секвенирование генома стоит меньше тысячи долларов и занимает примерно день с использованием одной машины. Мы неожиданно перешли от данных одного-единственного генома к возможности собирать данные о геномах многих людей за довольно стандартную для здравоохранения цену.
Около 2009 года британская палата лордов опубликовала отчет о геномике в службе здравоохранения и порекомендовала правительству начать изучать вопрос о том, можно ли использовать эту технологию для улучшения медицинского обслуживания. Через несколько лет появился правительственный отчет, и это положило начало проекту «100 000 геномов», который был запущен в 2012 году. Для проведения проекта в 2013 году была создана организация Genomics England.
Итак, как же можно применить знания о геноме человека в здравоохранении? Есть одна вещь, которую мы точно не можем сделать: мы недостаточно хорошо понимаем работу генов, чтобы предсказать будущее человека. Эта информация просто-напросто недостоверна. Но если мы знаем, что вы страдаете от определенных заболеваний, и есть подозрение, что они связаны с вашими генами, сейчас в Великобритании можно провести ряд индивидуальных тестов. Мы ввели их несколько лет назад. Это корпус из примерно 800 тестов на конкретные гены. Но если это не дает нам нужную информацию, чтобы поставить диагноз – а диагноз мы можем поставить в 15–20% случаев, – то, если секвенировать весь геном, можно изучить его и посмотреть, где еще может скрываться проблема.
Теперь это достаточно дешево, и такую практику вполне можно внедрить в систему здравоохранения – в последние пять лет проект «100 000 геномов» занимался именно этим. Что касается редких болезней, вы можете сравнить геномы пациента и его родителей, а если у человека рак, то сравнить геном раковых клеток с нормальным. На основе этих анализов, выполненных для конкретных пациентов, можно составить отчет, который поможет врачам подобрать наиболее уместный препарат.
Зачастую пациентов с редкими заболеваниями на протяжении многих лет обследовали в системе здравоохранения, но так и не смогли точно определить, какие именно нарушения произошли в их организме. Если вы секвенируете весь геном, вы можете довольно точно определить, что не так, какие именно гены с этим связаны, а в некоторых случаях составить схему лечения, которая изначально вам как врачу и в голову бы не пришла.
Приведу пример: у одной девочки в четыре года начались эпилептические припадки, и мы не понимали, что с ней не так. Оказалось, проблема в гене, который связан с транспортировкой глюкозы в мозг. Таким образом, проблема была связана не с мозгом, а с энергообменом, и для девочки следовало подобрать другую диету, при которой глюкоза не задействована. Девочка не выздоровела полностью, но она стала хорошо себя чувствовать, так как улучшилось питание мозга. Такие неожиданные результаты можно получить в ситуации, когда врач изначально не мог поставить диагноз, а в итоге он получает точную информацию о том, какие именно процессы были нарушены на молекулярном уровне.
Сервис геномной медицины
Проект был запущен пять лет назад, и его цель – секвенировать сто тысяч геномов – уже достигнута. Мы собрали данные о том, как генетическая информация помогла медикам, и было принято решение, что секвенирование генома и дальше будет использоваться в здравоохранении как часть стандартной программы лечения пациентов: изначально проект должен был только установить, насколько этот метод полезен. Теперь во всей Великобритании появится так называемый сервис геномной медицины. В Лондоне им будет заниматься больница Королевского колледжа – это будет ведущая лаборатория, один из семи центров генетических исследований. В будущем люди с редкими заболеваниями или онкологией смогут обратиться в одну из лабораторий, чтобы расшифровать свой геном в клинических целях, если это окажется наилучшим способом получить нужную для лечения информацию.
Разумеется, в работе с геномом человека хорошо то, что он не меняется со временем: достаточно секвенировать его один раз, а дальше можно в любой момент обращаться к нему в поисках причины возникновения того или иного заболевания. В настоящий момент мы секвенируем геном только тех, кто уже болен, но, если вы когда-то болели, мы получили ваш геном и вы вернулись к нам с другим заболеванием, нам не придется секвенировать его заново. Скорее всего, такой подход к использованию генетических данных станет всеобщим.
Нам открываются и другие возможности, например фармакогеномика, которая позволяет подобрать для вас наиболее эффективный препарат при конкретном заболевании. Сейчас мы не проводим особых тестов для подбора лекарств, и обычно врач прописывает вам какой-то препарат, а если он не работает, назначает другой. Но если мы посмотрим ваш геном, в ряде случаев мы сможем сразу определить, какой препарат вам подойдет лучше всего и в какой дозировке. Таким образом, применение геномики может помочь нам системно улучшить здравоохранение.
Перспективы геномной медицины и открытые вопросы
Следующая фаза проекта – секвенировать геном 500 тысяч пациентов, а возможно, и 5 миллионов пациентов в течение следующих пяти лет. Помимо работы в Королевском колледже Лондона я занят в компании Genomics England и все пять лет участвовал в организации проекта. Генетическую информацию можно использовать напрямую, чтобы помочь пациентам, но одна из целей нашего проекта состоит в том, чтобы использовать эти данные и в исследовательских целях.
Мы не можем их распространять, так как это конфиденциальная информация: пациенты должны быть уверены в том, что информация об их здоровье надежно защищена. Но мы можем настроить систему так, чтобы исследователи могли прийти в защищенную компьютерную среду для проведения анализа и помочь нам улучшить схемы лечения пациентов, поскольку не во всех случаях мы понимаем природу их заболеваний. Иногда исследователи при работе с генетической информацией могут помочь нам проинтерпретировать полученные данные и найти объяснение, почему возникла проблема. Эта исследовательская деятельность – часть нашей работы.
Наши знания в области геномной медицины довольно скудны: мы не можем предсказать, какие проблемы со здоровьем у вас возникнут, мы не можем даже надежно предсказать возникновение таких заболеваний, как рак молочной железы. Мы знаем, что крупными факторами риска являются гены BRCA1 или BRCA2, но даже в них понимаем слишком мало. Кроме того, проводить тестирование на них есть смысл, только если у вас в семье уже были случаи возникновения рака молочной железы: если их не было, полученные об этих генах данные для системы здравоохранения недостаточно надежны и не обладают достаточной предсказательной силой. Так что нам следует улучшить наше умение интерпретировать данные и различия в геномах. Сейчас наши возможности в этой области крайне ограничены.
Об авторе: Tim Hubbard – Professor of Bioinformatics, King's College London.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru