Использование ГИС для индивидуализации медицины

Использование ГИС для индивидуализации медицины

Десять «омов» в совокупности создают невероятный потенциал для обеспечения новой, высокоперсонализированной формы медицины от «предутробного периода» до могилы, как схематично показано на рис. 5.4. ГИС можно применять на протяжении всей жизни человека. Давайте посмотрим, как.

Предутробный период

Одно из самых перспективных направлений профилактики в медицине – использование генетических знаний в целях планирования ребенка. Доля людей с серьезными рецессивными аллелями гораздо выше, чем обычно считается. Вот несколько примеров доли носителей: 1 из 40 для кистозного фиброза, 1 из 35 для спинальной мышечной атрофии и 1 из 125 для синдрома ломкой Х-хромосомы. Среди евреев-ашкеназов доля носителей болезни Гоше составляет 1 из 15 человек, а доля носителей болезни Тея – Сакса составляет 1 из 275. Будущие родители могут без труда проверить на платной основе, не являются ли они носителями серьезных заболеваний. 23andMe проводит скрининг на 50 заболеваний; Counsyl – на более чем 100. Обе эти компании используют набор чипов, выявляющих мутации, которые традиционно связываются с определенным заболеванием, однако, как ранее упоминалось на примере BRCA или в случае генов кистозного фиброза, в любом гене есть сотни вариантов, которые могут быть патогенными, но в настоящее время не подвергаются скринингу. Более прогрессивные подходы включают современные методы секвенирования конкретных генов, оно делается в компаниях Recombine, Good Start Genetics или GenePeeks. Если тестирование обоих родителей показывает присутствие важных рецессивных аллелей, есть много альтернатив, включая приемное родительство или решение не иметь детей. Однако наиболее популярно оплодотворение in vitro (в пробирке), с проведением генетической диагностики перед подсаживанием эмбриона. Технология включает создание эмбриона и определение результата: сойдутся или нет рецессивные аллели. Это вполне эффективная мера по профилактике развития заболевания у плода. Недавние достижения в секвенировании человеческих ооцист (незрелых яйцеклеток. – Прим. ред.) без их разрушения могут потенциально улучшить успешность ЭКО (экстракорпорального оплодотворения) и избежать преимплантационной диагностики на стадии бластоцисты (пятый день развития эмбриона. – Прим. ред.)¹⁴. Еще один вариант – использование донорской спермы, хотя банки спермы никак не регулируются и никакой стандартной геномной оценки не проводится²¹, так что донорская сперма может создать новые проблемы. Многие ставят под вопрос эту практику и уничижительно называют ее «селекционированием детей»^{22, 23}, на самом же деле этот способ предупреждения серьезных заболеваний очень привлекателен и рентабелен и совершенно неоправданно мало используется.

Секвенирование и мониторинг

Революция в пренатальной медицине уже началась благодаря возможности диагностировать важнейшие хромосомные мутации, такие как трисомия 21 (синдром Дауна), трисомия 13 (синдром Патау) и трисомия 18 (синдром Эдвардса), а также другие, в том числе синдром Ди Джорджи, синдром кошачьего крика и синдром Прадера – Вилли, с помощью одной-единственной пробирки с кровью матери уже в период с восьмой до десятой недели беременности. (В прошлом для этого требовались инвазивные процедуры – амниоцентез или проба ворсинчатого хориона, при которых есть риск выкидыша один случай на 400 процедур).

В настоящее время четыре компании предлагают эти новые тесты, и у каждой поразительно высокие показатели точности^{24, 25}. Этот вид молекулярной диагностики был так быстро взят на вооружение, что побил все рекорды в истории медицины. В 2014 г. почти 20 % из 4 млн младенцев, родившихся в за год в США, прошли такой дородовый геномный скрининг (рис. 5.5). Ожидается, что в следующие несколько лет эти процедуры получат массовое распространение. На самом деле в штате Калифорния, где действует самая крупная программа пренатального скрининга в мире и ежегодно более 400 000 женщин собираются стать матерями, эти тесты делают всем беременных женщин с повышенной степенью риска²⁶.

Конечно, мы могли бы также секвенировать весь геном плода вместо того, чтобы проводить более простой скрининг. Этого теста нет в продаже, и есть существенные биоинформационные проблемы, которые требуют решения прежде, чем тест станет доступным в массовом масштабе, вдобавок очень неоднозначны биоэтические вопросы²⁷. Пока еще мы далеки от формулировки геномных критериев для раннего прерывания беременности, поскольку это зависит не только от точности определения ключевого геномного варианта, связанного с серьезным заболеванием, но также от понимания того, проявится ли болезнь на самом деле. Термин «пациенты в ожидании» относится к людям, у которых выявлена мутация, связанная с тем или иным заболеванием, но признаков болезни не обнаруживается²⁸. У многих, если не у большинства, болезнь никогда не разовьется из-за присутствия некоторых (пока еще не совсем понятных) факторов, таких как другие гены, которые модифицируют риск заболевания, или эпигеномное перепрограммирование, которое вовсе отменяет его. Поэтому есть много неясного в отношении дородового скрининга – его точность, насколько серьезен диагноз и очевиден ли риск мутации²⁷. Тем временем сама по себе возможность скрининга многих серьезных заболеваний на таком раннем этапе беременности без вторжения в матку женщины представляет собой гигантский шаг вперед в медицине.

На более позднем этапе беременности простой датчик на теле будущей матери позволяет отслеживать сердцебиение плода и его реакцию на родовые схватки. Это может быть полезно для удаленного беспроводного мониторинга беременностей с высокой степенью угрозы выкидыша с точки зрения максимально раннего диагностирования патологического состояния плода.

Неонатальное секвенирование и наблюдение

Массовый скрининг новорожденных детей, когда кровь берется из пятки младенца, начался в США еще в 1963 г. и мало изменился с тех пор²⁹. Могло быть хуже: в разоблачительном материале, приуроченном к 50-й годовщине применения процедуры и озаглавленном «Смертельное промедление» (Deadly Delays), сообщалось о том, насколько разное количество времени требуется на анализ в разных больницах США³⁰. Хотя это очень недорогой тест, позволяющий без труда проверить более чем 50 редких отклонений типа фенилкетонурии или галактоземии, во многих больницах на это уходит по несколько недель. Это прискорбно, поскольку отсутствие быстрой диагностики многих из этих заболеваний может причинить ребенку непоправимый вред.

Принципиально другой подход предлагает группа специалистов из детской больницы Mercy в Канзас-Сити под руководством Стивена Кингсмора, показавшая, что неонатальное полногеномное секвенирование можно сделать менее чем за 24 часа, а это не только информация о новорожденном, которая нужна для принятия решения в данный момент, но и важный ресурс на всю остальную жизнь⁴.

Существует ряд беспроводных датчиков для новорожденных, которые помещают на теле, в носочках или одежде, включая Owlet, Mimo и Sproutling, и они оповещают родителей о состоянии ребенка во время сна, о его сердцебиении или дыхании. Уже выражается озабоченность тем, что мониторинг новорожденного может стать навязчивой идеей у родителей – чрезмерное количество информации иногда ведет к лишним волнениям и ненужным медицинским оценкам младенца³¹. Хотя мы знаем, что в США каждый год происходит свыше 400 000 случаев внезапных смертей детей грудного возраста, мы пока еще недостаточно хорошо осведомлены о том, какие младенцы нуждаются в мониторинге. В будущем инструменты омик могут оказаться полезными для определения необходимости использования таких датчиков в случаях младенцев с повышенной степенью риска.

Недиагностированные болезни

Есть данные, что свыше миллиона американцев страдает тяжелыми заболеваниями, которые делают их нетрудоспособными или даже угрожают жизни, но диагноз при этом не поставлен. Обычно таких людей проверяют в многочисленных медицинских центрах, у них накапливается огромное количество счетов в сотни, а то и миллионы долларов. Теперь можно с помощью секвенирования провести молекулярную диагностику неизвестной болезни, и шансы на успех увеличиваются при сравнительном анализе с ДНК матери и отца или других родственников. Успешность такой диагностики в разных центрах страны варьирует между 25 % и 50 %. Она требует основательной геномной биоинформационной экспертизы, поскольку обработка данных троих человек дает примерно 750 млрд результатов (6 млрд букв на каждую последовательность, три человека, 40-кратное повторение в каждом случае для обеспечения точности). Конечно, поставить диагноз не значит предложить эффективное лечение. Но есть поразительные примеры детей, жизни которых были спасены или у которых произошли огромные улучшения. После того как основная причина болезни установлена, есть возможность перенацелить существующий лекарственный препарат или изучить препараты, которые в настоящий момент проходят клиническую проверку для потенциального использования. Особенно вдохновляет готовность некоторых страховых компаний покрывать затраты на секвенирование и анализы, поскольку они начинают понимать, что секвенирование способно заменить длительную и дорогостоящую процедуру всесторонней медицинской экспертизы. Если такая практика будет обладать большей юридической силой, она может стать разумной, экономически выгодной стратегией.

Предупреждение болезни

Рак груди – не единственная болезнь, которую мы можем предупредить при помощи геномики. Есть ряд редких мутаций, которые требуют принятия мер, – например, синдром Линча (наследственный неполипозный колоректальный рак). Он диагностируется у 3–5 % из 160 000 новых пациентов с колоректальным раком каждый год, и, как и в случае BRCA, вовлеченные гены обычно восстанавливают ДНК и выполняют другую «административно-хозяйственную работу», важную во время деления клеток. Другая важнейшая форма наследственного колоректального рака – это семейный аденоматозный полипоз, возникающий из-за мутаций гена APC. Оба эти состояния передаются по наследству и характеризуются высоким риском развития колоректального рака, но тщательное наблюдение и хирургическое вмешательство могут быть использованы для профилактики. Оба случая представляют аутосомно-доминантный тип наследования, проявляются в каждом поколении семей, но их можно полностью предотвратить путем скрининга носителей и ЭКО, как это описано выше в связи с планированием ребенка.

Существуют и многие другие примеры редких мутаций, к которым стратегия профилактики имеет непосредственное отношение, такие как мутации ионного канала, вызывающие смертельно опасную сердечную аритмию. Людей, у которых были обнаружены патогенные мутации, можно лечить с помощью лекарственных препаратов, специально предназначенных для аномалии ионного канала, или дефибриллятора, который постоянно проводит мониторинг сердечного ритма и обеспечивает дефибрилляционный шок (удар током), когда проявляется серьезная аритмия (как в случае с Ким Гудселл).

Но это примеры редких мутаций, которые следуют простым классическим образцам наследования по закону Менделя. Большинство обычных человеческих болезней, к сожалению, являются полигенными, когда многочисленные гены взаимодействуют сложным образом, а наследственная модель неоднозначна. Геномные маркеры или вызывающие болезнь варианты последовательности ДНК были обнаружены только для ограниченного количества болезней, не говоря уже способах предотвращения. Один из положительных примеров – возрастная макулярная дегенерация, главная причина слепоты. У людей с высоким геномным риском есть ряд способов снизить шанс слепоты, например прекратить курить, избегать прямых солнечных лучей, регулярно наблюдаться, проводя исследование глаз, и соблюдать диету, включающую повышенное потребление овощей и фруктов и пониженное – насыщенных жиров. Еще один пример варианта гена с выраженным риском – это аллель аро?4. Если у человека есть хоть один такой ген, то риск развития болезни Альцгеймера повышается в три раза (с 8 % у тех, у кого нет аллеля аро?4, до примерно 24 % у обладателей одной копии); если же наблюдается гомозиготность – т. е. присутствует две копии – риск повышается до более чем 75 %. Но в отличие от вариантов генов, повышающих риск возрастной макулярной дегенерации, в данном случае пока еще нет какой-либо проверенной превентивной стратегии. В отношении деменции Альцгеймера, серьезного распространенного и устрашающего недуга, идет интенсивная разработка лекарственных препаратов. Некоторые из новых экспериментальных медикаментов, которые сейчас проходят широкомасштабные клинические испытания, специально предназначены для носителей аро?4 или гомозигот.

Но знать о присутствии аллели аро?4 прежде, чем разовьется поздняя деменция на восьмом или девятом десятке жизни, для человека очень важно. В сравнении с людьми, имеющими варианты аро?2 или ?3, которые составляют более 80 % населения, у носителей аро?4 и гомозигот чаще возникают осложнения после повреждений головы, включая долгий восстановительный период, нарушение когнитивных функций и раннее развитие деменции. Особенно опасно травматическое повреждение мозга, синдром, охватывающий ряд серьезных неврологических и психиатрических проявлений, для которых не существует эффективного лечения. Виды спорта с высоким риском черепно-мозговой травмы, как, например, бокс или американский футбол, вызывают особую настороженность, и некоторые специалисты предлагают проводить скрининг на наличие варианта аро?4 у спортсменов, занимающихся этими видами спорта. Как говорит об этом один из исследователей болезни Альцгеймера в книге Дэвида Эпштейна «Спортивный ген» (The Sports Gene), «риск деменции при наличии одной-единственной копии аро?4 подобен риску от игры в Национальной футбольной лиге (НФЛ), и… если то и другое сходятся вместе, то это еще опаснее»³². На самом деле, когда я смотрю американский футбол и вижу, как игрок получает какую-то травму головы, я в первую очередь думаю о том, что если игрок является носителем аро?4 и не знает этого, то со временем у него могут произойти необратимые повреждения мозга. В наше время, после десятилетий недоверия к исследованиям, связывающим американский футбол и травматическое повреждение головного мозга, Национальная футбольная лига наконец осознала огромный риск сотрясений мозга. В НФЛ уже начинается тестирование датчиков в шлемах игроков с акселерометрами, улавливающими воздействие, чтобы оценить масштабы травмы головы, даже без сотрясения мозга. Но не проводилось никакого генетического скрининга или оценки большого количества бывших игроков, которые страдают от последствий травматического повреждения мозга. Более того, нам еще предстоит заняться вопросом скрининга детей, которые планируют заниматься высокорискованными видами спорта.

Однако следует пояснить, что аро?4 – это аномальный вариант гена, он встречается достаточно часто (примерно у 20 % населения имеется хотя бы один такой ген) и несет в себе большой риск. Самые распространенные геномные варианты, т. е. представленные более чем у 5 % населения, несут в себе лишь малый риск. В отличие от них редкие варианты, присутствующие менее чем у 1 % населения, связаны с гораздо более существенным риском. Поскольку на сегодняшний день полногеномное секвенирование проводилось только у ограниченного количества людей, без учета разнообразных фенотипов или наследственности, нам еще предстоит долгий путь, чтобы обнаруживать значимые редкие варианты. Такие редкие геномные варианты повышенного риска представляют собой серьезный сигнал и особенно информативны для человека, а потому могут быть полезны для предупреждения определенного заболевания.

Но просто знать о риске недостаточно. Нам нужно знать, когда заболевание проявится. И именно здесь в игру вступают биодатчики. Если бы мы, например, знали, что у ребенка высокий риск развития бронхиальной астмы, то было бы идеально использовать датчики для выявления дыхательных проблем на начальном этапе, когда они только зарождаются, задолго до первых симптомов. Есть много заболеваний, когда мы знаем о геномном риске, но понятия не имеем о том, когда вмешаться, чтобы предотвратить развитие болезни.

Внедренные в кровь датчики, контактирующие со смартфоном хозяина (или в случае детей с устройством родителей), могут быть особенно полезными. С помощью геномик мы можем определить детей, имеющих высокий риск аутоиммунного диабета (типа 1). Мы также знаем, что требуется примерно пять лет, прежде чем критическая доля островковых клеток поджелудочной железы будет разрушена в результате аутоиммунных атак и диабет даст о себе знать. К настоящему времени уже разработаны крошечные нанодатчики для определения ДНК, РНК, белка и сигналов аутоантител. А что, если бы у нас в крови находился датчик, который определял бы активизацию иммунной системы, и в тот же момент иммунная система подавлялась бы подходящим лекарственным препаратом? Возможно, поджелудочную железу можно было бы спасти. Этот тип интервенции может помочь при ряде аутоиммунных заболеваний со спорадическими приступами, таких как рассеянный склероз, ревматоидный артрит или волчанка.

Предотвратить сердечный приступ поможет геномный сигнал в виде клеток, которые отслаиваются от стенок артерии (известных как циркулирующие эндотелиальные клетки), указывающий на подспудный процесс, который предшествует фактическому событию – формированию тромба в артерии, перекрывающего доступ крови к сердечной мышце. Точно зная о процессах, ведущих к сердечному приступу, можно дать человеку лекарственные препараты, предотвращающие формирование тромбов и вытекающие из этого последствия.

И мы знаем, что у людей с раковыми заболеваниями есть опухолевые ДНК, присутствующие в плазме. Можно проводить их мониторинг во время курса терапии и предотвратить необходимость дорогих исследований – позитронной эмиссионной томографии или компьютерной томографии, которые несут в себе высокий риск облучения. Однако вживленный биодатчик может обеспечить сплошное наблюдение, способное отследить рецидив опухоли, а в будущем, вероятно, даже обнаружить первые признаки опухоли задолго до того, как она наберет массу, заметную на сканограмме.

Точно так же привлекательна концепция «молекулярного стетоскопа». Если рассматривать не только бесклеточные ДНК, то транскриптом бесклеточной РНК имеет важный потенциал для определения значимых медицинских сигналов, как это недавно продемонстрировали наблюдения за беременностью и развитием плода или диагностирование болезни Альцгеймера³³. В дальнейшем на протяжении всей жизни человека одна-единственная пробирка с кровью может использоваться для скрининга ДНК/РНК и служить еще одним измерением ГИС человека. Однако будут проблемы с интерпретацией данных. Мы вернемся к этой теме ниже, когда будем говорить о предсказательной аналитике.

Инфекционные болезни

Использование полногеномного секвенирования с картированием социальных сетей применялось для борьбы с многочисленными вспышками заболеваемости, связанными с такими патогенами, как клебсиелла пневмонии, метициллин-резистентный золотистый стафилококк, клостридии диффициле и туберкулезная палочка. Это был невероятный шаг вперед в понимании возникновения и передачи заразных болезней. Точно так же впечатляет цифровая наука образования сетей, которая дала важный показатель «эффективного дальнодействия» в качестве объяснения распространения инфекции (и он же относится также к слухам и инновациям)³⁴.

Патогенное секвенирование может потенциально применяться не только для определения происхождения эпидемии. Тем не менее на сегодняшний день обычное обследование пациента с серьезной инфекцией включает взятие крови и других жидкостей организма на посев, двухдневное ожидание результатов и последующее определение чувствительности патогена к антибиотикам. А тем временем в этот двух– или трехдневный период ожидания пациент обычно получает большую дозу сильных антибиотиков широкого спектра действия, чтобы «охватить» все возможные патогены, которые могут служить причиной инфекции.

Чтобы понять спасительную силу секвенирования в случае инфекционных болезней, рассмотрим историю Джошуа Осборна, 14-летнего мальчика, который чуть не умер от мозговой инфекции. У него постоянно случались судороги, но диагноз ему поставить не могли, хотя сделали даже биопсию мозга и развернутый анализ крови на наличие патогенов³⁵. Но секвенирование спинномозговой жидкости сразу же показало, что причиной является лептоспира, редкая бактерия, после чего он был успешно вылечен подходящим антибиотиком.

Благодаря использованию секвенирования наши обычные установившиеся практики лечения могут быть радикально изменены. Теперь есть «лаборатория на чипе» – платформы для секвенирования, которые могут быть интегрированы в смартфон или планшет. В будущем, вероятно, появится возможность легко и быстро провести секвенирование патогенов непосредственно во время осмотра. Надо надеяться, что это обеспечит более точное и раннее лечение сепсиса, который дает один из самых высоких показателей смертности.

Рак

Поскольку рак – это болезнь, корни которой уходят в геномику, то в данном случае особенно важны понимание и терапевтический подход. И действительно, с помощью секвенирования тысяч опухолей пациентов, вместе с гаметической (зародышевой) ДНК каждого человека, примерно в 200 генах, отвечающих за опухолевый рост, мы идентифицировали изменения, известные как мутации-водители (драйверы)^{5, 36}. Большинство этих мутаций называются онкогенами; они могут непосредственно управлять формированием опухоли, и их можно лечить адресно лекарственными препаратами. Остальные – это изменения в генах-супрессорах опухолей, например, Р53. Такие лечить гораздо сложнее, поскольку именно утрата ими своих функций позволяет опухоли разрастаться. Лекарственные препараты для усиления биологической функции биологии клеток получить намного труднее, поэтому присутствие генов-супрессоров опухолей в качестве драйверов обычно означает, что нужен какой-то обходной путь, а не прямое воздействие на ген.

Точно так же, как мы определяли ГИС человека, ведется огромная работа по определению ГИС самых типичных видов рака. Этот проект называется «Атлас ракового генома» (Cancer Genome Atlas), он был запущен в 2005 г. и финансируется Национальным институтом здравоохранения США. На рис. 5.6 показаны различные уровни информации, которую собирают для 12 различных видов опухолей. Данные включают мутации, структурные варианты (означающие изменения в количестве присутствующих копий гена), экспрессию гена, метилирование ДНК, белки (RPPA представляет белковый биочип обратной фазы) и клинические данные. На основании расширенных исследований омик можно определить основной биологический путь или пути развития рака конкретного человека. Это ведет к возможности подобрать определенный лекарственный препарат, нацеленный на мутацию-водителя или путь⁵.

В то время как подбор лекарственного препарата к мутации-водителю дает поразительно быстрый результат и часто приводит к полному рассасыванию опухоли за несколько недель, обычно остается серьезная проблема рецидива через 9?12 месяцев. Типичный пример этого явления наблюдается, когда лекарственный препарат нацелен на мутацию BRAF, присутствующую или вызывающую болезнь более чем у 60 % людей с метастатической меланомой. Одно из важных объяснений этого рецидива или стойкого сопротивления лечению связано с генетической гетерогенностью рака. Когда проводится секвенирование отдельных частей опухоли, обнаруживаются заметные различия в мутациях. Эта проблема усугубляется после того, как рак метастазирует, поскольку мутации метастатических поражений отличаются от обнаруженных в месте первичного появления опухоли. Вероятно, для достижения долгосрочного эффекта терапии необходима комбинация лекарственных препаратов, нацеленных на различные мутации и пути, в соответствии с ГИС-подходом, учитывающим гетерогенность. Это сродни подходу, который оказался успешным при борьбе с вирусами гепатита C и ВИЧ: тогда очень эффективными показали себя комбинации из трех или четырех лекарственных препаратов. Но еще больше усилий потребуется, чтобы выяснить, поддастся ли рак комбинированной терапии, как получилось с вирусами.

В настоящее время большинство врачей и больниц в лучшем случае предлагают лишь выявление точечных мутаций, ограничиваясь HER2 в случае рака груди или KRAS в случае рака кишечника, несмотря на возможности ГИС-подхода. Большинство учреждений, практикующих ГИС-подход, – это научные центры, и делают они это в рамках исследований. Лишь некоторые начали предлагать секвенирование в ходе клинического ведения раковых больных. Одна из компаний, Foundation Medicine, инициировала коммерческий продукт – ограниченное секвенирование примерно 300 генов опухоли, чтобы определить присутствие вероятных мутаций-водителей³⁷. Первые результаты по более чем 2000 пациентов выглядели многообещающими для выявления виновных раковых генов, но для того, чтобы показать, что эта информация ведет к улучшению результатов в сравнении со стандартно используемым подходом (не-ГИС), понадобятся клинические испытания. Далее, учитывая, что оценивается лишь ограниченное число генов (300 из 19 000, или 1,6 %), остальная часть генома, составляющая 98,5 %, остается темной материей, и мы вполне можем предположить, что такой выборочный ГИС-подход, вероятно, пропустит важные данные. Например, мы уже знаем, что есть много некодируемых (не-генных) элементов в зародышевой ДНК пациента. Тем не менее, хотя стратегия секвенирования Foundation Medicine имеет много ограничений, она представляет ключевое направление для будущего.

В отношении рака есть еще два вдохновляющих достижения. Одно из них связано с диагностикой или наблюдением за опухолью, в этом случае используется «биопсия жидкости» опухоли, получаемой из крови. Как упоминалось ранее, у подавляющего большинства раковых больных в плазме присутствует опухолевая ДНК, которую можно легко выделить из крови и секвенировать. Вполне вероятно, что это будет частью ГИС рака в будущем.

Другая область, где наблюдается гигантский прогресс, – это раковая иммунотерапия, о ней рассказывается в статье «2013. Прорыв года» (2013 Breakthrough of the Year), опубликованной в журнале Science³⁸. В отличие от подхода к лечению рака с помощью геномики, здесь осуществляется воздействие на иммунную систему путем блокирования молекул, которые обычно тормозят иммунный ответ. Явный успех клинических испытаний был подтвержден в случаях разных видов метастатического рака, включая меланому, рак легких и почек. Но показатель отклика варьирует между 20 % и 30 %, так что нам еще нужно узнать, какие факторы могут говорить о потенциальном результате лечения конкретного человека. Кроме риска, связанного с вмешательством в иммунную систему, эти средства иммунотерапии очень дороги – один только препарат ипилимумаб стоит свыше $120 000. На самом деле стоимость – это главная проблема: почти все лекарственные препараты против рака для лечения на основе геномики обходятся более чем $100 000 за курс лечения. Поэтому персонализированная медицина настоятельно требуется с другой точки зрения – с точки зрения экономичного использования новых, основанных на биологии, видов терапии.

Молекулярная диагностика

По мере закрепления ГИС-подхода к раку естественно применять его к любым медицинским диагнозам. Возьмем, например, диабет 2-го типа, на самом деле это название служит общим термином для разнообразных проблем, связанных с сахаром в крови: устойчивость к инсулину, дефектный ионный канал, аномальный адренергический рецептор, аномальная чувствительность к глюкозе и т. д. Дело не только в механизме(-ах), свою роль может сыграть и наследственность. Недавно было обнаружено, что обычные варианты последовательности в гене-переносчике растворенных веществ (SLC16A11) и редкий вариант в другом гене (HNF1A) увеличивают риск диабета у мексиканцев и латиноамериканцев^{39, 40}, а обычный вариант гена (TBC1D4) у гренландцев мешает проникновению сахара в мышцы и увеличивает риск диабета в 10 раз⁴¹. Тем не менее при клиническом наблюдении человека с диагнозом «диабет» мы ничего не делаем для того, чтобы понять причину его возникновения, и пытаемся лечить его наугад. Существует 14 различных классов лекарственных препаратов для лечения диабета, поэтому гораздо более разумный ГИС-подход мог бы стать весьма информативным для эффективного лечения. Вероятно, существует по крайней мере столько же молекулярных подвидов диабета, сколько классов лекарственных препаратов – для лечения этого заболевания. Кроме геномной характеристики использование датчика для постоянного измерения количества сахара в крови даже в течение ограниченного периода времени, от нескольких дней до недель, даст детализированные данные о регулировании сахара в крови у отдельного человека. Проведен ряд исключительных исследований, основанных на омиках, которые подразделяют обычные болезни на отдельные молекулярные подвиды; список постоянно растет и включает астму, рассеянный склероз, ревматоидный артрит, рак кишечника и рак шейки матки. Трудно вообразить какой-либо обычный медицинский диагноз, который сегодня не слишком упрощен и не является редукционистским обобщенным термином, неприемлемым в эру медицины, который готов для ГИС.

Фармакогеномика

Как мы упрощаем диагнозы, точно так же мы недооцениваем важность персонального генома или то, как он модулирует реакцию на лекарственное лечение. В настоящее время существует немногим более 100 лекарственных препаратов, взаимодействие которых с ДНК признано проверенным и значимым Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США⁴². Вероятно, этот список будет расти; фактически от всех из более чем 6000 рецептурных лекарственных препаратов будет ожидаться реакция, зависящая от ДНК человека. Действительно, все аспекты ответной реакции каждого человека – всасывание, метаболизм, связывание, перенос, выделение – заданы генетически. У нас нет этих данных по 98 % препаратов, но еще хуже то, что при наличии фармакогеномной информации примерно по 100 препаратам мы не используем ее в медицинской практике.

Многие из фармакогеномных взаимодействий ярко выражены, некоторые из них я привожу в табл. 5.1⁴². Отношение шансов[24] относится к степени эффективности. Таким образом, при лечении литием биполярного расстройства (маниакально-депрессивного психоза) вариант ДНК ассоциируется со 120-кратным увеличением в достижении терапевтического эффекта (исследование проводилось среди ханьцев)⁴³. При лечении гепатита C с помощью интерферона-? наблюдается 38-кратное увеличение эффективности при привязке к варианту гена⁴². Три других примера относятся к важным побочным эффектам, где вариант последовательности имеет очень большое влияние на риск развития серьезного осложнения.

В то время как это очень серьезные последствия, ни одно из них пока не учитывается в клинической практике, по крайней мере в США. На Тайване и в Сингапуре новый рецепт на карбамазепин нельзя выписать, пока не определен риск развития у пациента синдрома Стивенса – Джонсона, потенциально смертельного побочного эффекта. К сожалению, мы имеем наследие из более чем 6000 лекарственных препаратов, которые были выведены на рынок до того, как появились технология или желание определять взаимодействие между ДНК и лекарственными препаратами. Еще больше беспокоит то, что при имеющихся на сегодняшний день возможностях пока очень мало примеров разработки лекарственных препаратов и систематической работы по раскрытию их фармакогеномного действия какой-либо фармацевтической или биотехнологической компанией. В идеале в будущем ГИС человека будет включать исчерпывающую характеристику ожидаемых взаимодействий его организма с лекарственными препаратами.

Период сохранного здоровья

Эталонный геном человека, который рассматривается как золотой стандарт для геномной вариации, имеет один важный недостаток – люди, которых брали для его создания, были молоды и не имели никакого фенотипа. Таким образом, кажущийся нам надежным «якорь», возможно, изъеден ржавчиной. Например, сильная предрасположенность к образованию тромбов приписывается варианту гена, известному как фактор V Лейдена. Но если вы найдете фактор V Лейдена в эталонном геноме, то это фактор V Лейдена! Нам нужен эталонный геном со строгими фенотипичными характеристиками, чтобы избежать этой проблемы. Необходимо собрать большое количество людей с исключительно долгим периодом сохранного здоровья (как в проекте Wellderly, которым мы в Институте трансляционных исследований Скриппса занимаемся на протяжении последних восьми лет) и провести полногеномное секвенирование, тогда мы сможем быть уверены в здоровом эталонном геноме для сравнения.

Но есть еще одна веская причина, объясняющая, почему геномика периода сохранного здоровья будет крайне важна для человеческой ГИС. Мы мало знаем о генах-модификаторах и защитных аллелях – вариантах признака, соответственно отменяющих риск или обеспечивающих фактическую защиту от болезни. Заслуживающим внимания примером является ген АРР (Amyloid Precursor Protein– предшественник бета-амилоида). Один из редких вариантов этого гена ведет к ранней болезни Альцгеймера, но другой, похоже, полностью защищает от развития болезни Альцгеймера вообще – даже у очень пожилых людей, имеющих две копии аро?4. К сожалению, этот защитный аллель АРР встречается весьма редко (менее чем у 0,3 % людей, имеющих европейских предков), но он может служить бесценным уроком от матери-природы, чтобы мы могли разработать лекарственный препарат для профилактики болезни Альцгеймера в будущем. Точно так же редкие варианты липидного гена под названием АроС3 заметно снижают триглицериды в крови и дают 40 %-ное снижение случаев стенокардии⁴⁴. Более того, бесспорно, имеется большое количество редких вариантов ДНК, которые точно так же снижают риск или дают защиту от болезни, – нам просто нужно их найти! И в конце концов избавиться от того, что можно охарактеризовать как «игноро?м»!⁴⁵

Молекулярные аутопсии

Каждый день в США от болезней сердца внезапно умирают свыше 100 000 человек. Только 10 % из этих людей удается реанимировать⁴⁶. Физические аутопсии для определения причин смерти проводятся редко, а даже когда проводятся, многие молекулярные диагнозы просто упускаются, такие как генетические дефекты ионного канала, например синдром удлиненного интервала QТ или синдром Бругада. Не зная причины внезапной смерти члена семьи, его близкие лишены информации о собственных рисках. Родители ребенка, умершего от СВДС (синдрома внезапной детской смерти), часто очень страдают и остаются в неведении о причинах случившегося. Молекулярная аутопсия, состоящая из полногеномного секвенирования покойного, наряду с секвенированием некоторых здравствующих членов семьи может оказаться особенно информативной. Ниже мы поговорим о необходимости и возможности создания подобного глобального информационного ресурса для молекулярных аутопсий.