Игорь Лебедев: «Медицинская генетика — наука о счастье быть родителями здоровых детей»
Все, что надо было сделать, — посидеть перед камерой 10 секунд. После этого на мониторе появился развернутый анализ крови! Более двух десятков показателей: уровень холестерина, уровень сахара, количество тромбоцитов и эритроцитов и т.д. Накануне поездки в Пекин я проходил диспансеризацию, мне было с чем сравнить. Анализ, который сделали неинвазивно, подтверждал результаты анализа классического, инвазивного, с точностью до двух знаков после запятой.

Репродуктивные генетики активно обсуждают тему переноса мозаичных эмбрионов при процедуре ЭКО, то есть тех, у которых патогенный генетический вариант или хромосомную перестройку несет только часть клеток. Первые такие эмбрионы были перенесены около десяти лет назад, и на свет появились здоровые дети с нормальным хромосомным набором. О чем это говорит? Вполне возможно, что в ходе раннего эмбрионального развития действуют механизмы самокоррекции хромосомного набора, устранения клеток с хромосомными нарушениями. Мы не всегда знаем судьбу таких клеток. Более того, мы не всегда знаем даже об их распространенности у эмбриона. При процедуре преимплантационного генетического тестирования в рамках цикла ЭКО информацию о хромосомном наборе двухсотклеточной бластоцисты мы получаем на основе анализа всего 6-10 клеток трофэктодермы, которая окружает развивающийся эмбрион.
Сегодня мы не можем гарантировать, что переносы мозаичных эмбрионов безопасны. Но, как показывают десятилетние наблюдения, в 30% случаев на свет появляются здоровые дети с нормальным кариотипом. Это можно объяснить тем, что клетки с мутацией в трофэктодерме не попали в зародышевые листки либо из-за сниженной способности делиться просто элиминировали из эмбриона. Эти процессы мы только-только начинаем понимать, многие генетические механизмы раннего эмбрионального развития остаются неизученными. Каждый раз, перенося мозаичный эмбрион, мы рискуем потерей беременности, и этот риск составляет 20-25%. Кроме того, клетки с мутацией могут уйти в ткани и органы, недоступные для исследований. На свет появится здоровый ребенок, но если мутации ушли в линию половых клеток, через несколько лет этот ребенок может столкнуться с проблемами либо бесплодия, либо невынашивания беременности.
В нашей лаборатории онтогенетики мы следим за работами коллег в этом направлении и сами проводим исследования случаев невынашивания беременности. В своей недавней работе мы отметили высокий уровень ранее неучтенных мозаичных хромосомных аномалий при спонтанных потерях беременности. Интересно, что мозаичные варианты нарушений чаще регистрировались именно в клетках эмбрионального происхождения, нежели в производных трофэктодермы, которую и тестируют в циклах ЭКО. Иными словами, анализируя только клетки трофэктодермы, у нас нет возможности предсказать кариотип клеток внутренней клеточной массы, из которой впоследствии разовьется эмбрион.
Еще совсем недавно считалось, что кариотип или геном всех клеток одинаков, отличается разве что активность отдельных генов в разных типах клеток. Однако соматический мозаицизм показывает, что геном очень изменчив, особенно на ранних этапах развития. В каких-то случаях эта изменчивость оказывается фатальный, а в каких-то она не влияет на зародыш, а возможно, оказывается даже необходима для ранних процессов развития. У детей с нарушениями развития, которые попадают в наше поле зрения, мы нередко выявляем мозаичные варианты нарушений хромосомного набора.
Мы далеки от прогнозирования, как клетки с мутациями себя поведут в процессе развития. Нам могли бы помочь технологии неинвазивного тестирования развивающегося эмбриона, и тут может оказаться полезен искусственный интеллект. Уже появляются работы, в которых развитие эмбрионов фиксируются на каждом этапе, это суммируется с данными о кариотипе, наступила беременность или нет и т д. Думаю, если такие массивы данных накапливать, они будут полезны для прогнозирования при переносе мозаичных эмбрионов.
Особый азарт я недавно почувствовал, когда мы изучали мозаичный вариант известного хромосомного заболевания. В этом году вышла статья по диагностике редкого хромосомного синдрома Паллистера – Киллиана. К этому заболеванию приводит наличие в хромосомном наборе пациента двух дополнительных копий коротких плеч хромосомы 12. В сумме при синдроме Паллистера – Киллиана их четыре. Эта ситуация хорошо известна генетикам и цитогенетикам, у таких пациентов узнаваемый фенотип. В наше поле зрение попала семья, в которой на свет появился мальчик с соответствующими клиническими признаками. Мы должны были подтвердить диагноз и увидели, что у ребенка не четыре копии, а всего три. Казалось бы, этого количества хромосомного материала недостаточно для развития болезни. Более того, при таком заболевании лимфоциты крови в культуре не делятся, поэтому мутацию можно увидеть только в клетках кожи. От исследования клеток кожи семья воздержалась из-за раннего возраста ребенка, и для диагностики были доступны только клетки крови. Однако здесь мы увидели хромосомную аномалию именно в клетках крови.
Когда мы применили все доступные нам методы, мы выявили внутри дополнительного хромосомного региона еще один, который умножился. Внутри перестройки возникла еще одна, это и дало в сумме четыре копии, которые привели к проявлениям болезни. Причем мутация была обнаружена только в половине клеток, то есть это именно хромосомный мозаицизм. Видимо, хромосомная перестройка возникла на ранних этапах развития зародыша, потому что у родителей такой мутации нет.
Нам необходимо было подтвердить эту находку, соответственно, нужен контроль с тремя копиями хромосомы — а как его найти, если мы впервые видим такую ситуацию? С этим не сталкивался никто из наших коллег, а в литературе не описано ничего подобного. Мы обратились к нашему биобанку, просмотрели все варианты нарушений кариотипа, которые находили за 30 с лишним лет — и не нашли ни одного нарушения в числе копий именно хромосомы 12. Казалось, мы зашли в тупик. Но в тот же день для исследований доставили эмбриональный материал: беременность прервалась на раннем этапе, необходимо было установить причину. Мы выявили как раз дополнительную копию 12-й хромосомы и таким образом у нас появился контрольный образец. Используя его, мы смогли подтвердить первый случай редкой мозаичной формы синдрома Паллистера – Киллиана.
Самое яркое впечатление года — технология неинвазивного анализа крови, которую нам показали китайские коллеги. В сентябре я участвовал в научном конгрессе, который проходил в Пекине и был организован Ассоциацией специалистов в области молекулярной медицины, медицинской и лабораторной генетики имени Евгения Иосифовича Шварца при поддержке медицинских университетов Китая. Мы посетили несколько предприятий. Одно из них работает в области анализа больших данных и применения их в медицине. Нас привели в комнату, в которой стоял компьютер с большим монитором и камерой, и предложили протестировать систему. Все, что надо было сделать, — посидеть перед камерой 10 секунд. После этого на мониторе появился развернутый анализ крови! Более двух десятков показателей: уровень холестерина, уровень сахара, количество тромбоцитов и эритроцитов и т.д. Накануне поездки в Пекин я проходил диспансеризацию, мне было с чем сравнить. Анализ, который сделали неинвазивно, подтверждал результаты анализа классического, инвазивного, с точностью до двух знаков после запятой. И это еще не все: нам выдали информацию о частоте сердечных сокращений, давлении, уровне сатурации, сведения о психоэмоциональном состоянии.
Для создания этой системы было проанализирована около 10 миллиардов результатов биохимических анализов, колоссальный массив правильно собранных и структурированных данных. Инфракрасный датчик анализирует реологические свойства крови через поверхностные капилляры кожи на лице при взгляде в камеру, и обученная нейросеть выдает результат. Такие системы уже начинают внедряться в Китае для водителей транспорта, пилотов и других специальностей: пришел, посмотрел 10 секунд в камеру, если все в порядке, отправился на работу. Устанавливаются системы и в палатах интенсивной терапии, в школьных классах и университетских аудиториях, что особенно актуально в периоды эпидемий. Работа процедурной сестры, производство реагентов — все это в скором времени может уйти в прошлое.
А представляете, как может измениться пренатальная диагностика с такими системами? Мы, генетики, сразу стали уточнять: а если эту инфракрасную камеру поместить ниже, на уровень живота беременной женщины, можно ли оценить состояние плода? А если в эту систему включить генетические данные? Это совершенно точно изменит идеологию проведения пренатальных исследований. А если будет собрано достаточно данных о генетическом тестировании эмбрионов и плодов, это повысит эффективность неинвазивной пренатальной диагностики.
В науке должна быть свобода творчества. Ты не знаешь, в какой момент и какая идея тебе придет в голову. Ученым нужна возможность размышлять и общаться без каких-то границ. Всегда должна быть свобода выбора научного направления, и это очень правильно. Однако от ученых очень часто ждут конечный продукт: лекарство, прибор, технологию. Мне кажется, нужен мостик, потому что самим трансформировать свою идею в продукт не всегда возможно. Идею должны подхватывать инженеры, способные создать прибор, полезный для общества. Если вспомнить ту же китайскую технологию неинвазивного анализа крови, то можно представить, что все это реализовывалось в несколько этапов и несколькими группами, работала команда единомышленников.
Путь, на котором встречаются ученые и разработчики, должен стать короче и проще. Часто многие хорошие идеи пропадают в «долине смерти», которая лежит между наукой и производством и требует существенных финансовых, интеллектуальных, организационных ресурсов. Я считаю, что нам нужно готовить больше специалистов, способных подхватить идею и довести ее до тех, кто способен претворить ее в жизнь. Иногда сами ученые могут выстроить путь от идеи к конечному продукту, иногда производственники в своем учреждении могут организовать R&D отдел, но, как правило, это единичные случаи успеха. Чаще всего мы видим разобщенность между идеями и их трансляцией в практику. Если на этом пути бы был кто-то, кто мог бы способствовать сближению полюсов, от этого бы все выиграли. Уже есть технопарки, отделы коммерциализации, многие институты имеют в своей базе клинические подразделения, и новые медицинские технологии становятся доступны именно там. Важно дальше развивать отраслевую науку и создавать точки сближения науки и практики.
Каких изменений мне бы хотелось — у меня нет ответа на этот вопрос, все идет своим чередом, нет рецепта, как и что надо срочно поменять. Если говорить о лаборатории онтогенетики, для нас задача — завершить проект, поддержанный грантом РНФ, и подать заявку на его продление. Проект объединил НИИ медицинской генетики Томского национального исследовательского медицинского центра, Институт цитологии и генетики СО РАН, Университет имени Лобачевского в Нижнем Новгороде, Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины имени Ю.М. Лопухина ФМБА России. Вместе мы сделали хорошую и интересную работу.
В этом проекте решались проблемы диагностики нарушений интеллектуального развития, расстройств аутистического спектра. Нам удалось описать несколько новых интересных хромосомных нарушений и генных вариантов. Коллеги, которые вошли в проект, дополнили клинические и генетические результаты исследованиями на клеточных культурах и модельных животных, используя современные методы редактирования генома. Говоря о том, куда бы мы хотели двигаться, — мы бы хотели продолжить коллаборацию, выйти на новые генетические варианты, смоделировать их.
Дело не только в диагностике, но и в профилактике. Нередки ситуации, когда родитель является здоровым носителем хромосомного или генного варианта, но у него появляется на свет ребенок с наследственным заболеванием, обусловленным тем же самым вариантом. В рамках проекта семьи получили возможность не только диагностировать причину умственной отсталости у детей, но и предупредить повторение этих случаев. Как говорит Валерий Павлович Пузырев, научный руководитель НИИ медицинской генетики Томского НИМЦ, генетические болезни — одни из немногих, для которых возможна первичная профилактика.
Безусловно, эти подходы дорогостоящие. Но в России работают профессиональные общества, которые стремятся сделать их доступными населению. На заседании Общественной палаты Комитета Государственной думы по здравоохранению и было предложено включить услугу генетического тестирования в рамках процедур ЭКО в систему ОМС для семей с высоким генетическим риском родить ребенка с наследственным заболеванием. Мы говорим сейчас о по-настоящему редких болезнях. В неонатальный скрининг входят более распространенные болезни, и для них есть лечение, а редкие хромосомные перестройки, о которых мы начали разговор, могут случиться у одного ребенка во всем мире, и здесь профилактика играет ключевую роль для конкретной семьи. В этом аспекте медицинская генетика — это наука не только о наследственных болезнях, но и о счастье быть родителями здоровых детей.
Я думаю, в ближайшее время будет развиваться более производительный анализ генома. То, что сейчас называется секвенированием нового поколения, не будет новым всегда, появится сверхновое. Проблема, которая будет решаться в обозримом будущем, — это проблема интерпретации генетической информации. Сейчас генерируется масса данных для конкретного пациента. Как извлечь из этой массы, из трех миллиардов «прочитанных букв», сведения, имеющие отношение к проблемам здоровья? Возможно, что в обозримой перспективе на помощь придут базы данных и технологии ИИ, но только в том случае, если мы сейчас начнем готовить специалистов.
Нужно вкладывать силы в методы проверки новых генетических вариантов. Большинство изменений, которые мы находим в геноме, мы относим к вариантам неясного клинического значения. Меня недавно потрясла история Кэтлин Фолбигг, которая была осуждена в Австралии за убийство своих четверых детей. Дети в возрасте от нескольких дней до полутора лет умирали во сне. Причиной был синдром внезапной детской смерти, но в момент вынесения приговора 20 лет назад доказательств естественных причин смерти не было. Адвокат Кэтлин сумела организовать научное сообщество, чтобы провести исследования. В итоге в ДНК Кэтлин, а также в сохранившихся образцах ДНК от ее детей выявили новый вариант гена CALM2, который кодирует белок, участвующий в регуляции обмена кальция и влияющий на частоту сердечных сокращений. Этот генный вариант на момент обнаружения никак не мог быть связан с заболеванием.
Почему меня эта ситуация поразила? Когда суд рассматривал апелляцию, прокурор вновь выразил сомнение в невиновности Кэтлин. Было решено сформировать две группы генетиков, которые интерпретируют значимость выявленного генетического варианта. В итоге одна группа оценила вариант как вероятно патогенный, а другая — как патогенный.
Из-за того, что не было консенсуса в понимании геномных данных, суд оставил приговор без изменений. Однако адвокат не сдалась. Она написала еще ряду специалистов, которые согласились провести исследования на клеточных культурах. И уже эти эксперименты показали, что новый генетический вариант действительно вызывает нарушения в обмене кальция, что, в свою очередь, приводит к аритмии. После научной публикации по результатам проведенного функционального анализа женщину освободили. Так наука восторжествовала, и Кэтлин спустя 20 лет вышла на свободу. Но мы помним, что отсутствие консенсуса в понимании геномных данных может приводить к самым разным, в том числе таким драматическим последствиям.
Через 50, и даже 10 лет мы будем более точны в наших диагностических оценках, у нас будут более широкие возможности диагностики, профилактики и лечения наследственных заболеваний. Расшифровка механизмов развития заболевания, понимание эффектов мутаций будет поддерживать развитие генной терапии.
Через несколько лет количество таргетных препаратов вырастет, появятся перспективы таргетной терапии не только моногенных, но и сложных многофакторных заболеваний. Мы уже видим препараты нового поколения для снижения уровня холестерина. Проекты по секвенированию геномов опухолей позволят описать новые генетические варианты и новые мишени для разработки эффективных способов таргетной терапии.
Я давно понял, что нашел себя в науке и занимаюсь любимым делом. Хочу, чтобы мои ученики разделяли такой настрой. Это необходимое условие счастливой жизни и биографии — найти себя в любимом деле.
Подготовила Юлия Муштакова