что такое омикс технологии

Что такое омикс технологии

По словам заместителя руководителя НИИ клинической и экспериментальной лимфологии – НИИКЭЛ (филиал ФИЦ «ИЦиГ СО РАН») по научной работе, д.м.н. Вадима Климонтова: «Омиксными» принято называть технологии, основанные на достижениях геномики, транскриптомики, протеомики, метаболомики, то есть наук, которые изучают, как устроен геном и как реализуется закодированная в нем информация. Как она преобразуется в структуру белков и, в дальнейшем, в какие-то признаки организма, которые могут иметь значение для диагностики и лечения заболеваний. Иначе говоря, омиксные технологии являются одним из главных инструментов геномной и постгеномной медицины.»

Ожидается, что с развитием омиксных технологий врач при постановке диагноза и при определении тактики лечения будет прежде всего опираться на «генетический паспорт» пациента. В настоящее время омиксные технологии являются молодым направлением и, конечно, методы геномной и постгеномной медицины в стандартные протоколы лечения и диагностики пока не входят. Однако в этом направлении ведутся масштабные разработки.

В отличие от исследований единичных генов, которые уже стали традиционными в современной медицине, геномные исследования будут охватывать особенности всего генотипа (совокупности генов) конкретного пациента. Ожидается, что лечение и диагностика пациентов с применением геномных методов, будет более эффективным. Это связано с тем, что большинство социально значимых заболеваний (атеросклероз, сахарный диабет, злокачественные опухоли), зависит от совокупного эффекта многих генов. Если говорить о постгеномной медицине, то это еще один шаг вперед, позволяющий оценить, как функционирует геном человека в конкретных условиях его жизни.

Кроме того, на основе омиксных технология уже была создана диагностическая система MammaPrint, предназначенная для оценки риска рецидива рака молочной железы или появления метастазов в течение 10 лет после удаления первичной опухоли. Данный тест позволяет врачам принять решение относительно необходимости химиотерапии в качестве дополнительного лечения. MammaPrint разработан голландской компанией Аджендия и основан на экспрессии (перехода из генетической информации в белок или РНК) 70 генов при раке молочной железы ранних стадий. Тест проводится на свежей опухолевой ткани при помощи ДНК-микрочипа. Данный ДНК-тест одобрен FDA в США, а также в Евросоюзе. Информацию о регистрации данного микрочипа в России найти не удалось. Тем не менее на официальном сайте российского медико-молекулярного центра Геномед данную услугу можно найти в перечне. По словам онколога-маммолога из Санкт-Петербурга, у центра Геномед налажено сотрудничество с голландской лабораторией, в которую доставляется биологический материал для дальнейшего тестирования.

Источник

Омиксные технологии – инструменты медицины будущего

Мы продолжаем тему постгеномной медицины, начатую в интервью с одним из участников симпозиума «Системная биология и медицина» (SBioMed-2018) – доцентом Государственного университета Уэйн (Wayne State University, Detroit, USA) Леонардом Липовичем. Сегодня мы попросили прокомментировать эту тему российского ученого – заместителя руководителя НИИ клинической и экспериментальной лимфологии – НИИКЭЛ (филиал ФИЦ «ИЦиГ СО РАН») по научной работе, д.м.н. Вадима Климонтова.

– Вадим Валерьевич, на симпозиуме часто звучал термин «омиксные технологии». Что это такое?

– «Омиксными» принято называть технологии, основанные на достижениях геномики, транскриптомики, протеомики, метаболомики, то есть наук, которые изучают, как устроен геном и как реализуется закодированная в нем информация. Как она преобразуется в структуру белков и, в дальнейшем, в какие-то признаки организма, которые могут иметь значение для диагностики и лечения заболеваний. Иначе говоря, омиксные технологии являются одним из главных инструментов геномной и постгеномной медицины.

– Насколько широко такие подходы, технологии представлены в российском здравоохранении?

– Пока и в мире, и в нашей стране подобная работа идет на уровне научных исследований, поиска. Предполагается, что постгеномная медицина позволит улучшить качество диагностики и прогнозирования протекания болезни. Врач будет формировать индивидуальный набор лекарств, опираясь на «генетический паспорт» пациента.

Но пока это совсем новое направление в медицине, ему всего несколько лет, и сегодня методы геномной и постгеномной медицины в стандартные протоколы диагностики и лечения, конечно, не входят.

– Но уже сегодня обычными становятся, к примеру, генетические анализы у пациентов. Это нельзя отнести к первым элементам геномной или постгеномной медицины?

– Когда исследуется какой-то конкретный ген для выявления мутаций, которые могут иметь отношение к развитию болезни, это еще не геномная и не постгеномная медицина. Это раздел клинической медицинской генетики, который уже можно считать классическим. Следующий шаг – геномная медицина, когда мы оцениваем эффект не одного гена, а особенности генотипа конкретного пациента. Развитие большинства социально-значимых болезней, таких как атеросклероз, сахарный диабет, злокачественные опухоли, зависит от совокупного эффекта многих генов. Каждый из них по отдельности вносит очень малый вклад в развитие патологии, но оценив гены совокупно, мы уже можем более определенно говорить о предрасположенности человека к тому или иному заболеванию. А постгеномная медицина – это еще один шаг вперед, когда мы уже оцениваем, как функционирует геном человека в конкретных условиях его жизни.

– Вопрос уже не из области науки. Очевидно, что введение постгеномной медицины в практику наших больниц потребует обеспечения их специальным оборудованием и соответствующими специалистами. И это дело не одного дня. А сегодня уже ведется такого рода работа?

– Процесс внедрения таких технологий потребует немалых затрат, материальных и интеллектуальных, поэтому очень важно будет понимание того, что эти затраты действительно оправданы. Иначе говоря, геномной и постгеномной медицине нужно будет еще доказать свою эффективность в сравнении с традиционными методами диагностики и лечения. Еще одним важнейшим вопросом является подготовка кадров. Задачи геномной и постгеномной медицины не могут быть реализованы одним специалистом-исследователем, это всегда коллективная работа, в которую, помимо врача-клинициста, включены специалисты в области молекулярной биологии, биохимии, генетики и биоинформатики. Их подготовка проводится, прежде всего, в классических университетах. Хорошим примером может быть наш Новосибирский государственный университет, где фундаментальные основы медицины будущего преподаются и на факультете естественных наук, и в Институте медицины и психологии. Важным шагом на этом пути стало недавнее открытие в НГУ кафедры биоинформатики на факультете информационных технологий, а также междисциплинарной магистерской программы по биоинформатике (при активном участии сотрудников Института цитологии и генетики СО РАН).

– Возвращаясь к науке. Много сегодня в России научных центров, где ведутся исследования в области геномной и постгеномной медицины?

– В основном такая работа сосредоточена в крупных федеральных и национальных исследовательских центрах – в Москве, Новосибирске, Санкт-Петербурге.

– А НИИКЭЛ включен в этот процесс?

– Да, так можно сказать, потому что наш подход в исследованиях заболеваний опирается на анализ комплексных генетических признаков. И этот подход можно считать одной из стадий формирования геномной медицины. Но раньше мы не работали с большими объемами данных (что уже стало неотъемлемым признаком этой отрасли медицины). Сейчас, после вхождения в структуру ФИЦ «Институт цитологии и генетики», мы намерены восполнить этот пробел, планируем использовать появившиеся ресурсы анализа геномов, совокупности белков, нуклеиновых кислот и других молекул для решения клинических задач.

Есть уже ряд конкретных исследовательских проектов, которые в полной мере относятся к сфере геномной и постгеномной медицины. Они направлены на развитие методов прогнозирования течения и персонификации диагностики и лечения таких болезней, как ревматоидный артрит, сахарный диабет и других.

– Ваш прогноз – когда постгеномная медицина станет частью обычной клинической практики? И насколько это будет заметно собственно для пациентов?

– Я думаю, что это вопрос нескольких десятилетий. И этот процесс не пройдет совсем незамеченным. Например, уже сегодня обсуждается вопрос внедрения генетического паспорта человека, в котором будут описаны особенности его генома и связанные с ними риски возникновения тех или иных болезней. В зависимости от этих особенностей можно будет строить профилактические программы, корректировать особенности питания, физической активности и т.д. И это будут уже не общие рекомендации по здоровому образу жизни, а наиболее эффективная стратегия сохранения здоровья конкретного человека. И, конечно, эти технологии существенно повлияют на качество и продолжительность жизни.

Источник

Омикс-биомаркеры и ранняя диагностика: когда счастье возможно

Омикс-биомаркеры и ранняя диагностика: когда счастье возможно

Мечта медицинского биохимика — малоинвазивный диагностический тест, выявляющий заболевания на самой ранней стадии. Из клеток злокачественных опухолей в кровоток поступают все основные типы биомолекул. Нужно научиться эффективно выявлять их среди нормальных компонентов крови или ее плазмы, а затем оценить их диагностический потенциал.

Автор

Редакторы

Одна из важных целей омикс-технологий (в том числе транскриптомики, протеомики, метаболомики) в медицине — это поиск биомаркеров для диагностики распространенных неинфекционных заболеваний, в основном злокачественных опухолей. Часто говорят о ранней диагностике, то есть о тех случаях, когда болезнь выявляют впервые и на ранней стадии. Но всегда ли имеет смысл использовать молекулярные технологии для поиска ранних маркеров? Я хочу поговорить о том, какие параметры характеризуют молекулярные биомаркеры и их сочетания, для каких случаев их следует разрабатывать, а также рассказать о десятилетии развития постгеномных технологий в медицине и о собственном опыте в протеомике рака. Этот материал адресован в основном биологам и физикам, которые занимаются омикс-технологиями, но не всегда вдаются в медицинские подробности. Он поможет им избежать бесполезной работы с точки зрения постановки клинической задачи.

Одна из главных целей постгеномных, или омиксных, технологий в медицине — разработка биомаркеров для диагностики заболеваний [1]. Под постгеномными технологиями обычно подразумевают высокопроизводительное измерение продуктов генной экспрессии — транскриптомику и протеомику [2]. Косвенными продуктами генной экспрессии считают метаболиты, и их анализ — метаболомику — тоже часто причисляют к постгеномным методам, хотя, строго говоря, в составе метаболитов человеческого организма немало ксенобиотиков, которые к работе генома прямого отношения не имеют [3].

«Биомолекула» уже рассказывала, что такое омиксные технологии и как «большие данные» преобразили биологию сегодняшнего и завтрашнего дня: «„Омики“ — эпоха большой биологии» [4].

С другой стороны, возникает вопрос, что же такое биомаркеры, хотя это слово на слуху, и его значение понятно интуитивно. Биомаркер — измеряемый параметр, качественная или количественная характеристика которого свидетельствует о наличии или отсутствии какого-то заболевания или состояния. В широком смысле даже синяк под глазом может быть биомаркером. В клинической медицине такие биомаркеры называют симптомами. А вот в биохимии фигурируют другие, молекулярные биомаркеры, то есть измеряемые разными способами молекулы. И молекулы эти могут быть самыми разными — от простых ионов до высокомолекулярных белков, например антител к разным антигенам [5].

Технологии идентификации различных биомолекул в высокопроизводительном режиме стремительно прогрессируют [2], [6–10]. Совершенствуются и усложняются вычислительные методы обработки «больших данных» [11]. Тем не менее технологический прогресс не отменяет важности баланса омиксных методов и подготовительной клинической работы.

Существенная часть исследований использует в качестве групп сравнения пациентов с заболеваниями (например, со злокачественной опухолью), а в качестве контроля — практически здоровых людей или людей с хроническими патологиями, не имеющими отношения к интересующему заболеванию (в нашем случае — к раку). Иными словами, с помощью омикс-технологий разрабатывают тесты для ранней диагностики — чтобы как можно раньше отличить больных от здоровых, обнаружить заболевание на его ранней стадии [12]. Но всегда ли актуально это сравнение? Какими же свойствами должен обладать биомаркер, чтобы его целесообразно было использовать для ранней первичной диагностики, то есть когда болезнь выявляют впервые?

Я обратил внимание на эту проблему во время работы над грантовыми заявками по фундаментальной медицине [13]. В попытке разработать новые диагностические тесты их авторы часто предлагали сравнивать образцы от пациентов с разными стадиями злокачественных опухолей с пробами от относительно здоровых людей. При этом методы, которыми располагали исследователи, явно плохо соотносились с идеей скрининга — масштабного обследования большого количества здоровых людей для выявления относительно редкого заболевания. Ведь даже самые распространенные злокачественные опухоли, как мы увидим далее, остаются относительно редким явлением.

Что нужно, чтобы тест подходил для ранней диагностики

Не пересказывая учебники, напомню читателю о широко используемых параметрах диагностических тестов — точности, чувствительности и специфичности (см. врезку). Еще одним важным параметром, характеризующим новый тест, служит диагностическая ценность положительного результата (ДЦПР, PPV, positive predictive value) [14]. Она представляет собой отношение числа истинно положительных результатов (когда болезнь найдена верно) к сумме всех положительных результатов, истинных и ложных:

где ДЦПР — диагностическая ценность положительного результата, ИП — число истинно положительных результатов, ЛП — число ложноположительных результатов диагностики.

ДЦПР помогает оценить целесообразность использования теста для повального обследования какой-либо группы людей, то есть скрининга. Ее низкие значения могут сделать диагностический метод затратным и даже небезопасным с точки зрения общей выгоды для обследуемых. Но на этом остановимся чуть ниже.

Диагностические параметры биомаркера

Вновь разрабатываемый диагностический метод должен превосходить все уже существующие, а для этого его нужно сравнить с «золотым стандартом» — наилучшим методом, дающим (почти) безошибочный ответ (рис. 1). Однако, если существует золотой стандарт, зачем тогда новый тест? А затем, например, что он может быть более выгодным клинически или позволяет решать задачу быстрее, проще и дешевле. Так, если золотой стандарт — это инвазивное исследование во время операции или вообще post mortem, его диагностическая значимость, увы, невелика.

Рисунок 1. Как оценить работу диагностического теста? Что, если он сработал неправильно, назвав здорового больным или наоборот? Для этого нам надо знать, что происходит на самом деле. В этом поможет тест, который очень надежен, — «золотой стандарт». Сравнивая новые результаты с этим стандартом, мы можем подсчитать ошибки и решить, есть ли перспектива у нашего метода диагностики.

Основными характеристиками нового теста служат его диагностическая точность, чувствительность и специфичность. Точность — это доля правильно диагностированных случаев среди всех обследованных, как больных, так и здоровых. Чувствительность — доля правильно диагностированных больных людей, а специфичность — здоровых.

Можно догадаться, что чувствительность и специфичность, в отличие от точности, зависят от порогового значения биомаркера или сочетания маркеров. Пороговое значение — это, например, концентрация молекулы в крови, при обнаружении которой (или более высоких значений) мы считаем человека больным. В случае комбинации маркеров такой порог будет более сложной функцией, учитывающей значения нескольких параметров. Если мы сильно снизим порог измеряемой концентрации биомаркера, то обнаружим всех больных (чувствительность 100%), но при этом поставим неправильный диагноз большему количеству не страдающих от заболевания испытуемых. Таким образом, при описании биомаркеров приводить их чувствительность и специфичность по отдельности не имеет смысла.

Представим ситуацию, когда гипотетический омикс-тест (этим термином для краткости обозначим тест, разработанный при помощи геномных и постгеномных технологий) показал выдающиеся результаты и отличает пациентов от условно здоровых людей с чувствительностью и специфичностью 98%. Предположим, что речь идет о распространенной злокачественной опухоли с частотой возникновения в популяции 100 случаев на 100 000 населения: эти числа справедливы, например, для рака предстательной железы в странах-лидерах по заболеваемости им [15]. Подвергнем скринингу эти 100 000 человек. При чувствительности 98% из 100 действительно больных 98 будут правильно диагностированы и лишь двое окажутся пропущенными. При специфичности 98% из 99 900 здоровых людей, которых мы обследуем, диагноз «рак» будет ошибочно поставлен 2%, то есть 1998 из числа обследуемых. Легко рассчитать, что ДЦПР в этом случае составит всего 4,6%, а почти 2 000 человек получат моральный ущерб, и им будет назначено дорогостоящее и, возможно, травматичное обследование (рис. 2). Заметим, что 98-процентные чувствительность и специфичность — параметры, в исследованиях обычно не достижимые.

Рисунок 2. Даже при специфичности диагностики 98% число ложноположительных диагнозов относительно редких заболеваний будет значительным по абсолютному количеству обследуемых. Такие люди, в действительности не имеющие этой болезни, пройдут дорогое и травматичное обследование.

Напрашивается вывод: чтобы омикс-тест был пригоден для ранней диагностики заболевания, требуется выполнение нескольких условий (рис. 3). Во-первых, в случае 100% специфичности ДЦПР автоматически достигнет 100% (см. формулу выше). Это возможно в том случае, когда биомаркер или определенное сочетание биомаркеров выявляется исключительно при патологии, но не в норме, то есть действует качественный принцип «есть или нет». Примером могут служить соматические мутации-водители, возникающие в геноме злокачественной опухоли [16]. Вероятность встретить их в герминативном геноме взрослого человека, не имеющего злокачественной опухоли, исчезающе мала. Если омикс-тесты предполагают обнаружение рака с помощью выявления мутантных последовательностей ДНК, РНК и белка в любом биологическом материале, у этих тестов есть шанс на использование для ранней диагностики.

Рисунок 3. Выбор стратегии клинического исследования для разработки омикс-теста. Представлены условия, которые должны быть выполнены, чтобы тест подходил для ранней диагностики. Клинические потребности управляют дизайном исследования: в зависимости от задачи следует выбирать разные когорты обследуемых.

Другим примером веществ, выявление которых претендует на 100-процентную диагностическую специфичность, служат онкометаболиты, синтезирующиеся исключительно в опухолевых клетках из-за мутаций, модифицирующих активность ферментов [17]. Не стоит забывать, что при абсолютной специфичности тест должен сохранять приемлемую диагностическую чувствительность. Отметим, что к сегодняшнему дню до выхода в практику дошли тесты, основанные преимущественно на мутантной опухолевой ДНК. В них также могут анализироваться участки генома с характерным для опухолей гиперметилированием оснований [18]. При этом явлении «отменяется» транскрипция генов-онкосупрессоров.

Например, с некоторыми оговорками скрининговым тестом для колоректального рака можно признать разрешенный к использованию в США тест для анализа кала Cologuard [19]. Этот тест мультиплексный и к тому же сочетает использование различных методов детекции разных молекулярных событий. Он предполагает количественное измерение ДНК с мутацией в гене KRAS, оценку аномального метилирования генов NDRG4, BMP3 и β-актина, а также иммунный анализ на гемоглобин.

Если специфичность теста не абсолютна, его всё же можно использовать для скрининга состояний, более распространенных, чем злокачественные опухоли. Однако высокие показатели заболеваемости характерны для инфекций, принципы диагностики которых обычно хорошо определены и отличаются от омиксных.

В клинике используют ряд биомаркеров для диагностики злокачественных опухолей, которые иногда позиционируют как скрининговые. В таком качестве выступали, например, различные формы простатоспецифического антигена (ПСА), измеряемые в плазме крови, и другие «раковые антигены» (cancer antigens, CA), обнаруженные в 80-е годы прошлого века иммунологическими методами. Однако диагностические характеристики этих молекул таковы, что сегодня они не прошли бы регулирующие инстанции по большинству показаний, по которым их использовали ранее. Поэтому медицинские сообщества в подавляющем большинстве случаев уже не прибегают к оценке «старых» онкомаркеров для ранней диагностики. Например, анализ уровня ПСА теперь не рекомендуют для широкого скрининга рака простаты [20]. Ведущую роль в ранней диагностике многих опухолей играют методы визуализации [21] и другие подходы, в том числе определение врачом сочетаний симптомов.

Омикс-тесты: от ранней диагностики к оценке рисков

В большинстве случаев панели постгеномных биомаркеров дают результаты, которые не позволяют использовать их для ранней диагностики заболеваний. Однако в медицине есть большая сфера, которая крайне нуждается в разработке и использовании биомаркеров. Речь идет о прогностических и предиктивных биомаркерах, приобретающих ценность уже после постановки диагноза [22]. Без таких маркеров сложно представить персонализированную медицину, которая предполагает разделение пациентов с одним диагнозом на группы и рациональный выбор для них разных видов профилактики и лечения [23], [24]. Несмотря на смысловое сходство упомянутых терминов, они служат для различения биомаркеров, прогнозирующих тяжесть заболевания и вероятность рецидива (прогностические), и биомаркеров, предсказывающих ответ на терапию (предиктивные).

Показательна история первых протеомных биомаркеров. В начале 2000-х годов для классификации образцов плазмы крови предложили использовать масс-спектры почти необработанной плазмы, полученные с помощью прямой MALDI-TOF-масс-спектрометрии [25]. Например, в исследовании, в котором я принимал участие в уже далеком 2005 году, сравнивали масс-спектры образцов от здоровых людей и от пациентов с раком яичников [26]. Скоро стало ясно, что, хотя такой анализ и способен распознавать заболевание, его характеристики не подходят для ранней диагностики. Поэтому рассматривать тесты такого рода как скрининговые перестали. Подход справедливо критиковали за работу в формате штрихкода, без идентификации компонентов диагностического профиля, а когда их всё же идентифицировали, они оказались в основном белками неспецифического воспалительного ответа с высокой концентрацией в крови.

Подробно о масс-спектрометрии рассказывает одна из статей нашего спецпроекта «12 биологических методов в картинках» — «Протеомика» [2]. — Ред.

Одна из американских компаний, которой принадлежали патенты на некоторые компоненты масс-спектрометрических профилей плазмы крови при раке яичников, сместила акценты разработок в сторону прогностического теста. Находки, сделанные при помощи MALDI-TOF-профилей, легли в основу разрешенного к использованию теста OVA1, определяющего уровни воспалительных белов и «старого» маркера CA-125 [27]. Такой тест ни в коем случае не рассматривается как скрининговый, а предсказывает риск злокачественности опухоли у пациенток с ранее выявленными (например, в ходе ультразвукового обследования) образованиями в малом тазу. Разумеется, речи о том, чтобы разделять с помощью этого теста больных и здоровых людей, нет. OVA1 помогает определить объем оперативного вмешательства и стратегию лечения. Этот тест не стал незаменимым на рынке из-за открытия уже биохимическими, а не протеомными методами, конкурентного биомаркера — белка HE4 [28]. В сочетании с СА-125 он выполняет аналогичные тесту OVA1 функции в составе дуплексного теста с оригинальным алгоритмом оценки риска ROMA [29]. Этот тест доступен и российским пациентам.

Биомаркеры: термины

Число выполняемых в нашей стране проектов по созданию диагностических омикс-тестов, как представляется по заявкам, подаваемым в российские научные фонды, растет. Ими нередко управляют специалисты, отвечающие за сложную технологию, то есть физики, химики или биологи, которым помогают врачи. К сожалению, в ряде таких проектов, несмотря на огромные усилия, связанные с технической частью работы, современные приборы и реагенты, бывает некорректно и поверхностно поставлена клиническая задача, которая может оказаться заведомо невыполнимой. Например, для создания диагностического омикс-теста выбирают те опухоли, ранняя диагностика которых уже на достаточном уровне достижима методами визуализации.

В этой статье, где я упоминаю некоторые эпизоды из развития научного направления, в котором участвовал [26], [30], [31], хочется призвать сообщество, занимающееся постгеномными технологиями, эффективно контактировать с просвещенными клиницистами для постановки правильных, современных медицинских задач. Диагностические параметры омикс-анализов, обсуждаемые в этой работе применительно к злокачественным опухолям, относятся к любым неинфекционным заболеваниям, при диагностике которых имеет смысл применять молекулярные тесты. Во многих случаях адекватно поставленные задачи омикс-технологий, в особенности протеомики и метаболомики, связаны с разделением пациентов с уже поставленным диагнозом на группы для более корректного управления заболеванием, оценки рисков и назначения эффективной терапии.

Флагманское исследование по ранней диагностике рака

Уже после того, как первая версия этой статьи была опубликована [32], в журнале Science вышла значимая для направления работа, где для первичной диагностики восьми типов злокачественных опухолей сочетают анализ панели соматических мутаций в циркулирующей в крови ДНК (так называемая жидкая биопсия) и восемь уже применяемых белковых биомаркеров плазмы крови [33].

Сама постановка и результат масштабного исследования, в которое было вовлечено чуть менее 2 000 человек, хорошо согласуется с описанными здесь принципами омикс-эксперимента для первичной диагностики. Все используемые биомаркеры были направлены на достижение максимальной специфичности, а чувствительность — невысокая для отдельных компонентов теста — нарастала за счет множественности (мультиплексности) анализа.

Ассоциированные со злокачественными опухолями мутации тестировали примерно в 2000 положений нуклеотидов в составе 16 наиболее «злостных» раковых генов. Всё это делалось на циркулирующей в кровотоке свободной ДНК, в которой концентрация отдельного мутантного звена на начальных стадиях болезни не превышает одну молекулу на миллилитр. Поэтому для анализа требовалась особо чувствительная мультиплексная ПЦР [34]. Восемь белковых биомаркеров были «экспрессионными», то есть для вклада в диагностику их оценивали не качественно, как соматические мутации, а количественно. Их подбирали из ранее опубликованных работ так, чтобы при любой, даже невысокой чувствительности они при каком-либо пороге отсечения давали высокую специфичность. Как видим, основное в омикс-тесте — это контроль высокой специфичности, а с чувствительностью уже как сложится. Действительно, тест, который назвали CancerSEEK, на внушительной выборке обеспечивал специфичность выше 99%, а его чувствительность сильно варьировала в зависимости от типа опухоли. Она достигала впечатляющих показателей при раке яичников и печени (более 90%), но была намного ниже при раке молочной железы (менее 40%).

В упомянутом исследовании Джошуа Коена в Science проиллюстрирована тактика создания омикс-тестов для первичной диагностики злокачественных опухолей по плазме крови. Если такой тест достигнет рынка, что зависит от результатов его дальнейших проверок и его технических и экономических характеристик, процент выявленных злокачественных опухолей на ранних стадиях возрастет, а значит, большая часть из них будет излечиваться хирургически без дополнительной терапии. В сочетании с успехами в области преодоления иммунологической толерантности в отношении метастатических опухолей (лекарства-ингибиторы иммунного «контрольно-пропускного пункта» [35], различные противоопухолевые вакцины и подобные им способы, например, технология CAR-T [36]), можно ожидать, что в ближайшие десятилетия рак перейдет в разряд заболеваний с высокой вероятностью полного излечения.

Омикс-технологии — это всего лишь инструмент, пусть и изощренный. Работы по поиску биомаркеров, использующие эти технологии, иногда грешат отсутствием в постановке задачи какой-то гипотезы. Дескать, так как мы видим всё, мы всё равно что-нибудь найдем. Недостатки такого подхода могут быть скомпенсированы исключительно «грубой силой», то есть использованием большой выборки пациентов. Если у вас небольшой фундаментальный проект (а таково подавляющее большинство выдаваемых в нашей стране грантов), то лучше ограничить себя проверяемой гипотезой, чем претендовать на исчерпывающий анализ. Даже работа с биомаркерной панелью CancerSEEK, которую я подробно разобрал, по сути, была направленной, а не пыталась осуществить всеобъемлющий анализ. Как мне стало известно, в академическом мире повсеместно отказываются от протеомного и метаболомного профилирования во имя биомаркеров. Сами технические подходы при этом не отвергают (рис. 4), но используют в исследованиях, направляемых какими-либо гипотезами. Например, проекты по «безыдейному» профилированию сейчас, как правило, уже не поддерживаются грантами Общества Макса Планка в Германии и многими другими научными фондами и организациями.

Рисунок 4. Омикс-биомаркеры злокачественных опухолей в плазме крови. Отличительная черта разработки большинства омикс-тестов для диагностики — отсутствие какой-либо гипотезы. Ведь могучая техника позволит нам видеть почти всё — вот маркеры и проявятся! Но наиболее успешными были те проекты, где аналитические методы не «расстреливали» всё подряд по принципу дробовика, а основывались на большом научном заделе. Это панели раковых мутаций, например те, что использовал Джошуа Коен с коллегами [33], составленные по «большим данным» проектов по секвенированию геномов злокачественных опухолей. Большинство известных омикс-технологий сегодня используют для поиска продуктов опухолевых клеток в периферической крови. Это называют геномикой для поиска раковых мутаций в циркулирующей ДНК [18]. В тех же ДНК ищут характерные для опухолей участки гиперметилирования с помощью эпигеномики [37]. Транскриптомику используют для профилирования в плазме крови различных РНК, в особенности микроРНК [38]. Протеомика в формате иммунологических тестов [6] и масс-спектрометрии [2] помогает в поиске белковых биомаркеров. Масс-спектрометрия также способна обнаруживать характерные для рака метаболиты (метаболомика).

По материалам статьи автора, опубликованной в журнале «Биомедицинская химия» [32], с дополнениями.

Источник