Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.
СОДЕРЖАНИЕ 
02 ВВЕДЕНИЕ 
Ю.Никольский 
НАУКА 
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОМИКСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 
...
ОМИКСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРАКТИКЕ 
ПРЕНАТАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ: 
МНЕНИЕ СЕРВИСНОЙ КОМПАНИИ 
Е.Померанцева 
ПЕРСОНАЛИЗИРОВАННАЯ М...
BiOMED ВВЕДЕНИЕ 
2 
В течение нескольких десятилетий после от- 
крытия структуры ДНК экспериментальная 
биология развивала...
BiOMED 
Партнер Фонда «Сколково» 
3 
ской геномики», проводящих недорогое ге- 
нотипирование для всех желающих, показы- 
в...
НАУКА 
4 
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ 
НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ 
ОМИКСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 
Самой первой из омиксных технологи...
Партнер Фонда «Сколково» 
5 
Секвенирование полного генома человека 
дает информацию предельного разрешения 
о последовате...
НАУКА 
6 
туры, распознающих участков и функцио- 
нальных центров молекулярных машин. 
Для того чтобы определить спектр и ...
Партнер Фонда «Сколково» 
7 
тие которых вовлечены немногие гены. 
Таких заболеваний около 5-7 тысяч, и встре- 
чаются они...
БИОИНФОРМАТИКА 
8 
РОЛЬ БИОИНФОРМАТИКИ 
И АНАЛИЗА «БОЛЬШИХ 
ДАННЫХ», ПРОИЗВОДИМЫХ В 
ОМИКСНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАХ 
Омиксные техн...
Партнер Фонда «Сколково» 
В правильно организованных проектах 
постановка эксперимента с самого 
начала учитывает то, как ...
ГЕНОМИКА 
10 
РАЗВИТИЕ ГЕНОМИКИ 
И ОМИКСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 
В РОССИИ 
Автор: Владислав Милейко, кандидат биологи- 
ческих наук...
Партнер Фонда «Сколково» 
11 
увеличить доступность технологии широ- 
кому кругу коллективов, но и повысить само 
качество...
CAГЕНОМИКА 
12 
МЕЖДУНАРОДНОЕ 
СОТРУДНИЧЕСТВО 
В КОЛЛАБОРАТИВНЫХ 
ОМИКСНЫХ ПРОЕКТАХ 
– Омиксные проекты сложные и дорогие....
CA 
Партнер Фонда «Сколково» 
13 
этапами, эволюционируя от анализа не- 
скольких тысяч кДНК в 2000 году до рекон- 
струкц...
ФАРМАКОЛОГИЯ 
14 
ОМИКСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 
В ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ 
ИНДУСТРИИ 
– Какие задачи помогают решать омиксные 
технологии ...
Партнер Фонда «Сколково» 
15 
проекты на аутсорсинг в специализирован- 
ные сервисные организации. В некоторых 
случаях, п...
КЛИНИКА 
16 
dreamstime.com 
ОМИКСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 
В ПРАКТИКЕ КРУПНОГО 
ГОСПИТАЛЯ И «ТРАНСЛЯ- 
ЦИОННАЯ МЕДИЦИНА» 
– Какие о...
Партнер Фонда «Сколково» 
Автор: Татьяна Татаринова, кандидат биологических наук, профессор, Школа 
медицины Кека Универси...
КЛИНИКА 
18 
Анджелеса, происходящих из разных иму- 
щественных, социальных и этнических 
групп. SC CTSI — это своего рода...
Партнер Фонда «Сколково» 
19 
ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ 
ДЛЯ НАСЕЛЕНИЯ: 
ПОТРЕБИТЕЛЬСКАЯ ГЕНОМИКА 
И ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ТЕСТИРОВ...
КЛИНИКА 
20 
ОМИКСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 
В ПРАКТИКЕ ПРЕНАТАЛЬНОЙ 
ДИАГНОСТИКИ: 
МНЕНИЕ СЕРВИСНОЙ КОМПАНИИ 
– Вы занимаетесь прена...
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Sk biomed 03 10
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Sk biomed 03 10

1,553 views

Published on

  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

Sk biomed 03 10

  1. 1. СОДЕРЖАНИЕ 02 ВВЕДЕНИЕ Ю.Никольский НАУКА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОМИКСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Н.Янковский БИОИНФОРМАТИКА РОЛЬ БИОИНФОРМАТИКИ И АНАЛИЗА «БОЛЬШИХ ДАННЫХ», ПРОИЗВОДИМЫХ В ОМИКСНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАХ М.Гельфанд ГЕНОМИКА РАЗВИТИЕ ГЕНОМИКИ И ОМИКСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В РОССИИ В.Милейко МЕЖДУНАРОДНОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО В КОЛЛАБОРАТИВНЫХ ОМИКСНЫХ ПРОЕКТАХ Й.Хаяшизаки, О.Гусев 04 08 10 12 ФАРМАКОЛОГИЯ ОМИКСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ ИНДУСТРИИ В.Пруцкий 14 КЛИНИКА ОМИКСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРАКТИКЕ КРУПНОГО ГОСПИТАЛЯ И «ТРАНСЛЯЦИОННАЯ МЕДИЦИНА» Т.Татаринова ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ ДЛЯ НАСЕЛЕНИЯ: ПОТРЕБИТЕЛЬСКАЯ ГЕНОМИКА И ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ В КЛИНИКАХ А.Афанасьев 16 18
  2. 2. ОМИКСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРАКТИКЕ ПРЕНАТАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ: МНЕНИЕ СЕРВИСНОЙ КОМПАНИИ Е.Померанцева ПЕРСОНАЛИЗИРОВАННАЯ МЕДИЦИНА В ОНКОЛОГИИ: ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ РАКОВЫХ ОПУОЛЕЙ И РОЛЬ ОМИКСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Т.Серебрийская МИКРОБИОМ ЧЕЛОВЕКА: ПРАКТИКА И ОМИКСНЫЕ МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ Д.Алексеев 20 22 24 МНЕНИЯ 26 КАКОВЫ ПЕРСПЕКТИВЫ ОМИКСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В РОССИИ? КАК ГОСУДАРСТВО МОЖЕТ СОДЕЙСТВОВАТЬ ИХ РАЗВИТИЮ? НАСКОЛЬКО УБЕДИТЕЛЬНЫМ НА МИРОВОМ ФОНЕ ВЫГЛЯДИТ ОТЕЧЕСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЗАДЕЛ В ЭТОЙ ОБЛАСТИ? СООБЩЕСТВО ГЕНОМИКА В РОССИИ: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, БИЗНЕС А.Афанасьев, Е.Власова, Ю.Пеков, Е.Цымбалов, Р.Яворский 34 МИРОВОЙ ОПЫТ INDIVIDUALIZED MEDICINE FROM PREWOMB TO TOMB E.J.Topol 42 PERSONAL OMICS PROFILING REVEALS DYNAMIC MOLECULAR AND MEDICAL PHENOTYPES R.Chen, G.I.Mias, J.Li-Pook-Than, L.Jiang, H.Y.K.Lam, R.Chen, E.Miriami, K.J.Karczewski, M.Hariharan, F.E.Dewey, Y.Cheng, M.J.Clark, H.Im, L.Habegger, S.Balasubramanian, M.O’Huallachain, J.T.Dudley, S.Hillenmeyer, R.Haraksingh, D.Sharon, G.Euskirchen, P.Lacroute, K.Bettinger, A.P.Boyle, M.Kasowski, F.Grubert, S.Seki, M.Garcia, M.Whirl- Carrillo, M.Gallardo, M.A.Blasco, P.L.Greenberg, P.Snyder, T.E.Klein, R.B.Altman, A.J.Butte, E.A.Ashley, M.Gerstein, K.C.Nadeau, H.Tang, and M.Snyder 52 Фонд «Сколково» Партнер Фонда «Сколково» НАД АЛЬМАНАХОМ РАБОТАЛИ: Кирилл Каем, Юрий Никольский, Евгения Маейр, Юлия Мучник, Дэвид Новак, Александр Чернов, Роман Щербаков, Ольга Устинкова, Денис Ковардаков. Выражаем искреннюю признатель- ность авторам статей. НА ОБЛОЖКЕ: Сhromosomes 3D rendered on black background, www.dreamstime.com Подписано в печать 03.10.2014. Отпечатано в ООО «Август Борг». 121009, г. Москва, Шубинский пер., д. 2/3. © Составление и оформление. Фонд Сколково, 2014
  3. 3. BiOMED ВВЕДЕНИЕ 2 В течение нескольких десятилетий после от- крытия структуры ДНК экспериментальная биология развивалась по «редукционному» пути, все более (и, заметим, очень эффек- тивно) углубляясь в детали биологических систем — от физиологии, цитологии и био- химических реакций до структуры белков и комплексов. Такое развитие изменилось ко- ренным образом в конце 1980-х, когда были разработаны технологии, позволившие мно- гократно увеличить пропускную способность двух стандартных лабораторных методов — секвенирования ДНК и гибридизации нук- леиновых кислот. В 1986 г. Лерой Худ (Leroy Hood, Калифорнийский технологический ин- ститут, Caltech) изобрел первый автоматиче- ский секвенатор ДНК. В 1989 г. Стив Фодор (Stephen P.A.Fodor, компания Affymax) создал первый ДНК-чип (microarray), использующий технологию полупроводников для одновре- менного анализа экспрессии тысяч генов с помощью гибридизации нуклеиновых кис- лот. Эти две технологии положили начало эре так называемой омиксной биологии и беспрецедентной аккумуляции «больших данных», производимых в биомедицинских экспериментах. В течение последующих 25 лет омиксный инструментарий обогатился многопараллельными методами для опреде- ления концентрации и активности белков (протеомика), метаболитов (метаболомика), регуляции экспрессии генов (эпигеномика) и др. Особенно феноменален был прогресс в секвенировании ДНК, где скорость «прочи- тывания» на одном инструменте выросла в 5 тысяч раз при удешевлении операции в мил- лионы раз. Сегодня полный геном человека может быть «прочитан» за одни сутки при цене в $1,000. Омиксные методы революционизировали методологию экспериментальной биологии, анализа данных и технологию развития ле- карств; они все больше внедряются в прак- тику медицины и повседневную жизнь. В науке более 70% заявок на исследова- тельские гранты в США и Европе предпола- гают использование, по крайней мере, одной омиксной технологии. Фармацевтиче- ские компании применяют новые методы в разных целях: от токсикогеномики и репози- ционирования лекарств до мониторинга па- циентов в клинических испытаниях (ведущие компании проводят до 10 различ- ных омиксных тестов для каждого пациента в фазе II). В онкологической клинической практике секвенирование и генотипирова- ние на чипах широко используются для определения мутаций и патологического пе- репрофилирования экспрессии генов в ра- ковых опухолях. Омиксное генотипирование также повсе- местно проводится для обследования роди- телей и новорожденных в пренатальной диагностике. Наконец, взрослое население развитых стран уже осведомлено о тестах 23andMe и других компаний «потребитель- ВВЕДЕНИЕ Автор: Юрий Никольский, кандидат биологических наук, директор по науке кластера биомедицинских технологий Фонда «Сколково»
  4. 4. BiOMED Партнер Фонда «Сколково» 3 ской геномики», проводящих недорогое ге- нотипирование для всех желающих, показы- вающее генетическое родство, объясняющее фенотипические черты и предсказывающее предрасположенность к определенным болезням. Новые технологии дали мощный толчок раз- витию нескольких областей индустрии. Омиксная биология привела к появлению новых инструментов, роботизированных станций, программного обеспечения для об- работки и анализа данных и развития спе- циализированных сервисов. Быстрое развитие омиксной экосистемы способство- вало рыночному буму биомедицинских тех- нологий в конце 1990-х, достигшему пика в 2000-е гг., после первой публикации генома человека в 1998 г. Спекулятивный всплеск рынка, совпавший с интернет-бумом, создал небывалую рыночную стоимость таких ком- паний — пионеров в области омиксных тех- нологий, как Affymetrix (геномика), Incyte (секвенирование ДНК), Informax (биоинфор- матика), Milennium Science (геномика, про- теомика) и многих других. В настоящее время омиксный сектор представляет собой многомиллиардную индустрию с такими ли- дерами, как Illumina (инструменты и сервисы для секвенирования нового поколения), ThermoFisher Scientific Inc. (секвенирование, протеомика), Agilent (тесты, биоинформа- тика), Accelrys (био- и химиоинформатика) и других. Омиксные технологии развиваются и в Рос- сии, хотя и неравномерно. В отличие от не- которых «опоздавших» стран (Япония, Китай, Корея), в нашей стране не ведутся работы по созданию «национального секве- натора», а производятся «тематические» микрочипы на существующих платформах. В то же время сервисный омиксный бизнес представлен в России достаточно широко, а в области анализа данных и биоинформа- тики российские компании и лаборатории оперируют на мировом уровне. В этом альманахе мы решили собрать мне- ния широкого круга специалистов, активно вовлеченных в развитие и практическое ис- пользование омиксных технологий. Наши авторы представляют академическую науку: экспериментальную биологию, био- информатику, экономику, практическую ге- номику, а также ведущие клиники, сервисные компании и фармацевтическую индустрию. В основном мы фокусировались на состоянии дел на российском рынке с не- которым сравнением с западными анало- гами. Альманах предназначен для широкого круга читателей и не отражает мнения Фонда «Сколково» или государственных организаций. Author: Yuri Nikolsky, Cand. Biol. Sci., Science Director of Biomedical Technologies Cluster, The Skolkovo Foundation Genomics and other methods of multiparallel molecular assays, dubbed as «omics techno-logy », have revolutionized experimental bio-logy since 1980s. New technology had deep implementations in drug discovery, diagno-stics, data analysis and, increasingly, practice of medicine. Omics-focused innovation ecosy-stem evolved into a multi-billion dollar industry, which is now enjoying a major breakthrough from research to clinical market. Russia was late with omics hardware develop-ment and is not visible on international omics services markets. However, Russian omics data analysts and bioinformaticians are regar-ded as some of the best in the world, and the country is fast progressing in development of clinical applications based on omics techni-ques. In this review, we collected opinions of a diverse group of Russian professionals dealing with new technology: academic and industrial scientists, bioinformaticians; omics service providers; vendors of omics products and ser-vices for oncology, prenatal diagnostics and microbiome analysis. We are glad to summarize that our experts are overall optimistic about perspectives of omics evolution in Russia, citing our advantage in en-gineering and math-centered education and high level of market development, especially in consumer genomics and clinical applications.
  5. 5. НАУКА 4 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОМИКСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Самой первой из омиксных технологий стала известна геномика. Она изучает не отдель- ные гены, а всю совокупность генетической информации, которая называется геномом. Термин «геном» был предложен почти сто лет назад, а выделение геномики как от- дельного направления науки произошло в 1980-х, при обсуждении проекта «Геном че- ловека». Суффикс «ом» во всех «омиксных» терминах указывает, что рассматривается вся совокупность данных в целом. Конечно, геномика изучает не только геном человека, но и геномы всех других организ- мов. Ее достижения находят применение во многих сферах: в медицине, криминали- стике, животноводстве и растениеводстве, экологии, в решении фундаментальных во- просов происхождения и эволюции жизни. Когда исследовательские методы позво- ляли изучать только отдельные гены, при поиске генетических основ заболеваний приходилось перебирать по одному те гены, которые могут быть связаны с болезнью. Для этого надо было предположить, какие звенья метаболизма нарушены, и какие из- ученные к тому времени гены могут быть во- влечены в эти нарушения. Достижение успеха в значительной мере зависело от ин- туиции и везения исследователя. При анализе всего генома генетический де- фект может быть найден даже в том случае, когда природа нарушения неизвестна. Вы- явив этот дефект, можно определить, какой ген поврежден, на какие функции он влияет, и, исходя из этого, разрабатывать уже не общие стратегии лечения, а при- цельно направленные на коррекцию кон- кретного звена метаболизма. Впервые полная последовательность нук- леотидов генома человека была определена в 2003 году. Секвенирование (определение последовательности, от английского слова sequence) проводилось общими усилиями лучших лабораторий мира, заняло более 10 лет и обошлось в 3 млрд долларов. Сейчас развитие технологий привело к тому, что весь геном человека может быть «прочтен» за несколько дней, а стоимость его секвени- рования снизилась до нескольких тысяч долларов и продолжает снижаться. Автор: Николай Янковский, доктор биологиче- ских наук, член-корреспондент РАН, директор Института общей генетики им. Н.И.Вавилова РАН, Москва, Россия Суффикс «ом» во всех «омиксных» терминах указывает, что рассматрива- ется вся совокупность данных в целом.
  6. 6. Партнер Фонда «Сколково» 5 Секвенирование полного генома человека дает информацию предельного разрешения о последовательности нуклеотидов. Однако многие участки генома неинформативны. Ведь на уровне последовательностей нук- леотидов люди отличаются друг от друга лишь одним нуклеотидом из тысячи. Имеет смысл сэкономить и анализировать лишь те нуклеотиды, по которым есть различия. Для такого анализа применяют микрочипы — короткие фрагменты ДНК, закрепленные на твердом носителе и нацеленные на распо- знавание того, какой нуклеотид стоит в за- ранее выбранных позициях в геноме. Генотип индивида определяют по тому, какие фрагменты ДНК прореагировали при добавлении к ним геномной ДНК. Стоимость такого анализа исчисляется уже не тысячами, а сотнями долларов на обра- зец, а проанализировать одновременно можно до миллиона участков генома. Мик- рочипы для определения генотипа могут быть нацелены не на изучение полного ге- нома (когда распознаваемые участки равно- мерно рассеяны вдоль всей геномной ДНК), а на анализ десятков или сотен генов, свя- занных с интересующим исследователя за- болеванием (например, если мы говорим о кардиочипе). Еще один способ сэкономить — читать не весь геном, а только его наиболее важные части. Эти участки, кодирующие белки, на- зывают экзонами, а всю их совокупность — экзомом. Секвенирование экзома позволяет выявить мутации, нарушающие структуру белков, но для нормального функционирования клетки важна не только структура белка, но и его количество. Это количество зависит от уровня активности гена — насколько интен- сивно синтезируются на нем молекулы мРНК, и от процессов, следующих за синте- зом РНК и приводящих к появлению функ- ционального белка. Эти этапы реализации генетической информации изучают такие Секвенирование полного генома человека дает информацию предельного разрешения о последова- тельности нуклеотидов. разделы наук, как транскриптомика и про- теомика. Сейчас известно, что транскриби- руются не только белок-кодирующие участки генома, но и другие участки, связан- ные с регуляцией активности генов, продол- жительностью жизни и активностью мРНК и многими другими клеточными процессами. Важные функции выполняют некодирующие РНК, которые не служат матрицей для син- теза белка, а сами активно вмешиваются в жизнь клетки. Они связываются с мРНК и подавляют экспрессию закодированной в ней информации, модулируют — в зависи- мости от условий — всплески активности генов, участвуют в формировании струк- dreamstime.com
  7. 7. НАУКА 6 туры, распознающих участков и функцио- нальных центров молекулярных машин. Для того чтобы определить спектр и количе- ство синтезируемых в клетке мРНК, исполь- зуют различные подходы. Например, микрочипы, аналогичные тем, которые при- меняют при генотипировании, позволяют выявить, какие мРНК присутствуют в анали- зируемом образце, и тем самым узнать, какие из генов «работают», а какие «мол- чат». Другим методом анализа спектра и ко- ткани и изменений их спектра, количества и активности; метаболомика, изучающая со- став и концентрации метаболитов. В послед- ние годы возникла коннектомика, направленная на изучение совокупности нервных связей (коннектома) головного мозга высших животных, включая человека. Важное направление — изучение микро- биома, то есть совокупности всех микроорга- низмов в каком-либо месте их обитания (кишечнике человека, определенном участке и т.п.). Для этого проводится тоталь- ное секвенирование «диагностических» для разных групп микроорганизмов участков ДНК, выделенной из соответствующего био- логического материала. При ряде заболева- ний состав и количественное соотношение компонентов микробиома нарушаются, а восстановление или приближение к нор- мальному соотношению за счет приема про- биотиков способствует излечению. Понятно, что всем этим «омикам» прихо- дится иметь дело с динамичными показате- лями, меняющимися на протяжении жизни, в том числе в случае болезни. Поэтому омикс- ные методы используют для поиска прогно- стических и диагностических маркеров, указывающих на развитие заболевания или на успех (либо неуспех) его лечения. Омикс- ные технологии незаменимы при поиске эф- фективных маркеров. Лучших из всех возможных — потому что они как раз все возможные охватывают. А после того, как маркер (или маркеры) найден, может быть разработана дешевая и применимая в широ- ких масштабах технология его анализа. Сей- час уже используются методы анализа транскриптома для оценки эффективности химиотерапии при некоторых видах рака. Если лечение успешно, должна измениться экспрессия определенных генов. Если пре- парат на пациента не действует (что видно по отсутствию ожидаемых изменений в ра- боте генов), то можно быстро изменить схему терапии, не ожидая недели или ме- сяцы, чтобы обнаружить неэффективность лечения по ухудшению состояния пациента. На современном уровне развития омиксных технологий становится ясно, что нужен ком- плексный подход. На геномном уровне последовательность нуклеотидов ДНК опре- деляет безусловное развитие болезни для моногенных заболеваний или таких, в разви- При ряде заболеваний состав и количественное соотношение компонентов микробиома нарушается, а восстановление или приближение к нормальному соотношению за счет приема пробиотиков способствует излечению. личества РНК является тотальное секвени- рование всех РНК образца. Поскольку моле- кулы РНК намного менее стабильны, чем ДНК, то для анализа часто используют такой прием, как синтез кДНК, то есть ДНК, комплементарной РНК и синтезированной на РНК-матрице с помощью фермента об- ратной транскриптазы. Еще одним уровнем сложности в реализа- ции генетической информации является прижизненное модулирование активности генов за счет химической модификации (ме- тилирования) регуляторных участков генов (сама последовательность нуклеотидов остается при этом неизменной) или модифи- кации гистонов — белков, поддерживающих структуру ДНК. Такая модификация зависит от жизненных событий: от изменений кон- центрации гормонов или метаболитов до из- менений внешней среды, особенностей жизненного стиля или пережитых стрессов, и, что представляет особый интерес, нали- чия или отсутствия изменений, ведущих к болезни. Эти изменения изучает эпигено- мика. Еще несколько «омиков» изучают дру- гие уровни функционирования клетки и организма: протеомика, направленная на описание совокупности белков клетки или
  8. 8. Партнер Фонда «Сколково» 7 тие которых вовлечены немногие гены. Таких заболеваний около 5-7 тысяч, и встре- чаются они с низкой частотой — один слу- чай на несколько тысяч или реже. Суммарно носителями таких заболеваний являются не- сколько процентов новорожденных. Гораздо шире распространены мультиген- ные заболевания, в которые вовлечены мно- гие гены, обычно со слабыми эффектами, взаимодействующие со средовыми факто- рами риска. К этой группе относятся сер- дечно-сосудистые, онкологические, аутоиммунные, психические и ряд других со- циально значимых заболеваний. Среди таких заболеваний небольшую долю состав- ляют моногенные формы. Например, повреждение гена BRCA1 обна- ружено в семейных формах рака груди, а мутации в генах калиевых каналов — в син- дромах нарушения ритма сердца с высоким риском внезапной смерти. То есть один и тот же результат — болезнь получается при «сильной» мутации в очень важном гене или при сочетании средовых факторов риска с набором «слабых» мутаций во множестве генов. Как и мутации, средовые факторы риска (впрямую или через эпигенетические изменения активности генов) меняют мета- болические процессы организма. Выявле- ние мутаций в генах, ведущих к развитию мультифакторных заболеваний, не дает аб- солютного диагностического инструмента в руки исследователя, но позволяет «заце- пить» тот метаболический путь, который за- действован в развитии болезни. А это уже путь к определению фармакологической ми- шени, которая будет работать вне зависи- мости от того, вызвано заболевание генетическими или средовыми причинами. От генетических особенностей зависит и ин- дивидуальная реакция на лекарства. Омиксные технологии имеют огромное значение для развития медицины и фарма- цевтики. Знание структуры геномов разных видов и популяций растений и животных не- обходимо для современной селекционной работы, для понимания механизмов устой- чивости к патогенам, плодовитости или уро- жайности, районирования сортов и многих других направлений агробиотехнологий. Author: Nikolay Yankovsky, Professor, Dr. Biol. Sci., Cor-responding Member of the Russian Academy of Sci-ences, The Vavilov Institute of General Genetics of the Russian Academy of Sciences Genomics, which studies the wholeness of ge-netic information, was developed as the first “omics” technology. It became widely known in mid-1980s due to human genome project. Ge-nomics methods, especially DNA sequencing, are directly applicable in medicine, criminalistics, agriculture. Genomics was followed by methods measuring next steps of genome expression, RNA transcription and epigenetics; proteomics and metabolomics. It is clear now that multiple levels of omics data should be used together in integrative studies resulting in biomarkers, drug targets and other applications. dreamstime.com
  9. 9. БИОИНФОРМАТИКА 8 РОЛЬ БИОИНФОРМАТИКИ И АНАЛИЗА «БОЛЬШИХ ДАННЫХ», ПРОИЗВОДИМЫХ В ОМИКСНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАХ Омиксные технологии — основной источник «больших данных» в биомедицине, они по- рождают огромный объем сложных много- уровневых данных геномики, транскрипто- мики, эпигеномики, протеомики и т.д. Как ис- следуют такие данные, какую информацию можно извлечь из их совместного анализа? Какова роль биоинформатики в обеспечении такого качества анализа, которое позволяет использовать его в клинической практике? Для начала стоит рассмотреть возможности и ограничения этих технологий. Геномика — это в каком-то смысле расширение тради- ционной медицинской генетики. Разница в том, что тут рассматриваются не мутации в отдельных генах, а полный набор генетиче- ских особенностей организма. Проблема же в том, что лишь в немногих случаях эти осо- бенности позволяют делать существенные выводы. В случае классических, так назы- ваемых менделевских, мутаций все понятно: наличие такой мутации вызывает болезнь. Однако именно в силу этой определенности такие мутации относительно редки. Основ- ной же массив генетических вариантов вы- зывает лишь предрасположенности, проявление которых зависит от других генов и от внешней среды. Некоторые предраспо- ложенности достаточно сильны, чтобы при- вести к реальным медицинским решениям (скажем, при некоторых мутациях, вызываю- щих предрасположенность к раку молочной железы, назначают более частые и глубокие обследования: в этом случае риск несвоевре- менного обнаружения опухоли перевешивает расходы и возможные осложнения от диагно- стических процедур). Большинство же из- вестных предрасположенностей значимы лишь статистически, на больших выборках, и мало что дают в конкретных случаях. Автор: Михаил Гельфанд, доктор биологических наук, профессор, факультет биоинформатики и биоинженерии МГУ им. М.В.Ломоносова, Москва, Россия dreamstime.com
  10. 10. Партнер Фонда «Сколково» В правильно организованных проектах постановка эксперимента с самого начала учитывает то, как будут анали- зироваться его результаты. 9 Другое, недавно появившееся и стреми- тельно развивающееся ответвление гено- мики — геномика рака. Она тесно связана с транскриптомикой, т.е. изучением того, с какой интенсивностью работают гены. Рак — это в первую очередь молекулярная болезнь, следствие разладки сигнальных и регулятор- ных систем клетки (кстати, ничего не напо- минает?). Нормальная клетка не делится бесконтрольно, имеет фиксированное время жизни, обменивается информацией с сосед- ними клетками. Более того, в каждую клетку заложен механизм, который уничтожает ее, если какие-то системы нарушены — подобно тому, как ракета осуществляет самоподрыв, если при старте произошла нештатная ситуа- ция и ракета отклонилась от курса. В рако- вых клетках за счет мутаций в геноме и, как следствие, изменений в работе генов этот механизм нарушен, клетка становится бес- смертной, часто делится, приобретает спо- собность жить в несвойственном окружении (так возникают метастазы). Так вот, оказы- вается, что раки, которые традиционно счи- тали однородными, на самом деле могут вызываться разными молекулярными полом- ками и, наоборот, в раках разного тканевого происхождения могут быть нарушены одни и те же молекулярные системы. Исследование ракового генома и транскриптома дает воз- можность более точной диагностики и более тонкого назначения лекарств. Протеомика — это следующий шаг в этом на- правлении, когда изучается не интенсив- ность, с которой с гена считывается информация в виде мРНК, а количество ко- нечного продукта, белка. Но пока что, на- сколько мне известно, массовых исследований и тем более применения ана- лиза ракового протеома не проводилось. Можно представить себе и другие примене- ния транскриптомики, скажем, раннюю диаг- ностику потенциальных отторжений при пересадке органов. Но пока что я таких работ не видел. Эпигеномика, т.е. изучение функционального состояния генома, пока не имеет самостоятельных применений, потому что это в каком-то смысле промежуточные данные. В то же время исследование эпиге- номики важно для понимания биологических механизмов работы генома, клеточной диф- ференциации, развития организма. Наконец, метаболомика — это исследование концентраций небольших молекул; это клас- сические биохимические анализы, только в принципиально большем масштабе. Такие ис- следования активно проводятся во многих медицинских центрах, в том числе в некото- рых российских лабораториях. Цель их — точная постановка диагноза. Без обширного и глубокого статистического анализа, т.е. без биоинформатики, исследо- вания в области омиксных технологий невоз- можны в принципе. Одной из особенностей современной биологии является то, что ис- чезла грань между генерацией эксперимен- тальных данных и их обработкой: соответ- ственно, биоинформатики являются интег- ральной частью команды исследователей. Впрочем, рассуждая об этих интересных во- просах, полезно иметь в виду, что доля бюд- жета России, направляемого на науку и здравоохранение, сокращается. При этом уровень коррупции в медицине и в медицин- ском образовании, по всей видимости, весьма велик; соответственно, падает квали- фикация врачей (тривиальным подтвержде- нием этому являются медицинские коллекции Диссернета). Полезно также по- нимать, что самый простой способ резко по- высить эффективность лечения рака — это своевременная диагностика и адекватная те- рапия на ранних стадиях. Author: Mikhail Gelfand, Dr. Biol. Sci., Professor of Bio-engineering and Bioinformatics, Lomonosov Moscow State University, Russia Every omics technology features has its own ad-vantages and limitations. However, all omics stu-dies are united in the requirement for bioinformatics they would be impossible without. In well-designed projects, analysis is embodied in experimental planning from the very beginning. Fading the line between experimental data gene-ration and analysis is a characteristic feature of modern biology.
  11. 11. ГЕНОМИКА 10 РАЗВИТИЕ ГЕНОМИКИ И ОМИКСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В РОССИИ Автор: Владислав Милейко, кандидат биологи- ческих наук, директор Геномного центра Нано- технологического центра «Техноспарк», Москва, Троицк, Россия – Каков современный ландшафт омиксных технологий в России? Кто игроки в области секвенирования, генотипирования, протео- мики, метаболомики и т.д.? Как развивается сервисный бизнес? – На волне мирового бума омиксных техно- логий Россия активно вливается в эту пер- спективную, но непростую историю. Несмотря на то что в России стоит уже не одна сотня секвенаторов NGS (next genera-tion sequencing), большая их часть пылится в ожидании запуска или работает на считан- ные проценты от своей мощности. Причин на то несколько: и перекосы в статьях финан- сирования исследований (есть деньги на до- рогую технику, но нет на расходники), и глобальный дефицит «качественных» про- ектов. А самое главное — это нехватка спе- циалистов, способных не только работать с этими технологиями и биоинформатикой данных, но и инициировать наполненные смыслом и востребованные исследования. Следует, конечно, отметить и другую важ- ную особенность омиксной науки: чтобы де- лать классные проекты в секвенировании, не нужен секвенатор. Более того, необходи- мость обслуживать секвенатор, обучать своих специалистов работе на нем и т.д. — зачастую непозволительная роскошь для не- больших групп исследователей. Вся пре- лесть высокопроизводительных методов заключается в возможности уместить целый проект в один (а то и меньше) запуск при- бора, поэтому он запросто может стоять хоть на другом континенте. По большому счету, «домашний» секвенатор нужен только двум категориям исследователей. Тем, кто зани- мается разработкой новых методологий и им нужно регулярно запускать прибор, глубоко понимая особенности его работы в разных режимах (НоМоТех). И тем, кто внедряет прикладные технологии в практику и дол- жен следовать строгим стандартным опера- ционным процедурам, обеспечивая бескомпромиссную надежность и воспроиз- водимость результатов (например, таким компаниям, как «Парсек-Лаб»). Наверное, в масштабах страны наиболее правильная стратегия — не наращивание парка приборов, а развитие квалифициро- ванных сервисных компаний и центров кол- лективного пользования, реализующих комплексные решения: от участия в дизайне эксперимента (с учетом имеющегося практи- ческого опыта) до полноценного биоинфор- матического сопровождения и анализа данных. Такой подход позволит не только Чтобы делать классные проекты в секвенировании, не нужен секвенатор.
  12. 12. Партнер Фонда «Сколково» 11 увеличить доступность технологии широ- кому кругу коллективов, но и повысить само качество реализуемых проектов. – Нужен ли нам собственный секвенатор и другое оборудование? – Несмотря на успешный опыт использова- ния NGS в России и неутихающую «гонку во- оружений» в разработке новых технологий секвенирования, перспектива создания оте- чественного секвенатора выглядит туман- ной. Такой проект может быть реализован только большим консорциумом, включаю- щим высококлассных физиков, инженеров, химиков и молекулярных биологов. Главное требование к такой команде — не только и даже не столько квалификация (с этим у нас проблем нет), сколько реальный опыт успеш- ного сотрудничества в аналогичных разра- ботках. На текущий момент такого опыта, к сожалению, накоплено мало. На мой взгляд, более оправданы усилия по созданию собственной версии расходных ма- териалов для секвенирования (например, под платформу Ion Torrent), рынок для кото- рых намного больше, чем для «машин», а по- требность в дешевых расходниках не вызывает сомнения, и не только в России. Может быть, таким путем мы первыми в мире сможем сделать «геном за $100». Отдельно следует отметить перспективы создания новых подходов к секвенированию на базе существующих платформ. Наиболее ярким примером стал успех стартапа Mole-culo. Команда из Стэнфорда с русскими кор- нями (Chief Technology Officer Дмитрий Пушкарев — выпускник МФТИ) создала на настольном секвенаторе комплексное реше- ние для «чтения» необычайно длинных последовательностей — более 10Kb. Разра- ботка открыла новые возможности для сборки геномов de novo, анализа наслед- ственных заболеваний и др. Уже через год после первых запусков секвенатора Moleculo купил лидер индустрии компания Illumina. В России есть все предпосылки для работы над такого рода задачами. В биологии и био- информатике, как нигде, пригодятся и рус- ская смекалка, и инженерный уклон нашего образования. Одним таким проектом яв- ляется компания НоМоТех, разработки кото- рой позволяют с высокой точностью секве- нировать высокогетерогенные образцы. – Какие у нас особенности и перспективы развития и на чем стоит сфокусироваться России, по Вашему мнению? – С подачи лидеров индустрии NGS стало «модно» использовать чуть ли не для любых задач в биологии и не только. Иной раз ка- жется, что каждый исследователь готов при- думать приложение для NGS в своей области, зачастую без оглядки на целесооб- разность. Тем временем в нашей стране ряд важных задач остается без должного внима- ния. Это в первую очередь касается сель- ского хозяйства, пищевой промышленности и промышленной биотехнологии. Кроме того, следует бросить всю мощь омиксных технологий в ресурсодобывающую отрасль. России, крупнейшему экспортеру нефти и газа, непозволительно уделять так мало внимания новым возможностям иссле- дования как фундаментальных процессов образования углеводородов, так и приклад- ных технологий поиска и обследования ме- сторождений. Удельная концентрация проектов в области медицинских омиксных решений в России очень высока, хотя абсо- лютное количество нам еще предстоит нара- щивать, пока NGS и другие современные подходы не станут реальной медицинской практикой. В биологии и биоинформатике, как нигде, пригодится русская смекалка. Author: Vladislav Milejko, Cand. Biol. Sci., CEO of the Genome Center of the Technospark Nanotech-nology Center, Moscow, Russia In Russia, it makes sense to develop high quality omics service companies and shared use cen-ters. These entities should be able to run integra-ted projects with a scope of services from experiment design to data analysis. We can also participate in development of novel sequencing technologies, and international collaboration is very important to bring the know-how to the in-dustry. We have an advantage of our engene-ering- focused education to be succesful in such enterprises.
  13. 13. CAГЕНОМИКА 12 МЕЖДУНАРОДНОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО В КОЛЛАБОРАТИВНЫХ ОМИКСНЫХ ПРОЕКТАХ – Омиксные проекты сложные и дорогие. Как нигде в биомедицине, в геномных исследова- ниях важно сотрудничество между на- учными коллективами. Вы представляете коллектив, объединивший организатора кон- сорциума функционального анализа геномов млекопитающих FANTOM и новых участни- ков проекта. Расскажите, пожалуйста, про этот проект и ваш опыт ведения и участия в широкомасштабных международных иссле- дованиях. – Скорость и объем получаемых в наши дни геномных данных диктуют свои условия, не- обходимые для достойного осмысления по- лучаемой информации. Мы уверены, что проведение широких полногеномных иссле- дований должно осуществляться в рамках международной кооперации. Проект FANTOM, ставящий целью получение де- тальных знаний о функционировании гено- мов модельных млекопитающих и человека, на наш взгляд, является успешным приме- ром такого подхода. FANTOM — это между- народный консорциум, организованный доктором Хаяшизаки (РИКЕН) и его колле- гами в 2000 году для функциональной анно- тации полноразмерных кДНК, полученных в рамках проекта Mouse Encyclopedia. C тех пор FANTOM развился и теперь включает в себя весь спектр анализа активности генома — от активности отдельных генов до полно- геномной реконструкции регуляторных транскрипционных сетей. Эти ресурсы задействованы во многих про- ектах. Так, например, группа нобелевского лауреата Синъи Яманаки (Shinya Yamanaka) использовала данные FANTOM для выбора предварительного набора из 24 факторов транскрипции для создания плюрипотент- ных стволовых клеток. Проект развивается Автор: Йошихиде Хаяшизаки, директор программы персонифицированной медицины РИКЕН и руководитель международного кон- сорциума Functional Annotation of the Mammalian Genome (FANTOM), Япония Автор: Олег Гусев, со-руководитель совместной лаборатории КФУ—РИКЕН Functional Genomics, Россия
  14. 14. CA Партнер Фонда «Сколково» 13 этапами, эволюционируя от анализа не- скольких тысяч кДНК в 2000 году до рекон- струкции активности транскрипционных сетей основных типов клеток человека, ра- ковых клеток и различных этапов эмбрио- нального развития млекопитающих, законченного в 2014 году. В настоящее время консорциум включает более 500 человек из 20 стран. На следующем этапе планируется анализ транскрипционной активности в более чем 1000 патологических случаях в клетках. Кроме того, одним из актуальных направле- ний является получение данных об этноспе- цифических особенностях активности генома. Это прекрасная возможность, в том числе для потенциальных российских участников проекта: полученные данные будут представлять огромный интерес как в фундаментальном плане, так и в практиче- ской области персонифицированной меди- цины. Мы уверены, что ряд геномных центров в России способны стать полноцен- ными партнерами проекта и самостоя- тельно осуществлять полный цикл сбора и анализа данных. – Каковы ваши общие научные интересы и как омиксные технологии помогают их решать? – Одним из главных стимулов в создании со- вместной лаборатории и старта совместных исследований стала разработка специали- стами РИКЕН метода полногеномного ана- лиза активности промоторов (CAGE). Группа в Казанском федеральном университете ведет несколько проектов с привлечением геномных методов, направленных на понима- ние основ уникальных способностей ряда жи- вотных выживать в поистине экстремальных условиях. Три основных проекта включают анализ генома насекомого, африканской хи- рономиды, способной выживать при полном обезвоживании; изучение генетических основ устойчивости уникального вида пиявок к глубокой заморозке без потери жизнеспо- собности и исследования в области генети- ческого контроля спячки млекопитающих. Во всех этих проектах ключевыми вопро- сами являются особенности регуляции транскрипции в геноме. Метод CAGE яв- ляется одним из универсальных и позволяет идентифицировать различные типы РНК (включая некодирующие), напрямую вовле- ченные в контроль работы генов в экстре- мальных условиях. А уникальные адаптивные особенности исследуемых орга- низмов вызывают глубокий интерес япон- ских коллег. – Известно, что планируется организация со- вместной компании для реализации одной из разработок РИКЕН в России. Расскажите, пожалуйста, об этом подробнее. – Да, такие планы есть. Дело в том, что в Японии существует ряд компаний, активно внедряющих разработки научных институтов (в том числе РИКЕН) в конкретные приклад- ные проекты, например, в области генной диагностики. Не так давно группа россий- ских специалистов выразила интерес к трансферу ряда технологий и в Россию, и мы планируем осуществлять консультацион- ную поддержку этой инициативы. Кроме того, несколько наших совместных проектов по изучению сценариев развития при ряде форм рака на основе полногеномного ана- лиза CAGE уже в ближайшем будущем могут стать основой для разработки новых диагно- стических подходов в онкологии. Authors: Dr. Yoshihide Hayashizaki, Preventive Medi-cine and Diagnosis Innovation Program, RIKEN, Program Director and General organizer of Functio-nal Annotation of the Mammalian Genome (FAN-TOM) International Research Consortium, and Oleg Gusev, co-head of the joint Kazan Federal Univer-sity— RIKEN Functional Genomics laboratory Nowadays, large scale genomic projects would be carried out as international collaborations. For instance, one of the largest projects, FANTOM, attracted scientists from over 20 countries. A gro-wing number of researchers use the FANTOM results, including Nobel Prize winner Shinya Ya-manaka. Russian scientific centers should join such projects. Moreover, Russian biologists are interested in transferring some of omics techno-logies to Russia. Ряд геномных центров в России способны стать полноценными партне- рами проекта и осуществлять полный цикл сбора и анализа данных.
  15. 15. ФАРМАКОЛОГИЯ 14 ОМИКСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ ИНДУСТРИИ – Какие задачи помогают решать омиксные технологии в процессе открытия лекарств? – Омиксные и, в первую очередь, геномные технологии появились в качестве стандарт- ных инструментов в фармацевтических ком- паниях во второй половине 1990-х годов. Поначалу их применяли для поиска и вали- дации мишеней в научных исследованиях и разработках. Однако одним из первых прак- тических применений геномики (точнее, вы- сокопроизводительного мультиплексного (high throughput) экспрессионного профили- рования) стал анализ токсичности и без- опасности новых лекарственных веществ, так называемая «токсикогеномика». Токси- когеномика использует экспрессионный анализ для предсказания потенциальной токсичности лекарственных веществ и уровня безопасности новых лекарственных препаратов, находящихся на стадии разра- ботки. Параллельно омиксные технологии нашли применение в оценке фармакодина- мических параметров новых соединений, т.е. их способности индуцировать биологи- ческие изменения в модельных системах, таких как клеточные линии и лабораторные животные. Относительно недавно геномные технологии стали применяться и в клиниче- ских исследованиях: от определения био- маркеров (в первую очередь, ответа на лекарства) до персонализированной тера- пии. Пожалуй, сегодня можно сказать, что именно поздние стадии разработки новых лекарственных препаратов выиграют от омиксных технологий больше всех. – Омиксные технологии – сложные, и они бы- стро эволюционируют. В какой степени фар- мацевтические компании развивают их внутри и насколько используют сервисные компании? Каковы тенденции и перспективы развития омиксных компаний в контрактно- исследовательских организациях (КИО)? – В целом фармацевтические компании не развивают омиксные технологии сами: это просто не их работа. Обычно фармацевти- ческие компании приобретают технологии или вступают в партнерство с компаниями, которые специализируются на данных тех- нологиях. В большинстве случаев фарма- цевтические компании начинают с тестирования технологий внутри компаний самостоятельно. Позже, когда технологии «созревают» до состояния «ценного мате- риала», компании предпочитают отдавать Автор: Виталий Пруцкий, кандидат биологических наук, глава по информа- ционному обеспечению R&D, «АстраЗенека», Санкт-Петербург, Россия
  16. 16. Партнер Фонда «Сколково» 15 проекты на аутсорсинг в специализирован- ные сервисные организации. В некоторых случаях, после оценки вариантов сотрудни- чества, мы выбираем то, что реально не- обходимо, и приносим технологии обратно в наши лаборатории. Но в целом большинство проектов сегодня осуществляется специа- лизированными сервисными поставщиками. Стандартной практикой является покупка «классическими» КИО омиксных технологий или КИО сервисных компаний. Такие транс- акции совершили, например, одни из круп- нейших мировых КИО — Covance и Quintiles. – В какой степени российские фармацевти- ческие компании «в тренде»? Есть ли отста- вание от глобальных фармацевтических компаний в отношении внедрения и исполь- зования омиксных технологий? В частности, известно, что глобальные компании широко ведут секвенирование биопсий и крови в клинических испытаниях с целью определе- ния групп пациентов, хорошо отвечающих на лекарство. Как обстоит дело в клинических испытаниях, ведущихся в России? – С моей точки зрения, существует огром- ная пропасть в степени понимания и исполь- зования омиксных технологий между глобальными и российскими фармацевтиче- скими компаниями. Возможно, такая боль- шая разница отражает тип развития лекарственных препаратов в российской фармацевтической индустрии: очень редко Существует огромная пропасть в сте- пени использования омиксных техно- логий между глобальными и российскими компаниями. это оригинальные исследования, с вовлече- нием всех стадий научно-исследователь- ского процесса. Однако с недавнего времени мы наблюдаем примеры использо- вания омиксных технологий для демонстра- ции фармакодинамической эквивалент- ности биосимиляров, производимых россий- скими компаниями, и оригинальных препа- ратов. К сожалению, я не слышал о каком-либо широкомасштабном и система- тическом использовании омиксных техноло- гий в клинических испытаниях, проводимых российскими компаниями. Author: Vitali Proutski, Cand. Biol. Sci., Head of the AstraZeneca Russia R&D Information Management Omics (first of all, genomics) technologies be-came standard tools in pharmaceutical compa-nies in the second half of 1990s. First, they were applied for target validation in preclinical rese-arch; later they expanded to clinical trials. I be-lieve that the latter stages of drug development will actually win the most from omics assays. From my perspective, there is a wide gap in un-derstanding of omics technologies between glo-bal and local pharmaceutical companies. dreamstime.com
  17. 17. КЛИНИКА 16 dreamstime.com ОМИКСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРАКТИКЕ КРУПНОГО ГОСПИТАЛЯ И «ТРАНСЛЯ- ЦИОННАЯ МЕДИЦИНА» – Какие омиксные технологии и как исполь- зуются в практике современного детского госпиталя? Что они добавляют к стандарт- ным методам клинической диагностики и лечения? – Детский госпиталь Лос-Анджелеса (CHLA) – это один из лучших и самых боль- ших детских госпиталей в США, который на- ходится в центре города. CHLA — частный госпиталь, работающий совместно со Шко- лой медицины KEKA Университета Южной Калифорнии (USC). Более 60 тысяч детей ежегодно получают помощь в CHLA. Иссле- довательский Институт Сабан (TSRI) — это отделение CHLA, отвечающее за научную деятельность госпиталя. Ученые из TSRI в сотрудничестве с генетиками и лечащими врачами проводят анализ геномных и транс- криптомных последовательностей, генной экспрессии, метилирования ДНК и другие исследования. В зависимости от типа забо- левания проводятся полногеномное иссле- дование, панельное исследование группы генов или анализ одного гена. Новые техно- логии постоянно разрабатываются, оцени- ваются, внедряются и становятся частью ежедневной работы госпиталя. Например, около полугода назад ученые из Группы молекулярной патологии и генетики приду- мали быстрый и эффективный тест для об- наружения мутаций в гене RB1, который
  18. 18. Партнер Фонда «Сколково» Автор: Татьяна Татаринова, кандидат биологических наук, профессор, Школа медицины Кека Университета Южной Калифорнии; директор лаборатории вычислительной биологии, Детский госпиталь Лос-Анджелеса, США 17 позволил улучшить диагностику и лечение пациентов, страдающих ретинобластомой. Практически все случаи двусторонней рети- нобластомы вызваны наследуемой мута- цией в гене RB1. Наши ученые использовали подход NGS — высокопроиз- водительное секвенирование второго поко- ления, которое способно обнаруживать точечные мутации, вставки и делеции раз- ного размера и дупликации гена RB1. Метод позволяет детектировать даже небольшой уровень мозаичных мутаций напрямую из образцов крови. Сэнгеровское секвенирова- ние, широко использовавшееся до середины 2000-х годов, обычно пропускает такие му- тации. Весь анализ занимает менее трех дней с момента выделения ДНК. Такая ско- рость позволяет провести раннюю молеку- лярную диагностику ретинобластомы и своевременно подобрать индивидуальный метод лечения. Каждую неделю в CHLA приезжают докладчики из разных универси- тетов и исследовательских лабораторий; проводятся семинары, школы и тренинги по ознакомлению врачей и исследователей с новыми технологиями. – Каким образом вы анализируете данные? Ведь даже в случае одного пациента могут накапливаться гигантские массивы сиквенс- ных и других данных. Каким образом они коррелируют с клиникой? – CHLA имеет несколько мощных серверов исключительно для анализа и хранения кли- нических геномных данных. У нас также есть доступ к HPCС (High Performance Com-puter Cluster) Университета Южной Кали- форнии, где мы обсчитываем особенно большие массивы данных. Мы постоянно тестируем новые биоинфор- матические программы (например, для вы- равнивания последовательностей) и базы данных мутаций и встраиваем подходящие элементы в наш набор программ для разных случаев. Биоинформатическая компьютер- ная процедура создает отчет по каждому пациенту. Этот отчет посылается медику-ге- нетику и лечащему врачу для выбора персо- нального терапевтического подхода. Все найденные мутации и клиническая картина каждого пациента хранятся во внутренней базе данных CHLA. Это позволяет анализи- ровать старые случаи и лучше подбирать те- рапевтические методы для пациентов. – Что такое «трансляционная медицина» и как она внедрена в практику госпиталя? – Ученые и доктора из Детского госпиталя Лос-Анджелеса вовлечены в работу Южно- Калифорнийского Института клинической и трансляционной медицины (Southern Califor-nia Clinical and Translational Science Institute, SC CTSI). Задача SC CTSI — обеспечение лучшего здравоохранения для жителей Лос- Новые технологии постоянно разраба- тываются, оцениваются, внедряются и становятся частью ежедневной работы госпиталя.
  19. 19. КЛИНИКА 18 Анджелеса, происходящих из разных иму- щественных, социальных и этнических групп. SC CTSI — это своего рода мост, со- единяющий ученых с лечащими врачами и населением. Работа ведется по нескольким направлениям: 1) создание эффективного сотрудничества между учеными, докторами и пациентами; 2) ознакомление и вовлечение широкого круга людей в научные исследования; 3) идентификация наиболее срочных задач здравоохранения и областей научных иссле- дований в Лос-Анджелесе. Примером работы института является ис- следование сердечно-сосудистых заболева- ний латиноамериканцев, проведенное с участием широкого круга пациентов, где ис- пытуемые сами становятся исследовате- – Насколько методы получения и обсчета омиксных клинических данных применимы в наше время в России? – Проведение омиксных исследований и разработка индивидуального подхода к лечению — чрезвычайно важный, но очень дорогостоящий элемент медицины. К тому же это динамично развивающаяся область. Новые технологии устаревают в течение буквально нескольких лет, и для приобрете- ния нового оборудования нужны дополни- тельные вложения. Мне кажется, что передовые российские медицинские центры будут использовать омиксные технологии в том же объёме, что и западные госпитали, но в массы эти технологии придут уже после окончания экспериментальной фазы. Author: Tatiana Tatarinova, Cand. Biol. Sci., Professor of The Keck School of Medicine of the University of Southern California; director of the Computational Biology Laboratory of the Children’s Hospital Los Angeles, USA At our hospital, new (omics) technologies are part of everyday life. Thus, our scientists applied next generation sequencing (NGS) to develop a quick and efficient test monitoring mutations in RB1 gene. This test is needed for early diagno-stics of retinoblastoma and selection of indivi-dualized treatment strategy. We have several powerful servers for storage and analysis of cli-nical genomic data and have access to HPCС (High Performance Computer Cluster) of the University of Southern California (USC) for high volume projects. In time, omics technologies will become standard practice in advanced Russian research clinics. Проведение омиксных исследований и разработка индивидуального подхода к лечению — чрезвычайно важный, но дорогостоящий элемент медицины. лями. SC CTSI также проводил исследова- ния эффективности различных методов те- стирования на вирус СПИД; тестирование использования текстовых сообщений для контроля диабетиков. Во всех случаях трансляционная природа исследований вы- ражается в скорейшем доступе новых меди- цинских технологий, участии пациентов и их лечащих врачей в проведении исследова- ний и ознакомлении широкой публики с важными научными результатами. dreamstime.com
  20. 20. Партнер Фонда «Сколково» 19 ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ ДЛЯ НАСЕЛЕНИЯ: ПОТРЕБИТЕЛЬСКАЯ ГЕНОМИКА И ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ В КЛИНИКАХ – Поясните, пожалуйста, что означает тер- мин consumer genomics? Каков спектр ваших услуг, и зачем люди вообще анализи- руют свои геномы? – Мы работаем с врачами, делаем для них систему анализа экзомных данных, помогаю- щую диагностировать редкие наследствен- ные заболевания. Consumer genomics — это то, чем занимаются компании 23andMe, «Ге- нотек», «Мой Ген» и др., — работа непос- редственно с частными лицами, анализ их ДНК из слюны на микрочипах и предостав- ление информации о родословной, о пред- расположенностях к тем или иным мультифакторным заболеваниям, статусе носителя по нескольким десяткам генетиче- ских заболеваний. – Против пионера в области анализа гено- мов, американской компании 23andMe, в прошлом году FDA было вынесено указание о частичной приостановке деятельности из- за их интерпретации генетической предис- позиции к болезням и сборе коммерческой базы данных пациентов. Прокомментируйте, пожалуйста, этот случай. Как обстоят дела в России в этом контексте? – 23andMe обвинили в том, что они предо- ставляют пациентам медицински значимую информацию в обход врачей, а пациенты ее могут неправильно интерпретировать и на- нести себе вред. Собирать коммерческую базу данных никто никому не запрещал, за- претили выдавать именно медицински значимую информацию. Вокруг этого до сих пор ведутся бурные дебаты, позиция FDA не всеми принята однозначно. Что касается России, то у нас фактически никаких мер ре- гуляции к компаниям не применяется. Автор: Андрей Афанасьев, кандидат биологических наук, генеральный директор компании iBinom, Москва, Россия – Каковы перспективы рынка интерпретации геномов в России и мире? Быть может, это выглядит несколько наивно, но может пока- заться, что это «одноразовый» продукт: у нас ведь всего один геном, достаточно сделать генетический анализ лишь раз в жизни? – Да, геном у человека действительно один, и если сделать полногеномное секвенирова- ние, то другие генетические тесты можно не делать. Но пока полногеномное секвениро- вание стоит несколько тысяч долларов. По- этому в «развлекательных» целях делают микрочиповое исследование (отдельные то- чечные мутации), а в медицинских — таргет- ное секвенирование (отдельные гены) или секвенирование экзома (все гены). Надеюсь, что рано или поздно мы дойдем до поголов- ного секвенирования всех новорожденных. Author: Andrew Afanasiev, Cand. Biol. Sci., CEO of iBinom Consumer genomics tests empowers doctors with tools for analysis of exome sequence data. Patients get information about their pedigree, their mutation bearer status in regards to several dozen monogenic diseases and predisposition to polygenic diseases. Consumer genomics market will become more and more attractive.
  21. 21. КЛИНИКА 20 ОМИКСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРАКТИКЕ ПРЕНАТАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ: МНЕНИЕ СЕРВИСНОЙ КОМПАНИИ – Вы занимаетесь пренатальной ДНК-диагно- стикой и другими клиническими исследова- ниями. Какие омиксные технологии Вы используете в продуктах и сервисах? – Мы используем микрочипы как для геноти- пирования точечных мутаций, так и для мо- лекулярного кариотипирования. Генотипирование на микрочипах в нашем случае — это реакции минисеквенирования на большую панель точек. Эта технология позволяет нам проводить скрининг носитель- ства моногенных заболеваний. Молекуляр- ное кариотипирование мы используем для скрининга на хромосомные аномалии эм- брионов, полученных при экстракорпораль- ном оплодотворении. При этом первым этапом является полногеномная амплифика- ция, что позволяет получать большое коли- чество данных, используя в качестве стартового материала одну лишь клетку. Кроме того, мы используем и разрабатываем киты для ПЦР. А наиболее «чистая» гено- мика в нашем случае — это биоинформати- ческий анализ результатов полноэкзомного секвенирования. – Кто ваши клиенты: врачи, пациенты? В какой степени они принимают новые тех- нологии? Откуда получают информацию? – Мы работаем и с пациентами, и с врачами. В целом и те, и другие иногда разбираются в новых технологиях по-разному. Конечно, если эти две группы сравнить напрямую, врачи ориентируются в современных мето- дах лучше. С другой стороны, если сравнить, насколько уровень знаний отличается от ожидаемого, то пациенты чаще отличаются в лучшую сторону, а врачи — в худшую. Примеры высказываний пациентов по мето- дам преимплантационной генетической диаг- ностики для семей с транслокациями: «–Ты немного не права. ПЦР видит только не- сбалансированных эмбрионов. Эмбрион без транслокации или эмбрион со сбалансиро- ванной транслокацией считаются хорошими. FISH отличает сбалансированных от несба- лансированных. Скорее всего, методики FISH отличаются в разных клиниках. – В первом проте у нас был именно FISH, мы для него перед протом сдавали кровь, по этой крови делали определённые маркеры для определения транслокации, и в ответе по ПГД было указано, имеет ли эмбрион транс- локацию, и если да, то какую: сбалансирован- ную или несбалансированную.» А так воспринимают пациенты рекламную ак- тивность в форме научных публикаций: «…хоть бы не позорились, публикуют на- учные данные по разовому успеху ("впервые в России") проведения диагностики…» Автор: Екатерина Померанцева, кандидат биоло- гических наук, заведующая лабораторией меди- цинской генетики Института стволовых клеток человека, Москва, Россия

×