Разобрать клетку на винтики: как омиксные технологии меняют диагностику онкологии

LT: Андрей, ваша группа называется «омиксные технологии». Что скрывается за этими словами ?

АНДРЕЙ КЕЧИН: Мы работаем на стыке фундаментальной науки и прикладных задач. Омиксные технологии — это комплекс направлений: геномика, транскриптомика, протеомика, метаболомика. Наша сверхзадача — собрать воедино различные данные, чтобы найти новые биомаркеры или мишени для терапии. Это позволяет определить, что для какой-то группы пациентов лучше подходит один вид терапии, а для другой надо применять иные методы лечений и то, насколько вероятно, что например, пациент с определённым генотипом опухоли может быть вылечен или хотя бы остановится рост новообразования.

У нас есть отдельный проект, близкий к промышленности. Мы пытаемся создать бактерию, которая будет синтезировать незаменимую аминокислоту триптофан

Помимо фундаментальной науки, у нас есть и прикладные проекты. Например, недавно мы помогали московским коллегам анализировать данные секвенирования пациентов с редкими дерматологическими заболеваниями — ихтиозом и буллёзным эпидермолизом.

Кроме того, у нас есть отдельный проект, близкий к промышленности. Мы пытаемся создать бактерию, которая будет синтезировать незаменимую аминокислоту триптофан. Её используют и в биодобавках, и в сельском хозяйстве. В отличие от лекарств, где путь от лаборатории до аптеки занимает десятилетия и требует миллиардных инвестиций, здесь при успехе продукт можно выводить на рынок практически сразу.

Раньше онкологию изучали через мутации ДНК. Что изменилось сейчас в диагностике заболеваний?

Да, действительно, раньше в опухоли искали мутации клеток. А с развитием секвенирования выяснилось, что и внутри одного новообразования клетки абсолютно разные, с разным спектром мутаций. Тогда стали задумываться, какая доля мутировавших клеток важна, а какие не играют существенной роли. Выяснилось, что клетки могут отличаться не только маленькими мутациями, но и протяжёнными, занимающими по несколько тысяч и даже миллионов нуклеотидов. Одно из наших исследований направлено на то, чтобы понять, насколько опухолевые клетки отличаются не только по точечным мутациям и каким-то глобальным изменениям в геномах, но даже по метаболизму. Это мировой тренд исследований, который связан в том числе с так называемой пространственной транскриптомикой. То есть была просто транскриптомика, где исследовали РНК, а сейчас мы можем исследовать отдельный слой клеток, и в каждой клеточке оценивать активность генов по количеству РНК. Вообще, оказывается, клетки в опухоли настолько разнообразны, что даже утром они могут вести себя не так, как вечером. Пока мы проводим исследование, опухоль уже может измениться. Поэтому следующим этапом, возможно, станет пространственно-временная транскриптомика. Благодаря этим исследованиям мы поймём, что после воздействия одним лекарством нужно использовать другое, нацеленное на другую, слабую сторону опухолевых клеток, чтобы добить оставшиеся клетки новообразования. 

Такое ощущение, что биологи разобрали клетки на винтики: белки, атомы, и скоро научатся пересобирать их для диагностики и лечения…

Вполне возможно, если рассматривать это в системе. Двадцать лет назад мы искали, есть мутация или нет, а теперь понимаем, что важна доля мутантных клеток, их гетерогенность и микроокружение. Чем глубже копаем, тем сложнее становится система. Природа постоянно подкидывает новые загадки. В среднем, как мне кажется, научные знания устаревают достаточно быстро, и примерно каждые пять лет наука поднимается на новый уровень, который действительно позволяет совершенно иначе оценивать те процессы, которые происходят в клетках живых организмов.

Насколько на мутацию клеток влияют стресс, экология, наследственность? Есть ли какие-то результаты исследований этих зависимостей?

В принципе онкологические заболевания можно разделить на те, которые больше связаны с воздействием окружающей среды, и те, которые больше зависят от генетической предрасположенности. Например, онкология желудочно-кишечного тракта напрямую зависит от того, что мы едим. Понятное дело, если мы будем есть продукты, загрязнённые тяжёлыми металлами, какими-то токсинами, то и риски того, что будет онкология ЖКТ, выше. Так же и рак лёгкого – жизнь в экологически загрязнённой среде повышает вероятность заболевания. Курение – один из самых высоких рисков развития онкологии. Там, где солнце более активно, высока вероятность возникновения рака кожи. Поэтому с точки зрения профилактики болезней мы, может быть, ничего нового не открыли. Но сам процесс развития клеток в опухоли, их взаимодействие – здесь наука ушла далеко вперёд.

Где вы берёте материал для изучения? Работаете с мышами?

Нет, мы с мышами не работаем. У нас есть клеточные линии, которые выращивают в специальных чашках. Есть образцы опухолей – мы работаем с онкологическими центрами, в частности, с онкологическим центром имени Блохина в Москве. Поэтому мы работаем как бы с чистыми клеточными моделями и одновременно с реальными образцами. Это даёт возможность проверять некоторые наши гипотезы на практике. Но сразу хочу оговориться: мы не лечим, мы только изучаем природу возникновения онкологии на уровне клеток. Затем эти знания вполне могут быть использованы для создания каких-либо лекарств, но это уже задача других исследователей. У нас уже есть опыт, когда наши разработки использовались для диагностики реальных пациентов, благодаря чему удавалось назначать более эффективную терапию. Диагностика – достаточно перспективное направление, здесь нет таких сложностей, как при создании новых лекарств, и самые передовые методы внедряются гораздо быстрее.

Кто определяет направление научных исследований группы – что сегодня актуально и перспективно в вашей области знаний?

Раньше, в другой лаборатории, я генерировал идеи, и мы обсуждали их с моим научным руководителем. Сейчас у нас создана молодёжная лаборатория, мы обсуждаем перспективные направления с коллегами и сами подаём заявки на гранты Российского научного фонда. Сверху нам ничего не спускают, всё придумываем сами. Приходится постоянно искать специальную литературу, научные журналы мирового уровня смотреть, что нового появляется в мире. А дальше уже экспертный совет оценивает нашу заявку.

У нас в группе есть не только биологи, но и врач. Это упрощает решение многих задач. Объединение в молодёжную лабораторию также даёт свой эффект – больше идей, возможность работы по новым направлениями и больше возможностей молодым сотрудникам проявить себя.

Трудно быть руководителем научной группы?

Есть много новых сложностей, которых нет, когда ты только решаешь поставленную задачу, хотя и в этом случае может быть непросто. Если выданы все протоколы, ещё и с готовыми коммерческими наборами, то, думаю, справится большинство. Но если требуется сделать что-то совершенно новое, и никто не знает, как, то уже непросто. Если же ты ещё и руководитель группы, надо придумывать какие-то новые идеи и уметь самому их оценивать. Не каждая идея может быть реализована: иногда можно начать делать проект, и вообще ничего не получается. Это, безусловно, оказывает сильное давление, но без такого опыта невозможно двигаться дальше. В науке бывает, что результат исследований становится актуальным не прямо сейчас, а скажем, через десять или даже больше лет. Поэтому и успех можно рассматривать по-разному. Я считаю, что если в ходе исследований удаётся получать результаты, применимые на практике и актуальные с точки зрения мировой науки, то в целом это уже успех.

Как, по-вашему, как будет развиваться в дальнейшем направление диагностики онкологических заболеваний?

Сегодня вся медицинская наука движется к персонализации.
Но уже очевидно, что всё-таки есть некоторые пределы: как например, точно узнать, что одно лекарство эффективно, а другое – нет? Это невозможно проверить на одном пациенте, нужна какая-то группа. Как ёе определить, чтобы это был ещё не математический предел, когда мы уже не сможем создать лекарство под конкретного человека? Тем не менее, персонализация терапии явно будет к этому стремиться, не доходя до одного пациента.

Будет более глубокое понимание природы появления опухолевых клеток: почему часть из них выходит из-под контроля организма и начинает развиваться особым образом. Мы сможем лучше понимать, как больные и здоровые клетки взаимодействуют, некоторые результаты сейчас уже получены. И благодаря этим исследованиям можно будет предлагать наиболее эффективные лекарства для пациентов.

Медицина – это помощь нескольким людям, может быть, сотням, если повезёт – тысячам. А наука – это потенциальная возможность сразу помочь тысячам людей, может быть, даже миллионам

Не последнюю роль будет играть и искусственный интеллект. Бывают ситуации, когда нет полного понимания того, как работает тот или иной механизм клеточного взаимодействия, внутреннего развития клетки. Но если данные накапливать, а затем обрабатывать и анализировать системами искусственного интеллекта, возможно, это поможет лучше подбирать терапию даже без точного понимания процессов, происходящих в живых организмах на клеточном уровне.

Андрей, обычно этот вопрос задают в начале интервью, но слушая вас, мне захотелось узнать: почему вы решили стать биологом?

Честно говоря, я всегда мечтал пойти в медицину и стать врачом. Но потом пришло какое-то понимание, что медицина – это помощь нескольким людям, может быть, сотням, если повезёт – тысячам. А наука – это потенциальная возможность сразу помочь тысячам людей, может быть, даже миллионам. И в какой-то момент решил выбрать этот путь. Он, конечно, очень непростой, вероятность совершить открытие здесь меньше, чем возможность в медицине помочь пациенту. Но я верю, что если очень хочешь добиться чего-то большего, стремишься к этому, то с высокой долей вероятности всё обязательно получится.