Дешевле, чем бесплатно. За несколько лет людей приучат торговать своим геномом

Люди давно уже привыкли, что высокие технологии с каждым годом дешевеют и становятся все более широкодоступными. Это касается компьютеров и мобильной связи, интернета и цифрового телевидения, солнечных электростанций и электрокаров, а скоро, глядишь, затронет и космические полеты.

Тем не менее под удешевлением технологий всегда понималось лишь сокращение их цены во сколько-то раз, но речь не шла о том, чтобы она упала до нуля или еще ниже. Однако именно такая ошеломительная перспектива ожидает одну из самых продвинутых биомедицинских технологий - секвенирование генома. Об этом объявил выдающийся американский генетик, профессор Гарвардского университета и Массачусетского технологического института Джордж Черч в двух пространных интервью: в мае - журналу 52 Insights, в июле - журналу Medium.

Журнал 52 Insights, рассказывая о Черче, отметил, что его называют "самым интересным ученым на земле", а Medium, представляя собеседника, назвал его "самым влиятельным генетиком нашего времени". Впрочем, прогноз Черча заслуживает внимания скорее по другой причине: он является одним из самых активных и успешных предпринимателей в этой сфере. Основанная им компания Veritas Genetics еще в марте 2016 г. первая в мире опустила цену секвенирования генома, включая стоимость интерпретации и генетического консультирования, ниже $1000. Также Черч стал соучредителем компании Nebula Genomics, презентованной в феврале 2018 г. Именно она, по признанию Черча, собирается платить людям за секвенирование их генома, причем не в каком-то неопределенном будущем, а уже в ближайшие месяцы. "Я потратил огромную часть своей карьеры, добиваясь снижения цены технологий, - говорит Черч, - и я надеюсь, что уже в этом году мы снизим цену секвенирования ДНК ниже нуля. Надеюсь, мы будем платить людям за то, чтобы их геном был расшифрован".

Зачем это нужно

Для компании накопленный банк данных о персональных ДНК представляет большую ценность, и чем он крупнее, тем дальше можно продвинуться в изучении генетического разнообразия человечества и изобретении новых генетических терапий. Nebula Genomics отмечает, что секвенирование персонального генома позволит лучше диагностировать, предотвращать болезни и персонализировать терапию. Кроме того, если геномные данные будут переданы исследователям, то окажутся выявлены причины многих заболеваний и будут разработаны новые лекарства. Эти возможности обещают создать рынок геномных данных на миллиарды долларов. Nebula Genomics прямо признается, что она "стремится возглавить этот развивающийся рынок".

О масштабах уже проведенных сделок на рынке геномных данных дают представление следующие примеры. В 2012 г. американская биофармацевтическая компания Amgen приобрела за $415 млн исландскую компанию Decode Genetics, которая секвенировала геномы 2636 исландцев с целью обнаружения генетических вариаций, связанных с болезнями. В 2015 г. компания 23andMe получила от другой американской биотехнологической компании Genentech $60 млн за доступ к своему генетическому банку данных. В июле 2018 г. британская фармацевтическая компания GlaxoSmithKline объявила о начале сотрудничества с 23andMe с целью разработки новых препаратов с учетом генетического анализа. Эксклюзивное партнерство сроком на четыре года включает $300 млн инвестиций GlaxoSmithKline в акционерный капитал 23andMe.

Когда компании запускают собственные проекты секвенирования, это тоже требует громадных капиталовложений. Например, в 2016 г. британско-шведская фармацевтическая компания AstraZeneca, объявив о запуске проекта по секвенированию 2 млн геномов, пообещала инвестировать в него "сотни миллионов долларов" в течение 10 лет. В январе 2018 г. американская компания Regeneron Pharmaceuticals анонсировала создание консорциума с уставным фондом $50 млн для частичного секвенирования 500 тыс. геномов из британского Biobank.

Компании Черча, чтобы обогнать конкурентов, уже начали сотрудничество с частными клиниками, предлагая их пациентам секвенирование генома. Так, в январе 2018 г. клиника Мэйо, являющаяся одним из крупнейших частных медицинских и исследовательских центров мира, стала акционером Veritas Genetics, чтобы сделать секвенирование генома широко доступным для здоровых людей с целью профилактики заболеваний.

А в мае 2018 г. Nebula Genomics и Longenesis - совместное предприятие биотехнологической компании Insilico Medicine и блокчейн-группы BitFury - объявили о сотрудничестве в создании новой отрасли, которую они назвали экономикой данных о жизни. Согласно заявлению партнеров они планируют создать платформы, использующие технологию блокчейн для обмена генетическими данными, медицинскими записями и другой биологической информацией. В настоящее время Longenesis использует искусственный интеллект для хранения и обмена данными и результатами, связанными со здоровьем, тогда как Nebula Genomics использует блокчейн для хранения геномных данных. План партнерства состоит в том, чтобы объединить обе эти технологии. "Nebula Genomics создает рынок, который обеспечит справедливую и эффективную экономику геномных данных. Longenesis построил аналогичную платформу, которая фокусируется на долговременных данных о состоянии здоровья, поэтому наши платформы очень хорошо дополняют друг друга", - подчеркивает Черч.

Если пациенты, чьи медицинские записи собраны в банке данных Longenesis, согласятся на секвенирование их ДНК, чтобы пополнить банк данных Nebula Genomics, то получится уникальный массив информации, анализ которого позволит выявить корреляции между генетическими вариациями и разнообразными патологиями. Благодаря этому тандем двух компаний сможет на годы опередить конкурентов в этом направлении и стать монопольным поставщиком эксклюзивных сведений крупнейшим фармацевтическим корпорациям. Такая перспектива делает доплату пациентам за секвенирование генома экономически выгодной.

Выгода для государства

Впрочем, еще большую выгоду от снижения цены секвенирования ДНК могут получить правительства. И если они эту выгоду осознают, то буквально за 10 лет смогут приучить людей к генетическому контролю. Правда, сам профессор об этом прямо не говорит, но выводы из его слов каждый может сделать сам.

Возможность расшифровки генома должна быть у всех, уверен Черч. Если бы такая практика стала массовой, мы могли бы сэкономить сотни миллиардов долларов, которые тратятся на здравоохранение - из-за того, например, что около 5% младенцев рождаются с очень серьезными генетическими нарушениями. Люди учитывали бы это и избегали рискованных союзов, когда и он, и она являются носителями мутантного гена. Можно даже создать программное обеспечение, чтобы потенциальные брачные партнеры сами проверяли свою генетическую совместимость, вводя расшифровки своих геномов.

Еще один пример такого рода - несовместимость лекарственных средств. По подсчетам клиники Мэйо, более 7% лекарств, одобренных Администрацией продовольствия и медикаментов (FDA) США, вызывают неблагоприятную реакцию у пациентов с некоторыми генетическими вариациями. В частности, еще 10 лет назад выяснилось, что варфарин, обычно назначаемый для разжижения крови, может приводить к смертельным внутренним кровотечениям у людей, которые к этому генетически предрасположены. Знание персональных фармакогенов должно помочь врачам в определении правильного выбора и дозировки лекарств для назначения пациентам.

Также огромную выгоду сулит профилактика заболеваний у людей с различными генетическими отклонениями. Например, возьмем неалкогольный стеатогепатит - хроническое поражение печени воспалительного характера, вызванное ее жировым перерождением. По данным клиники Мэйо, в США это самая распространенная форма хронического заболевания печени, от нее страдают 80-100 млн американцев. Недавние исследования показали, что эта болезнь генетически обусловлена. Если знать о каждом человеке, к каким заболеваниям он генетически предрасположен, то можно выдать ему рекомендации о диете, которая позволит как можно дольше сохранить здоровье.

Словом, благодаря секвенированию генома люди смогут узнать, какая пища им подходит, каких лекарств следует избегать и с кем не нужно заводить детей. Если провести секвенирование персональных геномов в масштабах страны, это резко увеличит долю здоровых трудоспособных людей в населении. Как следствие, экономика получит стимул для роста и вдобавок должна улучшиться демографическая ситуация. Так что государственный интерес налицо, и недалеко время, когда правительства разных стран решат воспользоваться этой возможностью.

Скорость удешевления

Конечно, реализация подобных планов потребует немалых затрат. Но стоимость секвенирования персонального генома с каждым годом уменьшается, причем весьма резко. За 2001-2017 гг. она упала в 80 тыс. раз - с $95,3 млн до $1150 за геном. Такие данные приводит Национальный институт исследований человеческого генома, входящий в систему Национальных институтов здоровья США. Ожидается, что в течение следующих нескольких лет цена секвенирования генома снизится до $100.

При этом методы секвенирования ДНК постоянно развиваются. Одно из направлений - создание достаточно дешевой технологии флуоресценции, которая позволит окрашивать элементы ДНК (нуклеотиды A, G, T и C) в разные цвета для удобства исследования генома. Изучив эту картину под микроскопом и записав ее на камеру, можно будет быстро и надежно определить, в каком порядке расположены нуклеотиды в цепи. Такое флуоресцентное секвенирование можно объединить с технологией дополненной реальности, чтобы получить более наглядное и ясное изображение, говорит профессор Черч.

По его словам, развитие и удешевление технологий приведет к тому, что они статут доступны индивидуальным пользователям. "В будущем, я думаю, появятся и портативные гаджеты для расшифровки генома - не только вашего собственного. Их можно будет даже использовать для анализа окружающей среды на присутствие аллергенов и патогенов и получения информации о других людях и прочих живых существах рядом с вами", - прогнозирует Черч.

Как генетики продлят нашу жизнь

Профессор рисует довольно оптимистичные картины будущего. Он не устает подчеркивать стремительность развития технологий. То, что считалось невозможным или очень дорогим вчера, сегодня становится общедоступным, а завтра станет обыденным. К таким перспективным возможностям он относит и увеличение продолжительности жизни человека.

Не следует думать, говорит Черч, ⁠что есть какое-то универсальное ⁠решение проблемы продления жизни - какая-нибудь еда, диета или лекарство, ⁠чтобы этого добиться. Можно насчитать почти десяток ⁠путей, по которым идут исследования в этой сфере. В частности, это борьба с воспалительными ⁠процессами, ремонт митохондрий - клеточных электростанций (в обоих случаях можно использовать специальные белки), восстановление теломер - концевых участков хромосом, укорачивающихся с возрастом, и т. д. Многие из таких методов были проверены на мышах, эксперименты показали их эффективность.

Еще одно направление - генетическая терапия. Сейчас стадию клинических испытаний проходят около 2000 генных терапий. Если у человека отсутствует тот или иной белок или его функции нарушены, то можно доставить в организм сам этот белок или ген, который его кодирует. Кроме того, можно спроектировать новые белки, которые будут делать что-то новое в теле, и с помощью генной терапии научить организм создавать их. Также можно найти редких людей с исключительно интересными белками. Например, есть люди, которые победили ВИЧ-СПИД даже без лечения. И если узнать, благодаря каким белкам им это удалось, то с помощью генной терапии можно научить организмы других людей создавать такие белки.

Черч подчеркивает свое несогласие с некоторыми "красными линиями", которые предлагаются в генетических исследованиях, - например, с отказом от генетического модифицирования эмбрионов и репродуктивных клеток. Если такая модификация поможет избавиться от наследственной генетической мутации, то почему бы этим не воспользоваться. Это гораздо приемлемее и намного безопаснее, чем стандартная медицинская практика - аборт.

Можно ли нарастить мозги

Сфера профессиональных интересов Черча очень обширна. Входят в нее и исследования по искусственному выращиванию и пересадке пациентам различных тканей и органов, в т. ч. тканей мозга.

"В наших опытах по выращиванию тканей мозга из стволовых клеток, - рассказывает Черч, - мы добились создания структур объемом примерно в полмиллиарда клеток, это больше, чем мозг мыши. Мы можем вырастить клетки различных тканей мозга. В дальнейшем их можно будет использовать для анализа эффектов тех или иных генетических нарушений, для тестирования новых лекарств или новых методов лечения, включая и генную терапию".

Выращенные таким образом ткани в перспективе можно будет использовать и для пересадки, чтобы заменить участки мозга, пострадавшие от болезней. Есть надежда, что это поможет справиться, например, с болезнью Паркинсона и эпилепсией. Другим возможным использованием является регенерация участков мозга, претерпевших повреждения или разрывы (такие травмы обычно вызывают паралич).

Тут напрашивается предположение, что некоторые из здоровых людей захотят добавить себе мозговой ткани. Для этого нужна уверенность в безопасности технологии, но, по мнению профессора, такое возможно.

Фрагменты мозга, выращенные в лаборатории, можно будет использовать и как основу для искусственного интеллекта. Ведь человеческий мозг во многих отношениях далеко превосходит компьютерные системы и при этом тратит гораздо меньше энергии. Не исключено, что в будущем появится компьютер, который будет использовать мозговую ткань человека.

И это не единственное перспективное направление биокомпьютерных технологий. Сейчас, например, разрабатываются технологии хранения информации в ДНК. Это обещает примерно в миллион раз большую плотность информации, чем та, которой можно достичь в традиционном кремнии или других неорганических носителях. Возможно, чисто биологические системы искусственного интеллекта окажутся перспективнее, чем неорганические или даже гибридные системы.

Супермозг вместо суперкомпьютера

Конечно, все это может показаться фантастикой. Но не стоит забывать, что Черч занимается теми исследованиями, на которые он находит деньги, причем немалые. И подобными исследованиями занимается не одна только его группа, но целый ряд команд (пусть и с неодинаковыми успехами) в разных странах. И если компьютерные технологии хвастаются экспоненциальным ростом, то биотехнологии, как отмечает Черч, растут еще более быстро - сверхэкспоненциально. Поэтому скоро они могут стать не дороже компьютерных и начать конкурировать с ними на их поле.

И тут мы возвращаемся к той теме, с которой начали, - секвенированию генома. Полное описание генома человека занимает не менее 200 гигабайт. Если будут расшифрованы геномы, скажет, 1 млрд человек, то на хранение этой информации потребуется 200 эксабайт. Это означает, что геномные банки данных по своему объему превзойдут любые базы видео- и текстовых данных. К тому же геномные банки будут пополняться данными о генном редактировании. Всю эту информацию необходимо не только хранить, но и обрабатывать. Так что и с этой точки зрения мы опять приходим к неизбежности появления биокомпьютера.

Звучало уже много пророчеств о суперкомпьютерном "большом брате" - искусственном интеллекте, который будет следить за всем и вся. Сейчас такие прорицатели выглядят наивными простаками. Если и появится подобный суперкомпьютер, то он будет биологическим и сможет контролировать нас не только снаружи, но и изнутри - через наши гены.

Впрочем, Черч в своих прогнозах так далеко не зашел, а отметил только, что эксперименты по человекоподобному искусственному интеллекту неэтичны. Однако, как свидетельствует история, все, что может быть создано, обязательно появляется, и никакая этика тут не преграда.