Резервная копия новгородцев: НовГУ создаёт биобанк крови

Медицина будущего не лечит, а создаёт условия, чтобы человек не заболевал. Секрет долголетия зашит в ДНК: разложив её на составляющие, можно выявить предрасположенность к сахарному диабету, раку и другим болезням. Причём как отдельных людей, так и больших этнических групп. Предиктивная медицина также позволяет избежать назначения неэффективных лекарств. В основе такого подхода — сбор и анализ большого количества данных. Для этой цели по всему миру создаются биобанки крови, тканей, яйцеклеток. В Новгородской области биобанк действует с 2021 года на базе лаборатории НТШ «Биобанк, геномный инжиниринг». В нём хранят и исследуют кровь, ДНК, РНК человека.

Внутри хранилища

Изначально биобанк планировался как центр коллективного пользования, чтобы научные организации могли проводить исследования на нашем оборудовании — сами или с помощью наших сотрудников, — рассказал директор Центра геномного инжиниринга НовГУ Сергей Нора. — Второй момент — это хранение биологических образцов. Кровь у пациентов берут больницы и поликлиники в процессе лечения. После лабораторного анализа её чаще всего утилизируют — медучреждениям незачем, да и накладно хранить биоматериалы.

Но кровь — это колоссальная база для научных исследований, поэтому мы взяли на себя функцию её хранения. По закону каждый образец анонимизируется. В аннотации сохраняются зашифрованные сведения, необходимые для следующих исследований: биохимические показатели, пол и возраст донора, где он жил, что ел, чем болел.

Сергей Нора директор Центра геномного инжиниринга НовГУ

Биобанк расположен в корпусах Института биотехнологий и химического инжиниринга. Он состоит из хранилища биоматериалов, иммунобиологической и учебной лабораторий. В помещениях стоят морозильники, оборудование для молекулярных исследований, боксы для работы с биоматериалом. В перспективе часть помещений задействуют под ПЦР-лабораторию. Сейчас сотрудников здесь нет, а оборудование отключено — лаборатория заработает летом, после получения лицензии от надзорных ведомств. Пока биоматериалы хранятся в лаборатории противотуберкулёзного диспансера на улице Парковой. Там же сотрудники биобанка временно проводят исследования.

— Мы используем в работе несколько морозильников, поддерживающих температуру –20 °C, — рассказал Сергей Нора. — Они предназначены для хранения реагентов и биоматериалов, которым этой температуры достаточно. Есть низкотемпературный горизонтальный холодильник — до –80 °C. В перспективе у нас появится резервуар с жидким азотом. Он будет установлен на улице в пристройке. Жидкий азот используется для хранения образцов в криобанках при сверхнизких температурах (–196 °C). Также предусмотрены стеллажи для хранения сухого материала ДНК и РНК крови: он может находиться при комнатной температуре длительное время. В сухом виде его перевозят из удалённых районов области.

Из высушенной капли крови мы размножаем копии ДНК и РНК. Часть передаём на проведение анализов, например ПЦР-тестов во время пандемии ковида, часть — на хранение в биобанк.

Найти маркеры

Вместе с кровью учёные получают доступ к уникальным биохимическим характеристикам человека и истории его болезни. Но для науки смысл биобанка — в его размерах. Только проанализировав множество историй, исследователи находят общее — маркеры опасных заболеваний.

Это «звоночки» для специалистов, которые говорят: через два года у пациента разовьётся инфаркт, а через пять лет — онкология.

— В молекулярной генетике валидными считаются результаты исследования минимум тысячи образцов одной группы, — пояснил Сергей Нора. — При изучении факторов развития сахарного диабета к одной группе могут относиться образцы крови мужчин от 40 до 50 лет, русской этнической принадлежности, с подтверждённым диагнозом — сахарный диабет. Без услуг биобанка найти одновременно столько образцов затруднительно.

Учёные лаборатории НовГУ ищут генетические факторы развития неэффективности определённых препаратов. В медицинской практике встречаются пациенты, которым по непонятным причинам не помогают лекарства, положенные по протоколу. По разным сведениям, лекарства от повышенного давления не помогают в 10–30 % случаев, от сердечных заболеваний — в 15–25 % случаев. Врачам приходится увеличивать дозировку, а эффект от терапии не наступает. Иногда на подбор стратегии лечения уходит несколько лет — непростительно много для таких заболеваний, как рак или диабет.

— Мы ищем генетические причины неэффективности препаратов для лечения сахарного диабета второго типа, например метформина, — сказал Сергей Нора. — Удалось собрать около 400 образцов. В сборе коллекции участвуют Псковская область, Санкт-Петербург и Ленинградская область. Ещё одна коллекция — из 200 образцов — пациенты с ВИЧ-инфекцией и сопутствующими аллергическими реакциями на лекарства. Образцы отправляются на геномное секвенирование, то есть расшифровку последовательности ДНК и РНК. Для секвенирования мы обращаемся в НИИ.

С помощью генетических тестов учёные НовГУ также изучают резистентность микроорганизмов к антибиотикам и определяют маркеры развития побочных эффектов при приёме лекарств. В фокусе — препараты антиретровирусной терапии, лекарства для лечения онкологических заболеваний, а также противовирусные и антибактериальные средства.

— Будем исследовать молекулярно-генетические факторы нежелательных реакций на препараты для лечения ВИЧ-инфекции из группы антиретровирусных препаратов. Группа других учёных уже выявила один из них на примере абакавира — он отвечает за развитие у пациентов сыпи. Благодаря открытию маркера разработан простой тест. Пациенты проходят его перед назначением терапии. При выявлении маркера терапию меняют. Также можно изучать осельтамивир — противовирусный препарат, в России известный как «Тамифлю». Его основное действие — уничтожение репликации вируса гриппа. Но в составе есть консерванты, которые могут вызвать нежелательные реакции — головную боль, отёк.

Сергей Норадиректор Центра геномного инжиниринга НовГУ

Музей микроорганизмов

В планах лаборатории — создание музея микроорганизмов с коллекцией штаммов III–IV групп патогенности. III группа — возбудители инфекционных болезней, выделяемые в нозологические группы: гонорея, менингит, кишечные, кожные, лёгочные заболевания. IV группа — условно-патогенные микробы, встречающиеся в микрофлоре здоровых людей. К работе с IV группой планируют допускать студентов.

— Если мы получим разрешение на работу с этими группами патогенности, сможем исследовать не только кровь, но и мазки с любых слизистых: глотки, носа, урогенитальных, — отметил Сергей Нора. — Отличие музейного штамма от обычного мазка в том, что штамм чётко определён, мы знаем его особенности и можем проводить контролируемые исследования. Это нужно в учебных целях и для чистоты эксперимента.

Зная, что штамм не мутантный, мы ожидаем определённой реакции на лекарства. На этих штаммах можно испытывать новые антибиотики.

Кровь новгородцев

После официального открытия биобанк рассчитывает оказывать услуги для населения. Пройти тесты на маркеры заболеваний можно будет в одном месте. В лаборатории смогут проводить обследования на ковид, грипп, хронические бактериальные инфекции, а также высокомолекулярные исследования, в том числе при планировании беременности — определять генетические факторы развития диабета, аллергии. Здесь же будут проводиться иммунологические исследования — на антитела к определённым заболеваниям.

— Частая ситуация: человек много лет назад вакцинировался против столбняка, энцефалита и не знает, действует ли ещё вакцина, — пояснил Сергей Нора. — Или не помнит, болел он ветрянкой или нет. Большая ошибка населения — верить, что ветрянкой лучше переболеть в детстве. В случае болезни вирус остаётся в организме навсегда. А после 40, 50, 60 лет возникает угнетение иммунитета и может развиться рецидив ветрянки — опоясывающий лишай, крайне болезненное состояние. Поэтому лучшая защита от ветряной оспы — вакцина. Её уже вносят в Национальный календарь прививок.

Сергей Норадиректор Центра геномного инжиниринга НовГУ

Причины многих тяжёлых системных заболеваний — генетические. Своевременный анализ поможет предотвратить инвалидность.

— Если в организме человека есть гемолитические (вызывающие разрушение эритроцитов. — Прим. ред.) стрептококки группы Б, то вырабатываемые организмом антитела к ним могут вызывать аутоиммунные заболевания, — рассказал Сергей Нора. — Через несколько лет или десятилетий жизни с этим стрептококком развиваются поражения крупных суставов, которые носят не суставную, а системную природу, — ревматоидные артриты. Лечение тяжёлое. Вирус гриппа, кстати, тоже не так прост. Переболевшему вирусной инфекцией желательно знать, болел ли он гриппом или ОРВИ. Дело в том, что после аденовирусов, норавирусов, ротавирусов иммунитет усиливается. А на грипп иммунная система реагирует противоположным образом — сильным снижением. На этом фоне человек может подхватить инфекцию, которой в обычном состоянии не заболел бы.

По-хорошему, пoсле гриппа нужно месяц сидеть дома и ни с кем не контактировать, чтобы иммунитет полностью восстановился.

Одна из глобальных задач биобанка — формирование популяционной коллекции генофонда Новгородской области и, возможно, других областей Северо-Запада.

— Огромная коллекция материалов позволит быстрее и эффективнее искать генетические причины недугов жителей Северо-Западного региона: каких элементов им не хватает в пище, в воздухе, какими болезнями они рискуют заболеть и как быстро. Например, анализируя ДНК раковых клеток, можно определить характерные для нашего региона мутации и выявить самые продуктивные лекарства и комбинации методов лечения. Биоматериал человека можно сравнить с резервной копией. Технологии развиваются с каждым годом, и, возможно, однажды мы сможем заблаговременно вырастить органы для пациента с высоким риском развития рака. Медицина будущего нацелена на жизнь без болезней, — заключает Сергей Нора.

Для фундаментальных исследований генофонда такого масштаба необходимо минимум 10 000 образцов. По словам Сергея Норы, коллекцию удастся собрать за два-три года.