Евгений Климук: «Мы пытаемся познать Россию через геном»

В России запущена национальная генетическая инициатива «100 000 + Я». О том, зачем ученым нужно изучить геномы 100 000 россиян и как это делается, рассказал заведующий геномной лабораторией компании «Биотек кампус» Евгений Климук.

– Любая фундаментальная наука со временем переходит в технологию. А генетика сейчас находится на пике своего развития. Она врывается во все области, в которые может быть органично встроена: медицину, сельское хозяйство, биобезопасность. Данные, которые можно получить при помощи генетических технологий, по своему применению просто бездонны.

– Да, кампус предназначен для достижения конкретной цели. Мы должны до конца 2025 г. собрать базу генетических данных россиян – 100 000 геномов. И для реализации этого научного проекта нам, с одной стороны, нужно было создать центр генетических исследований, обеспечить сбор образцов, вовлеченность участников, а с другой – решить кадровый вопрос, поскольку в этой области существует дефицит специалистов. На данный момент «Биотек кампус» – это и технологическая площадка (по сути, фабрика по производству цифровых геномов), и площадка для обучения студентов.

– Зайду издалека: когда ученым удалось расшифровать геном человека, это было равносильно полету в космос. Расшифровка первого генома стоила очень дорого – несколько миллиардов долларов. Но благодаря тому, что эту задачу удалось решить, генетические технологии шагнули вперед и стали доступны практически для всех. Теперь узнать свой геном можно за $1000.

Мы, в свою очередь, проводим масштабное популяционное исследование – пытаемся охарактеризовать генетический состав России. Подобные научные работы проводились и в других странах, но, поскольку фенотипически жители разных частей света отличаются, мы не можем всецело положиться на достижения той же западной науки. Тем более что Россия занимает очень большую территорию и здесь проживает множество народностей. Наша страна исторически находилась на границе смешения миграционных потоков. Чтобы успешно применять генетические технологии в медицинских или научных целях, необходимо понимать особенности именно наших популяций. Можно сказать, что мы пытаемся познать Россию через геном.

– Это число научно обосновано. Считается, что 1000 образцов позволяет получить адекватное представление о популяции на генетическом уровне. В России проживает около 70 крупных этносов и 20 – суперкрупных. Округлив, мы и получаем 100 000.

– Как я уже сказал, нас можно сравнить с фабрикой. Конфигурация оборудования делает наш геномный центр самым современным, компактным и эффективным в мире, а вычислительный кластер входит в топ-20 суперкомпьютеров России.

На входе у нас практически всегда (в 99% случаев) один материал – цельная кровь. Если вы посмотрите любой фильм про молекулярных биологов, вы уснете от скуки: все, что они делают, – берут пипеткой жидкость и переносят из одной пробирки в другую. По крайней мере, так кажется со стороны. Сам ученый, конечно, понимает, что у него в пробирке бурлит химическая реакция, одни молекулы превращаются в другие. Эта операция очень трудозатратная, занимает продолжительное время. И от того, насколько она квалифицированно выполняется, зависит исход эксперимента. А к нам в центр поступает 100–200 образцов крови в день. Поэтому ее дозированием занимается робот, способный одновременно работать с 96 образцами. Ему не нужно спать, не нужно есть, не нужно концентрировать свое внимание. Он просто движется по координатам, как 3D-принтер, и никогда не ошибается. Роботизация таких рутинных операций очень сильно повышает эффективность и гарантирует более высокий результат.

В каждой пробирке, попадающей в лабораторию, 4 мл крови. А нам нужно всего 200 мкл, т. е. совсем маленькая капля. Робот при помощи программы, которую мы написали, берет эту каплю и переносит в другую лабораторную тару, после чего другой робот проводит несколько этапов очистки, убирает из раствора с разрушенными клетками крови все ненужные компоненты. Через два часа остается просто прозрачная водичка – чистая ДНК. Она проходит контроль качества, а затем начинается самый сложный процесс – приготовление библиотек. Мы маркируем каждый образец на молекулярном уровне – присваиваем так называемый молекулярный баркод. Именно он позволит соотнести получаемые цифровые геномные данные с переданным образцом, анализировать и приходить к каким-то выводам. Это сложный многостадийный процесс, он занимает сутки. Получившиеся библиотеки (те же пробирки, но образцы в них промаркированы) мы помещаем в секвенатор. Он уже без нашего участия в течение 28 часов цикл за циклом определяет последовательность в каждом фрагменте ДНК и оцифровывает ее. Эти данные поступают на серверы, и биоинформатики их анализируют. То есть геном из ряда химических молекул превращается в цифровую информацию, которая хранится и обрабатывается на самой современной и защищенной IT-инфраструктуре.

– Такие масштабные научные проекты, как наш, невозможно реализовать только силами академического сообщества. Необходимо и очень большое финансирование, и серьезный управленческий опыт. «Роснефть» – одна из крупнейших компаний в России со значительными ресурсами и компетенциями, которые она направляет в том числе на решение важных государственных задач. А создание не только самого большого в стране, но и одного из крупнейших генетических центров в мире, безусловно, задача государственного значения. Поэтому «Роснефть», будучи главным технологическим партнером Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий, активно участвует в ее реализации.

– Здесь следует уточнить, что участники – это, как мы говорим, «условно здоровые» россияне, т. е. не пациенты медицинских организаций. Анализ полученного массива данных позволяет нам создать референсный геном – своего рода стандарт, с которым можно будет сравнивать индивидуальные показатели, чтобы найти отклонение или выявить некую особенность. Поэтому важно охватить всю Россию.

В этом смысле «Роснефть» – идеальный партнер для нас, поскольку у компании огромный географический охват. Начали мы с Москвы, затем отправились на юг России, в Поволжье, в Сибирь, а сейчас уже движемся в сторону Дальнего Востока.

– Да, с нами сотрудничает уже около 20 федеральных медицинских центров и региональных клиник. Например, от Центра детской гематологии, онкологии и иммунологии им. Дмитрия Рогачева мы получили уже более 4000 образцов крови. Мы понимаем, что это все дети с серьезными заболеваниями и им требуется незамедлительная диагностика и лечение. Поэтому каждую неделю резервируем 100 квот для них и стараемся узнать, что происходит с пациентом на генетическом уровне.

– Мы стараемся в кратчайшие сроки предоставить максимальный объем информации, который врачи затем могут проанализировать и имплементировать. Так помощь пациентам приходит быстрее и она более прицельная и высокотехнологичная. Конечно, не всегда мы находим причину заболевания, но в 40–50% случаев можем понять, что произошло в клетках, из-за чего болезнь получила развитие.

– Генетика показывает, каким образом организм усваивает те или иные вещества, в частности лекарственные препараты. Это необходимо для подбора пациенту правильного медикамента, его дозировки. То есть речь идет о персонализированном подходе к лечению. Другой важный аспект – мы можем проанализировать образец не только пациента, но и его родственников. Так мы понимаем, как заболевание наследовалось, и можем помочь всей семье. Очень важно взаимодействие с врачами. Раньше мы не могли даже представить, что наши пожелания будут учтены медицинским сообществом. Но сейчас мы обмениваемся с врачами информацией и наблюдаем высокую заинтересованность с их стороны.

– За год проект вышел на максимальную мощность. Мы собрали уже 70 000 образцов, из них секвенировали более 50 000, обогнав плановые показатели. И наша цель, 100 000 геномов до конца 2025 г., очевидно, выполнима. Но работа будет продолжена и после ее реализации. В будущем мы планируем двигаться в сторону большей представленности именно медицинских образцов, чтобы более точечно изучать заболевания.

– Проект с рабочим названием «1000 арктических геномов» сейчас находится в подготовительной стадии. Изучение генетики арктических видов – популяции диких оленей, белых медведей, различных рыб, ластоногих, моржей, медуз, птиц – позволяет узнать, какие процессы в Арктике происходят сегодня. Но в перспективе на базе этого исследования произойдут новые, возможно неожиданные, открытия в науке и медицине.

Например, изучая арктический организм, можно понять, за счет чего он приспосабливается к экстремальным условиям жизни, какие особенности метаболизма обеспечивают выживание в суровом климате. Вероятно, найдется способ это знание применить. То есть получение первого в мире полного генома белого медведя, к чему мы стремимся, конечно, поднимет престиж российской науки, но это только начало.