Сито для генов

Ученые Института цитологии и генетики СО РАН разработали новый метод анализа генома.

Статья, посвященная этому открытию, в сентябре появилась в журнале Nature Genetics, одном из самых авторитетных научных изданий. Впервые за долгие годы в нем опубликован материал, написанный нашими учеными: четверо из пяти соавторов – россияне. О перспективах нового метода журналистам рассказали его авторы – сотрудники лаборатории рекомбинационного и сегрегационного анализа ИЦиГ СО РАН Татьяна Аксенович и Надежда Белоногова.

Анализ за 37 минут

– Все распространенные болезни человека, такие как инфаркт миокарда, гипертония, глаукома, болезнь Альцгеймера, контролируются большим числом генов, – пояснила доктор биологических наук Татьяна Аксенович. – Гены взаимодействуют друг с другом, подвергаются модификациям различных средовых факторов. Существует термин – генетическая архитектура болезни. Большая часть архитектуры многих болезней нам не известна. А значит, мы не можем точно предсказывать заболевания и создавать эффективные методы их лечения.

По словам Татьяны Аксенович, первый шаг в исследовании архитектуры болезни – идентификация генов, осуществляемая путем полногеномного анализа ассоциаций.

– Анализ ассоциаций в самом простом варианте – это проверка – существует ли связь между болезнью и генотипами. Набирается большая группа людей, у них определяются генотипы в конкретной точке генома. В соответствии с этими данными люди разбиваются на группы, в каждой из них оценивается частота болезни. Если эти частоты различаются, значит, болезнь ассоциирована с данным локусом. Полногеномный анализ ассоциаций – точно такой же, но повторенный во многих точках генома. Обычно хорошее исследование тестирует около 2,5 миллионов точек, среди которых только несколько оказываются ассоциированными с болезнью. Затем методами молекулярной генетики ищут подтверждение, что мутация в данном регионе генома приводит к развитию заболевания.

Полногеномный анализ ассоциаций – задача трудоемкая, но посильная современным компьютерам. Если бы не одно «но».

– Человек – самый неудобный объект для генетических исследований, ведь любая наша популяция неоднородна, она всегда подразделена на субпопуляции. Мы ищем себе партнеров с учетом национальных, религиозных, образовательных, культурных, социальных критериев. Если бы популяция была однородной, трудоемкость анализа ассоциаций была бы пропорциональна объему выборки, а в случае со структурированной популяцией – уже квадрату объема. Такой анализ становится неподъемным даже для суперкомпьютеров.

Сегодня многие лаборатории мира пытаются решить эту проблему. За последний год в Nature Genetics появилось четыре статьи, в которых описывались методы, призванные уменьшить время анализа ассоциаций. Однако способ ученых ИЦИГ  оказался наиболее эффективным: он позволил сократить время анализа на порядки, приблизив его к времени, необходимому для обработки данных из однородной популяции. Только этот метод позволяет проводить анализ, используя данные секвенирования генома: для полногеномного исследования выборки, включающей три тысячи человек, требуется всего 37 минут – настоящий прорыв в биоинформатике.

В открытом доступе

Публикации в Nature Genetics предшествовала серьезная работа над статьей в течение девяти месяцев с участием редакторов журнала. Первоначально предполагалось ограничиться заметкой. Больших шансов на публикацию статьи, по словам Татьяны Аксенович, не было, ведь имена российских ученых на страницах Nature Genetics появляются редко. Первая рецензия, требующая дополнительной проверки возможностей метода на реальных данных, пришла в канун Нового года, и эту работу следовало сделать в сжатые сроки.

– Трудились в хорошем темпе, – рассказала кандидат биологических наук Надежда Белоногова. – Я занималась подсчетами на вычислительном кластере, так что не только мы, но и он встретил праздник за работой.

Метод наших ученых доступен для использования: программа и подробные инструкции были выложены на специализированном сайте еще до публикации – и, разумеется, собрали ряд положительных отзывов. К примеру, ученый из Великобритании написал: «Я, конечно, догадывался, что метод быстрый, но что он быстрый настолько, я даже не мог себе представить». Кстати, речь о продаже метода не идет.

– В мировом научном сообществе никто не будет ограничивать доступ, патентовать или продавать метод, который направлен на прогресс медицины и медицинской генетики, – считает Татьяна Аксенович. – С таким ученым просто перестанут здороваться, ведь создание новых средств генетического анализа направлено на поддержание здоровья человека.

О примерах применения метода на практике говорить пока рано, однако перспективы впечатляют: программа, созданная нашими учеными, – это своеобразное «сито», в котором остаются гены, отвечающие за те или иные признаки. А значит, он может стать платформой для выявления генов-мишеней для терапии, профилактики или диагностики заболеваний.

Татьяна ЯКОВЛЕВА

На фото автора: сотрудники ИЦиГ СО РАН Н. Белоногова, Т. Аксенович и П. Бородин