Взломать Дарвина: генная инженерия и будущее человечества: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Возможно (и неудивительно!), что Китай вступил на самый агрессивный путь создания собственного генофонда в промышленном масштабе. Например, недавно объявленная программа с 15-летними инвестициями в размере 9 миллиардов долларов направлена на развитие национального лидерства в области точной медицины и подавление аналогичных программ по всему миру[71]. Тринадцатая пятилетка по развитию биотехнологической промышленности, разработанная Национальной комиссией по развитию и реформам Китая, нацелена на получение геномов по меньшей мере 50 % всех новорожденных (включая прегестационное, пренатальное и неонатальное тестирования) к 2020 году и поддержку сотен отдельных проектов по секвенированию геномов и сбору клинических данных с частными компаниями и местными органами власти[72]. Китай также активно продвигается к созданию единого и общедоступного формата для ведения электронных медицинских карт по всей стране и обеспечению того, чтобы способы защиты конфиденциальных данных не мешали исследователям, компаниям и правительству получать доступ к информации.

Ожидается, что аналогичные программы по всему миру в ближайшее десятилетие позволят секвенировать порядка 2 миллиардов человеческих геномов[73]. Интерпретация огромного массива данных, сопоставление его с электронными медкартами и анамнезом, а также интеграция с большим набором данных из других биологических систем человека – все это требует гораздо большей вычислительной мощности, чем доступна нам сейчас. Но с развитием потенциала суперкомпьютеров во всем мире исчезают почти все сомнения в том, что эта цель достижима[74].

Объединение такого гигантского объема личной и генетической информации в публичную и оцифрованную базу данных станет почти что невыполнимой задачей, если каждый человек начнет принимать индивидуальное решение, секвенировать собственный геном или нет. Вместо этого геномы будут секвенироваться у большинства тех, кто родился с помощью ЭКО и отбора эмбрионов, обращался к врачу или посещал больницу. Все это станет частью стандартной, как измерение пульса сегодня, процедуры, которая поможет коллективно перейти от системы универсальной медицины к новому миру персонализированной, то есть точной, медицины.

Наш современный мир медицины в основном базируется на средних значениях. Например, не всякое лекарство помогает всем людям на планете. Но даже если лекарство эффективно хотя бы для умеренного процента людей, то регуляторные структуры часто его утверждают. Если же вы придете в кабинет обычного врача с состоянием, которое можно вылечить данным препаратом, то есть чрезвычайно простой способ убедиться в его эффективности – просто попробовав. Если вы приняли обычный антикоагулянт варфарин и он вам помог, это доказывает, что препарат вам подходит. Если вы – один из 100 человек, у которых варфарин вызывает внутреннее кровотечение и, возможно, летальный исход, то вы об этом точно узнаете, но иногда слишком поздно.

Во времена, когда нам не хватало знаний об особенностях работы отдельных организмов, общая медицина была нашим единственным способом врачевания. В грядущей эре персонализированной медицины такой подход сравним с лечением пиявками. Вместо обращения к обычному врачу вас диагностирует пара из врача и ИИ. Все лечение заболеваний, от головных болей до онкологии, будут подбирать исходя из эффективности препаратов именно для вас. Медицинская помощь и медкарта будут основываться на индивидуальной биологии каждого человека, включая возраст и пол, состояние микробиома, метаболические показатели и гены.

«Врачи всегда признавали, что каждый пациент уникален, – заявил президент США Барак Обама в своем ежегодном послании Конгрессу в 2015 году, – и врачи всегда пытались как можно лучше адаптировать схему лечения к особенностям организма. Теперь вы можете проводить переливание крови, исходя из ее группы, – это стало важным открытием. Но что если сопоставлять лечение от рака с нашим генетическим кодом так же просто? Что если подбор правильной дозы препарата не сложнее измерения температуры?» Вскоре после этого администрация Обамы объявила о старте Precision Medicine Initiative, призванной создать «новую эры медицины, в которой исследования, технологии и программы позволят пациентам, исследователям и поставщикам услуг вместе работать над развитием персонифицированной терапии»[75].

Прогресс в этом направлении измеряется по одной инициативе за раз. В 2018 году Geisinger Health System из Данвилла, штат Пенсильвания, заявила, что предлагает всем своим пациентам бесплатное секвенирование генома в рамках стандартных профилактических мер. Предварительное исследование Geisinger показало действенные результаты у 3,5 % пациентов[76]. Выявление потенциальных опасностей в будущем может быть полезно пациентам и способно спасти жизни. Что до системы здравоохранения, то секвенирование генома пациентов позволяет улучшить качество лечения. Кроме того, оно может даже увеличивать доход от использования дополнительных услуг в краткосрочной перспективе и экономить средства за счет предотвращения более серьезных заболеваний. С точки зрения общества раннее выявление генетических аномалий в перспективе может сделать население более здоровым и снизить последующие траты на уход.[77]

Несмотря на то что неэффективность систем здравоохранения, слабые познания в генетике у врачей общей практики и консервативность медицинской культуры в целом по всему миру могут замедлить этот переход, миллионы, а затем и миллиарды людей повсеместно со временем секвенируют свой геном, и это станет сдвигом в сторону персонализированной медицины[78]. Благодаря этому процессу все больше и больше данных о генетике, жизни и здоровье нашего вида будут переноситься в электронный вид, позволяя нам проводить анализ сложных биологических процессов в промышленных масштабах.

Чем больше людей секвенирует геном, тем ниже становится стоимость процедуры, а наши вычислительные мощности для проведения необходимых аналитических исследований больших данных возрастают, равно как и наше понимание сложных генетических закономерностей. Помимо лучшего понимания эффекта от растущего числа одногенных мутаций, мы начинаем изучать более сложные генетические закономерности, способные привести к таких патологиям, обусловленным полимерными, или множественными, генами, как ишемическая болезнь сердца, диабет и гипертония.

Этот процесс уже идет полным ходом. Исследователи из Института Брода разрабатывают алгоритм и сайт, которые позволят людям оценить свою генетическую предрасположенность к ряду комплексных заболеваний, включая ишемическую болезнь сердца, мерцательную аритмию, диабет второго типа, воспалительное заболевание кишечника и рак молочной железы. Письмо института в Nature Genetics, датированное августом 2018 года, гласит: «Для ряда распространенных заболеваний при идентичном или даже большем риске заболеваний обнаружение полигенных мутаций позволяет выявить значительно большую долю населения, чем это возможно при анализе редких моногенных мутаций»[79].

Genomic Prediction, стартап, основанный в 2017 году Стивеном Хсу, использует передовые методы компьютерного моделирования для оценки процентного риска отдельно взятых предымплантированных эмбрионов к развитию ряда признаков и сложных генетических отклонений, включая умственную отсталость[80]. Компания является ранним примером расширенного ПГТ будущего. Такой «полигенный рейтинг», основанный на статистических вероятностях, станет связующим звеном между высокой достоверностью наших сегодняшних предсказаний многих отклонений, вызванных моногенными мутациями, и нашей будущей способностью к обнаружению более сложных нарушений, обусловленных как минимум сотнями или тысячами генов.

Но нельзя сказать, что наше изучение генетики будет ограничиваться лишь профилактикой и лечением комплексных генетических заболеваний. На самом деле это только начало. Сочетание вспомогательных репродуктивных технологий с аналитикой больших данных, машинным обучением и ИИ начнет стремительно менять не только сам процесс зачатия, но и природу наших детей.

Чтобы разобраться в сложных генетических заболеваниях, мы должны понять, на какие системы организма влияют эти гены. Например, чтобы понять генетику когнитивных нарушений, нам нужно изучить генетику разума. Чтобы оценить генетическую предрасположенность к преждевременному старению, нужно понять более широкие генетические механизмы самого старения. Чтобы понять карликовость, необходимо разобраться в биологии роста. Иными словами, стремление изучить генетические аномалии и взобраться по лестнице познания нашей генетической сложности заставит нас понять генетику бытия.

И как только мы начнем осознавать генетические основы наших человеческих качеств, нам придется признать, что генетическая революция – это нечто гораздо большее, чем простая забота о здоровье. Речь идет о том, кто и что мы сейчас – и в нашем будущем. Потому что именно эта серия последовательных шагов изменит эволюционную траекторию для нас как вида.

Глава 3

Расшифровывая личность

Добро пожаловать в клинику репродуктивного здоровья. Год 2035-й.

Последний раз вы были здесь 10 лет назад, когда проходили процедуру ЭКО и скрининга эмбрионов, чтобы ваша прекрасная дочь не родилась с ужасными заболеваниями, обусловленными одногенными мутациями. Сейчас этой дочери 10 лет, она активно растет, поддерживая вашу веру в важную роль скрининга эмбрионов для улучшения здоровья ребенка. Наблюдая за тем, как она и другие дети каждый день выходят из школы, вы жалеете детей, рожденных с генетическими отклонениями, которых можно было бы избежать, если бы родители зачали их в лаборатории, а не поддались эгоистично плотскому позыву.

Воспитывая свою дочь в течение целых 10 лет, вы уделяли особое внимание все возрастающему количеству открытий, указывающих на важную роль множественных генов в проявлении признаков и болезней. Вы вернулись в ту же клинику репродуктивного здоровья, в которой были 10 лет назад, прошли из того же зала ожидания в кабинет того же врача… но в этот раз многое выглядит иначе.

– Доктор, – говорите вы, входя в ее кабинет, – приятно вас снова увидеть. В прошлый раз я была в таком восторге от ЭКО и отбора эмбрионов, что хотела бы это повторить. – Сейчас вы чувствуете себя гораздо спокойнее, чем 10 лет назад. Стерильно белый цвет стен сменился на мягкие пастельные тона – светло-голубые и бледно-лиловые. Стулья прошли долгий путь от промышленных экземпляров до современных. В кабинете слабо пахнет розами.

Доктор поднимается из-за стола и приветствует вас с теплой улыбкой:

– Так говорят все. Могу я предложить вам капучино?

Вас сильно удивил этот вопрос. С каких это пор в кабинетах врачей предлагают услуги бариста? Похоже, с тех пор как вы были здесь в последний раз, искусственное оплодотворение стало конкурентоспособным бизнесом по обслуживанию клиентов.

– Можно мне без кофеина?

– Все пройдет достаточно легко, – говорит доктор, а затем на мгновение поворачивает голову, чтобы продиктовать ваш заказ кофемашине. – Вы шли в ногу со временем еще 10 лет назад, когда оплодотворили у нас 10 своих яйцеклеток.

– Все эти годы я сплю гораздо лучше, зная, что другие девять эмбрионов до сих пор заморожены. Трудно представить себе, что когда-то я рассматривала и иные варианты. Я не была уверена в том, что захочу еще детей. Но последние несколько лет меня не покидало чувство, что завести второго ребенка – это правильное решение.

– А мы, в свою очередь, сделаем все возможное, чтобы превратить это чувство в ангельскую и радостную действительность. Сахар?

– Одну ложку, пожалуйста.

– Вот что я вам рекомендую, – продолжает доктор, подходя к вам с керамической кружкой бирюзового цвета. – Давайте разморозим шесть из девяти оставшихся эмбрионов, а затем, как и в прошлый раз, извлечем из каждого по пять клеток с помощью ПГТ.

– Хорошо, – отвечаете вы. Доктор продолжает изъясняться на том же прагматичном языке, что и 10 лет назад.

– Затем мы секвенируем эти клетки в каждом из шести эмбрионов и сообщим, кто из этих будущих детей может стать носителем заболеваний, вызванных одногенными мутациями. Все как в прошлый раз.

[71] David Cyranoski. China’s Bid to Be a DNA Superpower // Nature. – No. 534 (2016). PP: 462–463. URL: http://www.nature.com/news/china-s-bid-to-be-a-dna-superpower-1.20121.

[72] В качестве примера можно привести китайскую провинцию Цзянсу. Она объединилась с Государственным комитетом по делам здравоохранения и планового деторождения КНР, чтобы секвенировать геномы 1 миллиона человек и создать крупнейшую платформу по секвенированию и анализу больших наборов биомедицинских данных. Кроме того, свои масштабные базы данных о геномах создают китайские компании BGI Shenzhen и WuXi NextCode, а также дочерняя компания deCODE из Исландии. См. Dou Shicong. Jiangsu Government Unveils Plans to Sequence Genes of 1 Million Subjects // Yicai Global, 30 октября 2017 года. URL: https://www.yicaiglobal.com/news/jiangsu-government-unveils-plans-to-sequence-genes-of-1-million-subjects; Jiangsu Officially Launches Million Population Genome Sequencing Project // China News, 29 октября 2017 года. URL: http://www.chinanews.com/gn/2017/10–29/8362987.shtml; Preetika Rana. Made-to-Order Medicine: China, U.S. Race to Decode Your Genes // Wall Street Journal, 20 сентября 2017 года. URL: https://www.wsj.com/articles/china-rushes-to-surpass-u-s-in-decoding-citizens-genes-1505899806; David Cyranoski. China Embraces Precision Medicine on a Massive Scale // Nature News, 6 января 2016 года. URL: https://www.nature.com/news/china-embraces-precision-medicine-on-a-massive-scale-1.19108.

[73] Bertil Schmidt, Andreas Hildebrandt. Next-Generation Sequencing: Big Data Meets High Performance Computing // Drug Discovery Today. – No. 22 (2017). PP: 712–717.

[74] Valeria D’Argenio. The High-Throughput Analyses Era: Are We Ready for the Data Struggle? // High-Throughput – No. 7 (2018). P: 8.

[75] White House Precision Medicine Initiative. Национальное управление архивов и документации. URL: https://obamawhitehouse.archives.gov/precision-medicine/. Программа по точной медицине Precision Medicine Initiative переросла в инициативы Cancer Moonshot и All of Us. В 2018 году Уильям Лейн с коллегами опубликовал важное исследование, показывающее, что, в отличие от традиционных методов анализа, секвенирование полного генома точнее определяет группу крови для переливания и потенциально спасает больше жизней. Robert Flower, Eileen Roulis, and Catherine Hyland. Whole-Genome Sequencing Algorithm for Blood-Group Typing // The Lancet Haematology 5. – Vol. 6 (2018). – doi:10.1016/s2352 –3026(18)30064–4.

[76] Ellie Kincaid. Geisinger Says DNA Sequencing as Preventative Care Is Ready for the Clinic // Forbes, 9 мая 2018 года, дата обращения: 12 мая 2018 года. URL: https://www.forbes.com/sites/elliekincaid/2018/05/07/geisinger-says-dna-sequencing-as-preventative-care-is-ready-for-the-clinic/?sh=7fe1fe8a4d63.

[77] Все это, разумеется, встроено в крайне иррациональную систему здравоохранения США, что создает массу ложных стимулов для всех.

[78] Robert Green et al. Whole-Genome Sequencing in Primary Care // Annals of Internal Medicine 167. – Vol. 3 (2017). – doi:10.7326/p17–9040.

[79] Amit V. Khera et al. Genome-Wide Polygenic Scores for Common Diseases Identify Individuals with Risk Equivalent to Monogenic Mutations // Nature Genetics. – No. 50 (13 августа 2018 года). – doi:10.1038/s41588-018- 0183-z.

[80] About Genomic Prediction // Genomic Prediction, дата обращения: 5 августа 2018 года. URL: https://genomicprediction.com/about/.