Генетик, молекулярный биолог, заведующий лабораторией геномики и эпигеномики позвоночных Центра «Биоинженерия» РАН, Егор Борисович Прохорчук рассказал корреспонденту Pro Science Максиму Тужикову о новейших методах тестирования эмбрионального развития и о сфере своих научных интересов.
Егор Борисович, кто вы - генетик? Физик? Биолог?
Я закончил МФТИ, где нас сначала три года учили хардкоровому "физтеху", а потом началась база – кафедра молекулярной биологии. Я абсолютно не биолог и не скрываю этого, хотя и занимаюсь сейчас молекулярной биологией. В какой-то момент, когда я начинал, я был полностью сконцентрирован на фундаментальных исследованиях. Меня всегда интересовала эпигенетика и, в первую очередь, метилирование ДНК: что происходит и как это интерпретируется. Этот интерес я пытаюсь пронести в своей деятельности, в работе лабораторий, которыми руковожу.
У меня есть опыт сотрудничества с лабораториями Англии и Америки, я езжу на конференции по эпигенетике, - очень важно понимать, о чем идет речь и в моей части по метилированию ДНК. Стараюсь поддерживать и аспирантов, мы проводим с ними регулярные journal club, когда берем только что вышедшую статью и разбираем ее.
Вы говорите, что вас всегда интересовала эпигенетика - почему?
Эпигенетика – это то, что “над” генетикой: уровень молекулярно-генетических исследований. Какая это клетка, какой ее тип определяется экспрессией генов; их включенность, регуляция активности - все то, что “над” ДНК.
Есть несколько уровней регуляции экспрессии генов. Сейчас известно о трех основных механизмах. Первый – гистоновый код. Гистоны,- те белки, на которые “намотана” ДНК, которая ведь не просто молекула, а сложная трехмерная структура. Гистоны могут быть модифицированы. Гистоновый код – это как бы химическое послание генам.
Второй механизм – метилирование ДНК, то есть одна из модификаций ДНК, которая без изменения самой последовательности, приводит к изменению функционального статуса расположенных поблизости генов. В Центре «Биоинженерия» РАН мы исследуем влияние метилирования генома на основополагающие процессы, протекающие в живой клетке. Сейчас мы приходим к пониманию, что происходит с метилированием во время эволюции: как, например, влияют соли на эпигенетические механизмы, может ли эволюция в морской воде происходить быстрее, чем в пресной.
Как интерпретируется метилирование ДНК машиной для транскрипции; есть ли белковые факторы, которые специфически узнают метилированные цитозины и как они дальше сигнализируют, передают каким-то другим белкам - все эти вопросы мне очень интересны. Наконец, третий уровень регуляторных механизмов - это РНК-интерференция: подавление экспрессии гена на стадии транскрипции в процессе синтеза РНК.
Насколько ваши исследования могут сейчас влиять на жизнь "обыкновенного" человека?
Расскажу на своем примере. У меня двое детей. Некоторое время назад мы с женой узнали, что у нас будет третий ребенок. Моей жене Анне 37 лет, она автоматически попадает в группу риска. После одного из тестов (наверное, на втором месяце беременности) ей позвонили и сказали: знаете, голубушка, у вас точно будет ребенок с синдромом Дауна, - вообще, без шансов.
Если сейчас женщина попадает в подобную ситуацию, то ей делают амниоцентез - берут часть плода. Это инвазивная процедура с риском осложнений и заражения с вероятностью один к десяти. Немногие женщины соглашаются на это.
Однако, к настоящему моменту мы прошли большой путь для определения генотипа плода по крови матери. Оказалось, что в крови матери, даже на сроке в шесть недель, циркулирует определенное количество ДНК плода. Если научиться читать эту информацию, взяв кровь матери, то таким простым и безопасным тестом можно заменить всю историю, связанную с инвазивной диагностикой. Это должно быть безопасно, надежно и по стоимости сравнимо с тем, что государство тратит на инвазивные процедуры. Так, клинике вся процедура инвазивного тестирования обходится приблизительно в 14 тысяч рублей. Но за эти деньги можно проводить секвенирование свободноциркулирующей ДНК и достаточно надежно прогнозировать заболевания - с вероятностью 99,7%. Благодаря моим возможностям я секвенированил ДНК плода своего ребенка, которому поставили страшный диагноз, - и информация о синдроме Дауна не подтвердилась!
Насколько перспективны эти технологии?
Мне кажется, что это очень перспективная история, которую можно внедрить в клиники, обезопасить женщин. Другое дело, что это встретит массу протестов со стороны тех людей, для которых это бизнес: не нужна палата, не нужно госпитализировать, не нужна операция, требуется просто взять кровь. Мы пытаемся найти тех людей, которым это интересно, и которые понимают, что за этим будущее.
Сейчас у нас есть технология, а дальше нужно, чтобы все заработало. Для этого нужна логистика, инфраструктура, нужны десятки секвенаторов, специалисты очень высокого уровня, нужны серверы, биоинформатики, кластеры. И это должно быть оперативно по времени, потому что нужно информировать и принимать решение в течение недели.
Похоже, это может стать первым массовым применением технологий секвенирования, когда они действительно востребованы, а не просто дают избыточное количество информации. Когда вы как мышка в гигантском швейцарском сыре ползаете по его дырочкам, количество информации огромно, а что из неё следует – непонятно.
Вот ваш геном: 3 млрд букв на дискете; это будет стоить, допустим, 20 тысяч евро. Но когда вы придете с этой информацией к врачу и спросите у него, что у меня с организмом,- вас ждет конфуз, поскольку эта информация пока неперевариваемая; практически невозможно найти врача, который по информации о вашем геноме выдаст рекомендации по лечению и профилактике.
Над чем работают секвенаторы Курчатовского института ?
В Курчатовском институте мы уже отсеквенировали десятки раковых геномов, участвуем в консорциуме по секвенированию рака почки. Условно говоря, врачи дают нам раковую и нераковую ткань, а мы ищем генетические отличия. Данный проект реализуется в рамках международного консорциума, в который входят англичане, французы, шведы, чехи и русские. Это финасируется в рамках европейской седьмой рамочной программы.
Это технология, за счет которой в Курчатовском институте мы поддерживаем наши возможности по секвенированию. Результат – практический выход: как можно классифицировать опухоль по генотипу, а, уже зная её генотип, можно подобрать правильное лекарство. Цель эксперимента – классифицировать опухоль и понять, какой в этой опухоли нарушен путь на молекулярном уровне (поэтому лекарство, направленное на другой путь, бессмысленно). Здесь задача - персонифицировать онкологию в зависимости от типа опухоли. В частности, для HER2-положительных опухолей рака груди и HER2-отрицательных будут совершенно разные лекарства.
Классификаций рака груди, по итогам последней конференции, уже шесть. Для каждого отдельного вида рака будет свое лекарство, каждый - индивидуален и конкретно под него можно будет подбирать терапию. В таких разработках мы активно участвуем.
От применения таких технологий в медицине ждут очень многого. Мы занимались и болезнью Альцгеймера. Отсеквенировали геном семьи из Орловской области, у которых на протяжении трех поколений наблюдались признаки болезни Альцгеймера.
Эта работа продолжается, мы очень надеемся, что сможем дополнить список существующих генетических маркеров этой болезни. Еще одно направление - популяционная генетика. Можно выяснить, что происходит в России с миграцией, отследить исторические закономерности. Такие темы более философские и связаны уже с конвергенцией наук, с формированием обозначенных в нашем институте “био-когно”-направлений.
Еще занимаемся характеристикой осетров Каспийского моря: в Иране утверждают, что вылавливают эндемический вид (представители которого обитают на относительно ограниченном ареале – Полит.ру) и что эндемики не подвергаются мораторию на вылов. А мы, - что иранцы вылавливают наших – осетр у нас нерестится, кормится и идет к их побережью. Мы хотели разобраться, так ли это.
Мы отсеквенировали матричную РНК нескольких русских и иранских осетров, нашли полиморфные однонуклеотидные вариации. Их использовали в качестве маркеров для классификации около сотни рыб, выловленных в разных акваториях Каспийского моря. В результате мы пришли к определенным выводам и смогли классифицировать осетров.
Чувствую, что в Курчатовском институте мы будем постепенно перемещаться к работам с древними ДНК, т.е. смещаться в сторону антропологии и палеонтологии. Мне интересны и вопросы молекулярной проблемы памяти, - то чем занимается К.В. Анохин (руководитель отдела нейронаук НИЦ «Курчатовский институт»). Правда, если у него - физиология,то мне было бы интересно понять, что происходит с эпигенетическими маркерами. Есть идея, что маркеры – это механизм закрепления памяти, что в ДНК нет изменений, но что-то происходит с экспрессией генов.
Для происхождения лошадей, их одомашнивания есть интересные модели. Мы сейчас частично секвенируем лошадь из Якутии, которая очень долго жила при холоде. В результате мы можем понять, какие гены у лошадей могли отвечать за адаптацию к низким температурам и сравнить с геномами других лошадей, той же лошадью Пржевальского, которая не подвергалась таким низким температурам.
(продолжение интервью читайте в январе на polit.ru/proscience
