Дмитрий Трофимов. Генетическая информация как основа для персонализированной медицины с момента рождения человека Свежий номер

— Дмитрий Юрьевич, с чего началась история становления Института репродуктивной генетики? Каковы причины его создания в Национальном медицинском исследовательском центре акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова? 

— История нашего подразделения начинается в конце 1960-х годов. Когда в Центре было создано отделение генетики, его первым руководителем стал Иосиф Соломонович Розовский, затем дело продолжили Владимир Анатольевич Бахарев и Наталья Александровна Каретникова, которая до сих пор у нас работает и является одним из наиболее опытных специалистов. 

В те годы основное внимание уделялось хромосомным нарушениям, таким как синдром Дауна, и разработке методов пренатальной (дородовой) диагностики, поскольку основными пациентами Центра являются женщины: либо при подготовке к беременности, либо во время беременности. 

Генетические исследования в нашем случае проводятся в интересах плода, и возникает вопрос: как можно провести диагностику плода у беременной женщины? 

Тогда разрабатывались инвазивные процедуры, которые позволяли бы получить биоматериал с наименьшими рисками осложнений для плода и для мамы. Это биопсия ворсин хориона в сроке 10–13 недель беременности и амниоцентез (данная процедура заключается в заборе околоплодных вод c дальнейшим генетическим анализом содержащихся в них клеток плода, чаще всего в период 16–20 недель). Также существует кордоцентез (взятие крови плода из пуповины), он обычно проводится на 18–24-й неделе. 

В конце 1970-х специалисты Центра первые в мире отработали процедуру забора ворсин хориона для генетических исследований на ранних сроках беременности и в 1982 году опубликовали результаты в международном журнале (Prenatal diagnosis by chorion biopsy, Prenatal Diagnosis, 1982, v.2).

В дальнейшем, вплоть до 1990-х годов, в основном продолжалось совершенствование цитогенетических методов — классическое кариотипирование (цитогенетический анализ хромосом, который позволяет выявлять количественные и грубые структурные хромосомные аномалии). Те самые хромосомы в виде буквы «х», как все привыкли их рисовать и видеть. Центр в этом вопросе был на мировом уровне и абсолютно соответствовал всем тенденциям. 

Затем был период становления методов молекулярной генетики. Тогда как раз стартовал проект расшифровки генома человека. Это был крупнейший проект с участием десятков лабораторий по всему миру с огромным финансированием. Геном как рутинный тест тогда никто не рассматривал. 

Тем не менее технологический прогресс в этом направлении развивался стремительно, начиная с 2005–2010 годов, методы анализа генома становились всё более и более доступны, и встала задача дополнить классическую цитогенетику молекулярной генетикой. 

В 2009 году Геннадий Тихонович Сухих пригласил меня в Центр и обозначил задачу развивать это направление. Была создана лаборатория молекулярно-генетических методов, которая впоследствии, объединившись с отделением клинической генетики, составила основу института репродуктивной генетики.

Очень важно отметить, что в Центре работает дружная команда акушеров-гинекологов, репродуктологов, врачей-генетиков, лабораторных генетиков, неонатологов и научных сотрудников. Только это позволяет получать результаты на современном мировом уровне. Кроме того, недавно была создана лаборатория анализа геномных данных, так как биоинформатический анализ в настоящее время становится одной из ключевых компетенций в современной медицинской генетике. 

То, что раньше казалось чем-то невозможным или было крупным научным достижением, к примеру анализ нашего генома целиком, сейчас уже рутинная практика. Например, три года назад у нас был проект, один из первых в мире, в котором всем новорождённым нашего Центра в течение 2021 и 2022 годов проводили анализ всех генов, так называемый полный экзом (совокупность участков ДНК, кодирующих белки во всех наших 22 000 генах; хотя экзом составляет около 1,5–2 % генома, он содержит более 90 % клинически значимой информации, именно в нём находятся большинство известных генетических вариантов, связанных с генетическими заболеваниями). Мы использовали этот подход как модель массового скрининга новорождённых для раннего выявления более 2000 генетических заболеваний. Имеется международная публикация, где нам удалось застолбить этот подход, несмотря на все сложности того времени. 

Если говорить о направлениях работы Института репродуктивной генетики, то можно пройти по следующей временной шкале.

Первый этап — это подготовка к беременности. На этом этапе происходит преконцепционная генетическая диагностика (исследование, которое позволяет выявить у будущих родителей риск рождения ребёнка с тяжёлыми наследственными заболеваниями). В настоящее время мы чаще всего имеем дело с ситуацией, когда в семье есть отягощённый анамнез — кто-то с генетической патологией. Задача заключается в том, чтобы будущие дети были здоровыми, для этого необходимо при планировании беременности провести генетический анализ будущих родителей. Уверен, что в ближайшее время такая диагностика на наиболее тяжёлые генетические нарушения будет предлагаться всем супружеским парам. При выявлении риска, обусловленного генетикой родителей, будет возможность осознанно выбрать один из вариантов дальнейших действий. 

Необходимо сказать, что это очень сложная, этически неоднозначная и активно дискутируемая в обществе тема. Её особенно трудно представить семейным парам, в которых нет больных детей, оба родителя здоровы, но у которых есть генетические особенности, которые с большой вероятностью могут привести к рождению больного ребёнка. 

Все люди разные — одна семья может подобные риски принять, но при этом знать, какая патология ожидает ребёнка, и подготовиться к этому. Другая (такое тоже бывает) — пойти на крайность, разойтись и найти другого партнёра или усыновить детей.

Но основные два варианта, которые может предложить современная медицина и современные технологии, — это либо при самостоятельно наступившей беременности провести на ранних сроках, начиная с 10-й недели, инвазивную пренатальную диагностику и после этого решать вопрос о пролонгировании беременности; либо воспользоваться программой вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ) и, получив несколько эмбрионов, выбрать эмбрион без генетических нарушений.

Для супружеских пар, обратившихся к программам ЭКО, следующий этап — это преимплантационная генетическая диагностика. В ходе преимплантационной диагностики мы оцениваем генетику полученных эмбрионов. Для этого нужно буквально 5–10 клеток трофэктодермы (наружная оболочка эмбриона, дающая начало развитию плаценты). Этого достаточно, чтобы в большинстве случаев провести исследование и определить наличие или отсутствие генетических нарушений. 

Далее, при необходимости, во время беременности может быть проведена инвазивная пренатальная диагностика. Здесь для исследования служит материал плода, полученный во время биопсии хориона, амниоцентеза или кордоцентеза. Такой биоматериал позволяет выполнить широкий спектр необходимых генетических исследований. 

Говоря о спектре заболеваний, отметим: они могут быть случайно возникшими (спорадическими) — это такие, как синдром Дауна и ряд других генетических нарушений; либо унаследованными от родителей — чаще всего это рецессивные моногенные заболевания, такие как спинально-мышечная атрофия, муковисцидоз и другие. Таких заболеваний большое количество, и, хотя каждое из них по отдельности встречается достаточно редко, вместе они приводят к тому, что у 1–2 % новорождённых имеются генетические нарушения. Часто заболевание вызывает изменение всего одной «буквы» в гене — одного нуклеотида. Если в супружеской паре у каждого из будущих родителей изменено по одному нуклеотиду в одном и том же гене, то обе повреждённые копии могут попасть плоду, и такое сочетание приведёт к заболеванию.

Если мы говорим о пренатальном периоде, то одним из знаковых достижений современной молекулярной генетики является разработка методов неинвазивной ДНК-диагностики плода по крови матери. Речь идёт о генетических заболеваниях, обусловленных нарушением числа хромосом, например синдроме Дауна. Это генетическое заболевание в подавляющем большинстве случаев не связано с генетикой родителей. Оно возникает на ранних стадиях формирования и развития эмбриона: происходит неправильное деление хромосом, например возникает одна лишняя хромосома (в норме каждой хромосомы должно быть по две — одна от папы и одна от мамы, а получается три; в случае синдрома Дауна — три хромосомы в 21 паре). Соответственно, заранее при подготовке к беременности мы не можем исключить это нарушение. Единственный вариант — это на ранних этапах беременности провести скрининг для оценки риска рождения больного ребёнка. 

До недавнего времени единственным вариантом такого исследования был комбинированный скрининг, который сейчас повсеместно проходит в женских консультациях, когда проводится УЗИ и анализ биохимических маркеров с дальнейшим компьютерным расчётом риска хромосомных нарушений. Несмотря на достигнутые в своё время значительные успехи в профилактике хромосомной патологии, связанные с внедрением комбинированного скрининга, он имеет ограниченную эффективность, что приводит к большому количеству подтверждающих инвазивных процедур, при этом пропуская некоторые случаи нарушений. 

Около 10 лет назад был разработан подход, который позволяет по крови матери совершенно неинвазивно для плода проводить диагностику его хромосомных нарушений. Этот подход основан на том, что в кровоток матери во время беременности попадает ДНК плода (это не целые клетки, а небольшие фрагменты внеклеточной ДНК, в основном плацентарного происхождения). Несмотря на то, что количество таких фрагментов невелико (около 4–10 % от всей внеклеточной ДНК в кровотоке беременной женщины), методы молекулярной генетики сейчас настолько точны, что позволяют надёжно анализировать даже это небольшое количество и довольно точно выявлять случаи нарушения числа хромосом. Этот метод получил название «неинвазивный ДНК-скрининг», или НИПС (неинвазивный пренатальный скрининг). 

Это мощный прорыв, он значительно повысил точность скрининга и, соответственно, снизил количество подтверждающих инвазивных процедур. Наш Центр был одним из первых учреждений страны, где стали проводить НИПС, кроме того, совместно с нашими коллегами из других учреждений, разработаны методические рекомендации для врачей по его применению — считаю это важным достижением. 

Следует отметить, что, несмотря на высокую точность, НИПС — это скрининговый метод. 

В случае выявления риска нарушений, по-прежнему, как и в случае комбинированного скрининга, обязательно проведение подтверждающей инвазивной диагностики, в данном случае амниоцентеза или кордоцентеза — с последующим генетическим анализом.

Следующий этап — рождение ребёнка. Сегодня всем новорождённым проводится генетический скрининг для раннего выявления риска наследственных и врождённых заболеваний. Если патология выявлена на более раннем этапе, то есть возможность компенсировать развитие тяжёлых клинических осложнений либо, по крайней мере, снизить тяжёлые последствия и стабилизировать ситуацию. Развитие и расширение неонатального скрининга является крайне важным аспектом нашей работы. 

В 2023 году по всей стране стартовала программа расширенного неонатального скрининга (РНС) на 36 заболеваний. Дело в том, что с 1993 года неонатальный скрининг в нашей стране начался всего с двух заболеваний, потом в течение длительного времени детей обследовали на пять заболеваний, а сейчас их 36.

Основная задача РНС — это раннее выявление генетических заболеваний, для которых на сегодняшний день зарегистрирована патогенетическая терапия. Однако РНС проводится с помощью определения косвенных биохимических маркеров, то есть анализируется не ДНК, а проявления генетических заболеваний. Сначала проводится скрининг и формируется группа риска, затем в ней отдельно проводится генетический анализ. 

Что важно? Я уже упоминал, что у нас был очень интересный проект, когда в Центре всем новорождённым делали анализ всех генов, этот проект в сокращённом формате сейчас продолжается с участием девяти регионов Российской Федерации. Такой анализ дорогой финансово, и на текущий момент нет возможности делать его всем новорождённым в стране. Однако я уверен, что будущее именно за таким подходом, потому что стоимость геномных исследований постоянно снижается, методы становятся всё более доступными, а их информативность несопоставимо выше. Для примера: в нашем исследовании мы анализируем более 2000 заболеваний. 

Впрочем, уже сегодня широкое использование геномных исследований с момента рождения сдерживает не столько отсутствие финансирования, сколько ряд других нерешённых вопросов.  Если 5–10 лет назад ключевым  был вопрос: как исследовать ДНК, как прочитать наши гены, а потом — как сделать эти исследования доступными всем, — то сейчас обществу необходимо определиться с теми границами, где мы говорим о медицине, о тяжёлой патологии, о здравоохранении, а где уже начинается селекция человека — та самая евгеника в плохом её смысле. 

Неопределённость в обществе по данному вопросу является сейчас основным препятствием. С точки зрения технологий мы действительно уже сейчас можем выявлять многие сотни, тысячи заболеваний. А вот какие из этих генетических заболеваний могут быть медицинским показанием для проведения ЭКО или, если заболевание выявлено на раннем сроке беременности, медицинским показанием для прерывания беременности? Это сейчас основной вопрос, который нам предстоит решить совместно с юристами, специалистами в области этики, различными представителями общественности, включая представителей религиозных конфессий. 

Сейчас получить последовательность всех генов для каждого из нас стоит как смартфон. При этом наш геном в течение жизни не меняется, и этой информацией можно пользоваться всю жизнь, тогда как новые смартфоны мы покупаем с завидной регулярностью.  

Таким образом, первый этап — это подготовка к беременности, преконцепционная генетическая диагностика будущих родителей. В случаях, когда выявлен риск наследственной генетической патологии, может быть проведена преимплантационная генетическая диагностика эмбрионов, если мы работаем совместно с коллегами репродуктологами в рамках программ ЭКО или, если беременность наступила самопроизвольно, ранняя инвазивная генетическая диагностика. Кроме того, во всех случаях во время беременности может быть рекомендован неинвазивный пренатальный ДНК-скрининг (НИПС) для исключения хромосомных нарушений. Ну и, наконец, неонатальный генетический скрининг новорождённых, который в перспективе может быть полногеномным. 

— С учётом современных возможностей молекулярной генетики как меняются подходы к диагностике и принципы применения полученной информации?

— Если говорить о меняющейся реальности, то из-за стремительного развития генетики в последние два десятилетия некоторые фундаментальные подходы и принципы в медицине, сформированные обществом, начинают устаревать. Приведу такой пример. По канонам современной медицинской этики любые диагностические исследования могут быть выполнены исключительно в интересах пациента, то есть того человека, чей биоматериал анализируется, — и полученная информация может быть использована исключительно в целях его персонального лечения. Но на примере экзомного скрининга новорождённых мы нередко сталкиваемся со сложной дилеммой, когда на момент исследования информация о генетических особенностях новорождённого не несёт никакой пользы ему самому, но может оказаться критически важной для здоровья его родителей или других членов семьи. Например, если родился ребёнок с генетическим заболеванием, унаследованным от родителей, то даже точное знание о том, какие конкретно имеются «поломки» в генах, не смогут принести пользы для его лечения, эта информация очень важна для родителей при планировании следующей беременности — об этом мы говорили выше. 

Другая ситуация связана непосредственно со здоровьем родителей. Благодаря Анжелине Джоли всему миру известно о мутациях в генах BRCA, которые связаны с риском рака молочной железы и органов репродуктивной системы. Анализируя гены новорождённого, мы в том числе видим эти гены. В период детства информация о подобных мутациях никакой клинической пользы для ребёнка не несёт, более того —

 может быть токсичной, вызывая излишнюю тревогу и обеспокоенность в семье. С другой стороны, мутации в генах BRCA более чем в 98 % случаев наследуются от родителей, а значит, подобная информация может быть крайне важна для них, вплоть до того, что может спасти жизнь, особенно сегодня, когда средний возраст мам около 30 лет.

Ещё один пример. В настоящее время общепризнанны принципы скрининговых программ, сформулированные Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) в середине прошлого века. Один из них: нет смысла проводить скрининг на заболевания, которые не имеют лечения. Однако мы уже обсуждали, как важно для родителей своевременно знать о наличии генетических нарушений у новорождённого; это поможет избежать повторной трагедии и обеспечить семье возможность родить здорового ребёнка, что особенно критично в случае неизлечимых летальных генетических заболеваний, которые развиваются не сразу после рождения, когда к моменту первых проявлений болезни в семье уже могут родиться следующие дети. И такие примеры, к сожалению, в нашей практике встречаются. 

Поэтому мы говорим, что со временем обществу придётся пересмотреть отношение к генетической информации и её месту в современной медицине. 

— О каких ещё направлениях работы института вам хотелось бы рассказать?

— Отдельное направление нашей работы — онкогенетика. В последние годы вместе с нашими коллегами из института маммологии и онкогинекологии мы уделяем этой важной теме большое внимание. 

Кроме того, поскольку методы молекулярной генетики универсальны, они позволяют анализировать не только геном человека, но и ДНК (РНК) микроорганизмов. И, соответственно, в нашем институте есть подразделение, которое занимается молекулярной диагностикой инфекций — всем известной после ковида ПЦР-диагностикой. Во времена СOVID-19 в Центре был развёрнут госпиталь, и в нашей лаборатории мы проводили круглосуточное тестирование на SARS CoV 2, а в повседневной практике мы выполняем большой спектр исследований, связанных с диагностикой инфекционных заболеваний и состоянием микрофлоры, — это очень важные аспекты репродуктивного здоровья. 

— А может ли генетика повлиять на демографию в стране, на желание семей становиться многодетными? 

— Генетика вряд ли может принципиально поменять демографическую ситуацию в стране. Здесь, на мой взгляд, гораздо важнее социальные факторы. Тем не менее можно выделить три аспекта, где роль генетики в решении вопросов рождаемости и сохранении семей может быть заметна. 

Прежде всего это ситуация с тяжёлыми рецессивными генетическими заболеваниями, о которых шла речь ранее (заболевания, когда здоровые и молодые люди являются носителями генетических вариантов, связанных с заболеваниями; сами они не болеют, однако могут передать эти генетические варианты ребёнку). Такие ситуации довольно часто встречаются. 

К сожалению, когда в молодой семье рождается больной ребёнок, то все усилия родителей в течение многих лет оказываются сфокусированными на его лечении, и зачастую после этого дети в семье уже не рождаются. По статистике, такие семьи нередко распадаются. Подобные ситуации в значительном количестве случаев предотвратимы, если проводить на этапе подготовки к беременности преконцепционную генетическую диагностику супружеских пар, планирующих беременность. 

Другой аспект — это заболевания репродуктивной системы, обусловленные генетическими причинами. Такие заболевания встречаются как у женщин, так и у мужчин. Один из примеров — преждевременная недостаточность яичников, когда исходно фертильные женщины уже к 20–25 годам могут иметь сниженный репродуктивный потенциал и, как следствие, проблемы с бесплодием. Информация о таких генетических особенностях даёт возможность задуматься о решении репродуктивных задач в более раннем возрасте или провести криоконсервацию ооцитов (половых клеток). Кстати, один из важных организационных и социальных вопросов: как и когда проводить подобные генетические исследования, при том что с технологической точки зрения их выполнение вполне доступно. 

И, наконец, третий аспект — это участие в программах вспомогательных репродуктивных технологий, где генетики совместно с репродуктологами проводят преимплантационное генетическое тестирование, обеспечивая возможность рождения здоровых детей супружеским парам с бесплодием.

— Как формируются кадры в вашем направлении?

— Институт репродуктивной генетики — довольно уникальное подразделение, поскольку внутри него сочетаются люди совершенно разных специальностей: это врачи-генетики, врачи акушеры-гинекологи, а также сотрудники, окончившие МГУ, МФТИ и другие вузы, которые исходно ближе к научно-исследовательской работе. Совместно эти специалисты обеспечивают проведение исследований на самом высоком мировом уровне. 

В Институте несколько структурных подразделений: отделение клинической генетики, лаборатория молекулярной генетики, лаборатория анализа геномных данных и ряд других лабораторий. Именно тесная взаимосвязь специалистов разных областей позволяет нам решать те задачи, которые перед нами ставят Центр, страна. И в этом залог успеха. 

Особенно хотелось бы отметить, что удалось сохранить преемственность поколений. 

У нас по-прежнему работают сотрудники, стоявшие у истоков нашего направления в Центре. 

Это Наталья Александровна Каретникова, Надежда Васильевна Зарецкая и Илья Юрьевич Барков. А за последнее время к нам пришло достаточно много молодых перспективных сотрудников, и мы с оптимизмом смотрим в будущее. 

— Расскажите о планах на будущее. О чём мечтаете? 

— Основное, что видится в перспективе, — это то, что мы уже сейчас декларируем в наших пилотных проектах: генетическая информация как основа для персонализированной медицины с момента рождения человека. Особенность нашего времени заключается в том, что в области молекулярной генетики уже решены практически все технологические задачи и даже финансово это уже вполне подъёмно, но стоит масса вопросов в области этики, нормативного регулирования и, в целом, готовности общества принять генетическую информацию и её влияние на нашу жизнь. 

Надеюсь, что в обозримом будущем эти вопросы будут решены, и мы сможем принести людям много пользы.