Мутанты в пробирке

Карельские генетики ищут (и находят) связь между мутациями ДНК и хроническими заболеваниями — такими как гипертония и ишемическая болезнь. Неприятный факт: мутации у карелов и вепсов имеют региональные особенности. Приятный факт: если знать о них, лечение можно корректировать.

Сотрудники лаборатории генетики, изучающие влияние наследственности на сердечно-сосудистые заболевания. Фото: Николай Смирнов

Сотрудники лаборатории генетики, изучающие влияние наследственности на сердечно-сосудистые заболевания. Фото: Николай Смирнов

В лаборатории генетики КарНЦ РАН изучают, как гены влияют на болезни человека. В центре внимания ученых — заболевания сердечно-сосудистой системы: гипертония, ишемическая болезнь сердца и инфаркт миокарда.

Такие исследования в последние годы — один из трендов мировой медицины. Предполагается, что они сделают более эффективными лечение и профилактику не только сердечно-сосудистых, но и других заболеваний: чем больше врач знает о связи генов и проблем со здоровьем, тем точнее он сможет выписывать пациентам лекарства, тем раньше можно предупреждать развитие болезни.

Исследование

Приборы разной степени сложности и величины располагаются на двух этажах. Их предназначение — установить, есть ли в исследуемом фрагменте ДНК-мутация.

Начинается всё с ПЦР — полимеразной цепной реакции. Реакцию ставят в стерильном аппарате, называемом ламинарным боксом (ламинарный — потому что воздух в него подается равномерно, без завихрений).

Сначала в камере включают ультрафиолет: нужна стерильность, а значит, необходимо всё обеззаразить. Потом туда добавляют специфические реактивы и нужный фрагмент ДНК (его выделяют из крови человека). В этой смеси и начинается реакция — после того как пробирку помещают в специальный прибор, амплификатор. В нем исследователь выбирает программу (каждая представляет собой последовательность температурных режимов). Результатом станет многократное умножение исследуемого фрагмента гена.

— Чтобы реакция умножения ДНК произошла, нужен определенный цикл смены температур, — говорит кандидат биологических наук Ирина Курбатова. — Начинается он с 95 градусов и потом последовательно меняется. Проходит около 40 циклов, и в результате получается огромное количество копий фрагмента.

Делается это для того, чтобы мутации можно было увидеть: одну-две копии фрагмента исследователи просто не смогут зафиксировать.

 

Умноженный фрагмент в конечном итоге попадет в аппарат со специальным гелем, где его облучают ультрафиолетом. Прибор этот на выходе дает снимок интересующего исследователей участка ДНК. Изображение выводится на экран монитора: на нем видно, есть ли в гене мутация, и если да, то какая.

Теперь ученые знают, что в определенном гене человека есть конкретная мутация. Они также знают, что у этого человека есть сердечно-сосудистое заболевание — допустим, гипертония. Остается найти связь между первым и вторым. Статистика помогает эту связь обобщить и сделать научным фактом.

Установив наличие мутации, врачи смотрят, как именно она влияет на развитие заболевания. Для определения механизма подключают биохимический анализ. Он позволяет узнать концентрацию конкретного белка в плазме крови.

Для чего это нужно? Гены кодируют белок, поэтому мутация может влиять на содержание белка — уменьшать или увеличивать его количество. Здесь может быть скрыт механизм развития заболевания: например, какого-то белка становится слишком много, отчего повышается риск развития болезни, — говорит ведущий научный сотрудник лаборатории Людмила Топчиева.

Результаты


По оценкам исследователей, вклад генетических факторов в развитие эссенциальной гипертензии (основа гипертонии) и других сердечно-сосудистых заболеваний варьируется от 15 до 30 процентов (данные ВОЗ). Остальное — факторы среды. По данным Минздрава, болезнями сосудов и сердца страдают восемь процентов жителей России. Смертность при этом составляет 53 процента от всех летальных исходов.

Исследователи из лаборатории генетики изучают влияние генетических мутаций не только на сердечно-сосудистые, но и на другие заболевания: ревматоидный артрит, цирроз печени и не только. Акцент — на широко распространенных и социально значимых заболеваниях.

В исследованиях сотрудникам лаборатории помогают Медицинский институт ПетрГУ и городская Больница скорой медицинской помощи. Врачи ведут больных, ставят диагнозы, а взятые у пациентов пробы поступают в институт, где используются для исследований.

Заболевания, которыми интересуются сотрудники лаборатории, называют полигенными и многофакторными. Полигенными — потому что на их развитие влияют несколько генов (сбой в одном гене не станет причиной болезни). Многофакторыми — поскольку значение имеют не только (и не столько) гены, но и внешняя среда, образ жизни и так далее.

Картина примерно такая: если у вас есть патологический ген, но вы ведете здоровый образ жизни — генетическая предрасположенность не станет реальностью. И наоборот: курение, например, очень сильно способствует развитию сердечно-сосудистых заболеваний. То же относится к световому режиму, питанию и даже к жесткости воды.


По последним данным, жесткость воды сильно влияет на развитие сердечно-сосудистых заболеваний. В Карелии вода мягкая, она способствует вымыванию микроэлементов, и некоторые врачи на приеме порекомендуют гипертонику периодически пить минеральные воды южных источников.

Зачем нужно изучать влияние генов на болезни? В первую очередь для совершенствования рекомендаций, которые врачи дают больным. Открытия исследователей приводят к корректировке медикаментозного лечения, ранней диагностики и профилактики осложнений.

 

Сотрудники лаборатории говорят, что уже сегодня существуют тесты, позволяющие узнать генетическую предрасположенность человека к сердечно-сосудистым заболеваниям. Пациенту, пришедшему в клинику, предложат сдать анализы, результаты которых покажут эту предрасположенность. Вы еще не больны, но вероятность велика: значит, стоит скорректировать образ жизни.

Тот же принцип работает и в случае уже начатого медикаментозного лечения. В зависимости от ситуации с генами человеку могут быть нужны большие или меньшие дозы того или иного лекарства (а возможно, потребуется совсем другой препарат).

Рекомендации

Впрочем, есть нюанс. Рекомендации на основе генетических исследований врачи дают, не обращая внимания на региональные различия. А они есть.

Ирина Курбатова: «Мы берем те же самые мутации, проверяем их на карельских пациентах. И выясняется, что некоторые мутации именно в Карелии никак не связаны с развитием заболеваний».

Соответственно, в этом случае корректировать лечение или менять профилактику по результатам анализа бессмысленно. А это значит, что в тестах нужно учитывать региональные особенности.

Заведующая лабораторией Ольга Лебедева: «Регион имеет значение. Если бы этому уделялось больше внимания, вкладывались деньги и в каждом регионе действовала своя система, было бы проще лечить пациентов».

По словам Ольги Лебедевой, на определенных территориях накапливаются мутации определенного типа. В Карелии, например, распространены изменения в одних генах, в другом регионе — по другим. А лечат всех одинаково.

Возглавляет лабораторию Ольга Лебедева. Фото: Николай Смирнов

Возглавляет лабораторию Ольга Лебедева. Фото: Николай Смирнов

Особое значение генетические различия приобретают в случае относительно обособленных этнических групп, таких как вепсы и карелы, например. Есть места, где они живут относительно компактно и до сих пор практически не смешиваются с представителями других групп.

Гены могут влиять на развитие сердечно-сосудистых заболеваний разными путями. Одна группа косвенно отвечает за контроль артериального давления, другая влияет на липидный обмен и через него — на возникновение атеросклероза (через уровень холестерина), третья — на эластичность сосудов.

Интересуют исследователи и так называемые гены циркадного ритма — они отвечают за процессы, связанные со сменой дня и ночи. Их работа тоже влияет на развитие сердечно-сосудистых заболеваний. Дело в том, что гены циркадного ритма контролируют ритм работы других генов. Для организма важно, соблюдается ли этот ритм: если нет, получается десинхронизация, которая может привести не только к гипертонии, но и к раку.

 

К слову, исследованием влияния циркадных генов на заболевания сотрудники лаборатории занялись одними из первых в мире. Несколько лет назад существовало всего две работы на эту тему: одна об их влиянии на диабет (Финляндия), другая — о метаболическом синдроме (США).

Мутации карельские исследователи не открывают — используют уже известные. В лаборатории выстраивают цепочку, которая от мутации в конкретном гене ведет, например, к повышению артериального давления.

Ирина Курбатова: «Чтобы найти связь между мутацией и заболеванием, нужно понять, как это работает. Для этого мы делаем множество измерений, смотрим экспрессию генов и понимаем, в какой системе идет сбой».

Когда цепочка установлена, ученые понимают, как мутация влияет на болезнь. Это дает возможность влиять на ее лечение и профилактику.

Людмила Топчиева: «Гены вы никогда не скорректируете — какие есть, такие есть. Но снизить риск заболевания можно, узнав о предрасположенности к нему. 30 процентов, зависящие от генов, означают, что 70 процентов остаются за вами».

 Сотрудники лаборатории считают, что в Карелии следует разработать свою тестовую систему, учитывающую региональные особенности. В ней стоит прописать мутации, увеличивающие риск заболеваний именно в нашей республике. Например, проведенные в КарНЦ исследования показали, что мутации в гене альдостеронсинтазы повышают риск развития гипертензии в три-четыре раза. Учтен ли этот момент в существующих тестах, разработанных в Москве и Петербурге, — вопрос.

Исследователи полагают, что главная проблема — устаревшие стандарты лечения заболеваний. Врачи не учитывают генетические факторы, отчего страдает терапия.

— Чтобы увидеть результаты лечения, в случае гипертонии могут уйти годы, — говорит Ирина Курбатова. — Если бы врач знал генотип пациента, смог бы более быстро и эффективно подобрать препарат. И человек не перешел бы к третьей степени гипертензии.

Сегодня в России врачи пользуются при лечении пациента определенными протоколами, отступать от которых серьезно не могут: считается нарушением. Рекомендации с учетом генетических особенностей в эти стандарты пока не включены и когда будут — неясно. Сначала придется провести серьезные исследования, которые займут не один год. Пока же такие эксперименты ставят только в Москве и в Петербурге.

Уже сейчас некоторые препараты выписываются исходя из генетических данных. В первую очередь речь идет о токсичных медикаментах. Когда эта практика станет более массовой?

— Сложно сказать: бывает, что наука и практика расходятся. Мы для того и работаем с врачами, чтобы соединить их. Тогда и больному будет лучше, — говорит Людмила Топчиева.

Исследователи

История подвиги: Петрозаводск изначальный