«Мы уверенно идем к персонализированной медицине»

Мария Попцова

© Высшая школа экономики

Международная лаборатория биоинформатики факультета компьютерных наук ВШЭ совместно с партнерами по консорциуму «Генетика сердечно-сосудистых заболеваний» ведет работу над новым проектом «От секвенирования к разработке кардиогенетического теста». О сути проекта, полученных результатах и планах на будущее рассказывает заведующая Международной лабораторией биоинформатики Мария Попцова.

— Расскажите о вашем новом проекте.

— Кардиогенетика отстает в развитии по сравнению с онкогенетикой. То, что рак — генетическое заболевание, известно давно, и проекты по исследованию генетики рака были запущены сразу, как только появились технологии секвенирования. Была надежда, что можно будет определить генетические маркеры прогнозирования и лечения онкологических заболеваний. Никто не ожидал, что рак настолько гетерогенный и что задача быстро не будет решена.

Касательно сердечно-сосудистых заболеваний сразу было понятно, что здесь задействовано много факторов и сам спектр заболеваний гораздо шире, поэтому определение генетического вклада — нетривиальная задача. Именно сердечно-сосудистые, а не онкологические заболевания являются причиной смерти номер один во всем мире. Поэтому мы и взялись за эту задачу.

Речь сразу шла о фундаментальных исследованиях. Для этого необходимо было отобрать пациентов с определенной нозологией (то есть не только одинаковым диагнозом, но и схожими причинами, развитием и клиническими особенностями болезни), провести полногеномное секвенирование, определить генетические мутации. Постепенно информация о мутациях индивидуальных пациентов для разных нозологий будет накапливаться в общей базе данных.

Очевидно, что это невозможно осуществить усилиями одной научной группы. Поэтому мы — Международная лаборатория биоинформатики ФКН ВШЭ — инициировали создание консорциума «Генетика сердечно-сосудистых заболеваний». Консорциум объединил усилия кардиологов, биоинформатиков и лабораторий, осуществляющих секвенирование.

— Почему вы выбрали именно кардиогенетику?

— Потому что кардиозаболевания являются причиной большинства смертей в мире. Знание генетической составляющей поможет врачу уточнить сложный диагноз и назначить правильное лечение, улучшит качество жизни пациента и даже продлит ему жизнь.

Представьте себе двух пациентов с похожими проявлениями одного и того же генетического заболевания, например атеросклероза. Поскольку атеросклероз — генетическое заболевание, проанализировав геномы пациентов, можно определить, мутации каких генов привели к развитию заболевания в случае каждого из пациентов, и назначить им более эффективное персонализированное лечение.

Мария Попцова с коллегами на конференции по машинному обучению Fall into ML 2023

© Высшая школа экономики

Генетика играет роль во многих заболеваниях — диабете, ожирении, псориазе, психических расстройствах. И я уверена, что знание генетики других заболеваний сможет улучшить качество жизни человека, так как все чаще и чаще возникает потребность в индивидуальном лечении, которое зависит от многих особенностей организма пациента, в том числе генетических. Мы уверенно идем к персонализированной медицине.

— Какие заболевания можно выявить с помощью вашего исследования? Как часто они встречаются? Все ли они имеют генетические причины?

— На сегодняшний день уже известен ряд кардиозаболеваний с наследственной генетической составляющей. На первом месте идут кардиомиопатии, причем один из типов — гипертрофическая кардиомиопатия — имеет сильную генетическую составляющую. Среди других заболеваний — гиперхолестеринемия, каналопатия, различные формы аритмий, легочная гипертензия.

Конечно, заболевания не полностью зависят от генетики, образ жизни и другие факторы играют большую роль, и именно в этом состоит сложность исследований в данной области. Ответить на вопрос о вкладе генов мы сможем только после того, как накопится достаточно большое число данных секвенирования пациентов.

— В чем особенность работы с кардиопациентами?

— Проблемы возникают на уровне недостаточного образования пациентов в области генетики. Они не знают и не понимают, зачем нужно делать генетическое тестирование. Они должны дать согласие на генетическое обследование, но многих пациентов пугает секвенирование генома. Они боятся, что это может причинить им вред, но даже не могут объяснить, в чем этот вред заключается. В этой области необходимо дополнительное просвещение пациентов.

Секционное заседание «Сердечно-сосудистый континуум: от ОКС до ХНС» в рамках юбилейной конференции по кардиологии в Сургуте

© Высшая школа экономики

С другой стороны, врачам тоже нужно дополнительное образование. Большинство кардиологов не знают, как использовать информацию о геноме пациента в повседневной практике. Нужно экспертное сообщество, которое будет вырабатывать для врачей рекомендации. Также необходимо, чтобы Минздрав утвердил эти рекомендации. Эти вопросы мы обсуждали с кардиологами на недавней стратегической сессии «Разработка и развитие кардиодиагностических продуктов: от секвенирования до медицинской практики».

— Чем проект отличается от обычного ДНК-теста? Может ли ДНК-тест дать такие же результаты или вообще заменить подобное исследование?

— Сегодня под обычным ДНК-тестом подразумевается проверка методом ПЦР, есть ли в данном месте генома мутация.

Генетическое тестирование, которое мы разрабатываем, способно увидеть не только мутации в определенном месте генома, но и мутации во всей последовательности гена. Иными словами, у нашего метода более широкий охват, фактически — на уровне всего генома.

Такие тесты в настоящее время отсутствуют в клиниках, которые предлагают услуги по генетическому тестированию. В этом смысле наш генетический тест наиболее полный, насколько это возможно при современном уровне технологий.

— Как ваша лаборатория задействована в исследовании? Есть ли уже какие-то результаты?

— Наша лаборатория разработала конвейерный метод, который может быстро и эффективно обрабатывать большие данные геномного секвенирования. Еще мы создали прототип кардиогенетического теста, куда включили наиболее полное на сегодняшний день число заболеваний сердечно-сосудистой системы.

У нас уже реализованы пилотные проекты по легочной гипертензии и раннему атеросклерозу на небольшое число пациентов. В настоящее время заключено соглашение о научном сотрудничестве с кардиоцентром им. академика Е.И. Чазова, городской клинической больницей №29 им. Н.Э. Баумана и Биотехнологическим кампусом, реализующим проект «100 000+Я».

Четвертая летняя школа по машинному обучению в биоинформатике

© Высшая школа экономики

В рамках этого проекта для нас будут бесплатно отсеквенированы геномы кардиопациентов, а наша лаборатория осуществит полный цикл анализа данных, выдаст результат в виде списка геномных мутаций. После этого врачи смогут использовать полученные результаты, чтобы поставить диагноз и назначить лечение.

— Как будет развиваться проект?

— Сейчас мы накапливаем знания, анализируя данные секвенирования полного генома пациентов. Таким образом растет база данных мутаций кардиопациентов, а вместе с ней и база знаний. Также нам уже известны некоторые гены, достоверно ассоциированные с заболеванием, и мы уже можем производить тестирование на мутации в этих генах для реальных пациентов.

Я вижу развитие проекта как одновременное развитие фундаментального и прикладного направлений. Первое зависит от второго, порождает его. Необходимо и накапливать знания, и применять их в практике.

— Какой конечный результат вы ожидаете от деятельности проекта?

— Конечный результат нашего исследования — кардиотестирование, в результате которого врач сможет назначить правильное лечение с учетом генетических особенностей пациента. Пациенту и необязательно знать о мутациях в своем геноме.

В каких-то случаях знания о мутациях смогут продлить жизнь пациента на десятки лет. Например, если мутация ведет к нарушению липидного метаболизма в крови и плохому холестерину, несмотря на правильное питание. В таких случаях одна таблетка в день сможет не только улучшить качество жизни, но и продлить ее на десятки лет, предотвращая тромбообразование.

— С какими трудностями вы уже столкнулись?

— С самого начала мы столкнулись с проблемой получения финансирования. Стоимость полного секвенирования одного генома превышает 100 тысяч рублей, а с сегодняшним курсом достигает и 140–150 тысяч. В проекте с полногеномным секвенированием ста пациентов только на него необходимо потратить 10–15 миллионов рублей. Грантодатели и инвесторы не готовы идти на такие расходы.

Высокая стоимость секвенирования обусловлена еще и тем, что и секвенаторы, и реагенты к ним импортные. Как только в России появятся свои секвенаторы, цена на секвенирование полного генома упадет в десять и более раз. Секвенаторы уже разрабатываются; совместно с российскими разработчиками мы провели в этом году летнюю школу «Кардиогенетика: от секвенирования к разработке кардиопанели».

Разработка российских секвенаторов станет технологическим прорывом, потому что любой медицинский центр сможет позволить себе секвенирование генома. Тогда нужны будут эффективные программные продукты для обработки большого объема данных секвенирования. Над такими программами мы и работаем сейчас.

— Какие организации уже участвуют в проекте помимо Международной лаборатории биоинформатики? Кто может принять участие в проекте?

— В консорциум по кардиогенетике входят многие московские и региональные кардиоцентры, научно-исследовательские учреждения, образовательные организации. С полным списком участников можно ознакомиться у нас на сайте.

Интерес к проекту все время растет; мы постоянно привлекаем новых партнеров. Многие частные клиники заинтересованы в том, чтобы иметь кардиогенетическое тестирование в списке предлагаемых услуг. Широкое внедрение тормозится пока высокой стоимостью секвенирования.

В нашем проекте участие может принять любой, кто занимается кардиогенетическими исследованиями и готов поделиться данными с экспертным сообществом. Нам нужна прежде всего финансовая поддержка — как на фундаментальные исследования, так и на продвижение.

— Что ждет проект в будущем? Как его можно масштабировать?

— Проект прекрасно масштабируется. Каждый региональный кардиоцентр в конце концов будет заниматься как секвенированием геномов кардиопациентов для пополнения базы данных мутаций, так и генетическим тестированием на известные гены. В результате обсуждения на стратегической сессии мы пришли к выводу, что необходимо устанавливать стандарты и для анализа данных секвенирования, и для набора генов, которые будут включены в кардиогенетический тест. Эти задачи тоже должен решать консорциум.  

О том, как искусственный интеллект применяется в медицине, какие технологии помогают диагностировать и лечить раковые опухоли, болезни сердца и поражения легких и смогут ли нейросети заменить живых врачей, Мария Попцова рассказала также в интервью проекту Дирекции по маркетинговым коммуникациям ВШЭ «Разговор с экспертом».