Первый российский секвенатор ДНК

Над проектом иронизировали, не верили, что это возможно. Выйти на рынок в той области, где наша страна безнадежно отстала? Российский секвенатор — скажите еще, российский компьютер, российский смартфон... Теперь в России и за рубежом работают более сотни секвенаторов «Нанофор 05». О том, как появился «Нанофор 05», рассказывает Яков Алексеев, директор по науке и один из основателей компании «Синтол».

Яков Алексеев рассказывает о «Нанофоре 05» 

Это информация из первых рук. В 2011— 2013 гг. Яков Алексеев руководил составной частью опытно-конструкторских работ «Разработка генетического анализатора для секвенирования и фрагментного анализа ДНК», то есть лично участвовал в создании первого отечественного секвенатора. А до того — в разработке первых отечественных приборов для ПЦР в реальном времени.

 Яков Алексеев

«Реагентику можно брать любую»

Яков Игоревич, давайте начнем с истории вопроса. Разработка «Нанофора» началась в 2011 году, десять лет назад?

Это официально. В 2011-м мы получили грант Министерства науки. А до этого был довольно долгий период, когда мы уже занимались вопросами, связанными с разработкой отечественного секвенатора, но не имели на это государственного финансирования. В инициативном порядке.

Очень хочется спросить: как вы на это решились? Когда есть Illumina, Thermo Fisher Scientific…

Тогда еще «Иллюмины» не было, по крайней мере, мы о ней тогда много так не знали, как сейчас. Thermo Fisher был. Побудительным мотивом стало то, что в 2010 году Thermo Fisher анонсировал новый прибор в модельной линейке, генетический анализатор 3500 Genetic Analyzer (3500 GA), который мы довольно быстро нашли в подмосковном Красногорске, в онкологической больнице. Посмотрели, поговорили с коллегами и поняли, что это абсолютно закрытый прибор. Если предыдущие модели еще позволяли туда подставлять реагенты разных производителей, в том числе наши, то в «3500 GA» это было исключено, потому что на каждом расходном материале стояли специальные радиочастотные метки. Купив такой прибор, ты становишься заложником компании.

Всю жизнь покупаешь расходники Thermo Fisher?

Да. Это и переполнило чашу нашего терпения. К тому же у нас уже был задел. Он с конца 90-х годов закладывался в Институте аналитического приборостроения в Санкт-Петербурге. Там была группа приборостроителей, которой руководил Борис Григорьевич Беленький, ныне покойный. Очень сильный ученый-аналитик. Кстати, его сын Алексей работал в США в Институте Барнетта, в группе Барри Каргера, занимался разработкой подобного рода технологий и приборов. И он своему отцу рассказывал, что они делают, почему, как… Тот загорелся, и был создан первый отечественный прибор капиллярного электрофореза. Но не для анализа нуклеиновых кислот, а для анализа катионов и анионов. Была также сделана модель прибора для анализа флуоресцентно-меченных белков. В 1999 году, по-моему, в Бауманском университете была отчетная выставка, где мы стояли с результатами нашей разработки, а они — со своим прибором для капиллярного электрофореза. Когда я увидел их стенд, увидел характеристики, я Борису Григорьевичу сказал, что фактически они разработали прототип секвенатора. Только нужно не белки анализировать, а ДНК.

Тоже капилляры, тоже полимер…

Да-да. Там было много чего не доработано. Меня пригласили в гости в Питер, в Институт аналитического приборостроения РАН, и с этого началась наша дружба и совместная работа, которая длится и по сей день. Руководил проектом директор института Владимир Ефимович Курочкин. Благодаря его усилиям проект жил даже в отсутствие финансирования. Потом, когда Thermo Fisher заявил о новой модели, мы были участниками технологической платформы «Медицина будущего», я пошел к руководителю — Людмиле Михайловне Огородовой, сказал, что нам надо реагировать, разрабатывать свой прибор.

Все время именно с этим 3500 GA сравнивают вас.

Потому что это сейчас самый популярный, самый продаваемый классический секвенатор во всем мире.

Тогда о ваших преимуществах. Цена около 7 млн рублей сейчас актуальна?

Немного выросла за счет того, что мы стали поставлять специальные программные продукты. Около 7–8 млн рублей.

Все равно это существенно дешевле аналога.

Но главное даже не это, а то, что прибор дешевле в эксплуатации. Когда мы его делали, была мечта — сделать капиллярный электрофорез по цене агарозного, но со всеми преимуществами капилляров. Пока не получается, но в любом случае стоимость одного прогона на «Нанофоре» в разы ниже, чем на 3500 GA.

А ваш прибор открытого типа?

Да. Реагентику можно брать любую. Сейчас Thermo Fisher уже не монополист, есть китайские производители наборов. Скажем так: все основные расходные материалы, которые мы смогли сделать, мы сделали — у нас есть свой полимер, буфер, капилляры, сделали даже расходный пластик. Единственное, чего до сих пор не сделали — это набор для секвенирования по Сенгеру. Мы этим занимаемся, выпустим в этом году, я думаю.

«Вся клиника ведется на «Нанофорах»

Кроме 3500 GA, с чем можно ваш прибор сравнить? Какие-то еще аналоги есть у тех же китайцев?

У китайцев появился прибор недавно. Называется Honor-1816, это фактически клонированная предыдущая модель прибора Thermo Fisher, 3130 Genetic Analyzer. Производитель — компания Superbio Biomedical, которая находится в Нанкине. По нашим сведениям, им дали хорошее финансирование на разработку. Эти приборы уже появились в России, к сожалению.

Да, китайцы успевают везде.

Они на первом месте, сейчас секвенируют больше всех в мире.

Не хочется даже задумываться, на каком месте мы. А COVID-19 повлиял на продажи «Нанофора»?

Думаю, что он даже помешал продажам «Нанофора», потому что классическое секвенирование — довольно тяжелый инструмент для диагностики коронавируса. Он сейчас потихоньку начинает быть востребованным для идентификации штаммов, для генотипирования. В начале пандемии COVID-19 было важно понять, есть вирус или нет, инфицирован человек коронавирусом или нет, неважно каким штаммом. А сейчас известно много разных штаммов, более злых, чем первый.

И чтобы их идентифицировать, нужно секвенирование. Пока сделают набор для идентификации штамма…

…Появится другой. Так и есть, мы это наблюдаем.

А мы по секвенированию коронавируса отстаем.

Совершенно верно. Но это отставание в российской науке вообще и в генетике, в вопросах секвенирования в частности, произошло в связи с распадом СССР. Советскую часть программы «Геном человека» возглавлял академик Александр Александрович Баев, в число ученых международного проекта входил также академик Лев Львович Киселев, — и он, когда я с ним общался, сказал: «А что ты хочешь? Американцы пошли вверх, а мы — вниз». Мы до определенного времени шли ровно, и как раз на то время пришлись технологические разработки, которые используются сейчас. Компания Illumina сейчас контролирует 80% мирового рынка полногеномного секвенирования, и все ключевые элементы ее технологии — это разработки советских ученых. Многие об этом не знают или делают вид, что не знают.

У нас из-за катастрофической нехватки финансирования это не пошло?

Конечно. Плюс утечка мозгов. Те, кто мог сделать это здесь, сделали это там.

А «Нанофор» по качеству секвенирования мог бы идентифицировать штаммы?

Не «мог бы», а идентифицирует. Сейчас на нескольких приборах в стране такие работы ведутся.

Ваши клиенты, которые приобретают «Нанофоры», — кто они?

У нас парк более 100 приборов, они загружены, не стоят, не пылятся. Основные потребители — это организации Министерства здравоохранения, порядка 35 приборов. Организации, подведомственные Минобрнауки, — тоже порядка 30 штук, и еще Минсельхоз, МВД и Минобороны.

То есть это в основном госзакупки?

Да, но есть и несколько компаний. Наиболее востребовано секвенирование все же в медицине, среди наших клиентов есть несколько ведущих центров, там вся клиника ведется на «Нанофорах». Гематологический центр (НМИЦ гематологии), Алмазовский центр (НМИЦ им. В.А. Алмазова). Сейчас НМИЦ онкологии им. Н.Н. Петрова тоже закупает.

А медики для чего их используют?

Зависит от задач. В гематологии — задачи HLA-типирования, химеризм, В- и Т-клеточная клональность. Есть очень простой и дешевый метод, как это можно отследить. Есть вопросы, связанные с подтверждением наличия мутаций, в частности соматических. Классическое секвенирование в данном случае, когда нужно определить мутации на фоне избытка ДНК «дикого типа», высокой чувствительностью определения не может похвалиться по сравнению с полногеномной технологией, но уровень в 10–20% мутаций достоверно определяется.

Можно определять наиболее частые мутации?

Да, например, BRCA. Соматические мутации прежде всего смотрят.

Я видела у вас на сайте программу фрагментного анализа для ДНК-идентификации человека. Как это работает?

Это анализ участков ДНК человека — или не человека, этот же метод применим для идентификации животных и растений, — отличающихся количеством коротких тандемных повторов, STR. Чтобы идентифицировать индивида, нужно исследовать определенный набор участков. Современные наборы для идентификации человека — это 25—30 таких участков. Количество повторов в каждом участке, следовательно, длина фрагмента отличается у разных людей.

И длина фрагмента определяется на секвенаторе?

С точностью до одного нуклеотида. Это очень важно, поскольку повторы бывают три-, ди- и даже мононуклеотидные. Здесь очень важно высокое качество разрешения. И капиллярный электрофорез как раз позволят это сделать.

Про человека понятно — криминалистика, а для животных в какой ситуации это актуально?

В сельском хозяйстве на это сейчас прямо бум. Дело в том, что все производители крупного рогатого скота хотят получить статус племенных. Свиньи, овцы, лошади — то же самое. И не только животноводы, но и растениеводы хотят получить такой статус. А для этого они должны ввести генетику. Должны материал характеризовать на входе и потом, когда с кем-то делятся своими производителями, на них выдавать генетический паспорт с STR-профилями. А, например, крупного рогатого скота в стране миллион голов, в племенных хозяйствах. Миллион тестов. Они должны делать их, чтобы поддержать статус и получить дополнительные субсидии от государства.

И они покупают ваши приборы?

Да. Недавно в Вологодский племенной центр мы прибор поставили. До этого в Великие Луки в свиноводческий комплекс, он там вообще не выключается!

 «Нанофор 05»

«Президент Гвинеи узнал, что в стране есть секвенатор!»

Какие у вас сейчас примерно объемы поставок «Нанофоров» в год?

Объемы в прошлом году выросли. Тут два фактора было: МВД России в лице экспертно-криминалистического центра провело апробацию нашего прибора. В условиях санкций они решили подстраховаться, потому что у них парк приборов большой, 80 лабораторий по стране. Там есть и новые, и старые приборы, старые могут в любой момент отказать. Они сделали ставку на отечественное. Провели апробацию, убедились, что прибор работает, дали нам положительное заключение и провели конкурс на закупку 30 приборов. Причем не централизованно, каждый регион проводил конкурс самостоятельно. Мы очень рассчитывали, что все 30 приборов мы и поставим. Но мы поставили всего 11! Еще 11 поставил Thermo Fisher и восемь — китайцы. Однако 11 мы все же отыграли.

Второй момент — по инициативе президента РАН Александра Михайловича Сергеева была разработана программа обновления приборного парка в институтах. К тому моменту создался дисбаланс: высшие учебные заведения получали приличное финансирование на обновление приборного парка, а академические институты — нет. Вузы укомплектовались современным оборудованием, а институты остались на прежнем уровне, со старыми приборами. И вот в рамках программы были отобраны около 400 ведущих организаций, им выделили средства на закупку оборудования. Мы успели убедить ряд наших потенциальных и действующих заказчиков по этой программе взять вместо американских секвенаторов наши. В итоге в прошлом году поставили 34 прибора.

Какие впечатления у ваших клиентов из научных организаций? Не жалеют, что вместо 3500 GA поставили ваш прибор?

Наши научные клиенты — это категория клиентов наиболее щепетильных и избалованных, в хорошем смысле слова. Они поработали на всяких секвенаторах, и, как правило, у них уже есть Thermo Fisher, они к нему привыкли. А привычку трудно перебороть. Когда у них появляется «Нанофор», первые впечатления сложные. Многие отмечали моменты, связанные с программным обеспечением. Оно у нас, может быть, не такое совершенное, как у Thermo Fisher, но мы быстро эту ситуацию исправили, нашли производителей альтернативного ПО для обработки результатов анализа, заключили с ними договор и сейчас ставим специализированное ПО, которое не уступает по качеству. После этого вообще все вопросы исчезли. Вот, например, у Роспотребнадзора есть задача выезда на чрезвычайные эпидемические ситуации, на вспышки инфекций.

Была какая-то история с сибирской язвой.

Там секвенатор не возили, возили на Ямал наш прибор для ПЦР-РВ, «АНК-32». Раньше у них была такая ситуация: они выезжают на место ЧС, и там идет сбор образцов. Здесь же стоит мобильная лаборатория, в которой они ПЦРом тестируют. Но образцы, которые имеющимися тест-системами не идентифицируются, хотя налицо падёж, нужно секвенировать, потому что секвенирование — золотой стандарт, за ним последнее слово. Приходилось везти их за 500–700 километров в стационарную лабораторию и там секвенировать. Так вот, сейчас они на такие вспышки в составе мобильных комплексов возят «Нанофоры». Самолетами, машинами, по непроходимым порой местам. И доезжают. А раньше они много раз пробовали это делать с американскими приборами, но те не доезжают.

Растрясаются?

Да. Оптика у них очень тонкая. Американцы их не делали для мобильных лабораторий.

Службы Роспотребнадзора секвенируют неизвестные штаммы или генотипируют известные с помощью вашего прибора?

И секвенируют, и генотипируют. А недавно в Гвинее была вспышка лихорадки Эбола, в 2013-2016-м. Правительство Гвинеи обратилось за помощью к президенту России. Построили там российский госпиталь и торжественно завезли, помимо другого оборудования, наш «Нанофор». Завезли, ленточку разрезали и уехали. И тишина. Меня эта ситуация беспокоила. И тут вдруг из Саратова, из Противочумного института «Микроб» звонят: слушайте, президент Гвинеи узнал, что в стране есть секвенатор и он не работает! Естественно, бригаду туда. К сожалению, мгновенно туда вылететь наши специалисты не могли, туда нужны определенные прививки. Поэтому пришлось инструктировать сотрудников Противочумного института. Там инженеры и молекулярщики очень толковые, они практически по WhatsApp, в контакте с сотрудниками «Синтола» и Института аналитического приборостроения РАН, за неделю этот прибор запустили. И благодаря сотрудникам «Микроба» на «Нанофоре» впервые в Гвинее было проведено генетическое типирование возбудителей лихорадки Ку, бруцеллеза, лептоспироза, вируса Эбола, коронавируса SARS-CoV-2. Оказалось, что случаи COVID-19 в Гвинее вызваны и южноафриканским, и индийским, и китайским штаммами.

 На вспышки природно-очаговых инфекций в составе мобильных комплексов возят «Нанофоры». Самолетами, машинами, по непроходимым порой местам. Фото: РОСНИПЧИ «Микроб»


«Где появляется «Спутник V», там появляется и «Нанофор»

Какие у вас еще поставки за границу, может быть, в страны менее экзотические, чем Гвинея? В странах СНГ есть «Нанофоры»?

У нас два или три прибора поставлены в Белоруссию. В Гомеле, Минске. Сейчас в Минске, в их следственном комитете, идет апробация нашего прибора в экспертно-криминалистической лаборатории. В случае успеха они готовы закупить еще девять. Есть приборы в Казахстане. Очень большой интерес к «Нанофору» со стороны азиатских стран — Вьетнам, Лаос. В этом году поставим прибор в Боливию.

Казалось бы, им Thermo Fisher ближе, но предпочитают вас?

Тут скорее зона влияния Российской Федерации. Мы смотрим, куда приборы уходят, даже распечатали карту — где появляется вакцина «Спутник V», там появляется и «Нанофор». Надеемся, что так и продолжится.

Наверное, и открытость прибора для них тоже в плюс.

Конечно. Цена владения очень важна. И те расходные материалы, которые мы разработали, те же полимеры, капилляры, — они долгоиграющие. Срок годности американской химии — полгода. У нас срок годности фактически неограниченный. Например, американцы, как говорят, с целью улучшения разрешающей способности полимера добавили компонент, который со временем этот полимер нейтрализует. Мы такой компонент не добавляем, и без него полимер практически вечен.

Ваш полимер вечный, он испортиться не может?

Ну, все может случиться, но у нас есть капилляры в том же Гематологическом центре, которые используются в десять раз дольше, чем американские. В десять раз больший объем тестов на них проведен, и они как новые.

А с техподдержкой у вас как? Вы ее осуществляете?

У нас есть два варианта. Наши сотрудники отдела, который занимается поддержкой проекта «Нанофор 05», могут большую часть сервисных процедур выполнить самостоятельно. Если же их квалификации не хватает, нужно идти вглубь прибора, мы привлекаем специалистов Института аналитического приборостроения РАН: электронщиков, оптиков, программистов. Важное преимущество прибора — его модульность. К моменту, когда мы строили его принципиальную модель, мы уже выпускали серийно приборы для ПЦР в реальном времени. И быстро пришли к выводу, что блоки прибора должны быть легко заменяемы, чтобы не везти прибор на сервис целиком, а вынуть отказавший элемент и его заменить. Так что «Нанофор» у нас модульного типа, и это очень упростило задачу предоставления быстрого сервиса.

Не менять машину, когда забилась пепельница?

Да-да! Например, в случае с Гвинеей. Там пришлось менять детектор, но для этого не надо было вывозить прибор.

Если человек где-то в Саратове или Ростове-на-Дону поставит «Нанофор» и что-то вдруг не заработает — какие его действия?

Все команды, которые прибор выполняет, записываются. И мы просим прислать лог-файлы из специальной папки. Открываем, видим, на каком этапе что-то пошло не так, и делаем выводы: можно ли исправить это на месте, нужен ли выезд специалиста, что ему с собой захватить. Система логистики у нас четкая, мы быстро реагируем на проблемы.

Раз уж приборы ездят на машинах по непроходимым дорогам, наверняка в лабораториях они ломаются нечасто.

Да, «Нанофор» — достаточно надежный прибор.


Партнерский материал

Добавить в избранное

Вам будет интересно