Прохоргук Е.Б.1,3, Бобрынина В.О.2,
Скрябин Κ.Τ.1,3
Умение «читать» генетические тексты привело к революционным открытиям в медицинской генетике, старт которым был положен пионерской работой по секвенированию гена CFTR в 1989 году. Тогда наше умение «читать» ДНК можно было бы сравнить с первыми прочитанными маленьким ребенком по слогам словами. Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1968 году получили американские ученые Роберт Холли, Маршалл Ниренберг и Хар Гобинд Коран за открытие трехбуквенного генетического кода. В частности, Роберт Холли в 1965 году сумел «прочитать» последовательность 76 нуклеотидов в аланиновой тРНК. В СССР спустя два года последовательность 77 нуклеотидов валиновой тРНК была прочитана Александром Александровичем Баевым. Наши навыки неуклонно развивались, и к началу XXI века был завершен проект «Геном человека», целью которого явилось прочтение всей ядерной генетической информации Homo sapiens sapiens. В СССР в 1988-м с идеей секвенирования генома человека выступил академик А.А. Баев, и в 1989 году в нашей стране был организован научный совет по программе ≪Геном человека≫. В силу известных драматических событий, происходивших с конца 80-х и на протяжении всех 90-х годов прошлого века, наша страна не внесла сколько-нибудь заметного вклада в решение этой проблемы. Международный проект ≪Геном человека≫ официально стартовал в 1990 году и завершился в 2003-м. Приблизительные финансовые затраты были оценены в 5 млрд долларов США. Однако наиболее значимые, можно даже ска- зать, революционные изменения в технологиях секвенирования (от англ. Sequence - последовательность; означает установление последовательности нуклеотидов во фрагменте ДНК) начина- ют происходить с 2005 года. Соединение ранее не использо- ванных физических принципов, миниатюризация технологии, вычислительных мощностей приводит к созданию секвенаторов (то есть приборов, которые осуществляют секвенирование) невиданной мощности при многократном уменьшении удель- ной стоимости прочтения одного нуклеотида. Спустя всего пять лет после исторического заявления Тони Блэра и Билла Клинтона о завершении проекта ≪Геном человека≫ компания 454 секвенирует приблизительно 1 млн нуклеотидов из гено- ма Homo sapiens neanderthalensis, а в 2008 году секвенирован геном первооткрывателя ДНК Джима Уотсона. Затраты на проект ≪Джим Уотсон≫ составили около 1 млн долларов США, а само секвенирование было проведено в течение одного года. Это в 15 раз быстрее и в 5000 раз дешевле реализации про- екта ≪Геном человека≫. В 1998 году английская компания ≪Солекса≫ (Solexa) разрабатывает технологию секвенирования SBS (sequencing by synthesis - сиквенс через синтез) и доводит ее до возможности коммерческого применения к 2007 году (сей- час компания куплена гигантом отрасли, компанией Illumina). Сегодня технология SBS доминирует на рынке и представлена секвенаторами и реактивами под торговой маркой Illumina. В настоящий момент секвенирование индивидуального гено- ма человека занимает не более одной недели и стоит порядка 1000 долларов. Технологии массового параллельного секвенирования, кото- рые зародились в начале XXI века, получили название Next Generation Sequencing (NGS). Геномное секвенирование в пер- вую очередь способствовало прорыву в тех областях меди- цинской генетики, где старые методы, такие как ПЦР или секвенирование кандидатных районов по Сэнгеру, не при- носили результатов. В качестве иллюстрации можно приве- сти работы по определению спектра мутаций в соматическихраковых клетках. Два международных консорциума ICGC (International Cancer Genome Consortium; https://icgc.org/) и TCGA (The Cancer Genome Atlas; http://cancergenome.nih.gov/) секвенировали тысячи геномов раковых клеток из новообразований различного происхождения. Результаты работы консорциумов вылились в создание портала COSMIC http://cancer.sanger.ac.uk/cosmic, на котором сосредоточены все данные по частотам мутаций, их распределению в генах, эпигенетических изменениям и другая сопутствующая информация. Все это было бы немыслимо без технологий NGS. Другим примером того, где получение клинически значимого результата было бы невозможно без секвенирования, стала НИПД основных ХА плода. В крови беременных женщин циркулирует определенное количество ДНК плода, которая попадает в кровоток матери вследствие запрограммированной гибели клеток в ходе эмбрионального развития. Глубокое секвенирование свободно циркулирующей ДНК позволяет с высокой специфичностью и чувствительностью (до 99,5%) неинвазивно выявлять такие ХА у плода, как синдром Дауна, синдром Эдвардса и синдром Патау.
Использование свободно циркулирующих в крови нуклеиновых кислот в онкологии, возможно, станет основой будущих тест-систем, так называемых жидких биопсий, для раннего обнаружения новообразований и для мониторинга динамики ремиссии опухолевого процесса. Ниже мы рассмотрим основные применения NGS для медицинской генетики, которые уже сегодня рекомендуются для клинического использования. Однако нет сомнений в том, что в такой быстро развивающейся области знаний и технологии, каковой является геномный анализ, готовые и сертифицированные тест-системы будут появляться с невероятной скоростью. Наша задача состоит в том, чтобы дать врачу общие представления о возможностях NGS, ввести новый набор определений и ключевых слов, которые помогут ему самостоятельно ориентироваться во всем многообразии возникающих приложений геномного секвенирования.