В этом году Нобелевская премия по химии за 2020 год присуждена французской ученой Эммануэль Шарпантье и американке Дженифер Дудна, которые совместно разработали метод редактирования генома, получивший неофициальное название «генетические ножницы». ELLE взял интервью у кандидата биологических наук, основателя проекта Zenome и генерального директора Института геномного анализа Алексея Горбачева, который подробно рассказал о том, что это за метод и почему наследственность больше не имеет значения. Считайте это интервью «введением в генетику» и персональной лекцией Алексея Горбачева.
ELLE Как проходит рабочий день современного генетика? Это микроскоп? Компьютер?
АЛЕКСЕЙ ГОРБАЧЕВ Генетика — это наука, в которой глобально можно выделить три направления. Первое — это экспериментальная, или, как говорят биологи, «мокрая» работа. То, что происходит в лаборатории. Такой генетик — человек с пипеткой, который смешивает разные растворы, капает из одной пробирки в другую. Например, если мы говорим про генетику человека (сейчас ее называют «геномикой»), то такой исследователь из крови пациента выделяет ДНК. Затем обрабатывает ее с помощью ряда биохимических реакций. А потом загружает в прибор, который называется секвенатор, который осуществляет секвенирование, по сути — это оцифровка генома. То есть физическая последовательность ДНК становится компьютерным файлом, с которым дальше можно работать.
Второе направление — биоинформатика, или «сухая» генетика, то есть работа с компьютерными данными. В «сыром» виде геном человека может весить в среднем 200 Гбайт, в некоторых случаях даже до 1 терабайта. Это огромный объем данных. Поэтому отдельная задача — научиться эти данные правильно обрабатывать, вычленять из этого объема полезную информацию, которую врач затем может использовать в лечении. Никаких пипеток у такого генетика нет — это работа за компьютером, похожая на работу аналитика больших данных в IT.
Третье большое направление — это разработка компьютерных программ для аналитиков-информатиков (второго этапа). То, что в английском варианте звучит как Computational genomics (вычислительная геномика). Как я уже говорил, данные генома очень большие, поэтому для их обработки нужны новые высокопроизводительные алгоритмы. И далеко не каждый «айтишник» может создавать программы в этом направлении.
А вы — какой генетик, если следовать этой классификации?
По образованию я молекулярный биолог и биохимик, поэтому моя базовая работа была связана с «мокрой» генетикой. Когда учился в аспирантуре, я занимался экспериментальной наукой в лаборатории: готовил ДНК-библиотеки, передавал их биоинформатикам… Но потом я постепенно переквалифицировался в «сухого» генетика, поэтому сейчас работаю больше за компьютером. Наша компания Zenome относится ко второму и третьему направлениям в классификации, которую я привел.
В чем особенность работы Zenome?
Мы специализируемся на обработке геномных данных и разработке новых инструментов. То есть работаем скорее в B2B-сфере: готовим программное обеспечение для лабораторий, выстраиваем пайплайны, помогаем автоматизировать все процессы. Но, кроме этого, у нас есть некоторое количество клиентов, которым мы делаем анализ генома (personal genomic). Это помогает лучше понять потребности рынка.
Одна из проблем генетики — это приватность. На сегодняшний день по геномным данным можно многое узнать о человеке: этническое происхождение, пол, отчасти возраст и вес, в некоторых случаях — описать внешность и даже установить конкретную личность. То есть деперсонализировать человека, а затем — использовать эту информацию ему во вред. Например, работодатель по геному потенциального работника может узнать, что тот имеет психическое заболевание и отказать в трудоустройстве. Или если политик избирается на пост президента, а данные его генома оказываются всем доступны, то избиратели могут узнать, что у кандидата есть высокая вероятность заболеть раком или умереть от проблем с сердцем. Это условные примеры, но мы все понимаем, что большинство людей не хотели бы, чтобы их приватная информация, особенно связанная со здоровьем, попала в публичное пространство.
Концепция нашей компании изначально состояла в том, чтобы создать некую платформу, которая позволяла бы в распределенном виде хранить эти геномные данные и иметь к ним закрытый доступ. Но при этом если человек сам захочет их монетизировать, продав, скажем, фармкомпаниям, то будет иметь такую возможность. Однако пока такой продукт слишком опережает время.
Что такое геном?
Геном — это персональная инструкция к нашему организму, которая состоит из трех миллиардов «букв», нуклеотидов. (Каждая хромосома представлена в двух «копиях»: одна от папы, другая от мамы. Поэтому общее число — шесть миллиардов). Если стандартный компьютерный код — бинарный, то есть включает в себя только «0» и «1», то в коде человека уже четыре «буквы»: ATGC — в разных комбинациях. Представьте, что у вас в руках большая книга вроде «Войны и мира», однако написана она на языке, который вам неизвестен. Как узнать, о чем она? Сначала нужно определить, сколько букв использует автор. Мы это подсчитали — четыре. Это условный «генетический алфавит». Затем надо составить словарь. Отдельные «слова» — это и есть гены. Далее нужно понять, как они складываются во фразы, где стоит точка и т. д. Исследование генома — это расшифровка книги на неизвестном языке. И пока мы знаем в ней переводы отдельных «слов», можем определить, когда в «словах» допущена ошибка и что, скорее всего, эта ошибка вызывает ту или иную болезнь. Но мы пока совсем не понимаем, о чем вообще эта книга. Мы лишь сравниваем разные «издания» и знаем, в каком экземпляре содержится больше или меньше ошибок.
Что сейчас самое обсуждаемое в генетике?
Из хайповых тем — это геномное редактирование. Есть такая известная технология CRISPR-Cas. Она была открыта в бактериях, которые имеют особый вид противовирусного иммунитета — могут узнавать те вирусы, которые уже заражали предков этой бактерии, и специфически разрезать вирусную ДНК внутри своих клеток. Когда это было обнаружено, ученые поняли, что у нас есть уже готовое природное решение, которое можно попробовать использовать на человеке. То есть любой кусок генома заменять на другой. Причем не только в отношении эмбрионов. Есть несколько работ, проведенных на взрослых особях мышей, которым заменяли гены в определенном органе. Например, представьте, что у человека есть проблемы с сетчаткой глаза, которые привели к слепоте. Это связано с дефектом генов. С помощью определенных вирусов в клетки сетчатки можно внедрить конструкцию, которая отредактирует поломанные гены именно в глазу и сделает человека зрячим. И такие работы на животных сейчас ведутся.
А что касается эмбрионов — уже давно используется процедура ЭКО. И врачи в клиниках абсолютно легально используют определенную диагностику, которая помогает отбирать более жизнеспособные эмбрионы, которые не содержат крупных генетических дефектов. Где-то 1,5 года назад все обсуждали нашумевшую историю с китайским ученым, который якобы отредактировал эмбрион и ввел ему геномный вариант, который определяет устойчивость к ВИЧ. Жаркая дискуссия была и в России. Ученые хотели отредактировать гены детей с наследственной глухотой. Но этический комитет эту процедуру не одобрил. Мы действительно пока не понимаем всех нюансов: а что, если исправление одного дефекта запустит некую цепную реакцию, которая приведет к гораздо более тяжелым последствиям в будущем? Мировое научное сообщество пока склоняется к мнению, что мы еще недостаточно хорошо владеем этим инструментом.
Но мы придем к этому?
Конечно, придем. Прогресс не остановить. Оглянитесь на сто лет назад и проследите испытания ядерной энергии. Изобрели бомбу, атомные реакторы. И несмотря на то, что в мире по-прежнему происходят аварии и утечки радиации, атомную энергию используют повсеместно: от медицины (лучевая терапия) до генерации электричества. К редактированию генов мы тоже придем. Мне даже кажется, что это вопрос ближайших 5–10 лет.
Это будет касаться только здоровья? Или речь идет о том, чтобы программировать цвет волос будущих детей или их талантов?
Сегодня во время процедуры эко мы уже можем определять пол ребенка. И хотя официально этим запрещено манипулировать, скажем так, договориться с врачами, чтобы «получился мальчик», в некоторых странах не составляет труда. Соответственно, что мешает нам редактировать цвет глаз и волос? Наверное, в будущем этические комитеты все же будут за этим строго следить, введут законодательные ограничения. Другой вопрос — мы еще очень плохо знаем, какие именно нужно произвести замены, чтобы выработать у ребенка то или иное свойство. В этом смысле человечество пока в безопасности. И в ближайшее время разделение на богатых, красивых и суперумных в одной группе и бедных и больных в другой — невозможно.
Какое открытие в генетике за последнее время вас лично потрясло больше всего?
Одной из наиболее интересных геномных технологий является мето геномного редактирования с помощью CRISPR-Cas. А из последнего — технология лечения рака с помощью неоантигеновых вакцин. В этом случае мы можем взять онкологического больного, прочитать геном его опухоли (а он будет отличаться от генома человека) и, манипулируя этими данными, сделать такие вакцины, которые помогут собственному иммунитету больного победить болезнь. Эта новая технология уже позволила достичь полного выздоровления на четвертой стадии рака кожи, который раньше вообще не поддавался лечению. И геномные данные внесли в это существенный вклад.
Как наследственность связана с генетикой?
Генетика — это наука, которая изучает свойства живых организмов, наследственность и изменчивость. Наследственность — это способность передавать наши признаки потомству. А изменчивость — гарантия, что наши признаки всегда будут отличаться. Если бы мы себя клонировали и у нас рождалось идентичное потомство, то все биологические виды вымерли бы. Именно изменчивость помогает адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды, помогает выживанию. Тот, кто не успевает адаптироваться, погибает.
Люди склонны очень многое списывать на гены: склонность к полноте, рост, таланты и недостатки… Насколько это оправданно?
Люди вообще склонны перекладывать ответственность на какие-либо обстоятельства. В случае с генами — это оправданно лишь отчасти. От родителей мы получаем некие задатки. В биологических терминах это называется «норма реакции». Возьмем пример с ростом: скажем, мы получаем от родителей диапазон от 1,7 м до 1,9 м. То есть мы не вырастем до двух метров, но и высотой 1,6 м не будем. Но вот какой именно рост у нас будет, зависит уже от того, что мы едим в раннем и подростковом возрасте, хватает ли нам витаминов, живем ли мы на побережье Испании или в сибирской тайге. Масса факторов нашей жизни будет влиять на то, достигнем мы верхней или нижней границы этого коридора. И так по каждому признаку: уровень интеллекта, способности к музыке или футболу… Наследуется лишь диапазон.
Многие компании проводят сегодня генетические тесты, которые якобы помогают составить программу тренировок, определить твое этническое происхождение и вообще много чего. Этому можно верить?
Мы в компании тоже проводим подобные тесты. Если совсем убрать развлекательную часть, то любые исследования будет очень сложно продавать. Люди за развлечения часто платят больше, чем за полезные вещи. Это диктует рынок. Нужно уметь зарабатывать деньги, а не только сидеть и говорить всем, что ты самый лучший ученый у себя в лаборатории. Другая сторона: генетика — это наука, во многом основанная на оценке рисков. Как у каждого человека есть свои диапазоны для роста, так существуют и диапазоны для того или иного риска. Скажем, у клиента есть риск более плохого усвоения омега-3 или витамина В6. Это на самом деле полезная информация для человека, но ее стоит правильно «обернуть». Мало просто рекомендовать есть больше красной рыбы или льняного масла, нужно еще и проверить а есть ли действительно дефицит витамина у конкретного человека. Те компании, которые хотят быть более достоверными, советуют все же обратиться к нутрициологу или лечащему врачу за дополнительными исследованиями. Например, сдать биохимию крови.
Зачем делать генетический тест?
Если говорить про развлечение, очень интересно все, что связано с происхождением. Тем более в России, где существует такой огромный микс европейцев и азиатов. К тому же это интересно не просто изучить, но иногда и использовать в клинических направлениях. Известно, что разные популяции имеют разные склонности к тем или иным заболеваниям. Обычно к нам приходят клиенты с конкретными проблемами по рекомендациям продвинутых врачей: гинекологов, онкологов и даже косметологов. Когда человек платит большие деньги за такое исследование, то мы включаем и фановые вещи: этнос и диету.
7 октября 2020·
