Время генома: Как генетические технологии меняют наш мир и что это значит для нас

Предисловие

Начало каждого из нас – наш личный геном, он появляется, когда мы еще меньше клетки, и с тех пор навсегда остается с нами и определяет всю нашу дальнейшую жизнь. Геном похож на сложный штрихкод. Из-за того, что он очень длинный и сложный, каждый из нас отличается не только от 8 млрд людей, живущих на планете сегодня, но и от всех 20 с лишним миллиардов, которые существовали с момента возникновения человечества 200 000 лет назад. И конечно же, у нас он не такой, как у любых других видов, живших за последние 4 млрд лет, будь то животные, растения, вирусы или археи. Что же может быть более индивидуальным?

Даже когда на улице жара, мы не ходим голыми. Люди обычно стесняются публично обнажаться, потому что не желают, чтобы каждая деталь их репродуктивной анатомии была выставлена на всеобщее обозрение. Однако подобная скромность не простирается дальше поверхности кожи. Что обнажает нас сильнее, чем публичное раздевание? Сегодня на этот вопрос можно ответить однозначно – последовательность личного генома намного интимнее тела: именно в ней суть нашего существования.

И хотя мы не любим прилюдно обнажаться, мы это делаем, когда появляется веская причина. Например, в кабинете врача. Мы раздеваемся, несмотря на чувство неловкости, располагаемся на столе для обследований, который обычно бывает холодным, мы позволяем врачу увидеть самые интимные части нашего тела, так как знаем, что, несмотря на неудобство, это позволит сохранить здоровье. И наоборот, сокрытие от врача этих областей тела может стать причиной страданий или закончиться совсем плохо. По тем же причинам люди решают поделиться своей интимностью in silico[1] и открыть врачам доступ к личной генетической информации. В перспективе с помощью таких сведений медицина сможет обеспечить около 150 лет жизни без болезней. И это не астрология, это честная, добросовестная биологическая наука. Но неужели это возможно?

Около 20 лет назад полный анализ всей ДНК человека (то, что обычно называют полногеномным секвенированием) был сопоставим со стоимостью авианосца. Сейчас этот анализ дешевле мотороллера Vespa, и на него не требуется направления от врача. Мы живем в удивительное время! Полногеномное секвенирование стало хорошо отработанной технологией, с его помощью выявляются ранее не диагностируемые заболевания у пациентов и членов их семей, обнаруживаются онкологические заболевания на ранней стадии, оно используется даже для самопознания, поиска своих корней и объяснения, как мы стали теми, кто мы сегодня есть. Сейчас в академических кругах идет бурное обсуждение перспектив секвенирования генома из капли крови, взятой из пятки каждого новорожденного США (так называемое «поколение XX/XY[2]»); предполагается, что этим займутся в ближайшее десятилетие. Некоторые авторитетные специалисты упорно призывают покончить с вековой врачебной практикой постановки диагноза на основании клинических проявлений и симптомов и вместо этого переориентировать медицинскую диагностику на генетические и биохимические механизмы заболевания. Наступают основательные и многообещающие перемены.

Для «постройки» человека необходимо около 20 000 генов. Немного обидно, что примерно столько же их требуется растению резуховидке[3], а крошечная муха дрозофила, которую с трудом можно заметить, обходится всего в два раза меньшим числом генов. Тем не менее именно такова наша личная «инструкция по эксплуатации», которую, вероятно, можно использовать и для путешествия назад, в те далекие века, из которых мы вышли.

Когда генетики или консультанты по генетическим вопросам имеют дело с геномом человека, они ищут в нем особые изменения, называемые мутациями[4]. Нить ДНК можно представить в виде предложения, написанного на скрученной двойной спирали. Отдельные «буквы» этого предложения образованы парами четырех типов азотистых оснований: аденином, гуанином, цитозином и тимином, сокращенно их обозначают буквами А, Г, Ц и Т соответственно. Мутации можно уподобить орфографическим ошибкам, как в слове «дикабраз» вместо «дикобраз», или переставленным буквам – «диокбраз», в «текст» могут добавляться или выпадать из него фрагменты длиной до нескольких миллионов оснований. В конечном счете судьба каждого из нас зависит от этой генетической программы.

Представьте, что все измененные гены можно разложить по нескольким отдельным кучкам, так же как сортируют грязную одежду. В первой корзине окажутся относительно редкие мутации, которые часто называют «поддающимися лечению». Это как куча заляпанной одежды, которую надо отложить отдельно, чтобы отправить в химчистку, поскольку в этой корзине наиболее важные и востребованные мутации. Для таких мутаций медицина может разработать план лечения, о них обязательно информируют самого пациента, указывая, что надо делать, и дают пояснения для лечащего врача, как это делать. Если собрать в комнате десять врачей и спросить, как надо поступить при наличии такой мутации, то все сразу поднимут руки и каждый будет гордо и восторженно цитировать медицинскую литературу, описывающую лучший способ борьбы с этим наследственным заболеванием.

Как только мы нашли мутацию, вызывающую излечимое заболевание, врач и пациент оказываются перед дорогой, уходящей за горизонт. Дорога эта может разветвляться. Существуют разные варианты дальнейших действий. Возьмем, к примеру, ген BRCA1, связанный с развитием рака груди и яичников. Про него написаны терабайты статей в научных журналах, проведено множество клинических испытаний с рекомендациями, что должны делать пациенты (или чего не делать), чтобы снизить риск развития рака, предлагается диагностическая визуализация, превентивная химиотерапия или превентивная хирургическая операция. Это те мутации, из-за которых у моих пациентов тревожно замирает сердце. Мы, врачи, проверяем пациентов на эти мутации в первую очередь (а умные приложения к электронной медицинской карте в последнее время контролируют нас и подсказывают, что надо сделать). Из-за таких мутаций люди, как правило, стараются поскорее попасть на прием к генетику.

Если последствия мутации поддаются лечению, многое можно сделать не только для пациента, сидящего перед вами, но и для его родных: польза будет подобна живительной влаге, которая просачивается к корням семейного дерева и распространяется по ветвям далеко в будущее. После того как врач сформулирует все плюсы и минусы возможных действий и узнает, что пациент думает о перспективах, надо обсудить с ним что, как и когда он будет сообщать братьям, сестрам, тетям и дядям, детям и будет ли он общаться с ними на эту тему, потому что с этого момента пациент сам распоряжается информацией о своих генах. Человек всегда сам решает, раскрывать или нет свою личную генетическую информацию.

Иногда мутации обнаруживаются неожиданно. Такие случаи называют инциденталомами или (в последнее время) побочными находками. Это мрачная противоположность серендипности – способности обнаружить что-то удачное, чего не искали. Вы начинаете поиск причин врожденной формы рака толстой и прямой кишки, чтобы вовремя обнаружить опухоли и спасти жизнь, и находите… болезнь Гоше. Откуда она тут взялась? Это неожиданное открытие не сопровождается анамнезом, но с ним приходит надежда улучшить будущую жизнь этой семьи. Вы заметили болезнь в зародыше, для нее есть заместительная ферментная терапия, четкий план действий, но у человека, который сидит перед вами, нет никаких проявлений или симптомов этой болезни, по крайней мере пока. Зная о мутации, вы сможете предотвратить болезнь, боль и страдание, прежде чем все это начнется.

Во вторую корзину попадают мутации, которые можно назвать «хотелось-чтобы-их-последствия-поддавались-лечению», но пока с ними ничего нельзя сделать. Эти ужасные мутации предвещают мрачное будущее, но, к сожалению, медицина мало что может предложить. Знание без силы беспомощно. Многие люди вообще не хотят знать, какое несчастье их ждет, пока оно не наступит. Например, мы почти ничего не можем предложить тем пациентам с семейной формой болезни Альцгеймера, которые еще находятся в сознании и способны думать о будущем. В этом случае знание о предполагаемых последствиях может усилить тревогу, а в худшем случае – привести к состоянию глубокого отчаяния. Кроме того, наличие мутаций такого типа говорит лишь о повышенном риске заболевания, а не том, что оно обязательно разовьется. Так что осведомленные носители обрекают себя на тревогу, которая может растянуться на десятилетия. В подобных случаях, вероятно, разумно отказаться о того, что дает нам геномная эра, и просто не знать.

В то же время некоторые люди хотят узнать о возможной болезни для того, чтобы спланировать свою жизнь. Может быть, лучше поехать в кругосветное путешествие сейчас, не откладывая? А может, забрать детей из школы пораньше, чудесно провести с ними время и поесть мороженого, вместо того чтобы опять работать до вечера, стремясь стать партнером в деле? К счастью, иногда случается, что со временем эти гены перекладывают в предыдущую корзину. Например, синдром Горлина – генетическое заболевание, при котором на коже по всему телу появляется множество опухолей. Мутации, вызывающие эту болезнь, ведут себя как герой стихотворения «Ученик чародея» и заставляют клетки кожи бесконтрольно делиться. Сегодня уже есть препарат, позволяющий заблокировать сигналы, идущие от сломанного гена. Целая армия умных, упорных, низкооплачиваемых, вечно недосыпающих ученых и практикующих врачей постоянно работает, чтобы найти возможность перенести мутацию из второй корзины в первую.

В третий корзине лежат мутации, последствия которых поддаются лечению, но сейчас это не нужно. Скажем, у вас есть аллель, вызывающий повышенную чувствительность к «Клопидогрелу» – препарату, про который вы никогда не слышали, но, возможно, столкнетесь с ним в ближайшее десятилетие. Дело в том, что он используется при сердечных приступах, а у вас никогда не было сердечного приступа. Но если в будущем у вас возникнут неполадки с сердцем, то, заблаговременно зная об этом аллеле, вы не будете медленно умирать. Такие мутации похожи на содержимое коробки в дальнем углу гаража, которое редко используется, но вы не желаете его выбросить. Одни пациенты хотят быть в курсе подобных мутаций, а другие – нет. Надо ли сообщать им эту информацию – зависит от их личных предпочтений и общего уровня тревожности.

В четвертой корзине лежит белье, которое на самом деле не ваше. Это гены, которые не влияют непосредственно на личное здоровье, но могут быть важны для ваших детей, братьев и сестер, кузин и кузенов. По моему личному опыту, множество людей делают генетические анализы не ради себя, а ради своих детей. Они любят свои семьи сильнее, чем самих себя. Они обыкновенные герои.

Каждый из нас несет более сотни мутаций в разных генах. Многие из этих генов, по-видимому, не очень важны. В других генах мутации не вызывают серьезных последствий, если у вас одна копия гена хорошая, а другая – «сломанная», потому что болезнь возникает только в случае, если испорчены обе копии. Например, тяжелое заболевание легких и поджелудочной железы – муковисцидоз. У вас может быть мутация в одной копии гена, которая никак не проявится: она встречается примерно у одного из каждых 23 человек европейского происхождения, которые сейчас бегают по улицам Нью-Йорка. Если вы больше не собираетесь заводить детей, то знание об этой мутации никак на вас не повлияет, у вас все и так хорошо. Однако, если ваш сын или племянница планируют создать семью, результаты вашего генетического тестирования могут содержать очень полезную для них информацию, потому что у их партнера тоже может быть сделан тест на мутации, вызывающие муковисцидоз. И если результат положительный, есть разные методы, позволяющие снизить риск рождения ребенка с выраженным муковисцидозом, например использующееся сейчас преимплантационное генетическое тестирование, а в ближайшем будущем, вероятно, появится возможность редактировать геном.

В пятой корзине находятся гены, которые позволяют узнать что-то личное, но при этом неинтересны никому, кроме хозяев этого «белья», то есть вас и вашей семьи. Это могут быть даже не мутации, а тонкие изменения, которые могут незначительно повлиять на ваш вес, рост, возраст полового созревания и на само течение вашей повседневной жизни. Может быть, эти гены объяснят, почему в хоре вы никогда не могли взять верхнее до и стояли в заднем ряду или почему вы чуть не завалили школьную математику, зато у вас был абсолютный слух.

Назовем их «генами самопознания». Они не попадут в вашу медицинскую карту, но знакомство с ними позволит по-другому взглянуть на свое отражение, которое вы видите каждый день в зеркале. Иногда эти гены идут вразрез с семейными преданиями. У многих этнических групп есть свои характерные генетические признаки. Например, по геному часто можно определить, относится ваш пациент к афроамериканцам, европейцам, азиатам, индусам или евреям-ашкенази, даже если вы никогда не видели его в лицо. Один уважаемый ученый, которого я никогда не видел, опубликовал в рамках научной работы последовательность своего генома. Помнится, до того как я увидел его фотографию в интернете, я смотрел на его генетические особенности и пытался представить себе, как он выглядит. Надо сказать, у меня это получилось успешнее, чем я ожидал. Личный геном гораздо интимнее поверхности тела.

Я также помню очень неловкую ситуацию, когда я консультировал семью с ребенком, больным муковисцидозом, и случайно обнаружил, что отец мальчика был… не его биологическим отцом. Это называется ложным отцовством и в действительности встречается у нескольких человек из 100, которые делают анализ всего генома или отдельных генов.

В шестой корзине лежат мутации, которых у вас нет, и вы стремитесь избежать их любой ценой. Они похожи на ярко-красную рубашку, которая при стирке может испортить все ваши вещи. Это мутации, приводящие к раковой опухоли. Сегодня мы знаем, что рак на самом деле – болезнь ДНК. Полногеномное секвенирование поможет найти самые глубокие корни рака и, надеюсь, хотя бы иногда выкорчевывать эту болезнь.

На сегодняшний день одна из самых распространенных причин, почему люди делают генетический анализ, как раз и есть поиск мутаций, участвующих в развитии рака. Они ищут мутации, имеющиеся в раковых клетках, но отсутствующие в здоровых – такие, при которых рак лечится существующими на рынке препаратами или лекарствами, проходящими клинические испытания. Список генетических изменений, встречающихся только в раковых клетках, огромен, в нем тысячи пунктов. Однако с подавляющим большинством таких мутаций мы ничего не можем сделать.

Мутаций, при которых возможно лечение, всего около десятка. Этот показатель варьирует для разных типов рака, к тому же из года в год увеличивается за счет разработки новых лекарственных средств.

Люди, которые секвенируют свой раковый геном, заодно получают полную последовательность генома и для здоровых клеток, как в рекламной акции «два по цене одного». Это делают, чтобы можно было различить, где собственные генетические особенности раковых клеток, а где то, что они унаследовали от здоровых. Таким способом можно случайно наткнуться на гены из всех описанных корзин.

Естественно, представленный в этой книге обзор того, что можно узнать с помощью полногеномного секвенирования, в чем-то очень упрощен. Не так-то легко уложить в одну книгу рассказ о 20 000 генах. Если напечатать последовательность генома в одну строку шрифтом Times New Roman 12 кеглем, то она протянется через всю континентальную часть США.

Эта книга для тех, кто любит приключения, жаждет новых знаний, хочет погрузиться в глубины человеческого генома и миллионы лет эволюции, чтобы лучше прочувствовать масштаб и характер той информации, которую можно получить при анализе вашего генома. В последующих главах будут рассказаны истории об отважных людях с наследственными заболеваниями – истории, фоном для которых служит современный Нью-Йорк, один из наиболее разнообразных с генетической, этнической и культурной точек зрения, а также самых экономически неоднородных городов США.

Поскольку генетический анализ и секвенирование генома – сложные темы, вокруг них возникает большая путаница. В современной атмосфере стремительного роста генетических знаний и появления совершенно новых технологий заблуждения и ошибки могут возникать из-за ажиотажа, раздуваемого СМИ, недостаточной квалификации врачей и не вполне научной литературы, попадающей к читателю. Истории, описанные в этой книге, покажут огромные перспективы, подводные камни и ограничения, которые есть у генетического тестирования в эпоху доступного секвенирования генома.