На пути к персонализированной медицине

На очередном заседании президиума РАМН были заслушаны доклады заместителя директора НИИ физико-химической медицины члена-корреспондента РАМН Вадима Говоруна и заместителя директора Института биомедицинской химии им. В.Н.Ореховича РАМН члена-корреспондента РАМН Андрея Лисицы «Геномные и постгеномные технологии в диагностике, профилактике и лечении социально значимых заболеваний».



Более 10 лет назад был расшифрован геном человека. За это время результаты геномных исследований широко вошли в медицинскую практику молекулярно-генетического тестирования. По мере совершенствования способов расшифровки последовательностей нуклеотидных остатков, чтения биологических текстов и накопления информации в специализированных базах данных стали развиваться геномные и постгеномные технологии, основанные на полученной информации о структуре и функциях основных биополимеров (ДНК, РНК и белков) и методах анализа массивов многопараметрических данных. В докладе молодых членов-корреспондентов РАМН В.Говоруна и А.Лисицы были проанализированы примеры использования геномных и постгеномных технологий в медико-биологических исследованиях, а также рассматривались перспективы их применения для решения задач персонифициро-ванной медицины.



Геномные технологии относятся к виду информационных технологий, с применением которых изготавливается индивидуальный цифровой продукт человека, представляющий собой базу данных последовательностей нуклеотидных остатков. Будучи расшифрован один раз, индивидуальный геном сохраняет информационную ценность на протяжении всей жизни. В отношении микроорганизмов геномные технологии обеспечивают мониторинг генетической изменчивости, обусловливающей патогенность и резистентность к лечению.



Понятие «постгеномные технологии» охватывает спектр научно-методических подходов, позволяющих исследовать динамические изменения молекулярных систем организма. К постгеномным технологиям относят, в частности, транскриптомику, протеомику и метаболомику. Уровень транскриптов динамически изменяется в ответ на воздействие внешних факторов; соответственно изменениям количества транскриптов варьирует содержание белков в клетках. Совокупность экспрессируемых клеткой белков и изменения в их качественном и количественном составе в связи с развитием патологических процессов является объектом исследования медицинской протеомики. Ос-новная методическая проблема в этой области – необходимость оценивать нарушения в протеоме клеток с использованием доступных для лабораторного анализа биологических жидкостей, чаще всего образцов плазмы крови.



Развитие моделей медицины XXI века связывают с использованием персонализированной геномной информации для разработки и клинического использования фармакологических препаратов, действующих на известные и новые мишени. Геномные технологии повышают эффективность мероприятий по профилактике социально значимых и генетически обусловленных заболеваний, способствуют проведению мероприятий по мониторингу инфекционных заболеваний и обеспечивают принятие адекватных мер по подавлению инфекций с учетом профилей резистентности возбудителей и их ассоциатов. Развитие технологий анализа биомакромолекул (ДНК, РНК, белков, пептидов) и низкомолекулярных соединений (метаболитов) в норме и при прогрессировании патологических процессов обусловливает комплексность подхода к характеристике человека как целостной молекулярной системе. Лимитирующими факторами реализации такого подхода в настоящее время является стоимость и отсутствие должных навыков и алгоритмов действий врачебного персонала для интерпретации получаемых значений. Тем не менее процедуры использования генетических тестов при развитии ряда патологий имеют практическое значение уже сегодня и активно применяются в развитых странах. Одной из задач, которую необходимо решать с использованием постгеномных технологий, является идентификация новых инфекционных угроз и мониторинг факторов патогенности и резистентности традиционных патогенов (возбудители туберкулеза, сифилиса, нозокомиальных инфекций) для адекватного ответа антибактериальными препаратами и успешного прогнозирования эпидемиологической ситуации. Вторая задача состоит в постепенном внедрении генетических, а затем и геномных тестов для дифференциальной диагностики опухолей, прогнозирования их развития и транслирования этих знаний в клинику. В настоящее время усилиями мирового научного сообщества ведется работа по расшифровке тысяч геномов в разных странах. Россия может внести свой вклад в подобную инициативу, так как геномы рос-сиян обладают своими особенностями в отношении предрасположенности и устойчивости к заболеваниям.



Сегодня получение и анализ информации о геноме человека не выглядит экстремально дорогостоящей процедурой. Реактивы являются основной составляющей стоимости, которая при переходе к следующему поколению приборов должна снизиться до 1 тыс. долл. за геном. Увеличение производительности геномных технологий, повышение точности, уменьшение стоимости процедуры расшифровки геномов патогенов, микробиоты и человека позволяет рассматривать эти технологии как близкую практическую реальность диагностики и профилактики.

 

Геномные технологии составят основу персонализированной медицины будущего, интегрирующей персональные данные человека с результатами лабораторной и инструментальной диагностики. В связи с этим важной является разработка адекватных методов оценки на молекулярном уровне физиологического состояния организма, его реакций на фармакологическое воздействие. Для получения информативной оценки развиваются два других направления в постгеномной медицине – протеомика и метаболомика. Задачей является существенное расширение списка маркерных молекул, пригодных для раннего обнаружения пато-логического процесса и мониторинга эффективности лечения.



Одним из наиболее широко используемых в протеомике и метаболомике измерительных методов является масс-спектрометрический анализ (профилирование) сыворотки/плазмы крови. Масс-спектр сыворотки может быть использован как штрих-код, позволяющий различать образцы контрольной и экспериментальной группы.



Пилотные эксперименты по-казали возможность выявления маркеров рака яичника с по-мощью масс-спектрометрии. При обработке многомерных масс-спектрометрических данных используются специальные статистические методы, основанные на кластеризации и рекурсивном отборе признаков. Объединение масс-спектрометрического профиля и данных о концентрации традиционного биомаркера рака яичника СА125 позволило достигнуть точности диагностики 95,2%.



Наряду с протеомом источником маркеров заболеваний является метаболом – «конечный продукт» реализации генома, который представлен примерно двумя тысячами низкомолекулярных веществ. Метаболомное профилирование с целью разработки основ диагностики рака предстательной железы и рака легкого было проведено на вы-борках более чем из 100 пациентов. В результате была продемонстрирована диагностическая точность более 95% для рака предстательной железы и более 93% – для рака легкого. Методики метаболомного профилирования могут быть использованы не только в диагностических целях, но и в терапевтическом мониторинге лекарственных средств, что является неотъемлемой частью персонифицированной медицины.



Ограничением на пути практического использования результатов протеомных и метаболомных исследований в профилактике, диагностике и лечении социально значимых заболеваний является низкая аналитическая чувствительность и недостаточная повторяемость результатов измерений. Вследствие низкой чувствительности в большинстве опубликованных работ выявлены дифференциально экспрессируемые белки, которые являются неспецифичными индикаторами воспалительного процесса. Для решения проблемы чувствительности предложен направленный масс-спектрометрический метод мониторинга множественных реакций, позволяющий в мультиплексном режиме измерять содержание не менее 50 белковых маркеров в плазме крови с пределом детектирования на уровне 1-10 молекул в 1 мкл пробы. Повысить повторяемость результатов экспериментов возможно за счет стандартизации протоколов забора, хранения и транспортировки биоматериала, и унификации методов подготовки проб к аналитическим измерениям.



Текущее состояние проблема-тики геномных и постгеномных технологий позволяет прогнозировать, что объединение данных генетического, протеомного и метаболомного уровней позволит в течение последующих 10 лет сформировать доказательную базу для персонализированной медицины.



В ходе обсуждения доклада В.Говоруна и А.Лисицы был поднят вопрос о необходимости создания в России по примеру других стран национального биобанка – хранилища образцов тканей, которые используются для исследований генетических заболеваний. Президент РАМН Иван Дедов поддержал это предложение и выразил надежду на то, что геномные и постгеномные технологии уже через несколько лет будут широко применяться в клинической практике.



Фёдор СМИРНОВ.