Дешевше, ніж безкоштовно. За кілька років людей привчать торгувати своїм геномом
Люди давно вже звикли, що високі технології з кожним роком дешевшають і стають все більш широко доступними. Це стосується комп'ютерів, мобільного зв'язку, інтернету та цифрового телебачення, сонячних електростанцій і електрокарів, а скоро, можливо, торкнеться і космічні польоти.
Тим не менш під здешевленням технологій завжди розумілося лише скорочення їх ціни у скільки-то разів, але мова не йшла про те, щоб вона впала до нуля або ще нижче. Проте саме така перспектива чекає приголомшлива одну з найбільш просунутих біомедичних технологій - секвенування генома. Про це оголосив видатний американський генетик, професор Гарвардського університету і Массачусетського технологічного інституту Джордж Черч у двох розлогих інтерв'ю: у травні - журналу 52 Insights, в липні - журналу Medium.
Журнал 52 Insights, розповідаючи про Черче, зазначив, що його називають "самим цікавим вченим на землі", а Medium, представляючи співрозмовника, назвав його "самим впливовим генетиком нашого часу". Втім, прогноз Черча заслуговує уваги швидше з іншої причини: він є одним з найбільш активних і успішних підприємців у цій сфері. Заснована ним компанія Veritas Genetics ще в березні 2016 р. перша у світі опустила ціну секвенування генома, включаючи вартість інтерпретації і генетичного консультування, нижче $1000. Також Черч став співзасновником компанії Nebula Genomics, презентованої в лютому 2018 р. Саме вона, за визнанням Черча, збирається платити людям за їх секвенування генома, причому не в якомусь невизначеному майбутньому, а вже в найближчі місяці. "Я витратив величезну частину своєї кар'єри, домагаючись зниження ціни технологій, - говорить Черч, - і я сподіваюся, що вже в цьому році ми знизимо ціну секвенування ДНК нижче нуля. Сподіваюся, ми будемо платити людям за те, щоб їх геном був розшифрований".
Навіщо це потрібно
Для компанії накопичений банк даних про персональних ДНК представляє велику цінність, і чим він більший, тим далі можна просунутися у вивченні генетичного різноманіття людства і винаході нових генетичних терапій. Nebula Genomics зазначає, що секвенування персонального геному дозволить краще діагностувати, запобігати хворобам і персоналізувати терапію. Крім того, якщо геномні дані будуть передані дослідникам, то виявляться виявлено причини багатьох захворювань і будуть розроблені нові ліки. Ці можливості обіцяють створити ринок геномних даних на мільярди доларів. Nebula Genomics прямо зізнається, що вона "прагне очолити цей ринок, що розвивається".
Про масштаби вже проведених операцій на ринку геномних даних дають уявлення такі приклади. У 2012 р. американська біофармацевтична компанія Amgen придбала за $415 млн ісландську компанію Decode Genetics, яка секвенировала геноми 2636 ісландців з метою виявлення генетичних варіацій, пов'язаних з хворобами. У 2015 р. компанія 23andMe отримала від іншої американської біотехнологічної компанії Genentech $60 млн за доступ до свого генетичного банку даних. У липні 2018 р. британська фармацевтична компанія GlaxoSmithKline оголосила про початок співпраці з 23andMe з метою розробки нових препаратів з урахуванням генетичного аналізу. Ексклюзивне партнерство строком на чотири роки включає $300 млн інвестицій GlaxoSmithKline в акціонерний капітал 23andMe.
Коли компанії запускають власні проекти секвенування, це теж вимагає величезних капіталовкладень. Наприклад, у 2016 р. британсько-шведська фармацевтична компанія AstraZeneca, оголосивши про запуск проекту секвенированию 2 млн геномів, пообіцяла інвестувати в нього "сотні мільйонів доларів" протягом 10 років. У січні 2018 р. американська компанія Regeneron Pharmaceuticals анонсувала створення консорціуму з статутним фондом $50 млн для часткового секвенування 500 тис. геномів з британського Biobank.
Компанії Черча, щоб обігнати конкурентів, вже почали співпрацю з приватними клініками, пропонуючи їх пацієнтам секвенування генома. Так, у січні 2018 р. клініка Мейо, є одним з найбільших приватних медичних і дослідницьких центрів світу, стала акціонером Veritas Genetics, щоб зробити секвенування генома широко доступним для здорових людей з метою профілактики захворювань.
А в травні 2018 р. Nebula Genomics і Longenesis - спільне підприємство біотехнологічної компанії Insilico Medicine і блокчейн-групи BitFury - оголосили про співпрацю у створенні нової галузі, яку вони назвали економікою даних про життя. Згідно із заявою партнерів вони планують створити платформи, що використовують технологію блокчейн для обміну генетичними даними, медичними записами та іншої біологічної інформацією. В даний час Longenesis використовує штучний інтелект для зберігання та обміну даними і результатами, пов'язаними зі здоров'ям, тоді як Nebula Genomics використовує блокчейн для зберігання геномних даних. План партнерства полягає в тому, щоб об'єднати обидві ці технології. "Nebula Genomics створює ринок, який забезпечить справедливу і ефективну економіку геномних даних. Longenesis побудував аналогічну платформу, яка фокусується на довготривалих даних про стан здоров'я, тому наші платформи дуже добре доповнюють один одного", - підкреслює Черч.
Якщо пацієнти, чиї медичні записи зібрані у банку даних Longenesis, погодяться на секвенування ДНК, щоб поповнити банк даних Nebula Genomics, то вийде унікальний масив інформації, аналіз якого дозволить виявити кореляції між генетичними варіаціями і різноманітними патологіями. Завдяки цьому тандем двох компаній зможе на роки випередити конкурентів у цьому напрямку і стати монопольним постачальником ексклюзивних відомостей найбільшим фармацевтичним корпораціям. Така перспектива робить доплату пацієнтам за секвенування генома економічно вигідною.
Вигода для держави
Втім, ще більшу вигоду від зниження ціни секвенування ДНК можуть отримати уряду. І якщо вони цю вигоду усвідомлюють, то буквально за 10 років зможуть привчити людей до генетичного контролю. Правда, сам професор про це прямо не говорить, але висновки з його слів кожен може зробити сам.
Можливість розшифровки генома повинна бути у всіх, впевнений Черч. Якщо б така практика стала масовою, ми могли б заощадити сотні мільярдів доларів, які витрачаються на охорону здоров'я - з-за того, наприклад, що близько 5% дітей народжуються з дуже серйозними генетичними порушеннями. Люди враховували б це і уникали ризикованих спілок, коли і він, і вона є носіями мутантного гена. Можна навіть створити програмне забезпечення, щоб потенційні шлюбні партнери самі перевіряли свою генетичну сумісність, вводячи розшифровки своїх геномів.
Ще один приклад такого роду - несумісність лікарських засобів. За підрахунками клініки Мейо, понад 7% ліків, схвалених Адміністрацією продовольства і медикаментів (FDA) США, викликають негативну реакцію у пацієнтів з деякими генетичними варіаціями. Зокрема, ще 10 років тому з'ясувалося, що варфарин, зазвичай призначається для розрідження крові, може призводити до смертельних внутрішніх кровотеч у людей, які генетично схильні до цього. Знання персональних фармакогенов має допомогти лікарям у визначенні правильного вибору і дозування ліків для призначення пацієнтам.
Також величезну вигоду обіцяє профілактика захворювань у людей з різними генетичними відхиленнями. Наприклад, візьмемо неалкогольний стеатогепатит - хронічне ураження печінки запального характеру, зумовлене її жировим переродженням. За даними клініки Мейо, у США це найпоширеніша форма хронічного захворювання печінки, від неї страждають 80-100 млн американців. Недавні дослідження показали, що ця хвороба генетично обумовлена. Якщо знати про кожну людину, до яких захворювань він генетично схильний, то можна видати йому рекомендації про дієту, яка дозволить як можна довше зберегти здоров'я.
Словом, завдяки секвенированию геному люди зможуть дізнатися, яка їжа їм підходить, яких ліків слід уникати і з ким не треба заводити дітей. Якщо провести секвенування персональних геномів в масштабах країни, це різко збільшить частку здорових працездатних людей в населенні. Як наслідок, економіка отримає стимул для зростання і до того ж має покращиться демографічна ситуація. Так що державний інтерес є, і недалеко час, коли уряди різних країн вирішать скористатися цією можливістю.
Швидкість здешевлення
Звичайно, реалізація цих планів потребує чималих витрат. Але вартість секвенування персонального геному з кожним роком зменшується, причому досить різко. За 2001-2017 рр. вона впала у 80 тис. разів - з $95,3 млн до $1150 за геном. Такі дані наводить Національний інститут досліджень людського геному, що входить у систему Національних інститутів здоров'я США. Очікується, що протягом наступних кількох років ціна секвенування генома знизиться до $100.
При цьому методи секвенування ДНК постійно розвиваються. Один з напрямків - створення достатньо дешевої технології флуоресценції, яка дозволить фарбувати елементи ДНК (нуклеотиди A, G, T і C) у різні кольори для зручності дослідження геному. Вивчивши цю картину під мікроскопом і записавши її на камеру, можна буде швидко і надійно визначити, в якому порядку розташовані нуклеотиди в ланцюзі. Таке флуоресцентне секвенування можна об'єднати з технологією доповненої реальності, щоб отримати більш наочне і ясне зображення, говорить професор Черч.
За його словами, розвиток і здешевлення технологій призведе до того, що вони стануть доступні індивідуальним користувачам. "В майбутньому, я думаю, з'являться і портативні гаджети для розшифровки генома - не тільки вашого власного. Їх можна буде використовувати для аналізу навколишнього середовища на наявність алергенів і патогенів та отримання інформації про інших людей та інших живих істот поруч з вами", - прогнозує Черч.
Як генетики продовжать наше життя
Професор малює досить оптимістичні картини майбутнього. Він не втомлюється підкреслювати стрімкість розвитку технологій. Те, що вважалося неможливим або дуже дорогим вчора, сьогодні стає загальнодоступним, а завтра стане буденним. До таких перспективних можливостей він відносить і збільшення тривалості життя людини.
Не слід думати, каже Черч, що є якесь універсальне рішення проблеми подовження життя - якась їжа, дієта або ліки, щоб цього домогтися. Можна нарахувати майже десяток шляхів, якими йдуть дослідження в цій сфері. Зокрема, це боротьба з запальними процесами, ремонт мітохондрій - клітинних електростанцій (в обох випадках можна використовувати спеціальні білки), відновлення теломер - кінцевих ділянок хромосом, що коротшають з віком, і т. д. Багато з таких методів були перевірені на мишах, експерименти показали їх ефективність.
Ще один напрямок - генетична терапія. Зараз стадію клінічних випробувань проходять близько 2000 генних терапій. Якщо у людини відсутній той чи інший білок або його функції порушені, то можна доставити в організм сам цей білок або ген, який його кодує. Крім того, можна спроектувати нові білки, які будуть робити щось нове в тілі, і з допомогою генної терапії навчити організм створювати їх. Також можна знайти рідкісних людей з виключно цікавими білками. Наприклад, є люди, які перемогли ВІЛ-СНІД навіть без лікування. І якщо дізнатися, завдяки яким білків їм це вдалося, то за допомогою генної терапії можна навчити організми інших людей створювати такі білки.
Черч підкреслює свою незгоду з деякими "червоними лініями", які пропонуються в генетичних дослідженнях, наприклад, з відмовою від генетичного модифікування ембріонів та репродуктивних клітин. Якщо така модифікація допоможе позбутися від спадкової генетичної мутації, то чому б цим не скористатися. Це набагато прийнятніше і набагато безпечніше, ніж стандартна медична практика - аборт.
Можна наростити мізки
Сфера професійних інтересів Черча дуже обширна. Входять до неї і дослідження з штучного вирощування і пересадки пацієнтам різних тканин і органів, в т. ч. тканин мозку.
"У наших дослідах по вирощуванню тканин мозку зі стовбурових клітин, - розповідає Черч, - ми домоглися створення структур обсягом приблизно в півмільярда клітин, це більше, ніж мозок миші. Ми можемо виростити клітини різних тканин мозку. Надалі їх можна буде використовувати для аналізу ефектів тих чи інших генетичних порушень, для тестування нових ліків або нових методів лікування, включаючи і генну терапію".
Вирощені таким чином тканини в перспективі можна буде використовувати і для пересадки, щоб замінити ділянки мозку, постраждалі від хвороб. Є надія, що це допоможе впоратися, наприклад, з хворобою Паркінсона та епілепсію. Іншим можливим використанням є регенерація ділянок мозку, що зазнали пошкодження або розриви (такі травми зазвичай викликають параліч).
Тут напрошується припущення, що деякі з здорових людей захочуть додати собі мозкової тканини. Для цього потрібна впевненість у безпеці технології, але, на думку професора, таке можливо.
Фрагменти мозку, вирощені в лабораторії, можна буде використовувати і як основу для штучного інтелекту. Адже людський мозок у багатьох відношеннях далеко перевершує комп'ютерні системи і при цьому витрачає значно менше енергії. Не виключено, що в майбутньому з'явиться комп'ютер, який буде використовувати мозкову тканину людини.
І це не єдиний перспективний напрямок биокомпьютерных технологій. Зараз, наприклад, розробляються технології зберігання інформації в ДНК. Це обіцяє приблизно в мільйон разів більшу щільність інформації, ніж та, якої можна досягти в традиційному кремнії або інших неорганічних носіях. Можливо, чисто біологічні системи штучного інтелекту виявляться перспективніше, ніж неорганічні або навіть гібридні системи.
Супермозг замість суперкомп'ютера
Звичайно, все це може здатися фантастикою. Але не варто забувати, що Черч займається тими дослідженнями, на які він знаходить гроші, причому чималі. І подібними дослідженнями займається не одна група, а цілий ряд команд (нехай і з неоднаковими успіхами) в різних країнах. І якщо комп'ютерні технології хваляться ростом, то біотехнології, як зазначає Черч, ростуть ще швидше - сверхэкспоненциально. Тому скоро вони можуть стати не дорожче комп'ютерних і почати конкурувати з ними на їх полі.
І тут ми повертаємося до тієї теми, з якої почали, - секвенированию геному. Повний опис геному людини займає не менше 200 гігабайт. Якщо будуть розшифровані геноми, скаже, 1 млрд осіб, то на зберігання цієї інформації потрібно 200 ексабайт. Це означає, що геномні банки даних за своїм обсягом перевершать будь-які бази відео - та текстових даних. До того ж геномні банки будуть поповнюватися даними про генному редагуванні. Всю цю інформацію необхідно не тільки зберігати, але й обробляти. Так що і з цієї точки зору ми знову приходимо до неминучості появи біокомп'ютера.
Звучало вже багато пророцтв про суперкомпьютерном "великому братові" - штучний інтелект, який буде стежити за всім і вся. Зараз такі віщуни виглядають наївними простаками. Якщо і з'явиться подібний суперкомп'ютер, то він буде біологічним і зможе контролювати нас не тільки зовні, але і зсередини - через наші гени.
Втім, Черч у своїх прогнозах так далеко не зайшов, а зазначив лише, що експерименти по человекоподобному штучного інтелекту неетичні. Однак, як свідчить історія, все, що може бути створено, обов'язково з'являється, і ніяка етика тут не перешкода.