Координатор проекта “Нейрогенетика” Алина Балиста беседует с клиническим биоинформатиком, сотрудником лаборатории “Геноаналитика” Сергеем Фоменко
– Расскажите нам, пожалуйста, что такое вообще генетика, что изучает эта наука?
– Генетика изучает, как гены передаются из поколения в поколение, от родителей к детям и так далее. Ученого-генетика интересует наследование вообще всех признаков – от цвета глаз и предрасположенности к каким-то заболеваниям и заканчивая тем, насколько вы любите сладкое. А медицинская генетика ищет способы применения этой науки для диагностики наследственных заболеваний и их лечения. Медицинская генетика в первую очередь занимается моногенными заболеваниями. “Мона” означает один. То есть моногенное заболевание – это то, которое вызывается только одним определенным геном и какой-то поломкой, ошибкой, которая возникла в нем. В каждом из нас зашифрованы 20 тысяч генов, в 5-и тысячах из них могут возникать поломки, которые приводят к разным моногенным заболеваниям, таким как муковисцидоз, фенилкетонурия, какие-то формы эпилепсии и прочие. Каждое моногенное заболевание вроде бы достаточно редкое, но, если посчитать всех людей, которые ими больны, получится целых 6% от всей человеческой популяции. В итоге суммарно это достаточно много.
– В каких случаях пациенты идут к генетику и какие анализы им, как правило, назначают?
– Чаще всего сначала пациент приходит к врачу узкого профиля, который по каким-то признакам может заподозрить наличие наследственного заболевания. Какие это могут быть признаки? Например, похожие симптомы часто встречались у мам, пап, бабушек, дедушек или других родственников больного. Либо это какие-то заболевания, которые имеют очень характерный, яркий клинический признак. Скажем, при такой болезни, как нейрофиброматоз, на коже бывают пятна цвета кофе с молоком. К генетику может направить кардиолог, который, выявил у пациента на ЭКГ какое-то характерное необычное изменение сердечного ритма. Если при этом у больного были родственники, внезапно умершие из-за проблем с сердцем, то, возможно, дело в какой-то мутации. Когда у пары не получается забеременеть или возникает привычная невынашиваемость беременности, это тоже повод провести генетическое обследование и посмотреть, нет ли каких-то наследственных проблем с этой стороны.
МАТВЕЮ НУЖЕН ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
– Мне кажется, у обычного человека слово генетика ассоциируется как раз с термином, наследственность. Можете рассказать, что это такое вообще, какие типы наследственности бывают?
– Наследственность – это вообще такая сложная штука с точки зрения генетики. Некоторые признаки у человека достаточно легко расшифровать, как они наследуются, например, цвет глаз или те же моногенные заболевания. Но бывают также заболевания полигенные, которые зависят не от одного гена, а сразу от большого количества. С ними все сложнее.
Но давайте остановимся именно на моногенной наследственности. Если говорить о “поломке” в одном гене, она может иметь рецессивное наследование и доминантное. Что эти страшные слова означают? Рецессивное наследование – это когда поломки в одном гене недостаточно. Нужно, чтобы сломалась одна копия гена и вторая, потому что у каждого из нас по две копии каждого гена в каждой клеточке. Таким образом, чтобы заболевание проявилось, должна быть у папы какая-то поломка в этом гене и у мамы тоже, только в этом случае они могут привести к развитию заболевания у ребенка. А родители будут просто носителями генетических вариантов, которые могут привести к этому заболеванию у их ребенка. Это называется рецессивное заболевание, которое может скрываться у человека и он даже не будет подозревать, что является носителем такого генетического варианта. Если прикинуть, то примерно у каждого человека есть от 3 до 5 таких мутаций, которые сами по себе не приводят к заболеванию у ребенка.
Помимо рецессивного, более слабого наследования, существует еще доминантное. Оно подразумевает, что всего лишь одна мутация в гене может сразу привести к развитию заболевания.Чаще всего такие мутации возникают случайным образом у самого ребенка на ранней стадии развития плода в утробе матери. То есть оба родители в этом случае вообще полностью здоровы, у них никаких мутаций не выявляется.
Есть еще интересный вид наследственности – митохондриальный. Митохондрии – это такие крохотные помощники внутри клеток, которые помогают нам продуцировать энергию для того, чтобы ходить, разговаривать, думать. В общем, энергия нам для всего нужна. И вот митохондрии нам помогают, и у них тоже есть свои собственные гены. Но интересно, что, если остальные гены мы получаем по половине от каждого родителя, то митохондриальные – только от мамы, из яйцеклетки. Таким образом, отец никак не влияет на митохондриальные признаки и заболевания. Все мутации в этом случае и все генетические варианты наследуются именно от матери.
Но это только самые основные виды. Чтобы не утомлять вас излишне, резюмирую, что есть доминантная наследственность, которая проявляется сразу и очень сильно, и рецессивная, которая сначала скрывается длительное время, а проявляется, только если вместе встречаются два опасных болезнетворных генетических варианта.
– Сергей, подскажите, пожалуйста, все ли наследственные заболевания не поддаются лечению?
– Это очень интересный вопрос, потому что медицинская генетика – бурно развивающаяся отрасль, она вообще не стоит на месте, постоянно выявляются какие-то новые связи между генами и заболеваниями, постоянно пробуются и находятся новые методы лечения. Часто встречается представление, что наследственные заболевания неизлечимы, как будто это приговор на всю жизнь. На самом же деле во многих случаях при постановке правильного диагноза возможно облегчить симптомы генетического заболевания и улучшить качество жизни пациента.
Приведу в пример такое распространенное наследственное заболевание, как фенилкетонурия. Его суть в том, что одна из аминокислот – фенилаланин, которая есть в пище, неправильно метаболизируется, это приводит к заболеванию с тяжелой неврологической симптоматикой. Однако, если при фенилкетонурии назначать правильную диету, то это может привести к замедлению прогрессирования заболевания и в целом к ремиссии.
Или вот есть различные виды эпилепсии. Один из них вызван мутациями в гене ГУТ-1, он возникает из-за того, что организм неправильно утилизирует глюкозу, которая у нас в крови является основным источником энергии для мозга. Если выявить данный вид эпилепсии, поставить диагноз при помощи генетического исследования, то есть достаточно неплохой и нетривиальный метод ее лечения. Это кетогенная диета, которая, сейчас, мне кажется, очень популярна. Она подразумевает отсутствие углеводов в пище и замену их на жиры и белки. И, на удивление, при некоторых видах эпилепсии, например, связанных с ГУТ-1 мутациями, кето-диета помогает снизить частоту эпилептических приступов.
У нас традиционно очень много запросов от неврологов, когда ребенок не начинает разговаривать своевременно, демонстрирует какое-то необычное поведение и так далее, и не всегда ясно, какая причина. Это может быть какое-то расстройство аутического спектра, может быть эпилептическая энцефалопатия. А в некоторых случаях, как у нас было с одним пациентом, оказалось, что на самом деле у ребенка выявили поломки в гене, связанном с глухотой. От невролога было направление, предполагали задержку развития, но оказалось, что ребенок просто был глухим, и из-за этого он, разумеется, не мог нормально разговаривать, и были проблемы с поведением.
Выявление правильного диагноза, в том числе при помощи генетического исследования, – это очень важно и помогает клиницистам найти правильный подход к пациенту.
– Возвращаясь к вопросу первичной консультации у врача генетика, о каких анализах мы говорим? Какие исследования чаще всего назначаются, чтобы правильно верифицировать диагноз? И почему они так долго выполняются?
– В первую очередь генетическое исследование основано на секвенировании.Это чтение той информации, которая закодирована в нашей ДНК, выявление последовательности генов. Сначала в лаборатории выполняется так называемая мокрая часть, когда выделяется ДНК из образца крови или какой-то другой ткани нашего пациента. Затем при помощи достаточно сложных машин, которые называются секвенаторы, происходит расшифровка последовательности ДНК вот этих самых генов, которые могут быть связаны с каким-то заболеванием.
Мы можем прочесть весь геном человека, который у нас очень большой и занимает очень много места. Если представить его как компьютерный файл, он будет просто огромный. Прочтение всего генома, то есть полногеномное секвенирование – очень дорогое исследование, зато оно чаще всего позволяет поставить диагноз. Помимо этого мы можем смотреть последовательность не всех генов, а только какую-то небольшую часть, связанную именно с тем заболеванием, которое подозревают у пациента, или с теми симптомами, которые его беспокоят. Это называется “панель генов”. То есть мы читаем не все 20 тысяч генов, которые у нас есть, и межгенные промежутки между ними, а, допустим, одну тысячу генов, про которые точно известно, что они, например, связаны с аритмиями или с болезнями почек.
Если полногеномное секвенирование, его анализ, обработка на компьютере, интерпретация у врачей могут занимать полгода или даже больше, то в случае панели генов это будет быстрее, разумеется. Но проблема в том, что панель генов не всегда дает гарантию найти диагноз. Как в случае, о котором я только что рассказал, если бы пациента с задержкой развития отправили только на панель по неврологическим заболеваниям, то мы бы там не увидели мутации, связанные с глухотой. Поэтому панель генов не всегда является идеальным выбором, на ней можно пропустить истинную причину заболевания.
Средним вариантом между полногеномным секвенированием и панелью является полноэкзомное секвенирование. Экзом – это самые важные частички нашего генома, именно вот те 20 тысяч генов, которые непосредственно влияют на развитие заболеваний сильнее всего. То есть мы читаем только гены без межгенных промежутков, которые находятся между ними и занимают на самом деле 90% нашего генома. Мы читаем только важные части, 10% генома, при этом можем найти причину в 85% случаев моногенных заболеваний, что достаточно выгодное соотношение. Полноэкзомное секвенирование дешевле, чем полногеномное, и делается быстрее, так что на данный момент является самым распространенным методом первого уровня для того, чтобы начать какую-то генетическую диагностику.
– Сергей, вы являетесь клиническим биоинформатиком. Объясните, пожалуйста, что такое биоинформатика и чем непосредственно вы занимаетесь?
– Биоинформатика – это любое применение каких-то компьютеров, программирования для решения биологических задач и проблем, в том числе медицинских. Врач-клинический генетик работает непосредственно с пациентом, проводит осмотр, ставит диагноз, определяет, какой генетический тест в данном случае было бы правильно провести и, собственно говоря, анализируют клиническую картину заболевания. Врач-лабораторный генетик и ученые-биологи занимаются непосредственно самим секвенированием, работают в лаборатории с этими сложными машинами и выделяют ДНК.
Я вступаю в работу, когда данные о пациенте приходят с секвенаторов уже непосредственно к врачам-клиническим генетикам, я являюсь посредником между ними. Чтобы было понятно, из секвенатора приходят не очень по-человечески читаемые данные. Это просто последовательность из четырех букв, в которых закодирована наша ДНК, А, Т, С, Г, четыре разные молекулы, которые являются фрагментами нашей ДНК. Таким шифром, можно сказать, закодирована вся наша генетическая информация. Данные одного полногеномного секвенирования занимают примерно 100-200 гигабайтов на компьютере, по размеру это примерно как «Война и мир» 15 тысяч раз. Огромные такие данные, невероятных размеров, которые, понятное дело, вручную невозможно обработать, да и бессмысленно. Поэтому тут нам помогают компьютеры и программы, различные алгоритмы, которые позволяют рассчитать, чем геном нашего пациента отличается от генома остальных людей, какие у него генетические варианты, которые могут быть связаны с наследственным заболеванием. У каждого человека, и у меня, и у вас, и у наших читателей, по 6 миллионов генетических вариантов. Конечно, не все они патогенные, большая часть – безвредные.
Ну и тут, после того как мы преобразовали эти огромные данные в 6 миллионов вариантов, мы отбираем из них наиболее патогенные и опасные, которые могут быть связаны с заболеванием пациента. Остается 100 или 50 вариантов, наиболее подходящих по симптомам. С ними уже могут работать врачи-генетики, как-то их интерпретировать и решать, связаны ли они с заболеванием или нет.
– Правильно я понимаю, что в своей работе Вы пользуетесь информацией о пациенте: клиническими данными, выписными эпикризами, медицинскими заключениями?
– Да, эта информация очень важна и необходима, потому что она помогает соотнести гены, в которых могли произойти какие-то опасные мутации, с общим состоянием пациента и понять, насколько они вообще влияют в данном случае на него, насколько являются информативными. То есть, например, если мы найдем какую-то подходящую по симптомам заболевания поломку, то мы ее, скорее всего, вынесем в клиническое заключение. Поэтому, кстати говоря, очень важно, чтобы и врачи генетики, и пациенты давали максимально полную документацию, все данные других клинических исследований: анализы крови, МРТ и прочее-прочее, потому что это очень помогает интерпретировать те генетические варианты, которые мы нашли при секвенировании.
Скажу больше, даже фотографии пациентов важны. Есть специальные программы, которые по особенностям внешности могут выдать предположение о возможных генетических заболеваниях, ими тоже довольно часто пользуются клинические врачи-генетики. Поэтому максимально полная клиническая информация – это очень важно в нашей работе.
– Мне кажется, вы рассказали удивительную историю о том, как результаты генетического исследования развернули диагноз пациента в совершенно другую сторону. Насколько я понимаю, мальчику на тот момент было лет 10?
– Да, около того. На самом деле поиск клинического диагноза – это очень сложная задача. У меня огромное уважение к врачам общей практики и тем, кто занимается клинической диагностикой наследственных заболеваний. Но это всегда очень непросто, и тут генетическое секвенирования всегда помогает даже в самых сложных случаях. Потому что, разумеется, по осмотру пациента, по другим исследованиям не всегда понятно, что с ним именно происходит.
– В заключение хочу уточнить, в каких случаях сдается на анализ слюна, а в каких – кровь, и в чем разница?
– Кровь в случае секвенирования используется чаще, и из нее ДНК выделить проще. Из слюны ДНК тоже можно выделить, но там важно правильно произвести ее забор, чтобы избежать контаминации –, смешения ее с какими-то другими частями того, что находится у нас в ротовой полости. Поэтому со слюной работать сложнее и чуть менее надежно, так скажем.
– Сергей, благодарю вас за эфир, за уделенное время. Спасибо вам за чёткую, понятную информацию. От лица всех подписчиков тоже благодарю за интересный рассказ и за ответы на вопросы.
– Да, еще раз благодарю вас, ваш фонд, вы делаете очень, мне кажется, важное дело, и я испытываю глубочайшее уважение к тому, что вы помогаете столь альтруистично людям, которые испытывают различные проблемы. Хочу поблагодарить всех зрителей, которые смотрели наш эфир, и буду рад, если какие-то вопросы появятся к следующему эфиру.