Персонализированная медицина: еще дорого, но уже сердито

На секвенирование первого человеческого генома исследователи потратили 13 лет и 3 миллиарда долларов США. Следует отметить, что этот геном не принадлежал отдельному индивидууму, а представлял собой сборный генетический материал нескольких добровольцев. Благодаря появлению новых технологий в последние годы стоимость прочтения индивидуального генома снизилась в тысячи раз, а затрачиваемое на ее проведение время сократилось до нескольких десятков дней, что существенно повысило ее доступность для населения. Некоторые специалисты считают, что в течение ближайших двух лет стоимость секвенирования индивидуального генома преодолеет порог в 1000 долларов США.

Геном человека состоит примерно из трех миллиардов пар нуклеотидных оснований,
а размер генома в двоичной системе исчисления составляет 778 мегабайт.

Одним из ключевых аспектов удешевления технологии секвенирования ДНК является миниатюризация оборудования, снижающая объемы затрачиваемых на проведение анализа дорогостоящих химических реагентов. Работающие в этом направлении компании создают различные варианты микрожидкостных чипов. Например, компания BioNanomatrix заявляет, что диаметр каналов в разрабатываемых ее специалистами устройствах составляет всего 50 нанометров, что когда-нибудь позволит снизить затраты на секвенирование одного генома до невероятно маленькой суммы – 100 долларов США.

На сегодняшний день лидером в области разработки оборудования для секвенирования ДНК является созданная четыре года назад в Маунтин-вью (Калифорния) компания Complete Genomics. Разработанная компанией технология позволила ее специалистам в 2009 году секвенировать 50 человеческих геномов. В 2010 году компания планирует увеличить объем работы до 5000 индивидуальных геномов и в последующем держать планку на уровне 10 000 геномов в год. Причем, согласно заявлению компании, стоимость секвенирования одного генома будет составлять от 1500 до 5000 долларов США.

Компания использует для секвенирования ДНК автоматизированные системы. Высокая скорость и сравнительно низкая стоимость проводимых с их помощью исследований обусловлена возможностью нанесения на одно предметное стекло более миллиарда амплифицированных фрагментов ДНК. Размещение такого огромного количества информации на одном предметном стекле не только значительно сокращает время анализа, но и уменьшает количество используемых материалов и дорогостоящих реактивов. Компания не продает свою технологию в виде оборудования, реагентов и программного обеспечения, а предоставляет исследователям услуги по секвенированию. Заинтересованные в получении таких услуг ученые отправляют свои образцы (один заказ должен состоять минимум из 8 геномов, максимальное количество геномов не ограничено) с помощью срочной почтовой службы FedEx.

На сегодняшний день компания занимается исключительно удовлетворением потребностей исследователей, которые уже разместили огромное количество заказов, объем которых варьирует от десятков до сотен геномов. После того, как спадет ажиотаж в научной среде, Complete Genomics планирует выйти на потребительский и медицинский рынки. По прогнозам специалистов, из-за стремительного падения цен на секвенирование, в ближайшем будущем эти рынки будут активно развиваться. Кроме секвенирования геномов новорожденных (что только в США означает более четырех миллионов геномов ежегодно), перспективным направлением работы является секвенирование опухолевых ДНК, что позволит максимально повысить эффективность противоопухолевой терапии.

По словам исполнительного директора компании Клиффорда Рейда (Clifford Reid), у компании наполеоновские планы. Она планирует открыть 10 филиалов по всему миру, что позволит ей произвести секвенирование миллиона геномов в течение ближайших пяти лет.

В настоящее время услуги по секвенированию индивидуальных геномов и выявлению генетических вариантов на потребительском рынке предлагают следующие фирмы:

К сожалению, индивидуум сможет извлечь реальную пользу из знания своего генома только тогда, когда персонализированная медицина наконец-то полностью интегрируется в существующую систему здравоохранения. На сегодняшний день ее принципы противоречат официально принятым процедурам одобрения лекарственных препаратов. Стандартная схема клинических исследований подразумевает тестирование препарата на большой разнородной группе пациентов, тогда как вся суть персонализации препарата заключается в его применении для лечения специфичной с генетической точки зрения части популяции, которая извлечет из лечения максимальную пользу. Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) уже предпринимает попытки составления протоколов оценки пригодности препаратов, разработанных для лечения представителей определенных генетических популяций, с одновременным определением их безопасности для других индивидуумов, которые могут получать их для недокументированного использования (для лечения заболеваний, не указанных в инструкции, утверждённой FDA).

Прошлой осенью FDA утвердило должность эксперта по геномике, задачей которого является координирование усилий Управления, направленных на решение вопросов, связанных с генетической информацией и назначением препаратов.

Одной из первых сложных задач, которые предстоит решить Управлению, является оценка эффективности тестов на выявление генетических вариантов и биомаркеров, предназначенных для идентификации пациентов, которые могут извлечь максимальную пользу из приема того или иного препарата. Управление уже начало вносить в инструкции к определенным препаратам рекомендации по проведению предварительного диагностического тестирования, а в некоторых случаях – даже требование обязательного проведения генетического теста. Однако на сегодняшний день процесс официального одобрения комплекса «препарат-тест» еще не поставлен на поток и неясно, каким образом FDA справится со сложностями, связанными с одобрением двух принципиально отличающихся продуктов в рамках одного протокола.

Препараты, перед применением которых Управление по контролю за продуктами и лекарствами США рекомендует проведение генетического теста, перечислены в таблице.

Возможно, в скором будущем для анализа генетических вариаций, обуславливающих характер реагирования организма на тот или иной препарат, пациентам не придется отправлять образцы по почте и ожидать результат неделями. Это станет возможным благодаря разработанной компанией Nanosphere тест-системе Verigene, позволяющей в течение нескольких часов прямо в кабинете врача анализировать ДНК, содержащуюся в образце крови или другого биологического материала, на наличие одной или нескольких искомых генетический вариаций.

Тест-система Verigene компании Nanosphere

A. Одноразовый картридж, внутри которого протекают химические реакции, обеспечивающие выделение ДНК и выявление специфических генетических признаков.
По завершении процесса верхняя часть картриджа сжимается, открывая подготовленное к дальнейшей обработке предметное стекло с образцом.

В. Штрих-код, напечатанный на картридже и находящемся внутри него предметном стекле, минимизирует вероятность случайных ошибок.

C. Лунки для реагентов содержат необходимые для протекания химических реакций реагенты. После выделения ДНК они высвобождаются внутрь картриджа с помощью давления воздуха и механических клапанов. Искомые последовательности ДНК прикрепляются к поверхности предметного стекла и обеспечивающим визуализацию результата золотым наночастицам с помощью комплементарных к ним фрагментов ДНК. После этого картридж отмывает несвязанные фрагменты ДНК и наночастицы и запускает реакцию, в результате которой связанные золотые наночастицы покрываются серебром для облегчения сканирования.

D. Отверстие для загрузки содержащего образец картриджа в прибор, внутри которого ДНК расщепляется на мелкие фрагменты и отдельные комплементарные цепочки, которые впоследствии прикрепляются к предметному стеклу.

E. Предметное стекло, к которому прикрепляются искомые фрагменты ДНК, меченые покрытыми слоем серебра золотыми наночастицами. Специальное устройство считывает результаты посредством оценки характера рассеивания падающего на образец пучка света.

Интерпретация зашифрованной в ДНК информации по-прежнему остается исключительно сложной задачей, а специалисты еще слишком мало знают о влиянии различных генетических вариаций на здоровье человека. Однако это не ослабляет интерес людей к геномике, и многие уже сегодня живут мечтами о том времени, когда персонализированная медицина наконец-то полностью вступит в свои права и секвенирование генома станет рутинным медицинским тестом, проведение которого сразу после рождения позволит каждому человеку максимально оптимизировать качество и продолжительность своей жизни.

Евгения Рябцева, Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru