Расшифровка генома человека позволяет ученым установить различия в генетическом строении человека и других организмов, а также понять, насколько отличаются друг от друга разные представители человеческого вида. Хотя значительная часть генома одинакова у всех людей, ученые выяснили, что геномы разных людей отличаются примерно в 1–3 % последовательностей. Весь геном человека содержит примерно 3 миллиарда пар оснований. (ДНК состоит из двух цепочек нуклеотидов, организованных в двойную спираль. Каждый нуклеотид имеет одно из четырех возможных оснований. Парой оснований называются два нуклеотида в противоположных звеньях цепочек, соединенные с помощью водородной связи.) Таким образом, геном каждого человека содержит примерно четыре миллиона последовательностей и отличается от остальных представителей населения в целом. Около трех миллионов этих вариаций отличаются только на один нуклеотид, это называется однонуклеотидным полиморфизмом. Такие генетические вариации (порой с различием всего в одном основании гена, состоящего из тысяч оснований) теоретически могут иметь широкомасштабные последствия.
Гены кодируют белки, и замена одного основания может изменить структуру белка и, как следствие, его функцию. Это изменение может повлиять на устойчивость человека к определенному заболеванию или его реакцию на какой-то лекарственный препарат, вакцину или другой стимул. Однако основная масса вариаций генов не оказывает ощутимого влияния на здоровье человека, многие болезни развиваются под влиянием нескольких генов, а также других факторов, таких как окружающая среда и образ жизни.
В медицине появилось новое направление. Это трансляционные исследования, цель которых состоит в скорейшем переходе от теоретических лабораторных испытаний к практическому применению новых методик в лечении пациентов. Задача ученых заключается в том, чтобы провести исследование, которое быстро привело бы к совершенствованию терапевтических методов. После расшифровки генома человека исследователи занялись сбором данных о генетических факторах, влияющих на развитие сердечно-сосудистых заболеваний. По мере накопления знаний в этой области ученые все ближе подбираются к тому, чтобы сделать реальностью так называемую персонализированную медицину. Персонализированная медицина учитывала бы информацию о геноме отдельного человека на всех этапах охраны его здоровья: профилактики, диагностики и лечения. Генная терапия и лечение стволовыми клетками также могут коренным образом изменить кардиологию, в частности, дав возможность восстанавливать поврежденные ткани сердца.
Персонализированная медицина
С 1970-х годов благодаря значительному расширению технологических возможностей появилось много новых отраслей науки. Например, геномика занимается изучением генома и генов живых организмов, а протеомика – изучением белков и их взаимодействия в живых организмах. Геном человека постоянен на протяжении жизни, но экспрессия разных генов в белки разными клетками происходит в разное время. Таким образом, уровни белков в клетке или в организме постоянно меняются.
Геномика и протеомика совместно с другими новыми областями науки способствуют развитию персонализированной медицины. Ее цель состоит в понимании того, как огромный объем информации, зашифрованный в наших генах и получаемый путем анализа белков, мог бы помочь в разработке оптимальной стратегии профилактики, диагностики и лечения. Персонализированная медицина пока только начинает свой путь, хотя уже удалось добиться существенного прогресса в области диагностики и лечения онкологических заболеваний.
Персонализированная медицина помогла бы выявлять пациентов с повышенным риском развития сердечно-сосудистых заболеваний задолго до появления у них первых симптомов. Традиционно профилактика таких заболеваний базируется на контролировании факторов риска, таких как повышенный уровень холестерина, повышенное артериальное давление, диабет и курение. Однако во многих случаях болезнь развивается при наличии только одного фактора риска или вообще при их отсутствии. Исследователи ищут новые способы выявления пациентов с высоким риском возникновения сердечно-сосудистых заболеваний, пытаясь выделить гены или белки, которые помогли бы предсказать наличие повышенного риска у конкретного человека.
На данный момент ученые определили как минимум двадцать три участка генома, называемые генетическими локусами, потенциально связанные с повышенным риском развития ишемической болезни сердца в зависимости от наличия определенных вариаций генов. Некоторые из этих вариаций влияют на распространенные факторы сердечно-сосудистого риска, такие как уровни ХС ЛНП, ХС ЛВП и гипертония. Например, изменения в гене PCSK9 могут существенно повлиять на уровень ХС ЛНП. Один вид изменения данного гена приводит к чрезвычайно высокому уровню ХС ЛНП, схожему с тем, что наблюдается при таком редком генетическом заболевании, как наследственная гиперхолестеринемия. Другой вид изменения гена PCSK9 вызывает пожизненно низкий уровень холестерина, приводя к снижению ХС ЛНП на 28 % у афроамериканцев и на 15 % – у представителей белокожего населения. Люди с такими генетическими вариациями имеют пониженный риск ишемической болезни сердца: у афроамериканцев он снижается на 88 %, а у представителей белокожего населения – на 47 %.
Многие другие генетические локусы, ассоциируемые с ишемической болезнью сердца, не оказывают влияния на традиционные факторы сердечно-сосудистого риска, а многие расположены на генах, ранее считавшихся не связанными с развитием ишемической болезни сердца. Участок хромосомы 9, называемый хромосомой 9р21, широко изучается исследователями. Примерно у половины населения, как считается, есть один однонуклеотидный полиморфизм (ОНП) на хромосоме 9р21, связанный с повышенным риском ССЗ, и примерно у четверти населения – два ОНП. При наличии двух ОНП риск развития ишемической болезни сердца на 25 % превышает риск при наличии одного ОНП, а у людей без ОНП на данной хромосоме риск на 25 % ниже, чем при наличии одного ОНП. Однако хромосома 9р21 не связана ни с одним из известных генов, что дает некоторое представление о сложности генетических исследований. Генетический анализ на наличие ОНП на хромосоме 9р21 и других вариаций по-прежнему считается экспериментальным методом и пока не имеет широкого применения в диагностике ишемической болезни сердца.
Хотя существуют тысячи заболеваний, вызванных изменением всего в одном гене (например, серповидноклеточная анемия и муковисцидоз), есть и более распространенные заболевания, среди них ИБС, диабет и рак, которые развиваются под влиянием сразу нескольких генов в сочетании с факторами образа жизни и окружающей среды. Наличие одного или нескольких ОНП, связанных с болезнями сердца, может повысить сердечно-сосудистый риск, тем не менее вероятность фактического развития болезни во многом определяется образом жизни. Одним из направлений персонализированной медицины может быть выявление пациентов, более склонных к развитию сердечных заболеваний в силу генетических факторов. Эти люди могли бы получать индивидуальное лечение в целях профилактики болезни, в том числе усиленный контроль факторов риска.
Одной из целей персонализированной медицины является использование исследований в области геномики и протеомики для более точной диагностики сердечно-сосудистых заболеваний. Анализируя экспрессию генов и уровни белков в здоровых и больных тканях, ученые получили бы возможность выявить молекулярные рисунки, ассоциируемые с различными заболеваниями сердца. Например, у пациентов с тяжелой сердечной недостаточностью уровни белков могут отличаться от показателей здоровых пациентов или пациентов, имеющих сердечную недостаточность средней тяжести. Если бы ученым удалось обнаружить такие маркеры тяжелой формы сердечной недостаточности, диагностика, в настоящее время полагающаяся на поступившие от пациента сведения о симптомах, стала бы более унифицированной и точной. Также это позволило бы врачам успешнее отслеживать развитие болезни и на каждом этапе подбирать наиболее эффективный курс лечения.
Мозговой натрийуретический пептид, обнаруженный в 1988 году, представляет собой пример белка, используемого в качестве маркера для выявления пациентов с сердечной недостаточностью; сейчас исследователи изучают его возможные связи с другими заболеваниями. В сфере онкологических исследований ученые научились отличать здоровые клетки от раковых на основании их ДНК вместо изучения образцов ткани под микроскопом. Им также удалось установить модели генов, указывающие на то, у каких пациентов может быть более благоприятный прогноз и кто с большей вероятностью отреагирует на стандартное лечение.
