«Мы должны приложить все силы, чтобы познать, кем мы на самом деле являемся, чем тратить их, говоря себе, кем мы должны быть».
Джон Пауэлл
«Жизнь не зависит от того, насколько хорошими картами вы располагаете, она зависит лишь оттого, как хорошо вы играете теми, что у вас на руках».
Джон Биллингс, юморист, 19 век.
Наше собственное здоровье находится в наших руках и в наших силах укрепить его, если мы за него возьмемся. Вместо того, чтобы позволить болезням атаковать вас, следуя рекомендациям «Отступления 1», вы сможете подобрать оптимальный план поддержания здоровья, что позволит избежать заболеваний. Узнав, рискам каких болезней вы подвержены, тайны которых кроятся в наших генах, вы сможете составить свою индивидуальную программу профилактики болезней.
На данный момент считается, что существует от 35000 до 40000 видов генов. И только с недавних пор у нас появился шанс получить более полную информацию о наших генах, чем это представлялось возможным еще несколько лет назад. Возможности современной науки позволяют за считанные минуты получать результаты, на что потребовалось столько лет проб и ошибок. Недавно возникшее направление в медицине геномика позволяет нам получить информацию о большинстве наших генов. В результате, медицину, где всех выравнивали под одну гребенку, заменят индивидуальной терапией. Таким образом, с помощью «Отступления 1» вы сможете составить индивидуальную программу: оптимальную диету и набор упражнений, а также витаминный комплекс или наркотики (если необходимо), которые будут идеально соответствовать вашему набору генов – геному.
Проект «Геном Человека»
В 1990 году в США стартовал проект «Генома Человека» (The Human Genomics Project), главной целью которого было определить последовательность нуклеотидов, которые составляют ДНК, и идентифицировать три миллиона генов в человеческом геноме. Совместные усилия частных и муниципальных предприятий, включая международный консорциум исследователей, позволили закончить проект к 2003 году, это на два с половиной года раньше запланированного срока, что также помогло сохранить значительную часть средств. По словам Джеймса Уотсона, которые вместе с Фрэнсисом Криком идентифицировал двойную спираль ДНК еще 50 лет назад, «завершение проекта «Геном Человека» станет самым знаменательным событием для каждого человека на Земле».
Хорошая новость заключается в том, что скоро мы сможем узнать полностью состав нашей ДНК – это более 35 тысяч генов – по достаточно приемлемой цене. Сейчас, конечно, тоже можно это сделать, но современная цена начинается от 100 000$, что выходит за пределы средств большинства людей. Но уже через несколько лет и всего за несколько сотен долларов мы сможем получить на руки DVD или микрочип с записью наших генов, включая анализ предоставленных данных, и советами, как вы можете избежать болезней, закодированных в вашей ДНК.
С другой стороны, информация о генах поступает настолько быстро, что для ученых и врачей становится проблематично переработать ее. В связи с этим возникло несколько новых научных направлений, чтобы помочь сделать полученную информацию доступной для исследователей и практикующих врачей.
Геномика изучает строение нашего генетического материала – ДНК в генах хромосом. Исследование геномики, диагностической части генетической революции, идет в полном разгаре и является основой диагностических тестов, которые рекомендуются в «Отступлении 1».
Протеомика занимается изучением состава белков, как биологического происхождения, так и полученных в лабораторных условиях. Самым важным достижением в ближайшие десять – двадцать лет из «Отступления 2» будет возможность лечения с учетом протеомики, что позволит пациентам получать индивидуальный курс лечения болезней, основанный на генетических особенностях больного. Недорогие тесты помогут получить всю необходимую информацию для лечения. Но чтобы получить эту информацию, требуется очень сильный компьютер – компьютер, который работает во много раз быстрее и сильнее, чем самый лучший современный суперкомпьютер. Для чего в 2005 году IBM представил свой Blue Gene/L. Этот компьютер занимает комнату размером в половину теннисного корта и имеет максимальную производительность 360 терафлоп (360 триллионов операций в секунду), что делает его способным справиться с поставленной задачей. Это поможет наладить производство лекарств с учетом протеомики в ближайшие 10 лет и значительно увеличит наши силы в предупреждении и лечении заболеваний.
Системная биология занимается изучением взаимодействия систем в организме. Системная биология старается «соединить все точки РНК, ДНК, генов, белков, клеток и тканей нашего организма, объясняя, как они взаимодействуют, чтобы обеспечить дыхание, кровяное давление, иммунную систему, переваривание пищи и решение других потребностей человека». В настоящий момент нам еще не удается до конца выяснить, как работает клетка, поэтому только представьте, каких результатов мы добьемся, получив полную картину о работе нашего организма, как системы. Новые программы позволяют добиться ошеломляющих результатов в визуализации. Теперь ученые могут работать сразу с более чем сотней тысяч параметров, вместо примерно 20, которые они могли бы держать в голове.
Биоинформатика – сравнительно новая наука, которая помогает разработать новые методы для получения и обработки всей поступающей информации.
В данной статье внимание сосредоточено на предсказательной геномике, совершенно новом способе диагностики, описанном в «Отступлении 1». На сегодняшний день уже доступны некоторые виды генетических тестов, которые помогут определить вашу предрасположенность к серьезным, но предотвращаемым или поддающимся коррекции заболеваниям, таким как болезни сердца, болезнь Альцгеймера или рак. Здесь важно помнить, что предсказательная геномика практически во всех случаях всего-навсего описывает склонности к заболеваниям. Главную роль в том, что случиться в будущем, или том, как проявят себя ваши гены, определяет образ жизни, который вы ведете.
Так как геномика лишь описывает предрасположенность к болезням, и протеомика и другие методы лечения, которые смогут скорректировать эти склонности, находятся на начальной ступени развития, очень важно особенно стараться поддерживать свое здоровье на ближайшие пару десятков лет, пока не будут внедрены новые способы лечения. Предложенные здесь программы ведения здорового образа жизни значительно помогут вам максимально отложить неизбежные физиологические изменения (болезни сердца, инсульты, слабоумие). И затем у вас появится возможность на себе опробовать новые методы лечения (см. «Отступление 2»), опирающиеся на данные протеомики. Через 10-20 лет мы сможем получить лечение от болезней, которые на данный момент считаются неизлечимыми. И вскоре после этого с помощью нанотехнологий с использованием искусственного интеллекта (см. «Отступление 3») мы сможем исправлять ранее неизбежные нарушения в организме.
Жизнь как карточная игра
Каждый из нас слышал, как жизнь сравнивают с игрой в карты. О том, кто родился с серьезными генетическими заболеваниями, говорят, что ему сдавали карты несчастливой рукой. В то время как о человеке (известен случай), прожившем 105 лет, который начинал свое утро с пончиков и выкуривал по 2 пачки сигарет в день, скажут, что ему с рождения выпали хорошие карты.
В 1950 году Роджер Виллиамс ввел понятие «биохимическая индивидуальность». Данное понятие подразумевает уникальный специфический набор биохимических веществ в организме человека. До недавнего времени открытие биохимической индивидуальности шло с переменным успехом в результате десятилетий проб и ошибок. Например, после многолетних исследований, вы, возможно, заметили, что получаете больше энергии, если употребляете белок на завтрак, что от клубники может появиться сыпь, и что у вас начинается головная боль, если вы употребляете искусственный подсластитель. Но кто-то может вам возразить. И действительно, что «одному человеку хорошо, может убить второго», и все это благодаря биохимической индивидуальности.
До открытия Виллиамса, Грегор Мендел, отец генетики, открыл концепт генетического детерминизма – гены человека определяют его судьбу. Это послужило новым толчком генетического релятивизма – гены не определяют, чем именно вы заболеете, они только указывают на вашу предрасположенность к определенным заболеваниям. Эта идея поспособствовала многообещающему укреплению здоровья в будущем и развитию превентивной медицины. Существуют некоторые гены, которые провоцируют кистозный фиброз или болезнь Хантингтона, наличие этих генов предполагает, что при тех или иных условиях болезнь разовьется, но эти выводы основаны лишь на данных современной науки, что является лишь малой толикой при всех возможных вариантах в человеческом геноме.
Вся совокупность строения наших генов – бесконечность наследственных ДНК – называется генотип. Но совсем до недавнего времени нам приходилось играть с этими картами практически вслепую, не имея возможности даже взглянуть, чем мы располагаем. Тогда что это меняет для эксперта по блэк джеку, который в точности знает, когда выйти, а когда пойти ва-банк, если он не видит карт? Таким был сценарий жизни для людей с начала времен. Конечно,вы можете получить некоторое представление о ваших генах, зная, каким болезням были подвержены ваши родственники, но никому не под силу таки образом получить точную информацию касательно особенностей своего генетического кода.
Новый концепт генетического релятивизма одновременно и вдохновляет, и шокирует. Мы стали свидетелями вековой битвы предопределенной нам судьбы и свободного выбора быть сраженным нашей же ДНК. К счастью, теперь можно лишь с натяжкой сказать, что наше будущее здоровье предопределено или предписано. Мы в силах изменить его уже сейчас!
Язык книги жизни
Бóльшая часть нашей генетической информации хранится на двухцепочечных молекулах ДНК в ядре наших клеток. Молекулы ДНК настолько длинные, что если вытянуть спиральную ДНК всего одной клетки в прямую линию, она вытянется на 1,83 м. Если все молекулы ДНК человека соединить между собой, то их длины хватит, чтобы дотянуться до Солнца и обратно более 600 раз. Но основная структура молекулы ДНК довольно проста: только четыре молекулы, называемые нуклеотидами – аденин (А), гуанин (G), тимин (Т) и цитозин (С). – поперечно связанны между собой, как ступеньки на лестнице.
Уникальная двухцепочечная молекула ДНК позволяет ей расстегиваться как молния и воспроизводить идеальные одноцепочечные копии комплементарных генов ДНК. Таким образом, генетическая информация ДНК транскрибируется (копируется) в одноцепочечные информационные молекулы РНК. Затем эти молекулы РНК передают информацию о ДНК цепочке из 20 аминокислот, которые отвечают за строительство белков в нашем теле и поддержание таким образом жизни. Эти белки ежедневно участвуют в жизни организма на клеточном уровне.
В настоящем работа проекта «Геном Человека» включает в себя расшифровку всей последовательности нуклеотидов (А, Т, С, U (урацил) и G), расположенных в наших РНК и ДНК. Такая последовательность может содержать до 3 миллиардов чередований. Эти нуклеотиды формируют «слова из трех букв» (коды), выстраивающиеся в целые предложения белков, которые создают около 35 000 «параграфов» (гены), которые в свою очередь пишут 23 «главы» (хромосомы) нашей генетической Книги Жизни.
С большей частью этой «книги» вы можете ознакомиться через интернет (www.nlm.nih.gov). Но едва заметная разница в одну или две буквы здесь или там («опечатки») влечет за собой фантастические изменения. Около 99,8 процентов человеческих ДНК одинаково для всех людей, более того наша ДНК на 98 процентов полностью совпадает с ДНК шимпанзе. И эта небольшая разница всего в один процент порождает такое многообразие целого вида, что значит, что в жизни не было и не будет двух человек с полностью одинаковыми ДНК (даже близнецов).
Мир будущего предсказательной геномики
Так как наши молекулы ДНК воспроизводят сами себя триллионы раз, чтобы создать клетки нашего организма и его ткани, существует много возможностей для случайных изменений. Технически эти изменения относятся к полиморфизму. Считается, что более 10 миллионов полиморфизмов ответственны за нашу боихимическую индивидуальность. Те из них, что состоят из единого нуклеотида (A, T, C или G, описанных выше), называются однонуклеотидными полиморфизмами, и они широко распространены. Однонуклеотидные полиморфизмы очень важны, так как могут сильно повлиять на функционирование нашего организма - в некоторых случаях они предрасполагают или делают нас устойчивыми к определенным заболеваниям.
Подсчитано, что у каждого из нас может быть до миллиона однонуклеотидных полиморфизмов. Предсказательная геномика старается выделить наиболее уникальные однонуклеотидные полиморфизмы, чтобы установить предрасположенность к болезням или рискам для здоровья и определить образ жизни или условия, влияющие на их проявление.
Более того, те однонуклеотидные полиморфизмы, которые в определенных условиях могут положительно влиять на организм, могут нанести тяжелых вред здоровью при других. Например, однонуклеотидные полиморфизмы, которые обеспечивали наилучшую выживаемость в условиях голода или близких к этому, известны как «Экономный ген» - помогает выжить в условиях получения минимального количества калорий. На сегодняшний день однонуклеотидные полиморфизмы становятся больше проблемой, нежели приносят выгоду, с тех пор как те, кто является носителем данного гена, становятся склонны к ожирению, потребляя чуть больше или в пределах нормального количества калорий. Еще несколько веков назад, когда голодать приходилось довольно часто, у индейцев племени Пима, обитавших на юго-западе США, был обнаружен «экономный» ген, что обеспечило лучшую выживаемость в условиях близких к голоду. Так обнаружились преимущества данной модификации гена, которая просто передавалась по наследству, что отразилось на склонности к полноте современных потомков племени Пима.
Разные этнические группы имеют свои отличительные однонуклеотидные полиморфизмы. Например, один из энзимов печени, отвечающих за детоксификафию некоторых токсинов из окружающей среды, известен как CYP2D6 (Цитохром P456 2D6). Этот энзим участвует в процессе метаболизма многих выписываемых лекарств также как и травяная кава, которой успешно на протяжении веков лечили нервные расстройства на островах в Тихом океане. Однако, когда каву принимают северные европейцы, многие из них получают отравление печени. Это происходит потому, что около 10 процентов европейцев являются носителями однонуклеотидного полиморфизма, который разрушает энзим CYP2D6, лишая его возможности усваивать каву. Но такой полиморфизм практически не встречается у людей, рожденных на южном побережье Тихого океана.
Отступелние 2
Сравнение генов
За последние 15 лет значительно снизились стоимость и затрачиваемое время на проведение синтеза и секвенции миллиардов комбинаций ДНК человека. Если данная тенденция сохраниться, то «в пределах ближайших 10 лет человек сможет несколько раз секвенировать и синтезировать ДНК всех людей на планете менее чем за 8ми часовой рабочий день. Соответственно, любой человек сможет секвенировать свое ДНК всего за несколько секунд». Такие компании как U.S. Genomics и Institute for Genomics разрабатывают аналитические системы, необходимые для сохранения этой тенденции, используя технику флюоресцентной окраски молекул, нанофлюидные системы и лазерный анализ.
Такое высокоскоростное оборудование для секвенции даст нам возможность сравнить ДНК разных видов, что поможет лучше разобраться в эволюции генома человека. Например, такие исследования подтверждают мнение, что паразиты и болезни вызвали наиболее сильные мутации в геноме человека, чем это было принято раньше считать. Также высокоскоростное секвенирование позволит провести анализ даже внутри определенных групп, например контрольная здоровая группа и группа, страдающих определенным заболеванием. Подобные виды сравнительного анализа помогут определить особые виды мутаций, свойственных определенным заболеваниям.
Для сравнения тысяч образцов генов одновременно с 1990 года использовались микрочипы (чипы размером не более 10 центовой монеты). Область применения данных технологий настолько обширна и технологический барьер стирается настолько быстро, что огромное количество баз данных уже содержит результаты «самостоятельного наблюдения за генами».
Генетические профайлы используются, чтобы революционизировать лекарственный скрининг и разработку новых препаратов. Микрочипы могут «не только подтвердить механизм взаимодействия, но и различать, на каких этапах метаболизма какое изменение произошло. В результате лекарства будут быстрее разрабатываться и поступать на рынок. Они будут иметь определенную цель – станут доступны «специально выведенные» лекарства для людей со специфическими мутациями. Вашему врачу станет очевидней, какое именно лекарство будет наиболее эффективным для Вас. Наконец, времена проб и ошибок и выравнивания всех под одну гребенку подходят к концу.
Нам известно, что экспрессия генов зависит от пептидов (порции молекул белков) и коротких струн РНК. Многие современные виды терапии базируются на отключении нежелательных или, наоборот, включении необходимых генов. Это, например, «антисмысловая терапия» и «РНК - интерференция». Антисмысловая терапия заключается в использовании зеркально отраженной последовательности РНК (антисмысловая РНК), чтобы заблокировать вредоносные гены. На рынке уже доступен антисмысловой препарат «Витравин» (Vitravene), и ожидаются новые поступления подобных лекарств.
РНК – интерференция заключается в использовании положения сегментов двуцепочечной РНК, которая тесно связана с информационной РНК, созданной определенным геном. В результате взаимодействия информационная РНК распадается на несколько частей, полностью заглушая ген. С созданием технологии РНК – интерференции ученые смогут блокировать или потенциально останавливать заболевание еще на стадии развития.
Также новое поколение секвенаторов и синтезаторов ДНК позволит ученым записать, а не просто считывать, волокна ДНК. Довольно высок риск написания таких огромных цепочек ДНК с ошибками, но сейчас создаются специальное оборудование, которому под силу будет записать длинные участки ДНК автоматически. Вооруженные подобным оборудованием исследователи пытаются вырастить синтетические организмы, спроектировать протеины и создать искусственные буквы ДНК, чтобы расширить «генетический алфавит».
Отступление 3
Жизнь с биоботами (внутри нас)
Джон Пауэлл
«Жизнь не зависит от того, насколько хорошими картами вы располагаете, она зависит лишь оттого, как хорошо вы играете теми, что у вас на руках».
Джон Биллингс, юморист, 19 век.
Наше собственное здоровье находится в наших руках и в наших силах укрепить его, если мы за него возьмемся. Вместо того, чтобы позволить болезням атаковать вас, следуя рекомендациям «Отступления 1», вы сможете подобрать оптимальный план поддержания здоровья, что позволит избежать заболеваний. Узнав, рискам каких болезней вы подвержены, тайны которых кроятся в наших генах, вы сможете составить свою индивидуальную программу профилактики болезней.
На данный момент считается, что существует от 35000 до 40000 видов генов. И только с недавних пор у нас появился шанс получить более полную информацию о наших генах, чем это представлялось возможным еще несколько лет назад. Возможности современной науки позволяют за считанные минуты получать результаты, на что потребовалось столько лет проб и ошибок. Недавно возникшее направление в медицине геномика позволяет нам получить информацию о большинстве наших генов. В результате, медицину, где всех выравнивали под одну гребенку, заменят индивидуальной терапией. Таким образом, с помощью «Отступления 1» вы сможете составить индивидуальную программу: оптимальную диету и набор упражнений, а также витаминный комплекс или наркотики (если необходимо), которые будут идеально соответствовать вашему набору генов – геному.
Проект «Геном Человека»
В 1990 году в США стартовал проект «Генома Человека» (The Human Genomics Project), главной целью которого было определить последовательность нуклеотидов, которые составляют ДНК, и идентифицировать три миллиона генов в человеческом геноме. Совместные усилия частных и муниципальных предприятий, включая международный консорциум исследователей, позволили закончить проект к 2003 году, это на два с половиной года раньше запланированного срока, что также помогло сохранить значительную часть средств. По словам Джеймса Уотсона, которые вместе с Фрэнсисом Криком идентифицировал двойную спираль ДНК еще 50 лет назад, «завершение проекта «Геном Человека» станет самым знаменательным событием для каждого человека на Земле».
Хорошая новость заключается в том, что скоро мы сможем узнать полностью состав нашей ДНК – это более 35 тысяч генов – по достаточно приемлемой цене. Сейчас, конечно, тоже можно это сделать, но современная цена начинается от 100 000$, что выходит за пределы средств большинства людей. Но уже через несколько лет и всего за несколько сотен долларов мы сможем получить на руки DVD или микрочип с записью наших генов, включая анализ предоставленных данных, и советами, как вы можете избежать болезней, закодированных в вашей ДНК.
С другой стороны, информация о генах поступает настолько быстро, что для ученых и врачей становится проблематично переработать ее. В связи с этим возникло несколько новых научных направлений, чтобы помочь сделать полученную информацию доступной для исследователей и практикующих врачей.
Геномика изучает строение нашего генетического материала – ДНК в генах хромосом. Исследование геномики, диагностической части генетической революции, идет в полном разгаре и является основой диагностических тестов, которые рекомендуются в «Отступлении 1».
Протеомика занимается изучением состава белков, как биологического происхождения, так и полученных в лабораторных условиях. Самым важным достижением в ближайшие десять – двадцать лет из «Отступления 2» будет возможность лечения с учетом протеомики, что позволит пациентам получать индивидуальный курс лечения болезней, основанный на генетических особенностях больного. Недорогие тесты помогут получить всю необходимую информацию для лечения. Но чтобы получить эту информацию, требуется очень сильный компьютер – компьютер, который работает во много раз быстрее и сильнее, чем самый лучший современный суперкомпьютер. Для чего в 2005 году IBM представил свой Blue Gene/L. Этот компьютер занимает комнату размером в половину теннисного корта и имеет максимальную производительность 360 терафлоп (360 триллионов операций в секунду), что делает его способным справиться с поставленной задачей. Это поможет наладить производство лекарств с учетом протеомики в ближайшие 10 лет и значительно увеличит наши силы в предупреждении и лечении заболеваний.
Системная биология занимается изучением взаимодействия систем в организме. Системная биология старается «соединить все точки РНК, ДНК, генов, белков, клеток и тканей нашего организма, объясняя, как они взаимодействуют, чтобы обеспечить дыхание, кровяное давление, иммунную систему, переваривание пищи и решение других потребностей человека». В настоящий момент нам еще не удается до конца выяснить, как работает клетка, поэтому только представьте, каких результатов мы добьемся, получив полную картину о работе нашего организма, как системы. Новые программы позволяют добиться ошеломляющих результатов в визуализации. Теперь ученые могут работать сразу с более чем сотней тысяч параметров, вместо примерно 20, которые они могли бы держать в голове.Биоинформатика – сравнительно новая наука, которая помогает разработать новые методы для получения и обработки всей поступающей информации.
В данной статье внимание сосредоточено на предсказательной геномике, совершенно новом способе диагностики, описанном в «Отступлении 1». На сегодняшний день уже доступны некоторые виды генетических тестов, которые помогут определить вашу предрасположенность к серьезным, но предотвращаемым или поддающимся коррекции заболеваниям, таким как болезни сердца, болезнь Альцгеймера или рак. Здесь важно помнить, что предсказательная геномика практически во всех случаях всего-навсего описывает склонности к заболеваниям. Главную роль в том, что случиться в будущем, или том, как проявят себя ваши гены, определяет образ жизни, который вы ведете.
Так как геномика лишь описывает предрасположенность к болезням, и протеомика и другие методы лечения, которые смогут скорректировать эти склонности, находятся на начальной ступени развития, очень важно особенно стараться поддерживать свое здоровье на ближайшие пару десятков лет, пока не будут внедрены новые способы лечения. Предложенные здесь программы ведения здорового образа жизни значительно помогут вам максимально отложить неизбежные физиологические изменения (болезни сердца, инсульты, слабоумие). И затем у вас появится возможность на себе опробовать новые методы лечения (см. «Отступление 2»), опирающиеся на данные протеомики. Через 10-20 лет мы сможем получить лечение от болезней, которые на данный момент считаются неизлечимыми. И вскоре после этого с помощью нанотехнологий с использованием искусственного интеллекта (см. «Отступление 3») мы сможем исправлять ранее неизбежные нарушения в организме.
Жизнь как карточная игра
Каждый из нас слышал, как жизнь сравнивают с игрой в карты. О том, кто родился с серьезными генетическими заболеваниями, говорят, что ему сдавали карты несчастливой рукой. В то время как о человеке (известен случай), прожившем 105 лет, который начинал свое утро с пончиков и выкуривал по 2 пачки сигарет в день, скажут, что ему с рождения выпали хорошие карты.
В 1950 году Роджер Виллиамс ввел понятие «биохимическая индивидуальность». Данное понятие подразумевает уникальный специфический набор биохимических веществ в организме человека. До недавнего времени открытие биохимической индивидуальности шло с переменным успехом в результате десятилетий проб и ошибок. Например, после многолетних исследований, вы, возможно, заметили, что получаете больше энергии, если употребляете белок на завтрак, что от клубники может появиться сыпь, и что у вас начинается головная боль, если вы употребляете искусственный подсластитель. Но кто-то может вам возразить. И действительно, что «одному человеку хорошо, может убить второго», и все это благодаря биохимической индивидуальности.
До открытия Виллиамса, Грегор Мендел, отец генетики, открыл концепт генетического детерминизма – гены человека определяют его судьбу. Это послужило новым толчком генетического релятивизма – гены не определяют, чем именно вы заболеете, они только указывают на вашу предрасположенность к определенным заболеваниям. Эта идея поспособствовала многообещающему укреплению здоровья в будущем и развитию превентивной медицины. Существуют некоторые гены, которые провоцируют кистозный фиброз или болезнь Хантингтона, наличие этих генов предполагает, что при тех или иных условиях болезнь разовьется, но эти выводы основаны лишь на данных современной науки, что является лишь малой толикой при всех возможных вариантах в человеческом геноме.
Вся совокупность строения наших генов – бесконечность наследственных ДНК – называется генотип. Но совсем до недавнего времени нам приходилось играть с этими картами практически вслепую, не имея возможности даже взглянуть, чем мы располагаем. Тогда что это меняет для эксперта по блэк джеку, который в точности знает, когда выйти, а когда пойти ва-банк, если он не видит карт? Таким был сценарий жизни для людей с начала времен. Конечно,вы можете получить некоторое представление о ваших генах, зная, каким болезням были подвержены ваши родственники, но никому не под силу таки образом получить точную информацию касательно особенностей своего генетического кода.Новый концепт генетического релятивизма одновременно и вдохновляет, и шокирует. Мы стали свидетелями вековой битвы предопределенной нам судьбы и свободного выбора быть сраженным нашей же ДНК. К счастью, теперь можно лишь с натяжкой сказать, что наше будущее здоровье предопределено или предписано. Мы в силах изменить его уже сейчас!
Язык книги жизни
Бóльшая часть нашей генетической информации хранится на двухцепочечных молекулах ДНК в ядре наших клеток. Молекулы ДНК настолько длинные, что если вытянуть спиральную ДНК всего одной клетки в прямую линию, она вытянется на 1,83 м. Если все молекулы ДНК человека соединить между собой, то их длины хватит, чтобы дотянуться до Солнца и обратно более 600 раз. Но основная структура молекулы ДНК довольно проста: только четыре молекулы, называемые нуклеотидами – аденин (А), гуанин (G), тимин (Т) и цитозин (С). – поперечно связанны между собой, как ступеньки на лестнице.
Уникальная двухцепочечная молекула ДНК позволяет ей расстегиваться как молния и воспроизводить идеальные одноцепочечные копии комплементарных генов ДНК. Таким образом, генетическая информация ДНК транскрибируется (копируется) в одноцепочечные информационные молекулы РНК. Затем эти молекулы РНК передают информацию о ДНК цепочке из 20 аминокислот, которые отвечают за строительство белков в нашем теле и поддержание таким образом жизни. Эти белки ежедневно участвуют в жизни организма на клеточном уровне.
В настоящем работа проекта «Геном Человека» включает в себя расшифровку всей последовательности нуклеотидов (А, Т, С, U (урацил) и G), расположенных в наших РНК и ДНК. Такая последовательность может содержать до 3 миллиардов чередований. Эти нуклеотиды формируют «слова из трех букв» (коды), выстраивающиеся в целые предложения белков, которые создают около 35 000 «параграфов» (гены), которые в свою очередь пишут 23 «главы» (хромосомы) нашей генетической Книги Жизни.
С большей частью этой «книги» вы можете ознакомиться через интернет (www.nlm.nih.gov). Но едва заметная разница в одну или две буквы здесь или там («опечатки») влечет за собой фантастические изменения. Около 99,8 процентов человеческих ДНК одинаково для всех людей, более того наша ДНК на 98 процентов полностью совпадает с ДНК шимпанзе. И эта небольшая разница всего в один процент порождает такое многообразие целого вида, что значит, что в жизни не было и не будет двух человек с полностью одинаковыми ДНК (даже близнецов).
Мир будущего предсказательной геномики
Так как наши молекулы ДНК воспроизводят сами себя триллионы раз, чтобы создать клетки нашего организма и его ткани, существует много возможностей для случайных изменений. Технически эти изменения относятся к полиморфизму. Считается, что более 10 миллионов полиморфизмов ответственны за нашу боихимическую индивидуальность. Те из них, что состоят из единого нуклеотида (A, T, C или G, описанных выше), называются однонуклеотидными полиморфизмами, и они широко распространены. Однонуклеотидные полиморфизмы очень важны, так как могут сильно повлиять на функционирование нашего организма - в некоторых случаях они предрасполагают или делают нас устойчивыми к определенным заболеваниям.Подсчитано, что у каждого из нас может быть до миллиона однонуклеотидных полиморфизмов. Предсказательная геномика старается выделить наиболее уникальные однонуклеотидные полиморфизмы, чтобы установить предрасположенность к болезням или рискам для здоровья и определить образ жизни или условия, влияющие на их проявление.
Более того, те однонуклеотидные полиморфизмы, которые в определенных условиях могут положительно влиять на организм, могут нанести тяжелых вред здоровью при других. Например, однонуклеотидные полиморфизмы, которые обеспечивали наилучшую выживаемость в условиях голода или близких к этому, известны как «Экономный ген» - помогает выжить в условиях получения минимального количества калорий. На сегодняшний день однонуклеотидные полиморфизмы становятся больше проблемой, нежели приносят выгоду, с тех пор как те, кто является носителем данного гена, становятся склонны к ожирению, потребляя чуть больше или в пределах нормального количества калорий. Еще несколько веков назад, когда голодать приходилось довольно часто, у индейцев племени Пима, обитавших на юго-западе США, был обнаружен «экономный» ген, что обеспечило лучшую выживаемость в условиях близких к голоду. Так обнаружились преимущества данной модификации гена, которая просто передавалась по наследству, что отразилось на склонности к полноте современных потомков племени Пима.
Разные этнические группы имеют свои отличительные однонуклеотидные полиморфизмы. Например, один из энзимов печени, отвечающих за детоксификафию некоторых токсинов из окружающей среды, известен как CYP2D6 (Цитохром P456 2D6). Этот энзим участвует в процессе метаболизма многих выписываемых лекарств также как и травяная кава, которой успешно на протяжении веков лечили нервные расстройства на островах в Тихом океане. Однако, когда каву принимают северные европейцы, многие из них получают отравление печени. Это происходит потому, что около 10 процентов европейцев являются носителями однонуклеотидного полиморфизма, который разрушает энзим CYP2D6, лишая его возможности усваивать каву. Но такой полиморфизм практически не встречается у людей, рожденных на южном побережье Тихого океана.
Отступелние 2
Сравнение генов
За последние 15 лет значительно снизились стоимость и затрачиваемое время на проведение синтеза и секвенции миллиардов комбинаций ДНК человека. Если данная тенденция сохраниться, то «в пределах ближайших 10 лет человек сможет несколько раз секвенировать и синтезировать ДНК всех людей на планете менее чем за 8ми часовой рабочий день. Соответственно, любой человек сможет секвенировать свое ДНК всего за несколько секунд». Такие компании как U.S. Genomics и Institute for Genomics разрабатывают аналитические системы, необходимые для сохранения этой тенденции, используя технику флюоресцентной окраски молекул, нанофлюидные системы и лазерный анализ.Такое высокоскоростное оборудование для секвенции даст нам возможность сравнить ДНК разных видов, что поможет лучше разобраться в эволюции генома человека. Например, такие исследования подтверждают мнение, что паразиты и болезни вызвали наиболее сильные мутации в геноме человека, чем это было принято раньше считать. Также высокоскоростное секвенирование позволит провести анализ даже внутри определенных групп, например контрольная здоровая группа и группа, страдающих определенным заболеванием. Подобные виды сравнительного анализа помогут определить особые виды мутаций, свойственных определенным заболеваниям.
Для сравнения тысяч образцов генов одновременно с 1990 года использовались микрочипы (чипы размером не более 10 центовой монеты). Область применения данных технологий настолько обширна и технологический барьер стирается настолько быстро, что огромное количество баз данных уже содержит результаты «самостоятельного наблюдения за генами».
Генетические профайлы используются, чтобы революционизировать лекарственный скрининг и разработку новых препаратов. Микрочипы могут «не только подтвердить механизм взаимодействия, но и различать, на каких этапах метаболизма какое изменение произошло. В результате лекарства будут быстрее разрабатываться и поступать на рынок. Они будут иметь определенную цель – станут доступны «специально выведенные» лекарства для людей со специфическими мутациями. Вашему врачу станет очевидней, какое именно лекарство будет наиболее эффективным для Вас. Наконец, времена проб и ошибок и выравнивания всех под одну гребенку подходят к концу.
Нам известно, что экспрессия генов зависит от пептидов (порции молекул белков) и коротких струн РНК. Многие современные виды терапии базируются на отключении нежелательных или, наоборот, включении необходимых генов. Это, например, «антисмысловая терапия» и «РНК - интерференция». Антисмысловая терапия заключается в использовании зеркально отраженной последовательности РНК (антисмысловая РНК), чтобы заблокировать вредоносные гены. На рынке уже доступен антисмысловой препарат «Витравин» (Vitravene), и ожидаются новые поступления подобных лекарств.
РНК – интерференция заключается в использовании положения сегментов двуцепочечной РНК, которая тесно связана с информационной РНК, созданной определенным геном. В результате взаимодействия информационная РНК распадается на несколько частей, полностью заглушая ген. С созданием технологии РНК – интерференции ученые смогут блокировать или потенциально останавливать заболевание еще на стадии развития.
Также новое поколение секвенаторов и синтезаторов ДНК позволит ученым записать, а не просто считывать, волокна ДНК. Довольно высок риск написания таких огромных цепочек ДНК с ошибками, но сейчас создаются специальное оборудование, которому под силу будет записать длинные участки ДНК автоматически. Вооруженные подобным оборудованием исследователи пытаются вырастить синтетические организмы, спроектировать протеины и создать искусственные буквы ДНК, чтобы расширить «генетический алфавит».
Отступление 3
Жизнь с биоботами (внутри нас)
Представьте себе крошечный, умещающийся в руке прибор с ДНК сенсорами и микрочипом, который сможет выявить заболевание, будь вы в кабинете у врача или у вас дома в перерывах между делами, за считанные минуты, используя лишь каплю слюны или крови. Таким видит себе будущее профессор нанобиотехнологий Гарварда доктор Чарльз Либер (Charles Lieber). Он и его исследовательская команда занимаются разработкой гиперчувствительных нанопроводных сенсоров размером примерно с молекулу и примерно в тысячу раз восприимчивей, чем последние известные ДНК тесты, как например, ПЦР – ампфлификация.
Первоначальной целью доктора Либера является выявление рака простаты с помощью микрочипа с 10 силиконовыми проводками, каждый толщиной не более 10 нанометров (миллиардная часть метра). Эти нанотрубки покрыты биологическими молекулами, которые определяют специфический антиген простаты, яркий свидетель наличия рака простаты. Трех или четырех молекул, привязанных к нанотрубкам, уже достаточно, чтобы сформировать и отослать электрический сигнал. Лари Бок (Larry Bock), главный управляющий Nanosys, который выдавал лицензию на данное изобретение, ожидал его выход на коммерческий рынок уже в 2007 году. Будущие его модели могут иметь тысячи таких трубок, которые позволят определять широкий спектр заболеваний.
Но допустим, однажды вы обнаружите какую-то генетическую ошибку, как вы ее исправите? Фокус заключается в том, что недостающий генетический компонент будет доставлен вашим клеткам. Сегодня врачи используют преобразованные молекулы вирусов, чтобы доставить необходимую ДНК. Но вирусы могут вызывать некоторые иммунные реакции, поэтому их нельзя использовать хотя бы дважды. Идея заключается в том, чтобы поместить молекулы ДНК в наночастицы достаточно мелкие, чтобы проникнуть в самое ядро клетки.
Именно над такой стратегией Троянского Коня работают исследователи Case Western Reverse University и Copernicus Therapeutics. Они внедряют ДНК в лизосомы, достаточно маленькие, чтобы проникнуть через внешнюю мембрану клетки. Пройдя мембрану клетки, встает следующая задача – доставить ДНК в ядро. Решение: пептиды (сгустки молекул белков толщиной всего 25 нанометров – достаточно, чтобы проникнуть через поры мембраны ядра). Они захватывают молекулы ДНК и выпускают их только в ядре, где они уже могут исправить генетический код клетки. Первые эксперименты были проведены с участием 12 пациентов с кистозным фиброзом, у которых был обнаружен повинный в этом ген, заставлявший скапливаться жидкость в легких. Исследователи полагают, что данная методика будет доступна в качестве экспериментального лечения в ближайшие несколько лет.
По словам доктора Шуминга Ни (Shuming Nie), профессор Biomedical Engineering at Emory University и Georgia Institute of Technology, «далее в будущем, полупроводниковые частицы, называемые «квантовые точки» (quantum dots) будут играть главную роль в диагностировании болезней и доставке лекарств». Эти размером с молекулу наночастицы сигнализируют, когда к ним присоединяется особый ген или белок, и таким образом могут, например, определить опухолевые клетки. Они также могут отслеживать эффективность лечения или как «умные бомбы» доставлять регулируемое количество лекарств в генетически помеченные опухолевые клетки.
Но чтобы не ждать до тех пор, пока в нашем организме пойдет что-либо не так, чтобы потом исправить это, Роберт А. Фрейтас младший (Robert A. Freitas Jr.) лоббирует более радикальный подход в наномедицине. Он говорит, что искусственные биоботы могут находиться в нашем теле от 5 до 10 лет. «Достижения генной инженерии позволяют нам создать искусственные микробы – основные клеточные шоссе – чтобы выполнять определенные функции». Эти биоботы можно спроектировать так, чтобы они производили витамины, гормоны, энзимы или цитокины, которые необходимы хозяину организма. Или их можно будет запрограммировать выборочно абсорбировать или разрушать яды и токсины.
Фрейтас разработал детализированный концептуальный дизайн для роботов, ремонтирующих ДНК, которые проникают в ядро каждой клетки, и исправляющих ошибки в них. Роботы также смогут как угодно модифицировать ДНК. В конце концов, мы сможем вытеснить ядро наноспроектированным компьютером, который содержит генетический код и оборудование для производства нити аминокислот. Это позволит нам заблокировать нежелательную репликацию ДНК и постоянно обновлять свой генетический код.
Тесты геномики
Первоначальной целью доктора Либера является выявление рака простаты с помощью микрочипа с 10 силиконовыми проводками, каждый толщиной не более 10 нанометров (миллиардная часть метра). Эти нанотрубки покрыты биологическими молекулами, которые определяют специфический антиген простаты, яркий свидетель наличия рака простаты. Трех или четырех молекул, привязанных к нанотрубкам, уже достаточно, чтобы сформировать и отослать электрический сигнал. Лари Бок (Larry Bock), главный управляющий Nanosys, который выдавал лицензию на данное изобретение, ожидал его выход на коммерческий рынок уже в 2007 году. Будущие его модели могут иметь тысячи таких трубок, которые позволят определять широкий спектр заболеваний.
Но допустим, однажды вы обнаружите какую-то генетическую ошибку, как вы ее исправите? Фокус заключается в том, что недостающий генетический компонент будет доставлен вашим клеткам. Сегодня врачи используют преобразованные молекулы вирусов, чтобы доставить необходимую ДНК. Но вирусы могут вызывать некоторые иммунные реакции, поэтому их нельзя использовать хотя бы дважды. Идея заключается в том, чтобы поместить молекулы ДНК в наночастицы достаточно мелкие, чтобы проникнуть в самое ядро клетки.
Именно над такой стратегией Троянского Коня работают исследователи Case Western Reverse University и Copernicus Therapeutics. Они внедряют ДНК в лизосомы, достаточно маленькие, чтобы проникнуть через внешнюю мембрану клетки. Пройдя мембрану клетки, встает следующая задача – доставить ДНК в ядро. Решение: пептиды (сгустки молекул белков толщиной всего 25 нанометров – достаточно, чтобы проникнуть через поры мембраны ядра). Они захватывают молекулы ДНК и выпускают их только в ядре, где они уже могут исправить генетический код клетки. Первые эксперименты были проведены с участием 12 пациентов с кистозным фиброзом, у которых был обнаружен повинный в этом ген, заставлявший скапливаться жидкость в легких. Исследователи полагают, что данная методика будет доступна в качестве экспериментального лечения в ближайшие несколько лет.
По словам доктора Шуминга Ни (Shuming Nie), профессор Biomedical Engineering at Emory University и Georgia Institute of Technology, «далее в будущем, полупроводниковые частицы, называемые «квантовые точки» (quantum dots) будут играть главную роль в диагностировании болезней и доставке лекарств». Эти размером с молекулу наночастицы сигнализируют, когда к ним присоединяется особый ген или белок, и таким образом могут, например, определить опухолевые клетки. Они также могут отслеживать эффективность лечения или как «умные бомбы» доставлять регулируемое количество лекарств в генетически помеченные опухолевые клетки.
Но чтобы не ждать до тех пор, пока в нашем организме пойдет что-либо не так, чтобы потом исправить это, Роберт А. Фрейтас младший (Robert A. Freitas Jr.) лоббирует более радикальный подход в наномедицине. Он говорит, что искусственные биоботы могут находиться в нашем теле от 5 до 10 лет. «Достижения генной инженерии позволяют нам создать искусственные микробы – основные клеточные шоссе – чтобы выполнять определенные функции». Эти биоботы можно спроектировать так, чтобы они производили витамины, гормоны, энзимы или цитокины, которые необходимы хозяину организма. Или их можно будет запрограммировать выборочно абсорбировать или разрушать яды и токсины.
Фрейтас разработал детализированный концептуальный дизайн для роботов, ремонтирующих ДНК, которые проникают в ядро каждой клетки, и исправляющих ошибки в них. Роботы также смогут как угодно модифицировать ДНК. В конце концов, мы сможем вытеснить ядро наноспроектированным компьютером, который содержит генетический код и оборудование для производства нити аминокислот. Это позволит нам заблокировать нежелательную репликацию ДНК и постоянно обновлять свой генетический код.
Тесты геномики
Практически все из наиболее распространенных, выводящих из строя и смертельных заболеваний, известных современности, включая кардиоваскулярные болезни, рак, диабет второго типа и болезнь Альцгеймера, являются результатом взаимодействия между генетическими факторами и факторами окружающей среды. Некоторые тесты на их выявление теперь нам доступны. Геномика и основанные на ней тесты позволяют вам и вашему лечащему врачу получить более глубокое понимание течения заболевания и разработать более точное и эффективное вмешательство.
Некоторые приборы тестов на геномику доступны на рынке. Каждый тест помогает выявить около дюжины однонуклеотидных модификаций по цене менее, чем 30 или 50 долларов за ген, в то время как еще несколько лет назад они были доступны не меньше, чем за 300 долларов за ген. Еще через несколько лет за ту же самую сотню долларов вы сможете протестировать тысячи генов. К концу десятилетия, возможно, уже появятся микрочипы, которые смогут протестировать большую часть ДНК, если не все, из 10 миллионов однонуклеотидных модификаций, которые согласно подсчетам существуют.
Минусы тестов на геномику
С нашими знаниями и возможностями на данный момент, даже если мы сможем расшифровать сотни тысяч однонуклеотидных модификаций, которые у нас есть, все, что это позволит сделать, лишь перегрузит нас информацией. Ни вы, ни ваш лечащий врач не будут знать, что делать с большей ее частью. Нам потребуются ученые из сферы биоинформатики, чтобы они смогли создать усовершенствованные компьютерные программы преобразования полученной информации в доступную для нашего понимания. Сегодня, тем не менее, врачи стараются ограничить анализ из множества полиморфизмов анализом некоторыми из них. Кроме того, не все пациенты хотят знать, что у них есть необратимые на данный момент генетические нарушения. Например, многие женщины, у матерей которых был диагностирован рак молочной железы, зачастую избегают тестов на BRCA1 полиморфизмы, так как положительный результат может означать высокую вероятность появления рака молочной железы или рака яичников. На данный момент нам доступны тесты всего для сотни или около того однонуклеотидных полиморфизмов, которые мы сможем преобразовать с помощью диеты, изменения образа жизни, употреблением добавок и выписанных лекарств.
Следующий недочет заключается в том, что тесты на геномику строго конфиденциальны. Зачастую страховые компании запрашивают копии медицинских книжек своих клиентов перед тем, как выдавать страховой полис. Будет нечестно, если страховщики получат доступ к результатам тестов, которые пациенты сдают добровольно, чтобы уменьшить риски наследственных заболеваний, и станут использовать их как аргумент к отказу. Во избежание дискриминации результаты тестов обычно имеют свой секретный код, который известен только лечащему врачу пациента и который они обычно хранят вдали от личных записей больного. Когда страховая компания делает запрос медкнижки клиента, результаты тестов на геномику, как правило, не высылаются.
В 1700 году Александр Поп (Alexander Pope) сказал – «поверхностные знания – это серьезная опасность». На современном этапе развития нам нужно помнить, что мы обладаем все еще «поверхностными знаниями», когда речь заходит о знаниях геномики, поэтому нельзя легкомысленно относиться к ее тестам. В отличие от большинства обычных лабораторных тестов, результаты которых утешают или уменьшают волнение, результаты генетических тестов заведомо выявят некоторые «плохие гены» - гены, которые увеличат риск развития серьезных заболеваний таких как болезнь сердца, некоторые виды рака или болезнь Альцгеймера. Таким образом, нельзя недооценивать значимость геномики, так как своевременное получение информации может спасти жизнь. Но следует обратить внимание, что тесты на генетику весьма серьезное занятие, и мы должны быть психологически подготовлены к результатам.
Применение на практике: Аполипопротеин Е
Современные тесты на геномику позволяют проанализировать около сотни однонуклеотидных полиморфизмов. Чтобы проиллюстрировать характер получаемых результатов тестов на геномику, давайте рассмотрим анализ полиморфизмов аполипротеина Е, который является маркером кардиоваскулярных заболеваний и болезни Альцгеймера. Для начала расскажем о специфических рисках и выгодах присутствия полиморфизма аполипопротеина Е, затем рассмотрим, как данная информация поможет скорректировать рекомендации определенного образа жизни, которые помогут преобразовать более опасные генетические модификации в более безобидные. Аполипопротеины – это, по сути, протеины, которые отвечают за транспортировку липидов, таких как например, жиры и холестерин в крови. Жир и холестерин – масляные вещества нерастворимые в воде, поэтому им необходимы особые молекулы-носители, чтобы перемещаться по организму.
Аполипопротеин Е может быть представлен в трех наиболее частых генетических конфигурациях, называемых аллелями: Аполипопротеин Е2, Е3 и Е4. Несмотря на небольшие различия между ними, заключающиеся в разнице одной или двух аминокислот, они сильно отличаются в способности переносить жиры и холестерин в крови. Аполипопротеин Е2, к примеру, очень хорошо очищает артерии от холестерина, где, например, аполипопротеин Е4 бесполезен.
Каждый носитель двух копий аполипопротеина Е, например, переданных по наследству от обоих родителей, может получить следующие комбинации: Е2/Е2, Е3/Е3, Е4/Е4, Е2/Е3,Е2/Е4 и Е3/Е4. Если у вас обнаружены одна или две копии аллели Е4, это может означать, что у вас может быть увеличен уровень холестерина, триглицеридов и повышен риск развития коронарных болезней сердца. И что более важно, Е4 является маркером увеличенного риска возникновения болезни Альцгеймера. Если у вас не обнаружено такого аполипопротеина, шанс развития болезни Альцгеймера у вас составляет 9 процентов к 85 годам. Если у вас только одна копия аллели Е3/Е4, которая встречается у 25 процентов населения, или еще более редкая Е2/Е4 – то риск возникновения (развития) болезни Альцгеймера составляет 27 процентов к такому же возрасту, иными словами риск увеличивается втрое. Но если у вас две копии генотипа Е4/Е4, то опасность заболевания возрастает до 55 процентов, то есть в шесть раз. Более того, средний возраст, когда у пациентов диагностируют болезнь Альцгеймера, зависит от количества копий Е4: 84 года, если у вас нет копии аллели Е4, 75 лет, если одна копия, и около 68 лет, если две копии.
С другой стороны, аполипопротеин Е2 является в некотором смысле защитой против болезни Альцгеймера, и у пациентов, у которых обнаруживают хотя бы одну копию Е2, риск возникновения болезни снижается на 40-50 процентов. Однако, аполипопротеин Е2 не так хорош, так как некоторые болезни сердца свойственны пациентам, у которых присутствует данная аллель. В результате всего вышеизложенного, можно сделать вывод, что аполипопротеин довольно-таки неплохая карта в руках. Упомянутый нами 105-летний любитель пончиков и сигарет был рожден с одной или двумя копиями аполипопротеина Е2.
Наиболее распространенным из всех является аполипопротеин Е3, хотя у более половины населения встречается аллель Е3/Е3, которая служит защитой от болезней сердца и болезни Альцгеймера. Хотя аполипопротеин является потенциальным фактором риска болезни Альцгеймера и других форм слабоумия, хорошей новостью здесь является то, что у большинства носителей аполипопротеина Е4 слабоумие не развивалось, и около половины людей, у которых диагностировали болезнь Альцгеймера, не было обнаружено ни одной копии. В некоторых исследованиях у 20 процентов пациентов было диагностировано слабоумие, которое было вызвано присутствием копии Е4. Но если бы аполипопротеин был только плохим геном, то он бы уже исчез в процессе революции. Но люди, у которых обнаружен эта копия, имеют более низкие шансы на развитие некоторых серьезных заболеваний, таких как возрастная макулярная дегенерация (ВМД), главная причина слепоты в современном мире. В то время как у носителей более дружелюбной аллели Е2, находятся в группе риска потерять зрение в результате ВМД. Повреждения, вызванные свободными радикалами, играют ключевую роль в появлении дополнительных осложнений, возникающих при болезни Альцгеймера. Если вы обнаружили, что являетесь носителем аллели аполипопротеина Е4, вам нужно уделить особое внимание детоксификации свободных радикалов. Носителям аллели аполипопротеина Е4 следует как можно раньше начать принимать добавки, способствующие освобождению от свободных радикалов.
Далее приведены практические советы, которых вам стоит придерживаться, если вы знаете всего один аспект вашей ДНК – вы носитель Е4:
• Принимайте добавки, например, витамины С, витамин Е, альфа-липоевую кислоту, экстракты виноградной косточки и коэнзим Q10 ежедневно, чтобы уменьшить воздействие свободных радикалов.
• Также постарайтесь принимать лекарственные препараты, которые выводят свободные радикалы, образующиеся в мозге. Например, моноамин оксидаза – В, ингибитор селегилена и гормона мелатонина. Еще постарайтесь принимать небольшие дозы аспирина (81 миллиграмм ежедневно). Еще известны некоторые нутрицевтические вещества, защищающие нейроны.
Помимо всего принимайте фосфатидилсерин (от 100 до 300 миллиграмм ежедневно),
фосфатидилхолин (900 миллиграмм дважды в день), ацетил – L- карнитин (500 миллиграмм дважды в день) и винпоцетин (10 миллиграмм дважды в день).
• Очень полезно будет изменить образ жизни, уменьшить присутствие стресса и начать занятия спортом.
• Так как присутствие Е4 может вызвать повышенный липидный уровень, носителям такой аллели следует придерживаться рациона с низким содержанием жиров, чтобы поддерживать низкий уровень холестерина и сохранить низкую гликемическую нагрузку, а также придерживаться низкоуглеводного питания, чтобы снизить содержание триглицеридов.
Сегодня нам доступна не только информация о наших генах, но и возможность менять их модификацию с помощью диет, особого питания и ведения здорового образа жизни. Очень скоро эти рекомендации будут подкреплены за собой более действенными биохимическими препаратами, которые будут контролировать модификации наших генов. И уже вскоре после этого мы сможем полностью изменять гены и активировать некоторые из них по собственному желанию.
Тесты на предсказательную геномику, доступные сегодня, могут предоставить ранее неизвестную генетическую информацию, сугубо индивидуальную для каждого человека. Но это совсем новая ветвь медицины, находящаяся еще в развитии, и как это бывает с любой новой областью, она таит в себе массу опасностей и загадок. Но даже современные примитивные и неполные результаты тестов ведут к более полному анализу геномики. Сегодняшнее видение генома через увеличительное стекло приведет к видению микроскопических деталей гена завтра.
Некоторые ключевые однонуклеотидные модификации
В то время как взаимодействие между генами может быть настолько же важным, как специфические однонуклеотидные модификации, сейчас ученые понимают, что некоторые однонуклеотидные модификации оказывают значительное влияние на организм.
MBRCA 1 отвечает за возникновение раковых заболеваний. Если женщина является носителем поврежденной копии этого гена, у нее очень велика вероятность возникновения рака молочной железы или рака яичников.
GSSTM 1, GSTP 1, CYP1A1, CYP1B1 и CYP2A6 - коды энзимов печени, показывают насколько хорошо вы справляетесь с токсинами, попадающими в организм из окружающей среды. И разная вариация данных генов определяет риск развития некоторых раковых болезней.
Нехватка альфа-1 антитрипсина предрасполагает к развитию эмфиземы, особенно при курении.
Аполипопротеин Е может для кого-то оказаться риском развития кардиоваскулярных заболеваний и болезни Альцгеймера.
AGT, ACE и AT1R регулируют кровяное давление. Тесты на полиморфизмы перечисленных генов могут показать, что вам нужно исключить соль из рациона и подскажут, какие лекарства для вас будут наиболее эффективными, если у вас проблемы с давлением.
На данный момент ученые занимаются многообещающими исследованием однонуклеотидных полиморфизмов, обнаруженных в митохондриях долгожителей. В группе участвовали 52 итальянца возрастом 100 и более лет, у 17 процентов из них был обнаружен одинаковый полиморфизм, который встречается только у 3.4 процента доживших до 99 лет. Присутствие данной мутации гена вчетверо увеличивает шансы перейти 100-летний рубеж. И что самое интересное здесь то, что данную мутацию гена можно получить либо по наследству, либо приобрести в течение жизни. Это зарождает мысли о том, что такую мутацию можно будет намеренно развить, ведя определенный образ жизни, увеличив ее продолжительность более чем до 100 лет. Если нам однажды удастся изменить наши гены путем генетического вмешательства, тогда мы сможем самостоятельно включать гены обеспечивающие продление жизни и отключать гены старения.
Некоторые приборы тестов на геномику доступны на рынке. Каждый тест помогает выявить около дюжины однонуклеотидных модификаций по цене менее, чем 30 или 50 долларов за ген, в то время как еще несколько лет назад они были доступны не меньше, чем за 300 долларов за ген. Еще через несколько лет за ту же самую сотню долларов вы сможете протестировать тысячи генов. К концу десятилетия, возможно, уже появятся микрочипы, которые смогут протестировать большую часть ДНК, если не все, из 10 миллионов однонуклеотидных модификаций, которые согласно подсчетам существуют.
Минусы тестов на геномику
С нашими знаниями и возможностями на данный момент, даже если мы сможем расшифровать сотни тысяч однонуклеотидных модификаций, которые у нас есть, все, что это позволит сделать, лишь перегрузит нас информацией. Ни вы, ни ваш лечащий врач не будут знать, что делать с большей ее частью. Нам потребуются ученые из сферы биоинформатики, чтобы они смогли создать усовершенствованные компьютерные программы преобразования полученной информации в доступную для нашего понимания. Сегодня, тем не менее, врачи стараются ограничить анализ из множества полиморфизмов анализом некоторыми из них. Кроме того, не все пациенты хотят знать, что у них есть необратимые на данный момент генетические нарушения. Например, многие женщины, у матерей которых был диагностирован рак молочной железы, зачастую избегают тестов на BRCA1 полиморфизмы, так как положительный результат может означать высокую вероятность появления рака молочной железы или рака яичников. На данный момент нам доступны тесты всего для сотни или около того однонуклеотидных полиморфизмов, которые мы сможем преобразовать с помощью диеты, изменения образа жизни, употреблением добавок и выписанных лекарств.
Следующий недочет заключается в том, что тесты на геномику строго конфиденциальны. Зачастую страховые компании запрашивают копии медицинских книжек своих клиентов перед тем, как выдавать страховой полис. Будет нечестно, если страховщики получат доступ к результатам тестов, которые пациенты сдают добровольно, чтобы уменьшить риски наследственных заболеваний, и станут использовать их как аргумент к отказу. Во избежание дискриминации результаты тестов обычно имеют свой секретный код, который известен только лечащему врачу пациента и который они обычно хранят вдали от личных записей больного. Когда страховая компания делает запрос медкнижки клиента, результаты тестов на геномику, как правило, не высылаются.
В 1700 году Александр Поп (Alexander Pope) сказал – «поверхностные знания – это серьезная опасность». На современном этапе развития нам нужно помнить, что мы обладаем все еще «поверхностными знаниями», когда речь заходит о знаниях геномики, поэтому нельзя легкомысленно относиться к ее тестам. В отличие от большинства обычных лабораторных тестов, результаты которых утешают или уменьшают волнение, результаты генетических тестов заведомо выявят некоторые «плохие гены» - гены, которые увеличат риск развития серьезных заболеваний таких как болезнь сердца, некоторые виды рака или болезнь Альцгеймера. Таким образом, нельзя недооценивать значимость геномики, так как своевременное получение информации может спасти жизнь. Но следует обратить внимание, что тесты на генетику весьма серьезное занятие, и мы должны быть психологически подготовлены к результатам.
Применение на практике: Аполипопротеин Е
Современные тесты на геномику позволяют проанализировать около сотни однонуклеотидных полиморфизмов. Чтобы проиллюстрировать характер получаемых результатов тестов на геномику, давайте рассмотрим анализ полиморфизмов аполипротеина Е, который является маркером кардиоваскулярных заболеваний и болезни Альцгеймера. Для начала расскажем о специфических рисках и выгодах присутствия полиморфизма аполипопротеина Е, затем рассмотрим, как данная информация поможет скорректировать рекомендации определенного образа жизни, которые помогут преобразовать более опасные генетические модификации в более безобидные. Аполипопротеины – это, по сути, протеины, которые отвечают за транспортировку липидов, таких как например, жиры и холестерин в крови. Жир и холестерин – масляные вещества нерастворимые в воде, поэтому им необходимы особые молекулы-носители, чтобы перемещаться по организму.
Аполипопротеин Е может быть представлен в трех наиболее частых генетических конфигурациях, называемых аллелями: Аполипопротеин Е2, Е3 и Е4. Несмотря на небольшие различия между ними, заключающиеся в разнице одной или двух аминокислот, они сильно отличаются в способности переносить жиры и холестерин в крови. Аполипопротеин Е2, к примеру, очень хорошо очищает артерии от холестерина, где, например, аполипопротеин Е4 бесполезен.
Каждый носитель двух копий аполипопротеина Е, например, переданных по наследству от обоих родителей, может получить следующие комбинации: Е2/Е2, Е3/Е3, Е4/Е4, Е2/Е3,Е2/Е4 и Е3/Е4. Если у вас обнаружены одна или две копии аллели Е4, это может означать, что у вас может быть увеличен уровень холестерина, триглицеридов и повышен риск развития коронарных болезней сердца. И что более важно, Е4 является маркером увеличенного риска возникновения болезни Альцгеймера. Если у вас не обнаружено такого аполипопротеина, шанс развития болезни Альцгеймера у вас составляет 9 процентов к 85 годам. Если у вас только одна копия аллели Е3/Е4, которая встречается у 25 процентов населения, или еще более редкая Е2/Е4 – то риск возникновения (развития) болезни Альцгеймера составляет 27 процентов к такому же возрасту, иными словами риск увеличивается втрое. Но если у вас две копии генотипа Е4/Е4, то опасность заболевания возрастает до 55 процентов, то есть в шесть раз. Более того, средний возраст, когда у пациентов диагностируют болезнь Альцгеймера, зависит от количества копий Е4: 84 года, если у вас нет копии аллели Е4, 75 лет, если одна копия, и около 68 лет, если две копии.
С другой стороны, аполипопротеин Е2 является в некотором смысле защитой против болезни Альцгеймера, и у пациентов, у которых обнаруживают хотя бы одну копию Е2, риск возникновения болезни снижается на 40-50 процентов. Однако, аполипопротеин Е2 не так хорош, так как некоторые болезни сердца свойственны пациентам, у которых присутствует данная аллель. В результате всего вышеизложенного, можно сделать вывод, что аполипопротеин довольно-таки неплохая карта в руках. Упомянутый нами 105-летний любитель пончиков и сигарет был рожден с одной или двумя копиями аполипопротеина Е2.
Наиболее распространенным из всех является аполипопротеин Е3, хотя у более половины населения встречается аллель Е3/Е3, которая служит защитой от болезней сердца и болезни Альцгеймера. Хотя аполипопротеин является потенциальным фактором риска болезни Альцгеймера и других форм слабоумия, хорошей новостью здесь является то, что у большинства носителей аполипопротеина Е4 слабоумие не развивалось, и около половины людей, у которых диагностировали болезнь Альцгеймера, не было обнаружено ни одной копии. В некоторых исследованиях у 20 процентов пациентов было диагностировано слабоумие, которое было вызвано присутствием копии Е4. Но если бы аполипопротеин был только плохим геном, то он бы уже исчез в процессе революции. Но люди, у которых обнаружен эта копия, имеют более низкие шансы на развитие некоторых серьезных заболеваний, таких как возрастная макулярная дегенерация (ВМД), главная причина слепоты в современном мире. В то время как у носителей более дружелюбной аллели Е2, находятся в группе риска потерять зрение в результате ВМД. Повреждения, вызванные свободными радикалами, играют ключевую роль в появлении дополнительных осложнений, возникающих при болезни Альцгеймера. Если вы обнаружили, что являетесь носителем аллели аполипопротеина Е4, вам нужно уделить особое внимание детоксификации свободных радикалов. Носителям аллели аполипопротеина Е4 следует как можно раньше начать принимать добавки, способствующие освобождению от свободных радикалов.
Далее приведены практические советы, которых вам стоит придерживаться, если вы знаете всего один аспект вашей ДНК – вы носитель Е4:
• Принимайте добавки, например, витамины С, витамин Е, альфа-липоевую кислоту, экстракты виноградной косточки и коэнзим Q10 ежедневно, чтобы уменьшить воздействие свободных радикалов.
• Также постарайтесь принимать лекарственные препараты, которые выводят свободные радикалы, образующиеся в мозге. Например, моноамин оксидаза – В, ингибитор селегилена и гормона мелатонина. Еще постарайтесь принимать небольшие дозы аспирина (81 миллиграмм ежедневно). Еще известны некоторые нутрицевтические вещества, защищающие нейроны.
Помимо всего принимайте фосфатидилсерин (от 100 до 300 миллиграмм ежедневно),
фосфатидилхолин (900 миллиграмм дважды в день), ацетил – L- карнитин (500 миллиграмм дважды в день) и винпоцетин (10 миллиграмм дважды в день).
• Очень полезно будет изменить образ жизни, уменьшить присутствие стресса и начать занятия спортом.
• Так как присутствие Е4 может вызвать повышенный липидный уровень, носителям такой аллели следует придерживаться рациона с низким содержанием жиров, чтобы поддерживать низкий уровень холестерина и сохранить низкую гликемическую нагрузку, а также придерживаться низкоуглеводного питания, чтобы снизить содержание триглицеридов.
Сегодня нам доступна не только информация о наших генах, но и возможность менять их модификацию с помощью диет, особого питания и ведения здорового образа жизни. Очень скоро эти рекомендации будут подкреплены за собой более действенными биохимическими препаратами, которые будут контролировать модификации наших генов. И уже вскоре после этого мы сможем полностью изменять гены и активировать некоторые из них по собственному желанию.
Тесты на предсказательную геномику, доступные сегодня, могут предоставить ранее неизвестную генетическую информацию, сугубо индивидуальную для каждого человека. Но это совсем новая ветвь медицины, находящаяся еще в развитии, и как это бывает с любой новой областью, она таит в себе массу опасностей и загадок. Но даже современные примитивные и неполные результаты тестов ведут к более полному анализу геномики. Сегодняшнее видение генома через увеличительное стекло приведет к видению микроскопических деталей гена завтра.
Некоторые ключевые однонуклеотидные модификации
В то время как взаимодействие между генами может быть настолько же важным, как специфические однонуклеотидные модификации, сейчас ученые понимают, что некоторые однонуклеотидные модификации оказывают значительное влияние на организм.MBRCA 1 отвечает за возникновение раковых заболеваний. Если женщина является носителем поврежденной копии этого гена, у нее очень велика вероятность возникновения рака молочной железы или рака яичников.
GSSTM 1, GSTP 1, CYP1A1, CYP1B1 и CYP2A6 - коды энзимов печени, показывают насколько хорошо вы справляетесь с токсинами, попадающими в организм из окружающей среды. И разная вариация данных генов определяет риск развития некоторых раковых болезней.
Нехватка альфа-1 антитрипсина предрасполагает к развитию эмфиземы, особенно при курении.
Аполипопротеин Е может для кого-то оказаться риском развития кардиоваскулярных заболеваний и болезни Альцгеймера.
AGT, ACE и AT1R регулируют кровяное давление. Тесты на полиморфизмы перечисленных генов могут показать, что вам нужно исключить соль из рациона и подскажут, какие лекарства для вас будут наиболее эффективными, если у вас проблемы с давлением.
На данный момент ученые занимаются многообещающими исследованием однонуклеотидных полиморфизмов, обнаруженных в митохондриях долгожителей. В группе участвовали 52 итальянца возрастом 100 и более лет, у 17 процентов из них был обнаружен одинаковый полиморфизм, который встречается только у 3.4 процента доживших до 99 лет. Присутствие данной мутации гена вчетверо увеличивает шансы перейти 100-летний рубеж. И что самое интересное здесь то, что данную мутацию гена можно получить либо по наследству, либо приобрести в течение жизни. Это зарождает мысли о том, что такую мутацию можно будет намеренно развить, ведя определенный образ жизни, увеличив ее продолжительность более чем до 100 лет. Если нам однажды удастся изменить наши гены путем генетического вмешательства, тогда мы сможем самостоятельно включать гены обеспечивающие продление жизни и отключать гены старения.
Комментарии (0)