Прочитать «книгу жизни»

Представьте себе такую трагичную ситуацию: у здоровых мамы и папы рождается здоровый, на первый взгляд, ребенок. Он питается маминым молоком, но проходит буквально три дня, и у него появляются неврологические симптомы. Еще через пару дней малыш погибает. А врачи ставят посмертный диагноз: галактоземия, или непереносимость лактозы. Не такое уж редкое, кстати, заболевание: проявляется у одного ребенка из тысячи. Оказывается, его носителями были мама и папа новорожденного, хотя и не подозревали об этом. А вот если бы они знали о затаившейся в их генах болезни заранее, то врачи могли бы начать лечение малыша сразу после рождения, прописали ему диетическое, безмолочное, питание, и ребенок был бы жив и здоров.

Уже сегодня новорожденных в России исследуют на 35 наследственных заболеваний (хотя всего их около семи тысяч!). А по мнению директора Института биохимии и генетики УФИЦ РАН Эльзы Хуснутдиновой, полная дородовая генетическая диагностика станет обычным делом ориентировочно к 2030 году. Эту дату активно приближают ученые-генетики Башкирии.

Человек против генов

Именно доктор биологических наук, профессор, академик АН РБ, член-корреспондент РАО Эльза Хуснутдинова стала основоположником современной генетической школы в Башкирии, подготовив 104 кандидата и 14 докторов наук и открыв две кафедры: в Уфимском университете науки и технологий и Башкирском государственном медицинском университете. А еще она была у истоков направления популяционной генетики, которая изучает генетические особенности разных народов.

— Эти исследования начинались в нашем Институте биохимии и генетики, — рассказала Эльза Камилевна. — Мы ездили в экспедиции по Поволжью, Уралу, Сибири, Кавказу, собирали образцы крови и сегодня имеем 50 тысяч образцов ДНК различных популяций: башкир, татар, русских, чувашей, удмуртов и других. Изучали их генофонд, родственные связи. Очень помог в этом метод полногеномного секвенирования, то есть расшифровки всего генома человека, который состоит из трех миллиардов нуклеотидов. Также начали изучать древнюю ДНК человека, которую выделяли из костей людей, живших в каменном и железном веках.

Главный вывод, к которому пришли ученые, состоял в том, что все человеческие популяции отличаются друг от друга, в том числе и по частоте различных генов, которые отвечают за наследственные и многофакторные заболевания. То есть у разных этнических групп одно и то же заболевание может вызвать разные генетические мутации. И знание конкретных мутаций поможет, во-первых, быстрее диагностировать болезнь (ученые уже будут знать, где искать), а во-вторых — начать лечение раньше.

Так башкирские генетики занялись молекулярно-генетическими исследованиями заболеваний. На сегодня изучили 25 наследственных заболеваний (к ним относятся, например, галактоземия, фенилкетонурия, муковисцидоз), обнаружив мутации, которые отвечают за их развитие, и разработали подходы к дородовой ДНК-диагностике, помогающие их выявить. Результаты этой работы ученые внедрили в работу Республиканского медико-генетического центра.

Будущее, уверена Эльза Хуснутдинова, за генетическим паспортом человека. В нем будут прописаны все заболевания, носителем которых он является. И если супруги, ожидающие рождения ребенка, будут знать о них, то еще до родов исследователи смогут выяснить, заболеет ли малыш. При неизлечимом заболевании они смогут прервать беременность, а если оно излечимо, то терапию можно будет начать с первых же дней жизни младенца.

Кстати, в Уфимском университете уже появился Центр молекулярной диагностики, который сейчас проходит лицензирование и заработает в начале следующего года. Здесь любой желающий (правда, пока платно) сможет определить наличие того или иного заболевания, заказать себе полный генетический паспорт или определить наследственность будущего ребенка.

— Нужно добавить, что стоимость таких услуг с каждым годом снижается, потому что появляются новые методы исследования генома, и вполне возможно, что скоро заказать генетический паспорт можно будет бесплатно. Предполагаем, что к 2030 году это будет простой диагностический инструмент, — поделилась оптимистическим прогнозом Эльза Камилевна.

Генетики под руководством Эльзы Хуснутдиновой изучают и многофакторные болезни, например, гипертонию, ишемическую болезнь, бронхиальную астму, сахарный диабет, онкологические заболевания. Их появление вызывает не одна мутация, а сразу несколько генов предрасположенности плюс неблагоприятная окружающая среда. Так, будучи предрасположенным к инфаркту, человек может правильно питаться, вести здоровый образ жизни, проводить профилактику, и тогда эти гены будут спать и инфаркт не случится. Уфимские ученые как раз и разрабатывают методы ранней диагностики того же инфаркта, чтобы человек знал о предрасположенности и вовремя занялся своим здоровьем.

Кстати, агрессивное и суицидальное поведение, алкоголизм, наркомания — за все это тоже отвечают гены. Но это вовсе не значит, что, имея предрасположенность, скажем, к депрессии, мы обязательно ее прочувствуем на себе.

— Нельзя говорить, что все предрешено. Все в наших руках! — уверена собеседница. — Здоровьем и поведением человека гены управляют на 50 процентов. Остальные 50 — воспитание и окружающая среда. Если родители знают, что их ребенок предрасположен к депрессии, они могут, например, поработать с психологом. И даже если речь идет о наследственных заболеваниях, можно начать лечение раньше и смягчить их течение.

Кстати, и реакция на разные лекарственные препараты у человека связана с генами: одно и то же лекарство кому-то помогает, а на кого-то не действует вовсе. Сегодня ученым известны гены человека, которые отвечают за устойчивость и чувствительность к 200 препаратам. Например, уже сейчас в инструкции по применению варфарина (лекарство, предотвращающее тромбоз) указаны дозировки в зависимости от генетических особенностей, и, по идее, врач, прежде чем назначить его пациенту, должен направить больного на генетический анализ. Пока такая практика у нас, увы, не распространена. Но так или иначе вся медицина сегодня стремится к персонализации — подбору индивидуального лечения в зависимости от генотипа человека. И будущее, если верить ученым, не за горами.

Как победить рак?

Кстати, Эльза Хуснутдинова входит в пятерку лучших ученых-генетиков России по версии издания Research.com. Ее многочисленные ученики разлетелись по миру, но часть из них осталась в Башкирии. Сегодня они кроме Института биохимии и генетики работают на двух научных кафедрах. Одна из них — медицинской генетики — находится в БГМУ. Здесь же действует лаборатория молекулярной генетики. Вторая — генетики и фундаментальной медицины — в УУНиТ, она реализует стратегический проект «Здоровое долголетие» программы «Приоритет 2030».

На базе этой кафедры в 2021 году благодаря федеральному гранту и при поддержке Евразийского НОЦ открылась молодежная лаборатория популяционной и медицинской генетики, которую возглавляет кандидат биологических наук Дарья Прокофьева. Она, с одной стороны, продолжила исследования своего учителя в области популяционной генетики, а с другой — сосредоточилась на онкогенетике, изучает генетические факторы, связанные с риском возникновения рака, и прогнозирует его течение.

— По определенным особенностям генома можно выявить рак на самых ранних стадиях, — заявляет Дарья Симоновна. — В этом случае он очень хорошо лечится и не влияет на продолжительность жизни.

Ученые сосредоточились на двух разновидностях заболевания — раке желудка и раке яичников. Почему именно на них? Оба вида рака очень сложно диагностировать на ранних стадиях — они себя практически не проявляют. Симптомы болезни возникают на 3 — 4 стадии, когда лечить, по сути, уже поздно.

Исследования проводились опять же в связке с популяционной генетикой, и выяснилось, что рак связан с разными нарушениями в генах у представителей разных этнических групп.

Как возникает рак? Все биологические процессы в нашем организме происходят за счет белков, которые производятся генами. Если в гене случается какая-то поломка, то и белок не сможет выполнять свои функции. Проблема в том, что такие ошибки происходят в наших генах постоянно. Но у нас есть и защитный механизм — репарационная (восстановительная) система клетки, большая роль в которой отводится гену BRCA1. Его задача — устранить нарушения и восстановить структуру ДНК, а значит, и нормальную работу клетки.

Но что будет, если что-то сломается в нем самом? Правильно: ДНК не сможет восстановиться, поврежденная клетка уйдет из-под контроля организма и начнет действовать самостоятельно. Начнется неконтролируемое деление, то есть она станет раковой. Ее задача — захватить как можно больше пространства вокруг себя. Такая клетка разрастается и приобретает новые свойства. Итог известен — раковая опухоль.

Уфимские ученые обратили внимание на то, что у башкирских женщин при раке яичников встречается только один тип мутации в гене BRCA1. У татар и русских спектр мутаций в этом гене другой. Каково практическое применение этого открытия? Сегодня на рынке существуют ДНК-тест-системы, которые определяют возможность риска развития рака по восьми мутациям. При этом они не учитывают этнические особенности генома. Но если мы знаем, какие мутации характерны для популяции и какие из них следует искать, то проводить расширенное исследование уже не надо. Достаточно найти конкретное нарушение в гене, что ускоряет и удешевляет диагностику. Кроме того, можно разработать этноспецифичные генетические тест-системы, которые будут наиболее эффективны для конкретного региона или популяции.

— Уже сейчас рак — это не приговор, — говорит Дарья Прокофьева. — Если выявить его на ранней стадии, то при должном лечении — операции или химиотерапии — его реально побороть. Проблемы возникают, когда люди приходят к врачам слишком поздно.

Новая тема, которую сегодня изучают сотрудники лаборатории, — нарушение рецептивности (восприимчивости) эндометрия у пациенток с повторными неудачами имплантации в программах ЭКО (экстракорпоральное оплодотворение). Эти нарушения также заложены в генах.

— ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — это своего рода книга, в которой «записан» план организма, его функции и особенности, например, какого цвета будут у тебя глаза, волосы, к каким заболеваниям ты будешь предрасположен, — замечает Дарья Симоновна. — Многое о мире ДНК мы, ученые, уже знаем и понимаем. Но эта книга может быть прочитана по-разному: этот план реализуется на уровне молекул РНК (рибонуклеиновых кислот) и часто отличается от того, что заложено в генах. Дело в том, что на этот процесс влияет много факторов: возраст человека, гормональный статус, наличие хронических, воспалительных заболеваний, стресс и другие. И он изучен еще не до конца. Поэтому мы направили свое внимание на гены, кодирующие разные виды молекул РНК.

В диагностике онкологии молекулы РНК играют даже большую роль, чем ДНК, потому что ДНК — это лишь вероятность риска онкологии, а разные виды РНК — прямой указатель, что в организме что-то не так. РНК помогает спрогнозировать, как организм ответит на лечение, будут ли развиваться метастазы и многое другое. В этом смысле РНК сегодня захватывает все большее внимание ученых.

Справка

Молодежная лаборатория популяционной и медицинской генетики Евразийского НОЦ на базе УУНиТ три года работала благодаря гранту министерства науки и высшего образования РФ на 45 миллионов рублей. Этим летом ученые подали заявку на продление деятельности лаборатории, и она была одобрена еще на три года — до 2026-го на ту же сумму. Причем в этом году перед ней открываются новые горизонты.

С открытием первой очереди Межвузовского кампуса лаборатория переедет в новое пространство, спроектированное согласно рекомендациям ученых. Третий этаж IQ-парка площадью две тысячи квадратных метров полностью займут генетики Уфимского университета. Кроме молодежной лаборатории популяционной и медицинской генетики здесь появятся лаборатория геномных и постгеномных технологий, новая лаборатория нейрокогнитивной геномики, создающаяся благодаря мегагранту РБ, а также лаборатория молекулярной биологии для изучения растений и учебная — для проведений лабораторных и практических занятий студентов.

По соседству разместятся лаборатории медуниверситета, что позволит ученым обмениваться опытом и более тесно и плодотворно взаимодействовать в общем пространстве.

Во второй очереди кампуса откроются лаборатории по геномному редактированию и геномике животных. Все это сформирует геномный центр Межвузовского кампуса, который призван совершить качественный скачок в развитии отечественной генетики.