Генные Горки: за счет чего расшифровка генома подешевела в три миллиона раз за 10 лет?

Расшифровка человеческого генома - один из самых масштабных и амбициозных проектов в истории науки, - была закончена в 2003 году. На реализацию проекта "Геном Человека", по самым скромным оценкам, было потрачено более $3 миллиардов.

Уже через 10 лет, в 2013 году, калифорнийский стартап 23andme начал продажу генетических тестов по цене $99 за штуку. Всего за 10 лет процедура расшифровки генома перекочевала из дорогих и огромных лабораторий в коммерческие предприятия и стала доступной представителю среднего класса. Такого быстрого скачка не знала, пожалуй, ни одна другая технология в мире - даже компьютерные процессоры дешевеют медленнее, чем тесты днк.

Сложность - не проблема.
В генетическом алфавите всего четыре буквы - а, Ц, Г и Т. каждой букве соответствует свое основание в молекуле днк - ими зашифрована вся информация об организме. В генетической "Книге" каждого человека более трех миллиардов букв (для сравнения, количество символов в "войне и мире" не дотягивает до трех миллионов.
Прочитать 10 миллионов томов "Войны и Мира", каждый из которых на порядок меньше толщины человеческого волоса, - задача сама по себе нетривиальная. За последние десятки лет ученым удалось усовершенствовать методы расшифровки генома настолько, что сегодня этим занимаются автоматические лаборатории без участия человека.
Начиналось все с метода сэнгера, изобретенного в 1970-е годы. В сильно упрощенном виде он выглядит так: сначала необходимый участок днк многократно размножают с помощью химической реакции, затем делят на случайные куски и окрашивают гены светящимися веществами - маркерами, после чего считывают лазером их последовательность. Полученные повторяющиеся куски "Текста" генома анализируются компьютерным алгоритмом - он ищет совпадающие места и "сшивает" буквы, воссоздавая их изначальную последовательность.
Метод сэнгера до сих пор считается одним из самых надежных, но для коммерческого использования он слишком дорогой и громоздкий. В 2004 году американское правительство запустило программу "$1000 за геном": почти сто исследовательских групп получили гранты общей суммой в $230 миллионов. Все деньги пошли на разработку новых методов расшифровки днк.
Задача решилась за 10 лет - к 2014 году стоимость полной расшифровки генома человека действительно упала до тысячи долларов, то есть на 6 порядков. С коммерческой точки зрения самым успешным оказался метод днк - микрочипов.
Микрочип представляет собой твердую полупроводниковую подложку с прикрепленными к ней микроскопическими фрагментами днк, которые называются зондами. Днк - зонды помечены светящимися маркерами, и каждый из них служит для определения одной последовательности нуклеотидов. Метод напоминает перевод книжки на незнакомом языке со словарем, когда приходится искать уже знакомые последовательности символов ( "Слова"), с той лишь разницей, что микрочип позволяет все делать быстро и автоматически.
Именно днк - микрочипы стали технологической основой бизнеса компании 23andme и многих других подобных коммерческих предприятий. Хотя список прорывных методов этим далеко не исчерпывается - например, большой вклад в дело расшифровки геномов новых видов внес метод пиросеквенирования.
От тысячи и ниже.
У человека с бананом 30-40% общих генов. У человека с шимпанзе - 95-98%. Двое людей из разных популяций совпадают генетически на 99, 9%. Несмотря на внешние различия, мы все очень похожи.
Представьте, что есть два издания "Войны и Мира" и точно известно, что они отличаются примерно на 3 тысячи опечаток. В том случае, если нужно отыскать их все, то придется проверить весь текст. Однако если интересны только какие-то конкретные опечатки (например, слово "Волна" вместо "война"), то можно взять оригинальный текст "войны и мира" и найти все места, где нужное слово встречается.
В случае генома таким "Оригинальным" текстом, по которому можно проверять остальные, выступает так называемый референсный геном или "золотой стандарт". Его первый вариант был результатом завершения программы "Геном Человека". С тех пор он постоянно уточняется - на сегодняшний день полностью прочитаны геномы примерно 250 тысяч людей, а в референсном геноме насчитывается всего около 200 пропусков.
В большинстве случаев, когда человек хочет сделать тест, достаточно посмотреть только те участки днк, о которых точно известно, что в рамках одной популяции они более или менее часто (хотя бы у 1%) отличаются. Такие участки называют снипами (или полиморфизмами) - и именно они ответственны за наследственные различия внутри одного вида.
Данные о снипах набираются из статистики. Причем, чем больше статистика (включающая не только днк, но и актуальные данные о пациентах - болезни, привычки, склонности и так далее), тем точнее и достовернее информация о снипах.
Стартап с научными целями.
В 2000 году жена основателя Google Сергея брина Энн войжицки - по образованию биолог, по профессии инвестор, - загорелась идеей создать проект, который мог бы помочь собрать днк всего населения планеты. Ну, или по крайней мере позволил бы стремиться к этой цели.
Так родилась компания 23andme - самый успешный на сегодняшний день коммерческий сервис по расшифровке генома. Первым инвестором компании стал Сергей брин, вложивший в бизнес жены $4 млн. В 2007 году компания впервые вышла на рынок с тестами по цене $999. Фирма предлагала проверить около полумиллиона снипов и узнать много нового о своем организме - от склонности к героиновой зависимости до консистенции ушной серы.
В 2013 году в проект инвестировал $50 млн Юрий мильнер, и 23andme удалось снизить цену тестов до $99. Когда расшифровка генома стала стоить как семейный ужин в ресторане, число клиентов компании начало исчисляться сотнями тысяч. Для проведения теста не нужно даже выходить из дома - пробирка с консервантом приходит клиенту по почте. В емкость нужно старательно поплевать, запечатать и отправить обратно. Через месяц результаты на сайте ждут.
Большая база клиентов 23andme стала хорошим способом привлечения еще большего числа покупателей тестов. Так компания создала что-то вроде закрытой генетической социальной сети.
Родственные связи.
Часть теста 23andme (ее можно заказать и отдельно) посвящена генетическому родству. Она включает анализ не только ядерной днк клеток, но и днк митохондрий - это внутриклеточные образования, доставшиеся людям еще во времена одноклеточных предков.
Тест предлагает узнать о принадлежности к какой-либо народности, процент родства с другими людьми и даже долю днк, который достался вам от неандертальцев. У европейских народов доля днк неадертальцев в среднем составляет около 2% (есть гипотеза, что именно ей люди обязаны светлым цветом кожи), у чистокровных африканцев ее нет вовсе, а у азиатов, помимо неандертальской, есть еще примесь загадочных денисовцев, про которых пока мало что известно.
Дав согласие на обработку своей информации, в базе компании можно найти информацию о ближайших генетических родственниках. К примеру, если прабабушка клиента была из Финляндии, то с некоторой вероятностью в базе 23andme он найдёт в этой стране своих четвероюродных братьев или сестер (степень генетического родства с ними будет более 1%.
Лишь в том случае, если в семье, например, есть легенда про французского предка из 19 века, то и это можно проверить. В этом случае генетических родственников скорее всего найдется даже больше, но степень родства с ними будет меньше.
Сегодня 23andme на международном рынке предлагает только тесты на родство - именно они пользуются самой большой популярностью. В США и некоторых европейских странах можно также сделать тест на здоровье, в который входит проверка более полумиллиона различных снипов. Хотя, по мнению докторов и американских чиновников от медицины, польза от этого теста сомнительна.
Война мировоззрений.
В 2013 году немецкому программисту Лукасу хартману пришел результат теста 23andme, в котором у него была выявлена конечностно - поясная мышечная дистрофия - редкое заболевание, которое приводит к параличу. Оправившись от шока, хартман начал искать у себя симптомы болезни и не нашел ни одного. В ходе разбирательства стало ясно, что в компании ошиблись с анализом данных.
Этот случай объясняет, почему в профессиональном сообществе генетиков сложилось противоречивое отношение к 23andme. В том случае, если одни ученые и медики поддерживают амбициозную цель проекта собрать генетическую информацию миллионов, то другие акцентируют внимание на том, что тесты дают людям ложное представление о генетике. Скепсис существует в отношении именно медицинской части теста - она предоставляет информацию, которая с клинической точки зрения почти ничего не значит, при этом клиенты часто принимают ее чуть ли не за заключение врача.
Простой пример: из результатов генетического теста можно узнать, что риск заболеть диабетом на 5% выше, чем в среднем по популяции. Эта информация с врачебной точки зрения ничего не значит. Единственный совет специалиста, который можно получить в данной ситуации, - что следует здорово питаться и вести активный образ жизни.
Такие вещи, как многофакторность заболевания, недостаток информации о прямой связи между тем или иным геном и болезнью, отсутствие комплексного анализа, сильно снижают полезность медицинских генетических тестов.
Практика показывает, что два анализа, сделанные в разных лабораториях, вполне могут выдать противоположные результаты по тем или иным болезням. Поэтому специалисты советуют подобные исследования проводить только по направлению доктора, а интерпретацию результатов доверять врачам - генетикам.
Ошибки и наказания.
В 2013 году управление по продуктам и лекарствам США (FDA) начало воевать с сервисом 23andme. В FDA хотели, чтобы компания либо перестала позиционировать свои услуги как медицинские, либо привела свою методологическую базу в соответствие со строгими американскими требованиями к медицинским тестам.
Спор между 23andme и регулятором сразу же приобрел мировоззренческий контекст - можно ли давать пациентам доступ к своей генетической информации, не опасаясь того, что они ей неправильно воспользуются или стоит оградить людей от знаний, которые они не в состоянии правильно интерпретировать, чтобы те не занимались опасным самолечением?
Хотя за компанию вступились ученые - генетики, в 23andme в итоге решили отказаться от медицинских рекомендаций и предоставлять американцам только "Голые" данные по снипам. В 2017 году сервису все же разрешили подробнее сообщать о 10 наиболее значимых болезнях, а также проверять мутации генов, способных повлиять на потомство.
Исключение сделано для жителей Канады, Великобритании, Ирландии, Нидерландов, Дании, Швеции и Финляндии. Для жителей остальных стран и вовсе доступен только тест по родству.
Как сделать тест 23andme.
Российское законодательство делает для наших граждан пользование услугами 23andme весьма затруднительным. Дело в том, что закон запрещает россиянам пересылать за границу "Генетический Материал" - никто, правда, точно не может сказать, попадает ли под запрет пробирка со слюной, но 23andme на всякий случай посылки в РФ не отправляет.
Можно сделать отправление из другой европейской страны. Но, пожалуй, удобней всего воспользоваться сервисом, предоставляющим виртуальный почтовый адрес в США (самый популярный - Shipito. com. Так вы сможете купить тест по американской цене (она ниже, чем в Европе), а также заказать не только тест по родству, но и по здоровью. Здесь есть подробная инструкция, как это сделать, а задать вопрос можно в группе во "Вконтакте" - отвечают там редко, но по делу.
Еще проще воспользоваться аналогичным отечественным сервисом и заказать днк - тест в России. Но заплатить придется больше.
Где сделать днк - тест в России.
Российская компания Genotek предлагает полную расшифровку генома за 375 тысяч рублей, что заметно больше американской тысячи долларов. Стоимость тестов Genotek для определения родства, а также наборы по разным категориям здоровья выйдет в 20 тысяч рублей каждый.
В компании "Атлас" комплексное исследование по родству и здоровью обойдется в 30 тысяч рублей. Компания "Мой Ген" - первопроходец российского рынка - также предлагает комплексное исследование за 30 тысяч рублей.
Что ждет в будущем.
Зато можно представить, что будет с рынком в целом. Цена тестов будет снижаться и дальше, хотя темпы снижения уже не будут такими впечатляющими. Качество тестов будет расти, как и качество анализа данных. Причем не только из-за развития технологий, но во многом благодаря набору статистики. Довольно скоро генетические данные будут в медицинской карте большинства людей наравне со всеми остальными. В России уже постепенно вводят в обращение электронные медкарты, что облегчит доступ к генетической информации для врачей. Источник: vc. ru.