Закон Эшби гласит: чем разнообразнее экосистема, тем она устойчивее, а следовательно, менее подвержена разрушительным влияниям. Согласно исследованиям С. Рампелли, в кишечнике с возрастом снижается биоразнообразие микрофлоры. Уменьшается количество представителей нормофлоры клостридий и бифидобактерий и возрастает доля патобионтов[121] – энтеробактерий и грибов, которые способствуют воспалительным процессам кишечника. Больше всего от подобных изменений страдает бактериальный синтез короткоцепочечных органических кислот – пирувата и бутаноата, необходимых для питания эпителиальных клеток стенки кишечника. С возрастом снижается сахаролитический[122] потенциал микробиоты, однако возрастает протеолитический[123]. Проникновение эндотоксинов[124] патологических бактерий через стенку кишечника в кровь или лимфу может сопровождаться системным воспалением.
Сегодня с помощью технологий высокопроизводительного параллельного секвенирования[125] можно анализировать особенности микробных метаболических путей и «сигнальных систем». Фундаментальным прорывом в развитии метагеномики[126] микробиома человека можно считать создание двух консорциумов: MetaHIT (Metagenome of Human Intestinal Tract) в Европе и HMP (Human Microbiome Project) в США. Ученые из MetaHIT совместно с коллегами из Пекинского института генома создали каталог из 3,3 миллиона бактериальных генов кишечника человека. В это же время исследователями из США были опубликованы геномы микроорганизмов (бактерий и архей), найденных в микробиоте человека. Недавно был создан Русский метагеномный проект (http://www.metagenome.ru), основным участником которого является НИИ физико-химической медицины Минздравсоцразвития РФ. На основе метагеномных данных проводится предсказание риска развития патологий, связанных с дисбалансом микробиоты.
Омиксные биомаркеры старения
Как мы увидели, не существует «идеального» биомаркера старения. В связи с удешевлением современных высокопроизводительных методов изучения биологических молекул многообещающим подходом может стать полный анализ и сопоставление профилей ДНК, РНК, белков и метаболитов[127] людей разных возрастов с разным спектром хронических заболеваний.
Наука, изучающая структуру и функции совокупности всех наших генов, – геномика, белков, – протеомика, метаболитов, – метаболомика. Опираясь на сходство окончаний в этих терминах, биомаркеры, разрабатываемые в рамках этих наук, называют омиксными. Старение – слишком сложный процесс, чтобы полагаться на изменение одного-двух показателей. Поэтому, опираясь на современные технические возможности, исследователи стали анализировать «омики», то есть все совокупности генов, транскриптов, метаболитов и белков (табл. 2).
Таблица 2. Омиксные исследования человека
1 Присоединение метильной группы к цитозину в составе CpG-динуклеотида молекулы ДНК без изменения самой нуклеотидной последовательности ДНК.
2 Класс ядерных белков, выполняющих две основные функции: они участвуют в упаковке нитей ДНК в ядре и в эпигенетической регуляции таких ядерных процессов, как транскрипция, репликация и репарация.
3 Белки, структура которых в основном совпадает со структурой гистона, но свойства несколько изменены из-за различий в аминокислотной последовательности.
4 Закономерная регулярность, образец, рисунок.
5 Малые молекулы РНК, не кодирующие белок, принимающие участие в транскрипционной и посттранскрипционной регуляции активности генов путем РНК-интерференции.
1 Матричная РНК, содержащая информацию о первичной структуре (аминокислотной последовательности) белков.
Геномика
Наиболее развит и доступен каждому уже сейчас геномный подход. Строго говоря, исследования генома не дают нам биомаркеров старения. В геноме лишь кроется ключ к наследственным задаткам, которые достались нам от родителей и свидетельствуют, например, о потенциальном риске синдромов ускоренного старения (наследственных болезнях, при которых в 30 лет люди становятся глубокими старцами) или предрасположенности к тому или иному возрастзависимому заболеванию (раку, сахарному диабету 2-го типа, нейродегенерации). Учет таких рисков и коррекция в соответствии с ними образа жизни и частоты профилактических обследований – залог здорового долголетия. В ряде случаев, когда речь идет о накопленных с возрастом соматических мутациях[128], анализ генома какой-либо ткани (например, клеток крови или кожи) может помочь спрогнозировать риск развития патологии, например опухоли, или оценить общий темп старения.
В основе определения генетической предрасположенности лежит несколько видов анализа.
Во-первых, это исследование снипов – вариаций последовательности ДНК, когда один из нуклеотидов в геноме одного индивидуума отличается от другого. Анализ предрасположенности по снипам стал возможен благодаря масштабным исследованиям ассоциации между заболеваемостью и последовательностью генома у большого количества людей по всему миру.
Полногеномные ассоциативные исследования (GWAS) привели к обнаружению многих снипов, тесно связанных с хроническими заболеваниями, являющимися основными причинами смерти человека (ишемическая болезнь сердца, рак, сахарный диабет 2-го типа) (рис. 14). В настоящее время одновременный анализ сотен тысяч снипов позволяет оценивать риск развития около трех сотен хронических (разные формы рака, сердечно-сосудистые, нейродегенеративные заболевания, сахарный диабет 2-го типа) и наследственных (включая синдромы ускоренного старения Вернера и Хатчинсона – Гилфорда) заболеваний.
Рис. 14. Результаты 1675 GWAS исследований позволили выявить 5303 снипов социально значимых заболеваний (по Hnisz et al., Cell 2013).
Все хронические заболевания являются многофакторными, потому что помимо генетической основы в их развитии важную роль играет образ жизни. Людям, у которых высокий генетический риск данных заболеваний, крайне важно следить за своим питанием и физической активностью, потому что своевременное вмешательство в образ жизни способно не дать риску реализоваться.
Риск возникновения многофакторного заболевания, выявленный по результатам генетического теста, обозначает лишь то, что у человека имеются такие снипы – генетические особенности, которые при проведении масштабного исследования полногеномных (то есть всего генома человека) ассоциаций значительно чаще встречались в группе людей с заболеванием, чем в контрольной группе здоровых. Таким образом, это никакой не приговор, а рекомендация уделить своему здоровью, диагностике и профилактике конкретного заболевания больше внимания.
Генотипирование помогает выявить генетическую предрасположенность к тем или иным заболеваниям для того, чтобы заранее заняться его профилактикой. Часто бывает достаточно изменить образ жизни, чтобы не провоцировать заболевание. Риск, даже если он высокий, – это не будущий диагноз, и это важно понимать.
Для правильного понимания выявленных рисков необходимо построить генеалогическое древо с врачом-генетиком, изучить имеющиеся медицинские документы (анализы, выписки из медицинской карты и др.). Только в совокупности с данными об образе жизни, генеалогии[129] и медицинской истории можно прогнозировать повышение или снижение тех или иных рисков.
Кроме того, по данным генетического теста выявляется индивидуальная реакция на десятки лекарственных препаратов, наследуемость личных качеств, особенности переносимости тех или иных продуктов питания (алкоголя, лактозы, глютена[130] и т.д.).
Во-вторых, в основе анализа генетической предрасположенности лежит изучение вариации количества копий (CNVs) – изменение количества копий (удвоение или выпадение) одного или нескольких участков ДНК. Самым ярким представителем заболеваний этого класса является болезнь Хантингтона. Многократное умножение повтора нуклеотидов ЦАГ в гене IT-15 приводит к образованию токсичного белка хантингтина, вызывающего гибель нервных клеток и тяжелое расстройство нервной деятельности. Избыток или недостаток определенных участков ДНК на хромосомах, как теперь ясно, играет роль в возникновении различных типов опухолей, возрастной макулярной дегенерации, болезни Альцгеймера.
Анализ на снипы и CNVs можно пройти в клиниках, предоставляющих услуги по созданию персонального генетического паспорта.
