Инструкция к организму: доктор биологических наук Михаил Гельфанд — о ДНК, персонализированной медицине и главных загадках генома

Михаил Сергеевич Гельфанд — российский биоинформатик, общественный деятель. Доктор биологических наук.Член Европейской Академии. Профессор Сколковского института науки и технологий

___________

Тансу Газиева: Здравствуйте, Михаил. Расскажите, как вы пришли в биоинформатику и что это за профессия такая? 

Михаил Гельфанд: Биоинформатика — это способ заниматься биологией, не мучая мышек и не переливая разные разноцветные жидкости из одной пробирки в другую, а сидя за компьютером. Биология стала — благодаря развитию экспериментальных методов, где-то в конце 80-х годов, то есть уже лет 40 назад — наукой, богатой данными, так же как в своё время астрофизика или физика высоких энергий. И оказалось, что с этими данными можно работать — отвечать на разные биологические вопросы, используя данные, полученные в таких массовых экспериментах. Биоинформатика — это способ заниматься биологией, анализируя большие данные, которые получены в больших экспериментах.

Я в биоинформатику пришел от безнадежности. Окончив механико-математический факультет в МГУ, понял, что хорошего математика из меня не получится. В это время биоинформатика начала складываться как наука: появились данные, с которыми можно было пытаться что-то делать — формальными, математическими и лингвистическими, методами. Еще в школе я интересовался биологией, а в биоинформатике не надо было много учить, потому что науки еще было мало — достаточно было знать биологию в области своих задач. Я почитал один учебник, чтобы иметь общее представление, потом много статей уже специальных. Поле было непаханое, идеи — не опробованы, порог входа — низкий. Если бы я родился на пять лет раньше, такой науки бы ещё не было совсем. Если бы на пять лет позже — в неё уже надо было бы протискиваться. А я попал как раз вовремя.

Т.Г.: Как выглядит обычный рабочий день биоинформатика?

М.Г.: Если это аспирант, его рабочий день выглядит так: он сидит и целый день либо программирует, либо читает статьи по теме. Или пишет, когда результат уже есть. А если это биоинформатик-начальник, вроде меня, то рабочий день выглядит так, что я общаюсь с аспирантами — то с одним, то с другим. Или редактирую их статьи. Ну, и преподавание, конечно.

Т.Г.: В сферу ваших научных интересов также входит геномика. В последнее время интерес к генетическим исследованиям растет. Верно ли я понимаю, это геномика — это наука, которая занимается изучением генома?

М.Г.: Да, верно. Генетика изучает конкретные отдельные гены, а геномика изучает геном в целом — то есть всю генетическую информацию, которая есть в организме.

Т.Г.: ДНК обычно называют своего рода инструкцией организма — тем, что уже встроено. Это вообще корректное сравнение?

М.Г.: ДНК, несомненно, является инструкцией, потому что если бы её не было, клетки бы не знали, как им жить. А с другой стороны, если взять клетку и подменить в ней эту инструкцию, она начнет вести себя по-другому. В этом смысле — это несомненная инструкция.

Т.Г.: А почему у двух людей могут быть очень похожие геномы — и в то же время такое большое разнообразие во внешности, способностях организма?

М.Г.: Если у двух людей очень похожие геномы, то это однояйцевые близнецы — у них ДНК практически идентична, и они действительно очень похожи. А у нас с вами различия, не считая половых хромосом, — примерно один раз на тысячу нуклеотидов, которые являются составными единицами генома. А всего этих нуклеотидов — 3 миллиарда. Значит, мы с вами отличаемся в 3 миллионах позиций.

Т.Г.: Скажите, а есть ли какие-то вопросы о человеческом геноме, на которые до сих пор нет ответа?

М.Г.: Да. Например, есть гены, которые кодируют белки — то есть это инструкция, как синтезировать белок. И про заметную часть из них мы не знаем, какую функцию этот белок выполняет в организме. А ещё есть гены, которые белки не кодируют, а кодируют РНК — молекулы, которые не транслируются в белок, но, видимо, имеют какую-то регуляторную функцию. Их примерно столько же, сколько и белок-кодирующих генов — а тех примерно 20 тысяч. И про большинство из них совершенно непонятно, что они делают. Мы знаем, что они есть, но не знаем, какая у них функция.

Т.Г.: И поиском ответа занимаются биоинформатики?

М.Г.: Этим занимаемся мы, биоинформатики, этим занимаются экспериментальные биологи — кто только этим не занимается.

Т.Г.: Скажите, можем ли мы сейчас использовать информацию о геноме конкретного человека для выбора лечения — если говорим именно о медицине?

М.Г.: Было известно еще давно: если у человека дефект определенного гена, и ему с первых дней жизни не подобрать правильную диету, у него будет фенилкетонурия — ему будет очень плохо, а потом он умрет. Это классическая генетика, это было даже до всякой геномики. А то, что люди делают сейчас, — это, например, изучение геномов раковых опухолей. Это называется персонализированная медицина: человеку подбирают лечение под конкретные изменения, произошедшие в геноме его опухоли. Потому что рак — это на самом деле болезнь генома: та самая инструкция, которая говорит, как должна жить клетка, в каких-то местах портится, и клетка перерождается, становится раковой. И у разных раков эти повреждения разные.

Т.Г.: А лечение может зависеть именно от молекулярных особенностей?

М.Г.: Хирургия не зависит: не важно, что конкретно было в опухоли, которую вырезали. А лекарственная терапия рака направлена на конкретные молекулярные мишени — на те места, которые поломались. У разных людей поломано разное, и если мы хотим правильно лечить, надо знать, что именно поломалось у конкретного пациента.

Т.Г.: Клетка изменяется и начинается рак, когда мы говорим именно о злокачественных опухолях? А что насчет доброкачественных?

М.Г.: Раковая опухоль по определению злокачественная. Там на самом деле грань немного размытая. Но отличие рака в том, что, во-первых, агрессивность, во-вторых — перерождение клетки. У доброкачественной опухоли клетка делится, но всё-таки понятно, что это та же самая исходная клетка. Раковая клетка преображается очень сильно. И принципиальное отличие — раковая опухоль может давать метастазы: клетка может оторваться от материнской опухоли и дать новую опухоль в другом месте организма. У доброкачественных опухолей такого не бывает.

Т.Г.: Сейчас очень много специальных тестов, реклама всякая — приходите, у нас индивидуальный подход, персонализированный сервис. Насколько это маркетинг, а насколько реально основано на геноме и ДНК пациента?

М.Г.: Где-то маркетинг, а где-то это серьёзно — зависит от конкретной задачи. Есть медико-генетическое консультирование — вполне полезная вещь для родителей, особенно если в семье была какая-то история наследственных заболеваний. В общем, тем, кто планирует стать родителями, вполне полезно сходить в хорошую генетическую клинику. А если люди обещают вам по геному подобрать завтрак с судаком или щукой — это, скорее всего, ерунда.

Т.Г.: Что вы думаете о БАДах — это всё-таки пустая таблетка или нет?

М.Г.: БАД — это то, что не прошло клинические испытания. Поэтому за этот продукт никто не отвечает, его никогда не проверяли в стандартных условиях. Если бы оно их прошло, то называлось бы уже лекарством — в этом разница. Кроме того, могу рассказать две забавные истории.

Первая: были китайские травяные чаи, в состав которых входило растение аристолохия. Некоторые люди, которые пили эти травяные чаи в Европе, через некоторое время начали умирать от почечной недостаточности, потому что аристолохия токсична для почек. Она входила в состав БАДа, который, как выяснилось, никто никогда не проверял.

Вторая история — про то, что продается в наших аптеках. Моя коллега несколько лет назад по контракту с Минобрнауки делала анализ состава травяных чаев — просто покупала их в аптеке и проверяла, кстати, с применением биоинформатики тоже. Оказалось, что в некоторых была плесень. Оказалось также, что состав, указанный на этикетке, не всегда соответствует настоящему составу — в некоторых чаях довольно много было повилики, вьюнка, который обвивает другие растения. Понятно, почему — его не так просто убрать при сборе, но вьюнок — тоже примесь, не то, что заявлено. И он ядовит. 

А третья история совсем смешная: перепутали два растения с очень похожими соцветиями — красными столбиками. На этикетке было написано одно, а внутри было совсем другое растение — всё чистенько, без вьюнка и плесени, просто не то. Так что если вы пьёте БАДы, вы пьёте неизвестно что.

Т.Г.: Интересно. Я знаю, что даже некоторые врачи прописывают БАДы.

М.Г.: Некоторые врачи и гомеопатию прописывают.

Т.Г.: Скажите, если говорить о каком-то открытии, технологии, которая может изменить мир — возможно, это громко сказано, — в ближайшие 10–20 лет, что это может быть?

М.Г.: Если бы я знал, что может изменить мир в ближайшие 10–20 лет, я бы работал не биологом, а венчурным капиталистом.

Т.Г.: : А есть какой-то вопрос, который лично вам кажется очень интересным, но ответ на который еще не найден — нерешенный вопрос?

М.Г.: Есть замечательный факт: геномы во всех ваших клетках практически одинаковые — могут быть какие-то редкие ошибки при делении, но в целом можно считать, что одинаковые. А клетки при этом разные: есть клетки кожи, есть нервные, есть мышечные, есть клетки печени и почек. И все эти разные клетки, разные ткани, разные органы произошли от одной оплодотворенной яйцеклетки. После первого деления, даже после четвертого, все эти клетки еще одинаковые. 

При экстракорпоральном оплодотворении (ЭКО), когда определяют качество эмбриона, можно ли его подсаживать, для этого просто отщипывают и изучают одну клетку — это ни на что не влияет, потому что клетки все одинаковые. То, что клеток стало на одну меньше, не сказывается ни на чём. А в какой-то момент происходят изменения — клетки начинают дифференцироваться: исходные одинаковые клетки начинают превращаться, одна часть в одно, другая в другое, третья в третье, и так далее. Мы сейчас умеем экспериментально смотреть, как работают гены на уровне отдельных клеток — не один какой-то ген, а сразу все. То есть мы видим траектории развития: как меняется работа клетки, работа генов, почему у разных клеток работают разные гены. Мы видим эти траектории — как меняется работа генов по мере того, как клетка созревает и становится, например, из стволовой — полноценной клеткой кожи или какой-то другой. И вот это, пожалуй, самое интересное сейчас в биологии: как на уровне индивидуальных клеток происходит их дифференцировка и развитие эмбриона.

Т.Г.: Если в будущем на этот вопрос найдут ответ, к чему, как вы думаете, это может привести?

М.Г.: К тому, что мы станем умнее. Если говорить про препараты, — современный прогресс в медицине во многом произошел именно потому, что мы стали умнее с точки зрения биологии. То, что люди научились лечить многие виды рака — ну, или, скажем, не окончательно вылечивать, а поддерживать людей в стабильном состоянии много лет, пока их что-нибудь другое не убьет, — это на самом деле результат занятий биологией. Это, конечно, полезно.

Т.Г.: Еще такой вопрос из разряда фантастики:  как думаете, когда-нибудь в будущем мы научимся буквально заказывать нашим детям цвет глаз, структуру волос?

М.Г.: Нет, не научимся. Это байка, которую распространяют недобросовестные люди — вместе с ней обычно еще и генетически запрограммированные солдаты где-то рядом упоминаются. Все сколько-нибудь сложные признаки, которые нас интересуют, — интеллект, эмоциональный интеллект, что бы это ни означало, красота, условно говоря, — зависят от очень большого количества генов, и каждый из этих генов при этом влияет на многое другое. Не говоря уже про этические проблемы, связанные с этим. Наш уровень понимания биологии не таков, чтобы этим заниматься. Если у вас есть работающий черно-белый телевизор и вы начнете лезть с отверткой внутрь в надежде, что он станет цветным, — в лучшем случае он превратится в радио, в худшем — пойдет дым, и вас еще и током ударит. Так что, во-первых, мы не понимаем, что надо менять, а во-вторых — с технической точки зрения мы этого достаточно надежно делать не умеем. Вот в сельском хозяйстве это хорошо работает.

Т.Г.: Как вы думаете, появятся ли когда-нибудь технологии, которые позволят это делать?

М.Г.: Ясно, что технологии геномного редактирования будут совершенствоваться, но вот на полное понимание самой генетики человека я бы не рассчитывал.

Т.Г.: Это был мой последний вопрос. Спасибо вам большое за ваше время!

М.Г.: До свидания и всего хорошего.