Вы прочитали свою ДНК?
Генетическая диагностика становится рутиной, геном станет главным компонентом персональных данных
Спустя 19 лет после расшифровки первого человеческого генома мир продолжает ожидать революции в медицине, связанной с генетическими технологиями. Ученые регулярно публикуют статьи о полиморфизмах, ассоциированных с патологиями, фармкомпании создают «генетические таблетки», аналитики рынков подсчитывают инвестиции в ДНК-диагностику и разработку генных лекарств. По всем признакам будущее, в котором медицина победит «плохую наследственность», будет не лечить, а предупреждать заболевания и средняя продолжительность жизни вырастет как минимум на десять лет, вот-вот наступит. Технологии для этого почти готовы, и они выходят из научных лабораторий в клиники. Вопрос лишь в том, будет ли этот процесс массовым. Первый шаг к нему — всеобщая генетическая паспортизация населения — поддержан законами и госпрограммами многих развитых стран. К его реализации уже приступили Великобритания, США, Франция, Исландия, Эстония, Беларусь, ОАЭ, Канада, Китай, Япония. Часть государств нарабатывает ДНК-базы для использования в криминалистике, часть — специально для медицины.
В России еще в 2008 году был принят закон «О государственной геномной регистрации», в соответствии с которым был сформирован банк ДНК людей, осужденных за тяжкие и особо тяжкие преступления. В конце прошлого года председатель Следственного комитета России Александр Бастрыкин выступил с инициативой расширить ДНК-аттестацию на всех мигрантов, прибывающих в РФ, опять-таки для более эффективной борьбы с преступностью. Из Госдумы стали поступать предложения поэтапно распространить геномную регистрацию на всех россиян. Соответствующий проект у нас тоже есть, это HealthNet, принятый в 2016 году в рамках Национальной технологической инициативы. Его ключевой компонент — персонализация медицины, то есть сбор, анализ и использование информации по каждому пациенту с учетом его индивидуального генетического кода. Проект рассчитан до 2035 года, насколько он продвинулся за первую пятилетку — неизвестно.
Сколько стоит
Масштаб охвата населения ДНК-тестами во многом зависит от их стоимости. В относительных цифрах генетическая диагностика стремительно дешевеет. Если на расшифровку первого человеческого генома ушло порядка трех миллиардов долларов, то сегодня стоимость полногеномного секвенирования упала в миллионы раз и колеблется в разных регионах мира от 600 до 1000 долларов. Но в абсолютных величинах это все равно очень дорогостоящий проект. В России на его реализацию сегодня потребовалось бы более 146 млрд долларов, это примерно половина годового бюджета страны (по данным 2021 года). Перспектива снижения тарифов зависит от появления на рынке нового, более мощного оборудования. Вероятно, это произойдет в ближайшие годы. Американская компания Illumina и учрежденные в США компании Пекинского института генетики, жестко конкурируя друг с другом в разработке новых секвенаторов, спешат пробить цену ниже 100 долларов за геном. Известно, что Illumina готовится представить приборы, которые будут в шесть раз быстрее предшественников. Если все пойдет по плану, случится это примерно в 2027 году.
В России стоимость секвенирования человеческой ДНК до недавних пор держалась на верхней планке, но теперь наблюдается тенденция к ее снижению. Старт этому процессу неожиданно был дан в 2017 году, когда на заседании президентского совета по правам человека в Кремле президент РФ Владимир Путин заявил, что западные лаборатории собирают генетический материал россиян для сомнительных целей. Тогда Роспотребнадзор взялся за разработку законопроекта о защите генетической информации. Это подтолкнуло компании, работающие на российском рынке ДНК-диагностики, локализовать свою деятельность в стране: если раньше они отправляли материал для анализа в США и Китай, то теперь оказались вынуждены закупить оборудование для прочтения геномов и проводить всю работу на месте. Например, компания «Генетико» на этой волне при поддержке Фонда развития промышленности Минпрома РФ оснастила лабораторию на 300 млн рублей. «Если раньше секвенировать полный экзом (основная функциональная часть генома) стоило порядка 100 тысяч рублей и занимало 90 рабочих дней, то после переоборудования лаборатории новыми дорогостоящими приборами цена упала до 44 тысяч рублей, а срок расшифровки снизился до 3035 дней», — рассказывает основатель и член совета директоров компании Артур Исаев. Дальнейшее снижение цены на эту услугу в России также зависит от поступления в отечественные лаборатории зарубежных секвенаторов нового поколения (у нас такую технику не производят), которые удешевят и ускорят процессы «раскодирования» ДНК. В будущем государство намеревается взять и этот вопрос под контроль: сейчас в соответствии с федеральным проектом генетической паспортизации населения идет сбор номенклатуры закупаемого оборудования и реагентов для создания их отечественных аналогов; снимаются также бюрократические барьеры для использования материалов и приборов без регистрационных удостоверений в генетических исследованиях. Благодаря этому цена расшифровки генома в России может быть сокращена в разы.
Вместе с тем возникнет проблема дефицита специалистов — лабораторных генетиков, биоинформатиков, а также врачей, способных интерпретировать результаты молекулярно-генетического анализа. По мнению Ольги Щагиной, заведующей лабораторией молекулярно-генетической диагностики Медико-генетического научного центра имени академика Н. П. Бочкова, именно кадровый вопрос станет критическим при решении задачи массового охвата населения генетическим скринингом.
Как хранить
Встанет и вопрос о хранении и обработке генетических кодов, каждый из которых «весит» порядка 160 Гб. Аналитики Research & Markets делают вывод, что существующие решения еще сырые и при выходе на широкого потребителя возникнут проблемы с поддержкой сложного хранилища данных, собранных из разных источников, с инструментами обработки клинической информации и многие другие. Эти задачи не кажутся неподъемными, судя по темпам развития технологий искусственного интеллекта для медицины. Отдельные решения уже представлены. В частности, Google Genomics предлагает сохранять геномы в облаке, что обходится пациенту примерно в 25 долларов в год; для медицинских учреждений действует своя тарификация. Известно, что этой услугой уже пользуется Национальный институт рака США, ежемесячно расходуя на эти цели десятки миллионов долларов. За лидерство с Google в этой сфере соперничают Amazon, IBM и Microsoft.
В России команда ученых из Института системного программирования имени В. П. Иванникова построила инфраструктуру для генетических исследований, которая обеспечивает быстрый доступ к результатам обработки данных секвенирования нового поколения, также с возможностью работы в облачных средах. Основанный россиянами и зарегистрированный в Белизе стартап Zenome предложил миру экзотический вариант — геномную платформу на блокчейне.
Совместно с Массачусетской больницей общего профиля в Бостоне тестирует свою облачную систему хранения, поиска и сравнения генетической информации российский R&D-центр Dell EMC.
С сетью клиник РЖД работает компания «Соцмедика». Она продвигает биоинформативный интерпретатор, содержащий информацию более чем о миллиарде вариаций известных генов, которая обновляется и пополняется из ключевых отечественных и международных медицинских источников. По словам руководителя проекта компании Раушании Гайнуллиной, благодаря этой разработке стоимость обновления интерпретации генетической карты снизилась до 190 рублей и занимает всего минуту. Кроме того, «Соцмедика» впервые в мире написала алгоритм для сжатия ДНК-кода до 1 Гб, благодаря чему появилась возможность хранить его на смартфоне.
Очевидно, количество и качество создаваемых решений в этой области будет расти хорошими темпами.
Где применить
Как медицина будет использовать знания о человеческом геноме, уже примерно ясно. Анализ нуклеотидных последовательностей в цепи ДНК становится все более информативным и нацеленным на клиническое применение. Мощная волна открытий в генетике, проясняющих сущность отдельных вариаций генов, началась около 30 лет назад, еще до полной расшифровки генома человека. Тогда мир узнал о мутациях, ответственных за тромбофилию, муковисцидоз, а также о дефекте в скандально известном гене CCR5, обеспечивающем устойчивость к ВИЧ-инфекции и замедленное развитие СПИДа, но, как выяснилось позже, увеличивающем риск смерти от гриппа, риск тяжелого течения лихорадки Западного Нила и, вероятно, негативно влияющем еще на множество функций. Позднее была обнаружена связь конкретных генетических полиморфизмов с развитием сердечно-сосудистых заболеваний, сахарного диабета, различных видов рака, гипертонии, болезни Альцгеймера, ожирения. К настоящему времени известны многие тысячи мутаций в генах, ассоциированные с возникновением и прогнозом развития нескольких тысяч, в основном моногенных, заболеваний. Даже неутихающий SARS-CoV-2 оказался частично во власти генетики: в 2021 году группой ученых из Высшей школы экономики, РНИМУ имени Н. И. Пирогова, МГУ, Института биоорганической химии РАН и Городской клинической больницы имени О. М. Филатова была доказана предрасположенность к иммунному ответу против вируса и его вариантов, к развитию тяжелой формы COVID-19, а также тяжести постковидных осложнений. За течение нового коронавируса, кстати, отвечают гены HLA-A, HLA-B и HLA-C.
Все больше результатов в фармакогеномике, которая исследует индивидуальную реакцию организма на конкретные препараты. Они находят применение в разработке генетических панелей для выявления индивидуальных нарушений метаболизма множества лекарственных средств. Например, группа профессора Галины Лифшиц из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН доказала связь наличия мутантного аллеля в гене цитохрома CYP2C19 со значительным увеличением риска развития угрожающих жизни осложнений у пациентов, принимающих после инфаркта часто назначаемый препарат клопидогрел. Без знания о дефектной вариации гена понять, что и почему в лечении пошло не так, было бы невозможно.
Добрались ученые и до метагенома — генетического материала микроорганизмов, населяющих кишечник человека, и с их помощью обнаружили новые маркеры ишемической болезни сердца и инсульта.
Прорыв ожидается и в эпигенетике, изучающей, как наше поведение и среда влияют на работу генов. Открыты механизмы клеточного старения, связанные с окислительным стрессом, который приводит к преждевременному укорочению теломер — концевых участков ДНК.
Далеко не весь массив знаний получает практическое применение, по большей части это все еще научные результаты, но процесс их конвертации в рабочие технологии уже запущен и развивается в разных странах разными темпами.
Детям и беременным
Без генетических тестов уже невозможно представить пренатальную диагностику. Они позволяют с высокой достоверностью выявить хромосомные аномалии ребенка на ранних стадиях эмбрионального развития. Интересно, что первые научные результаты по этой теме появились именно в России — в Институте цитологии РАН — еще в начале 1990-х. Первые технологии, вошедшие в практику, были созданы американскими и китайскими компаниями. С 2011 года метод пренатального скрининга болезни Дауна, а затем и выявления частых трисомий по другим хромосомам официально одобрен в США. Сейчас в Штатах более 30% беременных проходят такое обследование за счет страховых компаний. В Китае подобные тесты делают не более 10% женщин, государство их не финансирует, доступны они только очень обеспеченным людям. Первый российский аналог технологии был создан компанией «Геноаналитика» в 2014 году. В «Журнале акушерства и женских болезней» за 2021 год приведены данные, что в России ежегодно проводится порядка 3040 тыс. тестов на хромосомные аномалии плода, в основном в частных центрах и клиниках, большинство из них отправляет образцы за рубеж и не несет при этом ответственности за качество диагностики и интерпретацию результатов. Охват использования такими тестами в стране — около 1% беременных. В теории по показаниям такие исследования могут финансироваться за счет региональных бюджетов, на практике пациенты, как правило, оплачивают их сами. Доступны они в России далеко не всем.
Лучше ситуация с неонатальным скринингом — тестированием новорожденных на врожденные и наследственные заболевания. Охват таким исследованием в России приближается к 100%, ежегодно выявляются 11001200 детей с соответствующими патологиями, которые на ранней стадии обнаружения имеют шансы на излечение. Сейчас массовый скрининг новорожденных проводится на пять генетических нозологий, с 2022 года, согласно поручению премьер-министра Михаила Мишустина, их перечень расширится до 36. В Москве и Приморском крае в ОМС уже включен скрининг 40 генетических заболеваний новорожденных. Такие меры позволяют спасти тысячи детских жизней и значительно сэкономить средства регионам, которым лечение двух-трех пациентов с орфанными патологиями может стоить до 30% бюджета.
Мировой тренд в этой области — скринирование супружеских пар до начала беременности, когда на основании проверки генов обоих супругов оцениваются риски наличия у будущего плода наследственной патологии и возможные пути ее профилактики. Это так называемое прогностическое генетическое тестирование. В дальнейшем оно станет дополнением к пренатальному и неонатальному скринингу. Но на это в программах страховой медицины денег пока нет ни в одной стране.
Против рака
Почти все развитые страны поддерживают внедрение генетических тестов в онкологию. В 2006 году Американское общество рака впервые начало ежегодно публиковать рекомендации по проведению онкологического скрининга. Технологии, позволяющие уточнять диагноз для опухолей с невыявленным очагом, постоянно совершенствуются. Но уже доказано, что они не универсальны: спектр наследственных раков в значительной мере зависит от этноса. Большинство клинических исследований по этой теме ведутся в США, Западной Европе и Китае, там же появляются первые схемы лечения с применением фармакогеномики.
В России этот вопрос стал прорабатываться относительно недавно. На одном из тематических совещаний исполнительный директор Российского общества клинической онкологии (RUSSCO) Вера Карасева привела данные за 2019 год: тогда в стране 361 441 пациент получил лекарственную противораковую терапию, среди них примерно 160 тыс. человек нуждались в генетическом тестировании сразу на несколько маркеров. В 2020 году молекулярные генетические исследования для диагностики онкологических заболеваний наконец были включены в программу государственных гарантий и получили свой бюджет в размере 1,8 млрд рублей, который в 2021 году был увеличен до 2 млрд рублей.
Проект по внедрению в практику здравоохранения новых методов генетического тестирования для выявления мутаций в опухолях ведет AstraZeneca в сотрудничестве с Российским обществом клинической онкологии. По словам Евгении Логачевой, медицинского директора по направлению «Онкология» «“АстраЗенека” Россия и Евразия», появилась возможность перевести часть этих исследований на финансирование за счет средств ОМС.
Доказанная помощь генетики в борьбе против рака, которой сегодня вооружается отечественная медицина, — подбор терапии, оптимально подходящей для конкретного организма в конкретной ситуации. В настоящее время в список жизненно важных лекарственных средств внесено более 30 препаратов, при назначении которых требуется определение молекулярного профиля опухолей. Более десяти нозологий (самых значимых по числу пациентов) нуждаются в установлении генетических маркеров.
Инъекции для генов
С лекарствами для мутаций оказалось сложнее, чем с методами диагностики. Дело не только в консервативном подходе медицины к тестированию и выпуску в производство любых новых препаратов, но также в эффективности и безопасности генных лекарств. Увы, надежды на их безусловное и быстрое чудодействие не оправдались, часто они служат линией последней обороны и не отменяют традиционной терапии. Количество препаратов, успешно дошедших до рынка, то есть преодолевших все стадии испытаний и регуляторных барьеров, до сих пор единицы. Первое генное лекарство в мире, производства компании SiBiono GeneTech Co, было зарегистрировано в Китае в 2003 году, оно предназначалось для лечения рака головы и шеи и некоторых других локализаций с мутациями гена р53, существенно повышало процент случаев полной или частичной ремиссии при совмещении с химиотерапией и лучевой терапией. Через два года та же компания выпустила еще один препарат, направленный на мутацию того же гена. Много пишут о том, что помогают эти таблетки только китайцам.
В 2011 году Минздрав РФ зарегистрировал первый российский геннотерапевтический препарат «Неоваскулген» производства Института стволовых клеток человека. Удивительно, но довольно простая генетическая технология — препарат представляет собой кольцевою ДНК (плазмиду), которая содержит человеческий ген vegf, кодирующий эндотелиальный фактор роста сосудов (VEGF165), — судя по российским клиническим испытаниям, работает. Речь не идет ни о редактировании генома, ни о встраивании нового гена — препарат с плазмидой просто попадает вместе с инъекцией в ткань и в каком-то количестве начинает работать в клетках. Препарат нацелен на лечение хронической ишемии нижних конечностей. От атеросклероза препарат не излечивает, но, похоже, стимулирует рост и восстановление сосудов и тем самым помогает крови добраться до обедненных кислородом и питательными веществами клеток и тканей. Через три года после прохождения курса лечения дистанция ходьбы участвовавших в эксперименте пациентов увеличилась на 290%, тогда как в контрольной группе сократилась на 27%. В резюме исследования отмечается, что пациенты приобрели большую мобильность и существенно увеличили возможности самообслуживания и социальной активности. В портфеле института есть также разработанное совместно с партнерами и уже разрешенное к применению медизделие «Гистографт», которое позиционируется как первый в мире ген-активированный материал для костной пластики.
В 2012 году Европейское медицинское агентство выпустило на рынок препарат для лечения наследственного дефицита липопротеинлипазы (орфанное заболевание), разработанный голландской компанией UniQure. Спустя пять лет производитель закрыл его линию из-за отсутствия спроса (за все время им воспользовался лишь один человек) и его высокой себестоимости. Теперь усилия компании направлены на создание генных таблеток для более распространенных недугов, в основном связанных с сосудами и сердцем. Клинические исследования не всегда проходят гладко, по отдельным случаям побочных эффектов, зарегистрированных в ходе испытаний в США, американский регулятор ведет расследование. Более успешный опыт имеет британский фармгигант GlaxoSmithkline, в 2016 году получивший разрешение ЕМА на выпуск препарата для терапии тяжелого комбинированного иммунодефицита, связанного с дефектом гена аденозиндезаминазы. В эксперименте участвовали 12 фактически безнадежных пациентов, не отвечавших на традиционную терапию и не имевших доноров костного мозга, спустя три года все они остались живы.
Американские разработчики сосредоточены на создании генных препаратов против различных видов рака. С 2015 года FDA (Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США) выдало регистрацию либо ускоренное одобрение как минимум пяти лекарствам такого профиля. Производители — BioVex, Inc., Amgen, Merck & Co, Loxo Oncology и Bayer. «Мы сделали первый практический шаг в переходе к лечению рака на основе генетики опухоли, а не места ее происхождения в организме. Этот тип программы был бы невозможен десять лет назад», — цитирует официальный сайт FDA комиссара агентства Скотта Готлиба.
Всего в мире ведется более 2500 клинических исследований препаратов генной терапии, преимущественно в США, Великобритании, Германии и Китае. По прогнозу аналитиков Rising Tide Biology, до 2025 года в Штатах выйдут на рынок не менее 50 новых геннотерапевтических лекарственных средств.
Точки роста
Несмотря на кризис, вызванный пандемией COVID-19, мировой рынок персонализированных лекарств продолжит расти и достигнет, по оценкам R&M, 515,3 млрд долларов к 2027 году (в 2020 году он составлял 227,9 млрд долларов). В том числе сегмент диагностики и лабораторных исследований вырастет до 296,7 млрд долларов. Самыми быстрорастущими географическими рынками признаны США, Китай, Япония, Канада и Германия. Лидерство, вероятно, захватят американские представители бигфармы, которые начинают скупать европейские компании с готовыми разработками, тем самым расширяя свое присутствие на рынках. В 2021 году состоялись сразу две такие крупные сделки: один из лидеров геномной диагностики в США Eli Lilly приобрела малоизвестную британскую компанию MiNA Therapeutics за 1,25 млрд долларов. Veracyte присоединила к себе французскую HalioDx, которая специализируется на технологиях для диагностики рака. Сумма сделки — 260 млн евро. Амбиции Veracyte, по словам ее исполнительного директора Марка Стейпли, — создание ведущей мировой диагностической компании.
Рост российского рынка персонализированной медицины эксперты связывают с перспективами включения генетических исследований в государственное здравоохранение и страховую медицину. По замечанию врача-генетика «Инвитро» Ольги Кокориной, Россия сегодня, возможно, единственная страна, где подобные исследования пациенты заказывают без назначения врача и спрос на них стабильный. Подключение государственных рычагов, конечно, оживит ситуацию. По оценкам Артура Исаева («Генетико»), в 2021 году рынок ДНК-тестов в стране составлял не более трех миллиардов рублей, прогноз на ближайшие пять лет — 40 млрд рублей. Точками роста станут диагностика моногенных, нервно-мышечных и кардиологических заболеваний; скрининг планирующих беременность и новорожденных; таргетная терапия опухолей.
Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl