О том, как достижения генетики могут изменить медицину, в интервью «Новостям GxP» рассказал исполнительный директор Центра живых систем МФТИ ученый-генетик Павел Волчков.
Генная инженерия – это направление биотехнологии, объединяющее знания из целого блока смежных наук: генетики, биологии, химии, вирусологии. Очевидно, что генная инженерия – это будущее медицины. Хотя долгое время как реальное достижение воспринималось только клонирование животных, породившее, однако, множество страшилок. Можно ли сказать, что биотехнологическая революция уже произошла?
На самом деле пока в повседневной практике мало что изменилось. Другим стало наше восприятие определенных фактов – можно сказать, что мы менее нервно реагируем на те же самые термины.
До того как ученые научились совершать различные манипуляции с геномом животных, растений, бактерий, все процессы генетических изменений постоянно шли сами по себе. Они и есть причина эволюционных изменений, подчиняющихся определенным законам естественного отбора. Другими словами, та самая генная инженерия работала миллионы лет – без вмешательства человека. Сейчас мы фактически изучаем совокупное биологическое разнообразие. Например, на планете 8 млрд человек одномоментно. Понятно, что за всю историю человечества нас было существенно больше и мы друг от друга отличаемся. Генетики выявляют глобальные закономерности и различия как внутри нашего генома, так и между разными видами. В конечном итоге это даст нам возможность создать, условно говоря, диджитал-версию биологического объекта, которая позволит, внося определенные изменения в геном, прогнозировать их фенотипическое проявление. Фактически мы сможем написать биологическую программу, понимая, к чему приведет ее запуск.
Пока мы только на пороге этой деятельности. Но есть огромное количество научных групп, которые занимаются созданием синтетических организмов. Они пытаются, например, вычленить аспекты, необходимые для существования, допустим, синтетической бактерии. Бактерию создать проще, чем одноклеточный эукариотический организм. Есть и другое микронаправление – создание искусственной хромосомы у млекопитающих и эукариотических организмов, которую можно применять для корректировки сельскохозяйственных видов растений или животных. В принципе чисто теоретически синтетическую хромосому можно применять и для человеческого организма. Известно, зачем это нужно. Например, для борьбы с раком. Сейчас есть понимание, что рак – это процесс накопления генетических мутаций, которые приводят клетку к определенному эгоистичному статусу, когда она теряет внешний контроль и начинает беспорядочно делиться. И есть встроенные в геном системы, которые в норме ей этого не позволяют. Именно поломки таких систем приводят к тому, что клетка становится раковой. В принципе мы понимаем, как этот процесс контролируется. И очевидно, что, слегка видоизменив наш геном, усилив контроль за изменчивостью, скорее всего, нивелируем раковую составляющую в определенном промежутке времени. Это не значит, что люди не будут умирать от рака. Но они будут болеть не так часто и не с такими тяжелыми последствиями, если появится возможность вести контроль за системами репарации, то есть починки, клеточного цикла.
Но есть и обратная сторона медали, о которой нужно помнить. Чем эффективнее будет система контроля за появлением новых мутаций, тем менее интенсивно мы будем изменяться как вид, фактически себя законсервировав. Если мутации для индивидуума – это зло, то для вида это на самом деле благо, потому что они делают возможным процесс биологического разнообразия. Мутация – движущая сила эволюционного процесса.
Получается, что генная инженерия – это наука ради науки?
Нет, мы как раз находимся в той самой фазе, когда многие открытия можно практически реализовать, но сейчас мы этически не готовы к этому. Однако рано или поздно это произойдет.
Центр живых систем, который вы возглавляете, фокусируется на разработке высокотехнологичных биологических лекарственных препаратов и методах диагностики генетически обусловленных заболеваний. Какие прикладные проекты в области генетики и биоинформатики сегодня реализуются?
Глобальная проблема системы здравоохранения заключается в отсутствии массовой ранней диагностики. Это несмотря на то, что проводятся различные ежегодные медосмотры, амбулаторные мероприятия по выявлению тех или иных заболеваний. Все это в большинстве случаев не работает по одной простой причине: практически нет хороших методов выявления ранних стадий заболеваний.
Мы умеем лечить заболевание, когда оно уже выражено – имеет определенные четкие симптомы и яркую манифестацию. А это уже поздняя стадия, которая труднее поддается лечению. И мы как раз создаем системы ранней диагностики. Это направление имеет ключевое значение для системы здравоохранения. Разрабатывая системы ранней диагностики, мы на самом деле создаем окно возможностей для терапии. Ведь если вы создали терапию ранней фазы, но нет соответствующей диагностики, примеры чего имеются, вы не сможете эту терапию применить: просто нет пула пациентов. К примеру, для большинства больных с миодистрофией Дюшенна генная терапия, которая сейчас создается несколькими компаниями, бессмысленна, потому что выявление данного заболевания происходит, к сожалению, в поздней фазе, когда регенеративные способности сателлитных клеток уже исчерпаны. Если наблюдается прогрессивная дистрофия мышечных волокон, то с теми генотерапевтическими подходами, которые разрабатываются, проблему уже не решить. Окно возможностей терапии для большинства пациентов закрыто, его нужно открывать раньше.
Тогда какой смысл разрабатывать терапию?
Как раз в надежде, что будет массово внедрена генодиагностическая система. И она действительно разрабатывается. Поскольку миодистрофия Дюшенна – это генетическое заболевание, его можно предсказать, найти на очень ранней стадии. Оно может быть диагностировано с помощью исследования генома буквально при рождении ребенка. Более того, само рождение такого больного ребенка можно предотвратить, если сделать генетическое обследование пары, которая только задумалась о том, чтобы стать родителями. Если у них выявится вероятность рождения больного ребенка, об этом им как минимум можно сообщить. И даже если ребенок появится на свет, при идентификации заболевания с рождения появляется окно возможностей для той самой генетической терапии.
Другой пример – сахарный диабет первого типа. Это аутоиммунное заболевание, где есть выраженная генетическая составляющая. Она важна, но недостаточна для того, чтобы заболевание развилось. Диабет чаще всего выявляется, когда пациент поступает в клинику по скорой с гипергликемическим кризом. Это значит, что иммунная система уничтожила уже практически 80% и более бета-клеток в поджелудочной железе, которая продуцирует и вырабатывает инсулин.
Мы же занимаемся тем, что учимся диагностировать сахарный диабет в ранней фазе, что можно делать на основании как минимум генетического анализа генома таких пациентов. Это позволит с помощью профилактических мер существенно уменьшить группу людей, у которых разовьется диабет первого типа.
В одном из интервью вы говорили, что среди многих достижений генной инженерии наиболее значимое – это получение человеческого инсулина в промышленных масштабах.
Действительно, инсулин стал важным драйвером, но далеко не единственным. И если говорить о больных диабетом, тот же инсулин стал их проблемой. Способность относительно комфортно существовать при этом заболевании не дает возможности развиваться терапиям, которые направлены на кардинальное решение проблем с диабетом в ранних фазах. Как ни странно, проблемами диабета первого типа в России и ряде других стран занимаются эндокринологи – не иммунологи, притом что это аутоиммунное заболевание. Так исторически сложилось, потому что формально поджелудочная железа – экзокринный орган с эндокринными включениями, теми самыми островками Лангерганса, которые действительно секретируют и инсулин, и глюкагон, и ряд других гормонов. Но чтобы комплексно анализировать и устранять иммунологическую проблему, нужно быть иммунологом, а не эндокринологом. С тем, чтобы вести больных со стажем диабета, мониторить глюкозу, назначать инсулин в определенных дозах, эндокринологи справляются достаточно хорошо. Но в силу того, что сахарный диабет – сложившаяся прерогатива эндокринологов, мы до сих пор достаточно плохо с ним боремся, в отличие от ряда других аутоиммунных заболеваний. Профессионалы в области эндокринологии создают гормональные препараты, а в данном случае нужны иммунологические.
В нашем центре мы стараемся решать проблемы такого рода, находить способы диагностики заболеваний в ранней фазе, когда с иммунной системой можно еще что-то сделать – обратить процесс либо его остановить. И тогда автоматически это становится уже кейсом иммунологов, а не эндокринологов, потому что инсулин продуцируется. Мы создаем такие двойки: систему ранней диагностики и параллельно терапию. С точки зрения коммерциализации это понятная и работающая схема. В России по-прежнему актуален аспект импортозамещения, 99,9% российских компаний выпускают дженерики. Редко кто из них занимается реальным R&D и созданием инновационных препаратов. И совсем мало тех, кто создает так называемые препараты first-in-class, то есть лекарства с новым и уникальным механизмом действия.
Главная причина – нехватка финансовых возможностей?
В сегодняшних условиях любые инновационные разработки сталкиваются с проблемой финансирования. Частные компании вкладываться в эту сферу не спешат. Те немногие, которые занимаются R&D, деньги на это берут у государства.
Чтобы создавать сложные продукты, в идеале необходимо иметь доступ к глобальному открытому рынку лицензий. Еще 10-20 лет назад все основные лицензии в области фармацевтики и биомедицины выдавались исключительно в странах Запада, в основном в США. Доля российских результатов интеллектуальной деятельности в мировом объеме была просто ничтожна. В нашем центре мы, понимая всю сложность процессов, начали делать платформы, на базе которых собираются все необходимые проприетарные технологии, независимые от внешних лицензий. Мы разрабатываем технологии, которые ложатся в основу создания терапий, диагностических систем. С законченным решением можно будет выйти на внешний рынок. В частности, у нас есть блок по созданию диагностических систем и терапии для моногенных генетических заболеваний, которых около 8000. Это масштабная и амбициозная задача, которая решается поэтапно. Терапии, которые создаются нами, скорее всего, будут терапиями first-in-class по определению, их даже не с чем сравнить. Созданные в России с использованием проприетарных чистых технологий, они имеют огромный экспортный потенциал. Следующим блоком идут диагностика и терапия аутоиммунных заболеваний, таких как сахарный диабет, красная волчанка, рассеянный склероз и многие другие. Есть большой инициированный нами проект «Онкоатлас». Он базируется на основе прогрессивных технологий, прежде всего single cell sequencing. Если коротко, то создается база данных для различных опухолей, которую мы постепенно пополняем, чтобы конвертировать ее в диагностическую систему для оценки эффективности имеющихся терапий и создания новых.
Еще одно направление – вирусология, выявление появления новых штаммов. Например, есть вирусы гриппа, которые персистируют в человеческой популяции, а есть те, которые еще не преодолели межвидовой барьер. Мы пытаемся, создавая различные алгоритмы, спрогнозировать вероятность межвидового перехода уже выявленных штаммов. Такой подход позволяет максимально быстро отреагировать и сделать вакцину. Мы создаем базовые технологии, которые могут лечь в основу той самой проприетарной прогрессивной вакцины, аналогов которой не будет в мире.