Медична генетика, геноміка, генетична медицина - прогноз на найближче майбутнє
Генетика, за визначенням, це наука про спадковість. Фактично йдеться про інтегральну синтезуючу, але водночас універсальну площину сучасної біології та медицини. В міру розвитку знань про природу і суспільство, коло питань, що охоплювалося генетикою, розширювалося. Сьогодні генетика вивчає спадковість уже в усіх її проявах та механізмах, і оскільки спадковість вивчає біологічні ознаки усього живого, їй приділялася і приділяється особлива увага. На теперішній час це стрижень численних медико-біологічних досліджень у світовому діапазоні, а з іншого боку – камертон інтелектуального злету суспільства. Центральне місце в науці про живе взагалі і генетиці зокрема з відомих причин займає все те, що стосується людини.
Останні роки минулого і перші роки теперішнього тисячоліття були відзначені фундаментальними науковими звершеннями, які заслуговують на епітети «епохальні», «найвеличніші». До таких звершень слід віднести розкриття повної нуклеотидної послідовності ДНК людини – ідентифікацію генів людини і ознак, що ними кодуються; широке впровадження методів побудови просторової структури білків і розрахунок їх функцій; вивчення взаємодії білків у клітині в складі непростих, динамічних комплексів і вивчення процесів, що здійснюються цими комплексами; відкриття стовбурових клітин; клонування організмів тощо. На ці роботи були витрачені і продовжують витрачатися незліченні мільярди доларів і сили гігантських угруповань дослідників. Однак поступово на місце подиву і захоплення з приводу всіх подібних досягнень постало зрозуміле питання – що конкретно все це «епохальне» і «величне» вже дало для здоров'я людини, що від цього можна чекати корисного не в далекому майбутньому, а у найближчій перспективі – завтра, через рік, через 10 років.
Сьогодні вже можна зробити деякі підсумки того, що зроблено і впроваджено у практичну діяльність; того, що тільки-но почало впроваджуватися, але ще не стало повсякденністю; того, що поки що розробляється в лабораторії; а також зробити прогноз на найближче майбутнє.Розкриття будови геному людини і стрімкий розвиток фундаментальної науки геноміки дозволили дати характеристику значної частини генів людини як щодо їх структури, так і фундаментального, надзвичайно важливого значення їх продуктів. Співставлення функціональної ефективності продукту гена і змін, що відбуваються при втраті цієї ефективності, співставлення певної послідовності структурної частини самого гена та його регуляторних ділянок надало можливість точно визначити як біологічну повноцінність гена, так і порушення в ньому. І стало зрозумілим, що геном кожної людини – це історія його здоров'я і хвороби та прогноз на ті роки, що залишилися, записані на молекулярному рівні. Це вже було передумовою переходу від медичної генетики до генетичної медицини, до якої медична генетика увійшла як одна зі складових її частин.
Якщо не брати до уваги екстремальні ситуації, то тривалість життя і стан здоров'я кожної людини цілком залежать від ступеня повноцінності її генів. У крайніх проявах порушення в генах призводить до класичних спадкових хвороб. При менш значних дефектах – до розвитку схильності до хвороб, підвищення вірогідності їх виникнення. Саме тому, що ступінь відхилення від повноцінності в заданих генах у різних людей буває різним, одні люди вмирають у 50 років, а інші живуть 100. Якщо ми знаємо достеменно особливості спадкового апарату, то вже зараз можна навіть такими традиційними засобами, як зміна структури харчування, характеру роботи і відпочинку, ефекти кліматичних зон тощо, істотно впливати на фенотипові прояви багатьох генів і, таким чином, на здоров'я людини.
Символом цього має стати генетичний паспорт, створення якого забезпечить генна діагностика. Поки що генетичний паспорт обмежений лише декількома генами і порушеннями в них, які пов'язані з чітко вираженими спадковими хворобами. Проте кількість досліджених генів та їх порушень швидко збільшується, в тому числі і тих, що визначають розвиток вірогідної патології. Можна з певністю передбачити, що вже через 3-5 років такий паспорт може стати достатньо повним, і навіть вичерпним, хоча коштувати буде це досить дорого. І тоді в медицині будуть задіяні генні технології людини, що ліквідують неповноцінність генів – генна терапія і генна хірургія. А для блокування інфекційних хвороб будуть використані генна вакцинація, як профілактична, так і лікувальна, і внутрішньоклітинна імунізація. Це цілком реальні напрями, хоча поки вони і межують з мрією.Зараз починає радикально змінюватися принцип розробки лікарських засобів. Використовуючи можливості функціональної геноміки, протеоміки, біоінформатики, дослідники вже переходять від традиційного пошуку ліків до їх прецизійного конструювання. Воно базується на можливості розрахувати просторово-енергетичну будову макромолекул, динаміку їх взаємодій. Відповідно до цього розраховується молекула майбутнього лікарського препарату. Тепер вона буде точно і вибірково взаємодіяти з тим структурним доменом макромолекули-мішені, змінена функція якого стала причиною порушення метаболізму чи іншої патології.
Якщо геном – це молекулярна першооснова існування кожної клітини і взаємодії всіх клітин в організмі, то клітинною першоосновою існування людини, його клітинного оновлення, відновлення пошкоджень у ньому є стовбурові клітини.Їх відкриття і дослідження дозволили розпочати поступове впровадження в клінічну практику клітинної терапії, вирощування поза межами організму різних тканин, повне відновлення безпосередньо в організмі пошкоджених органів, конструювання і вирощування органів поза межами організму з наступною трансплантацією цих органів і повним відновленням їх функцій в організмі. Можна констатувати, що це якісно нове обличчя медицини.На теперішній час вже почалося поєднання генних, клітинних і тканинних технологій. Наприклад, у стовбурові клітини дорослої людини вводять гени, що забезпечують необхідну функцію – нову або втрачену. Потім з таких клітин вирощують тканини і трансплантують. Однак тканини цих клітин тепер вже генетично не дефектні, якими вони були до того, а повноцінні. В результаті змінюється вся парадигма медицини – відбувається перехід від лікування хворих з хронічними патологіями, часто безнадійними, до радикального їх виліковування завдяки усуненню самої причини хвороби.
У розвинутих країнах у програму робіт як реальна стратегічна задача вже включається реконструкція тканин і органів людини. А у перспективі – повна біологічна реконструкція всього організму. При цьому нові технології лікування людини не відміняють і не виключають традиційні, а включають їх у себе як важливі, корисні, а в ряді винаходів і абсолютно необхідні елементи повного технологічного циклу лікувального процесу.
Слід зауважити, що до завершення Міжнародної програми «Геном людини» використання в медицині таких методів, як ідентифікація мутантних генів за допомогою ДНК-зондів, молекулярно-цитогенетичний аналіз, гелевий електрофорез білків, хроматомасспектрометрія, високоефективна хроматографія, та інших високих дослідницьких методологій, дозволило встановити генетичну природу багатьох хронічних захворювань людини, причина яких залишалася невідомою.В Україні, і зокрема в установах Академії медичних наук приділяється велика увага розвитку медико-генетичних досліджень у розробці генних, клітинних і тканинних технологій. Ці дослідження проводяться у тісній творчій співпраці з Інститутом молекулярної біології і генетики НАН України, із зарубіжними науковими установами. Зупинюся лише на деяких з них. Адже саме факти – підвалини доказової медицини.Так, у Науковому центрі радіаційної медицини впроваджено нові методи оцінки дозових навантажень за допомогою флуоресцентної in situ гібридизації метофазних хромосом з ДНК-зондами. Створено лабораторію, де впроваджується методика одночасного визначення декількох хромосомних ушкоджень за допомогою багатокольорового флуоресцентного аналізу, що дасть змогу підвищити ефективність діагностики онкогематологічних захворювань та спадкової патології.
Проводяться молекулярно-генетичні дослідження експресії основних генів, асоційованих із розвитком лейкемії. Це дозволяє проводити діагностику злоякісних захворювань кровотворної системи з використанням найбільш сучасних міжнародних класифікацій. Впроваджено технології молекулярно-генетичного типування локусів антигенів HLA. Спільно з Інститутом молекулярної біології та генетики створюється банк ДНК від хворих на найбільш поширені генетичні хвороби, проводиться вивчення розповсюдженості мажорних мутацій в Україні, впровадження молекулярно-генетичної антенатальної діагностики.Для лікування мієлодепресій, мієлодисплазії, цитостетичної хвороби в Центрі використовується трансплантація стовбурових клітин. Створено найпотужніший у Східній Європі Центр трансплантації кісткового мозку. Це авангардний розвиток генетичної медицини.Проводяться дослідження зі спрямованого диференціювання стовбурових клітин у кардіоміоцити та ендотеліальні клітини для розробки технологій заміщення ушкодженої тканини міокарда при ішемічних захворюваннях.В Інституті педіатрії, акушерства та гінекології ведуться дослідження, спрямовані на вивчення асоціації між мутантними генами та клінічним перебігом спадкових захворювань, що мають важливе значення не тільки з точки зору фундаментальних досліджень окремої ролі мутантних генів-детермінаторів та модифікаторів у патогенезі хвороб, але й, що надзвичайно важливо, дозволяють прогнозувати перебіг відповідного захворювання у майбутньої дитини та підходити до розробки нових методів ефективного лікування генетично зумовлених хвороб.Іншим важливим аспектом співпраці педіатрів та генетиків стало вивчення успадкованих мутацій у дітей ліквідаторів аварії на ЧАЕС. Ця робота, яка проводилась Інститутом у рамках українсько-французького проекту, дозволила отримати незаперечні дані щодо стану генофонду цих дітей і підійти до дослідження глибинних механізмів виникнення генетичних ушкоджень у гаметогенезі під впливом іонізуючої радіації.В Інституті невідкладної і відновної хірургії ім. В. К. Гусака у 2003 році відкрита лабораторія клітинного та тканинного культивування. В лабораторії вже засвоєні методики з ізоляції та культивування фібробластів, кератиноцитів, хондроцитів, розроблена методика одержання клітин підшлункової залози. Впроваджено технологію виготовлення дермального еквіваленту, що являє собою колагеновий гель із культивованими алофібробластами.
На теперішній час у лабораторії розпочата розробка технології виготовлення клітинних гепато-та нейротрансплантантів.
Спільно з Інститутом очних хвороб і тканинної терапії ім. В. П. Філатова АМН України ведуться роботи з культивування і аутотрансплантації переднього епітелію рогівки. Разом з Інститутом молекулярної біології і генетики НАН України проводяться роботи зі спрямованої диференціації кардіоміоцитів зі стовбурових клітин, вивчаються проблеми електрофізіологічної сумісності кардіоміоцитів.В Академії медичних наук виконується комплекс робіт, пов'язаний зі з'ясуванням ролі генетичних пошкоджень клітин у розвитку пухлинного процесу. Це також виключно важливі дослідження.В Інституті урології спільно з Медичним університетом м. Осака (Японія) були проведені молекулярно-генетичні дослідження, які свідчать про те, що хронічна довгострокова дія низьких рівнів радіації призводить до мутаційної інактивації певних пухлинно-супресорних генів та активації онкогенів, мітоген-активованого протеїн-кіназного каскаду та акумуляція ядерного фактора каппа-В, що призводить до злоякісної трансформації уротелію.
В Інституті нейрохірургії досліджувався рівень змін експресії низки генів у пухлинах мозку різної злоякісності і було доведено, що зміни в експресії цих генів є маркером пухлинної трансформації. Досліджувалися можливості отримання стовбурових клітин із різних джерел – кріоконсервованих нейроклітин людини і нативної ембріональної мозкової тканини людини 8-12 тижня гестації, ембріональної печінки людини, ембріона щура, кроля, тканин гліальних пухлин людини, вивчалася їх диференціація in vitro, in vivo.
Вивчається можливість диференціювання попередників нервових клітин in vivo та їх біологічна дія при інтрацеребральному введені на моделях експериментальної травми мозку.В Одеському медичному університеті під керівництвом академіка АМН України В. М. Запорожана здійснюються розробки введення молекулярно-генетичних досліджень у репродуктивні технології для виявлення генетичних порушень у доімплантаційному періоді розвитку зародка людини. У ракурсі генетичної медицини йдеться про новий напрям значної соціальної ваги щодо попередження тяжкої генетичної патології.Здійснюються експериментальні дослідження в галузі регенеративної медицини. Отримані важливі результати з аналізу мікросателітних послідовностей для деяких генів у клітинах при злоякісних пухлинах ендометрію. Проводиться скринінг генів естрогенових рецепторів, що дозволяє вже зараз вносити істотні зміни у лікуванні хворих на рак. Розробляються ДНК-біочіпи для досліджень експресії генів рецепторів естрадіолу і прогестерону.
Важливі медико-генетичні дослідження проводяться в Інституті спадкової патології, Інституті гігієни та медичної екології ім. О. М. Марзеєва, в інших наукових установах.
Це далеко не повний перелік робіт з розробки і використання генних і клітинних технологій, що здійснюються в наукових установах, але й він свідчить про те, що в системі Академії медичних наук України є фахівці, здатні плідно розвивати цю важливу галузь біології і медицини. Проте необхідно координувати їх зусилля, і, головне, всі ці зусилля потребують міцної фінансової підтримки. Зауважу, що Президія Академії звернулася до керівництва країни з пропозицією створити у складі Академії медичних наук Інститут генетичної медицини, який мав би стати провідним науковим центром з розвитку генних і клітинних технологій для потреб медицини.Отже, основою генних, клітинних і тканинних технологій є тонкі молекулярні процеси формування сигналів і феноменів життєдіяльності на всіх рівнях її регулювання, реалізація шляхів проведення сигналів, включення генних ланцюгів, взаємодія стовбурових, комітованих клітин і клітин, які диференціюються за допомогою продуктів, що вони утворюють; вплив цих продуктів на геном клітин, що спричиняє переключення програм на рівні геному, тощо.
Стратегічна лінія діяльності біомедицини в світі полягає у поєднанні досягнень фундаментальної науки з клінічною практикою. В термінах реальної роботи, таким поєднанням є шлях від феноменології до технологій, від осмислення обріїв генетичної медицини до впровадження цих досягнень і можливостей у практику охорони здоров'я. Можна констатувати, що така еволюція досліджень у галузі медичної генетики робить честь українській науці.