oblojka

Текст Лика Новак | 26.08.2014

Генетика — наука молодая, но уже вполне дееспособная, чтобы её достижения применять на практике. Более того, генетика может быть основой для полноценного бизнеса, ориентированного на массового потребителя. Но большинству генетика совершенно не знакома. Попробуем ликвидировать этот пробел.

Как все начиналось

В последнее время все большую популярность в России приобретают генетические паспорта. В мире услуга по интерпретации генов уже давно пользуется ажиотажем, у нас в стране ей не больше 5 лет. Знание уникальной генетической информации – не простое любопытство, это новый шаг к персонализированной медицине. К настоящему моменту известно о генетической природе порядка 3 000 наследственных заболеваний. Влияние генетики на возникновение таких заболеваний является стопроцентным. Помимо этого какая-либо достоверная связь с генами была показана для 350 мультифакторных заболеваний. Но тут необходимо помнить о том, что в развитии мультифакторных заболеваний зачастую большую роль играют факторы окружающей среды.

Генетика – молодая наука, и интересно посмотреть, как все начиналось. Родоначальником генетики принято считать Грегора Менделя, который в 1856 стал проводить опыты на горохе и сформулировал законы, объясняющие механизм наследования, известные нам как «Законы Менделя».

mendel

Открытие было преждевременным и современниками труды Менделя не были признаны. Однако уже почти через 100 лет в 1953 Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик впервые описали двойную спиральную структуру ДНК, так, как мы привыкли ее видеть и по сей день. Они доказали, что из абстрактного атомарного содержимого, известного до этого, можно построить двойную спираль. К этому времени был известен химический состав и структура отдельных нуклеотидов, отдельных сахаров и отдельных фосфатов и они доказали, что из атомарного содержимого, известного до этого, можно построить двойную спираль. Такая структура, во-первых, не противоречила законам физики, а с другой стороны, количество атомов соответствовало известным по экспериментам соотношениям.

dnk

Впервые ДНК тест использовали в 1986 в Англии. Офицеры полиции из маленького городка в центральной Англии обратились к доктору Алеку Джефрейс, который работал в Университете Лейкастера помочь в расследовании двух потенциально связанных меду собой преступлений, а именно в расследовании изнасилования и убийства двух местных девочек. Джефрейс собрал образцы крови у пострадавших девочек и сравнил их с образцами крови и спермы преступника, оставленных на месте преступления. Подозреваемый, который признался в одном из убийств имел другой генетический код. Интересная деталь этой истории в том, что первое использование ДНК теста в полицейском расследовании привело к освобождению человека, признавшего свою вину. По сей день ДНК тесты позволяют ликвидировать подозреваемых или наоборот находить тех, кто был ложно обвинен и неправомерно заключен в тюрьму.

История с поиском убийцы-насильника на этом не закончилась. Полиция организовала сбор 5000 образцов крови у жителей того места, где произошло преступление. Но эти образцы не выявили настоящего преступника т.к. он попросил своего друга сдать кровь за него. Однако, когда друг наконец признался в уловке, преступник был задержан. Столкнувшись с очевидностью доказательства через ДНК, Колин Питчфорк признал свою вину.

Таким образом, первые ДНК тесты применяли в полиции с целью расследования преступлений.

policednk

Первоначально ДНК тесты использовали только в самых сложных случаях. В то время число специалистов, которые бы разбирались в этой теме было минимальным. Образец, необходимый для выделения из него ДНК должен был быть большим по размеру или объему (иначе не получалось выделить) и длительность проведения анализа была существенно больше, чем сегодня. Однако с того времени, как этой технологии удалось подтвердить свою ценность в ходе проведения судебных процессов и расследований, скорость проведения исследований и точность данных существенно улучшились.

Как только ДНК тесты стали набирать популярность в полиции, было принято решение формировать и ДНК базы (базы генетической информации). К примеру, в 1992 г. армия США начала собирать образцы крови и тканей всех новобранцев и призывников, как часть программы «генетического хвоста», направленной на распознавание солдат, погибших в бою.

В Канаде и США подобные базы данных подтвердили свою значимость уже с первых месяцев их создания. К примеру, одним из первых случаев по применению базы данных было убийство, которое не могли расследовать на протяжении 12 лет и более 1000 подозреваемых были заново допрошены и проверены в связи с появлением ДНК базы. Когда профиль ДНК правонарушителя был загружен в базу по несвязанному с преступлением делу, у полиции уже было достаточно информации для раскрытия преступления.

Год за годом велась работа по усовершенствованию процесса расшифровки ДНК.

В 1990 году начался международный проект под руководством Джеймса Уотсона под эгидой Национальной организации здравоохранения США по расшифровке генома человека. Главной целью было определить последовательность нуклеотидов, которые составляют ДНК и идентифицировать 20—25 тыс. генов в человеческом геноме. Через 10 лет, в 2000 году было расшифровано 3 миллиарда последовательностей букв (АТГЦ) в ДНК человека, что стало историческим величайшим открытием, сравнимым с высадкой человека на Луну. Десятилетнее исследование, которым занималось более тысячи ученых стоимостью в 3 млрд. $ стало революцией в диагностике и лечении заболеваний, которые до этого считались неизлечимыми

Также частной компанией Celera Genomics был запущен аналогичный параллельный проект, завершённый несколько ранее международного. Основной объём секвенирования был выполнен в университетах и исследовательских центрах США, Канады и Великобритании.

Таким образом, сначала ДНК тесты применяли для расследования преступлений, дальше ими стали заниматься многочисленные научные лаборатории в медицинских целях, в частности, самыми распространенными тестами в начале были тесты на определение отцовства. Действительно, до сих пор большинство людей, которые слышат про ДНК тест ассоциируют его именно с этим анализом, однако в наши дни через ДНК можно узнать о человеке все в буквальном смысле

Первые коммерческие ДНК тесты

Одной из первых компаний, которая стала заниматься коммерческими тестами стала Myriad Genetics, которая была основана в 1991 в Солт-Лейк-Сити в США. Они специализируются на выявлении предрасположенности к основным видам рака (груди, толстой кишки и яичников, поджелудочной и предстательной железы, желудка и меланомы). С начала основания компании их клиентами стало более 1 млн. человек.

atelier-sport

Следом за ними с начала 2000 годов стали появляться и другие компании, специализирующиеся на отдельных направлениях: на происхождении человека, на планировании детей, на спортивных предрасположенностях и особенностях метаболизма. Pathway, Family Tree, Counsyl, Ancestry.com и многие другие. Но настоящий бум ДНК тестов настал с появлением компании 23andme.

История самого популярного сервиса по ДНК-тестированию

Компанию создали в 2006 году Линда Эви и Анна Войжитски, бывшая жена Сергея Брина, основателя Google. Они одними из первых предложили рынку массовые персональные генетические тесты — выборочный анализ участков ДНК, по мутациям которых можно сделать вывод о расположенности к болезням, выявить различные особенности организма и получить генеалогическую информацию о происхождении предков. 23andMe от всех остальных отличали масштаб деятельности и желание превратить генетическое тестирование в массовый коробочный продукт. Уже к 2012 году компания обслуживала 400 тысяч человек более чем в 50 странах мира, а в планах Войжитски было выйти на отметку в 1 млн. клиентов. Успех компании был отчасти в разработанном ноу-хау по организации генетического онлайн сервиса, и в способности 23andMe поставить ДНК тестирование на поток. Именно по этой причине 23andMe удалось сократить стоимость теста до $99, что привело к еще большей популярности услуг компании. По телевидению шла рекламная кампания, внедрение сервиса велось довольно агрессивно, руководящие позиции в 23andMe занимали выходцы из сектора FMCG. И в этот момент в дело вступилось FDA (Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов).

У ведомства было 2 основные претензии. Во-первых, регулятор приравнял ДНК тесты к медицинским устройствам и решил, что их распространитель обязан получать соответствующее одобрение для применения. Во-вторых, ведомство беспокоило, что возможные ошибки в тестах могут нанести ущерб здоровью клиентов компании. Например, мотивировать на необоснованно радикальные меры или, напротив, дать ложноотрицательный результат и усыпить бдительность, позволив болезни развиться. На основании этого оно выдало 23andMe предписа­ние о приостановке продажи индивидуальных генетических тестов. Компания очень долго вела переговоры с Управлением т.к. продукт этот был новый, правил и регламентации не было, к конструктиву и компромиссу прийти не получалось. Позиция 23andMe строилась на том, что она продает не медицинский, а информационный продукт и сообщает получателю теста, что ему следует согласовывать свои дальнейшие действия с врачом. Даже к процедуре анализа компания формально не имела отношения: все молекулярно-генетические операции выполнялись подрядчиками, лаборатории которых имели соответствующие разрешения. 23andMe какое‑то время сопро­тивлялась, но в итоге вынуждена была подчи­ниться требованиям FDA и закрыть клиентам доступ к расширенной интерпретации генети­ческой информации. В итоге на сегодняшний день в компании можно пройти только тест на выявление своего происхождения.

23andMe

Конкуренты 23andMe, чтобы не привлекать внимание регуляторов, прибегают к разным уловкам. Например, Navigenics с самого начала использовала услуги врачей — именно они официально заказывали тесты для пациентов. Другие компании после писем 2008 года получили лицензии клинических лабораторий — в том числе исландская deCODE genetics, которая в апреле 2013 года отказалась от прямого взаимодействия с клиентами. Некоторые компании занимаются только определением родства и происхождения (Family Tree DNA, Ancestry.com) или секвенированием генома для клинических и исследовательских лабораторий (например, Complete Genomics). Все они не имеют отношения к медицине, и потому проблем с юридическим статусом у них не возникает.

Как работает эта технология

Почему мы все отличаемся друг от друга? Наши белки разнообразны – отличия закодированы в ДНК, и они, если не приводят к фатальным нарушениям, называются полиморфизмами. Критический вариант полиморфизма – мутация. У каждого из нас можно найти порядка 15 млн. полиморфизмов. Все клетки в организме несут абсолютно одинаковый набор хромосом, одинаковую ДНК, но отличаются тем, как они функционируют, как считывается информация.

ДНК — это набор нуклеотидов. На профессиональном жаргоне ученые называют их «буквами». ДНК человека включает около 3 млрд таких букв. Исследуя участки генома, компания ищет известные науке «маркеры» — особенности в ДНК. Далее клиенту предлагается интерпретация: с какими болезнями или особенностями организма принято связывать наличие у человека такого маркера. Так определяют склонность к сахарному диабету, сердечно-сосудистым заболеваниям и пр. Подобные исследования не дают абсолютного и однозначного ответа. За возможный недуг отвечает не только ДНК, но и масса сопутствующих внешних факторов

nucleotide

Тесты делают на основании генотипирования. Генотипирование – это анализ, позволяющий определить уникальные участки ДНК отдельного человека. Дело в том, что ДНК всех людей, живущих на планете, по последовательности букв более чем на 98% похожа между всеми индивидами. Отличающиеся между людьми участки ДНК определяют нашу уникальную внешность, таланты, а также предрасположенность к различным заболеваниям. Таких участков на ДНК не очень много, и благодаря современным методам молекулярной биологии становится возможным изучить их для того, чтобы выявить потенциальные риски заболеваний или развить заложенные генетикой таланты.

Генотипирование осуществляют с помощью микрочипов. Под микрочипами в данном случае понимают не кремниевые процессоры, а небольшие кусочки стекла, на которые нанесены фрагменты ДНК известной последовательности. Если добавить к таким чипам ДНК человека, она свяжется в определенных точках чипа, которые начнут светиться. По распределению светящихся пятен красителя можно будет установить, какие именно нуклеотиды находятся в тех или иных позициях в геноме.

coverfig

Генотипирование не заменяет классическое полногеномное секвенирование. Это его упрощенный, но зато гораздо более дешевый вариант (по крайней мере, пока). В большинстве случаев анализируются однонуклеотидные полиморфизмы или SNP (single nucleotide polymorphism, в русской литературе их часто называют «снипами»). Это вариации последовательности ДНК в один нуклеотид, которые встречаются как в генах, так и в некодирующих участках ДНК. Хотя количество вариаций одного SNP ограничено числом нуклеотидов — A, T, G или C (а для большинства SNP число аллелей и вовсе не превышает двух), из-за огромного количества таких полиморфизмов каждый человек обладает практически уникальной комбинацией SNP. В общей сложности анализируют 400-900 тысяч вариаций, для которых есть соответствующие маркеры на микрочипе.

Если говорить о качестве проводимых сейчас анализов, то оно зависит от используемого метода определения и варьируется как правило в диапазоне 98-99,97%. А вот достоверность интерпретации может сильно отличаться в различных компаниях.

Российский рынок генетических тестов

В России рынок генетического тестирования развит слабо.

Специалисты оценивают сегмент не более чем в 0,2% от совокупного оборота рынка платных медицинских услуг. И если в 2013 году его объем в России, по экспертным оценкам, едва превысил $37 млрд, то стоимость генетических исследований не преодолела диапазон в $50–70 млн.

Впрочем, уже сейчас российские специалисты выделяют несколько перспективных секторов генетических исследований, среди которых – медико-генетическая диагностика, развлекательная или занимательная генетика, ДНК тесты на определение родства и отцовства, а также генетические исследования в научных целях.

3 года назад всех игроков можно было пересчитать по пальцам одной руки. Cейчас же практически раз в квартал появляется новый старт-ап с генетическим тестированием. Большая часть игроков знает лично друг друга и иногда общается, потому что они и составляют эту индустрию в нашей стране и важно следить, что делают соседи.

EVP_4079

Одной из первых компаний, подхвативших подобную идею бизнеса стала московская компания Genotek.

Компанию основали в 2011 году три выпускника МГУ, познакомившись в Научном парке МГУ. Выпускник биологического факультета Валерий Ильинский занимался наукой и хотел найти своим разработкам практическое применение, а два выпускника механико-математического факультета Артем Елмуратов и Кир Петренко хотели заниматься развитием бизнеса, в основе которого лежали бы инновации и социальная значимость.

В это время в США и Европе уже существовали примеры компаний, проводивших персональные генетические исследования, в России же такой формат был мало доступен.

Артем, Кир и Валерий объединились и собрали команду лучших генетиков, биоинформатиков, биологов и математиков (выпускников МГУ, МИФИ, РГМУ им. Пирогова, МГТУ им. Н. Э. Баумана, РЭУ им. Плеханова, ВШЭ). Так появилась компания Genotek.

Изначально старт-ап привлек инвестиции у одного из венчурных фондов в размере 500,000$, основной «дойной коровой» являлось B-2-B направление – обслуживание лабораторий, медицинских учреждений и НИИ, в которых невозможно проводить генетические анализы или по причине отсутствия нужного оборудования или по причине отсутствия должных специалистов. Однако B-2-C направление (выявление предрасположенности у частных клиентов) развивается очень стремительно: рост за 2013 г. составил 300% в год до 1,000,000$.

Сначала в компании было трое сотрудников, сейчас тридцать, есть свой офис, лаборатория для исследований, новейшее оборудование и больше тысячи клиентов.

Изначально сотрудники изучали открытые базы с подобными данными и строили на них алгоритмы своих тестов. Позже математики и биоинформатики компании разработали свою собственную систему интерпретации данных, у каждой компании она своя.

Одна российская компания от другой, предоставляющая подобный сервис, отличается по ряду факторов.

Во-первых, безусловно, ценой. Во-вторых, полнотой генетического теста: отличается количество определяемых предрасположенностей и болезней, для которых Вы можете являться носителем. В-третьих, форматом отчета, который Вы получаете на выходе.

Для того, чтобы рынок генетических тестов развивался в России, на него должны прийти несколько игроков и начать его формировать.

Прямая речь

Валерий Ильинский, директор по науке Genotek, генетик

Какие тенденции в медицине можно наблюдать сейчас?

Основной тенденцией в медицине сейчас является переход от лечения болезни к ее предупреждению, поэтому модели, предсказывающие риск развития заболеваний, вызывают все больший интерес. Большинство социально значимых заболеваний (диабет второго типа, инсульт, ишемическая болезнь сердца, рак молочной железы, прямой кишки и простаты) имеют сложную этиологию. Риск развития таких заболеваний у конкретного человека зависит от стиля жизни, семейной истории, физических нагрузок и наследственности. Существующие математические модели учитывают все эти факторы при оценке рисков.

Меняется ли генетическая информация человека на протяжении жизни?

Генетическая информация более или менее стабильна на протяжении жизни пациента (в отличие от биохимических маркеров), поэтому однократное составление полногеномного профиля пациента позволит использовать полученную информацию для оценки рисков в течение всей жизни. Кроме того, создание геномных профилей большой группы людей позволит выявить ранее неизвестные генетические маркеры. Создание полногеномного профиля пациентов позволит разделить их на группы риска, согласно генетической предрасположенности, и тем самым минимизировать количество людей, подвергающихся неприятному или дорогостоящему исследованию. Сейчас подобную доскрининговую классификацию пациентов применяют при назначении маммограммы, в качестве фактора риска используют возраст. Однако на сегодняшний день известен целый ряд локусов, вовлеченных в развитие рака молочной железы.

Какое будущее у генетических исследований?

Достижения в области генетических исследований позволяют персонифицировать медицину: геномные профили пациентов будут определять выбор препарата и схему лечения. Это, в свою очередь, повлечет за собой создание персонализированных лекарств. Традиционно клинические испытания новых препаратов проводили на большой группе добровольцев, случайно отобранных из популяции. Усредненный эффект, которой оказывал препарат на эту группу, использовали в качестве отправной точки для применения в клинике. В рамках концепции фармакогенетики геномная информация каждого пациента используется для оценки персонального ответа на лекарство, выбор препарата и его дозы.

Приложение

Зачем делать генетические тесты

1. Здоровье. Оценить риски возникновения значительного пула заболеваний и узнать свой статус носительства (в Genotek делают тест на 150 заболеваний)

2. Генеалогия. Узнать, откуда произошли твои предки, расширить представление о своей персональной истории.

3. Планирование семьи. Определить, какие генетические риски передадут родители своему будущему ребенку (в Genotek делают тест на топ-1500 самых распространенных мутаций).

4. Возможности организма. Выяснить, к каким занятиям и стилю жизни расположен человек, вплоть до диеты, видов спорта и интеллектуального потенциала.

5. Новаторство. Оказаться одним из первых владельцев персональной генетической карты не менее круто, чем владельцем нового iPhone.

6. Вклад в будущее. Новые научные данные станут накладываться на «персональный геном», регулярно обновляя представление о человеке, его рисках и возможностях.

Генетические тесты за границей и в России: плюсы и минусы

«Почта России» и другие курьерские службы отказываются отправлять за границу пробирки со слюной, ссылаясь на запретительные законы в отношении биоматериалов. Поэтому 23andMe не работают в России. В связи с этим, многим приходилось идти на уловки: например, заказывать тест и отправлять пробирку со слюной через посредников или друзей в Америке или из ближайшей пограничной страны в России. Кроме того, стоимость в 99$ прельщала многих, в то время как в России стоимость подобных тестов стартует с 20 тыс. руб. и выше. Но если добавить еще стоимость курьерской доставки (которая из России составляет 5-7 тыс.), то в итоге тест обходится в 8-11 тыс. руб.

dnapost

Однако есть и негативные моменты: для интерпретации результатов американцы используют базу данных американцев, а, например, в Японии — японцев, многие заболевания свойственны только определенным нациям и их не встретишь у российской популяции. Поэтому в этом смысле надо ориентироваться на типичные заболевания россиян. Кроме того не секрет, что базы данных клиентов 23andMe передают фармацевтическим компаниям – именно этим и обусловлена такая низкая стоимость исследований. Фактически, компания работает в убыток (цена анализа ниже себестоимости), но благодаря фармацевтическим компаниям, всем удается заработать.

В российских компаниях у всех свои правила. Например, у Genotek однозначная политика: ни при каких условиях данные никому не открывать, это неэтично и некорректно по отношению к клиенту. Вторым существенным плюсом заказа теста в российской компании является простота процесса: вы делаете заказ на сайте, далее приезжает курьер с пробиркой, вам только нужно сдать слюну и все, никаких головных болей относительно логистики. Ну и самое важное – после проведения результатов теста некоторые компании предлагают консультации специалистов. Например, в Genotek вы можете заказать консультацию генетика, который поможет обработать полученную информацию или диетолога с фитнес-инструкторами, которые на основании предрасположенностей к нагрузкам и особенностям метаболизма смогут разработать индивидуальную программу для каждого клиента, ведь данные у всех свои.