Диагностика будущего для персонифицированной медицины
Наука протеомика открывает исключительные возможности в области диагностики различных заболеваний и приближает время широкого внедрения персонифицированной медицины. О причинах появления новой науки и некоторых ее особенностях рассказывает Анатолий Соловьев, д-р мед. наук, профессор, зав. отделом экспериментальной терапии и руководитель Межведомственной лаборатории доклинического изучения лекарственных средств ГУ «Институт фармакологии и токсикологии НАМН Украины», дважды лауреат Государственной премии Украины
— Анатолий Иванович, что послужило причиной возникновения новой науки — протеомики?
— Недостаточно высокая эффективность современной фармакотерапии — вот основной вызов. И, конечно, логика развития науки. Расшифровка информации, закодированной в геноме человека, стала в свое время одним из основных событий в биологической науке. Оказалось, что это только начало. Перед учеными возникли новые, еще более глобальные задачи. Дело в том, что генов в организме человека в несколько раз меньше, чем ожидалось. Их
Анатолий Соловьев
количество составляет около 35 тыс., в то время как количество кодируемых в геноме белков — порядка миллиона. Многообразие белков обусловлено наличием таких сложно регулируемых процессов, как процессинг мРНК, посттрансляционные модификации и процессинг белков. Поэтому именно невозможность получения полной информации о составе белков организма с помощью геномики явилось основной предпосылкой к проведению постгеномных исследований и возникновению протеомики — новой науки, изучающей белковый состав биологических объектов, а также структурно-функциональные свойства белковых молекул. Ее рутинной задачей в клинике является идентификация и количественное определение совокупных индивидуальных белков, которые содержатся в биологических образцах (сыворотка крови, спинномозговая жидкость, моча, биоптаты) на разных стадиях развития заболевания, а также на фоне проводимой терапии. Все это нужно для контроля качества лечения. Что же касается задач фундаментальной медицины, то здесь перспективы открываются еще более впечатляющие.
— Что же собой представляет новая наука протеомика?
— Ныне протеомика состоит из двух основных разновидностей: структурной и функциональной. Первая изучает структуру индивидуальных белков, в то время как вторая рассматривает их во взаимодействии с другими белками, исследует происходящие при этом конформационные, биохимические и функциональные изменения. Совокупность всех белков клетки, взаимодействующих с конкретной белковой молекулой-мишенью, носит название «интерактом». Совокупность же всех белков организма, т.е., по сути, его белковый профиль называется «протеом».
Первичным диагностическим целям служит прежде всего структурная протеомика, в то время как функциональная в большей степени связана с научными исследованиями, а также является фундаментом для разработки принципиально новых лекарственных средств, направленных на взаимодействие с конкретными индивидуальными и четко идентифицированными фармакотерапевтическими мишенями клеточного и молекулярного уровня.
Читайте также: Рождение лекарства: доклинические исследования
— Какие методы и технологии использует протеомика?
— Основным инструментом протеомики является метод двумерного гель-электрофореза в сочетании с масс-спектрометрией, которые позволяют проанализировать несколько тысяч белков в одном образце и детектировать изменение их концентраций. Полученная таким способом протеомная карта образца отражает белковый состав клетки, ткани и даже целого органа. Для обнаружения потенциальных белков-маркеров заболеваний используют сравнительный анализ протеома биологических жидкостей, клеток, тканей и органов человека.
К методам протеомики относится также иммунохимический анализ с использованием моноклональных антител. Важную роль при работе со срезами тканей играют иммуногистохимические методы исследования, основанные на специфических взаимодействиях антиген-антитело. Эти методы обладают высокой чувствительностью и позволяют определить практически любой интересующий антиген.
Конечным этапом трудоемкого и многоступенчатого исследования является идентификация белка при помощи баз данных (биоинформатика).
Читайте также: Дорога в будущее:от нуклеотида к лекарству
— Какое влияние может оказать протеомика на здравоохранение и фарминдустрию?
— По словам Ли Хартвелла, американского ученого, лауреата Нобелевской премии по физиологии и медицине за 2001 г., именно протеомная диагностика является диагностикой будущего, прообразом персонифицированной медицины. Пока выбор схем терапии и подбор лекарственных средств очень часто проводится практически вслепую, методом проб и ошибок. Поскольку очень часто белок является мишенью, на которую направлено действие лекарства, то биомаркеры можно использовать не только с диагностической целью, но и для поиска и конструирования терапевтических препаратов. Число потенциальных белков-мишеней действия лекарственных средств исчисляется тысячами, тогда как коммерчески используется лишь несколько сотен. Обнаружение новых мишеней будет способствовать созданию более эффективных и безопасных медикаментов. Сегодня в составе практически всех крупных фармацевтических компаний имеются подразделения, занимающиеся протеомными исследованиями. Как известно, на создание нового препарата с помощью традиционных методов необходимо 8–12 лет работы и сотни миллионов долларов. При этом 90% лекарств-кандидатов не попадают на рынок, отсеиваясь в процессе разработки. Несмотря на строгий отбор и контроль качества медикаментов, в Европе около 15% случаев госпитализации обусловлено их побочным действием. Протеомика позволяет ускорить процесс разработки лекарств, обеспечивая не только точную идентификацию мишеней, но и изучение метаболизма препаратов, тестирование их эффективности, токсичности и индивидуальной восприимчивости. Очевидно, что внедрение персонализированной медицины (целью которой является индивидуальный подход к терапии конкретного пациента, а не лечение болезни в целом) и протеомики может привести к революции в здравоохранении и фарминдустрии. Ведь только такой системный подход обеспечит индивидуализацию фармакотерапии, что повысит качество, результативность и безопасность лечения.
— Можно ли рассматривать протеомику как фундаментальный инструмент доклинического скрининга, верификации анализов и оценки проводимой терапии?
— Все что делает фундаментальная наука, рано или поздно берет на вооружение практическая медицина. Протеомика, будучи, наукой фундаментальной, тем не менее, незаменима при решении ряда практических медицинских и прикладных научных задач. Исследование различных биологических жидкостей организма с применением современных технологических приемов протеомики может предоставить врачу-диагносту достаточные объемы информации, необходимые для установления точного диагноза либо оценки рисков, связанных с определенным заболеванием у конкретного пациента. Создание алгоритмов доклинического и клинического мониторинга больных с использованием конгломератов лабораторно-диагностических процедур, включающих геномные, транскриптомные и протеомные методы анализа, а также биоинформационные приемы обработки и анализа данных, является залогом успешного выявления патологического состояния в стадии скрытого течения, верификации диагноза, определения и возможной предикции типа и характера течения болезни, а также мониторинга реакций организма пациента в ответ на применяемый вид терапии.
Читайте также: Стволовые клетки: правда и вымыслы
— А как обстоят дела с протеомными исследованиями в Украине?
— Закончить всегда хочется на оптимистической ноте. Несмотря на все наши проблемы, в Украине, оказывается, есть люди, которые, не требуя государственных средств, пытаются внедрить принципы протеомики в лечебную практику. Речь идет о двух компаниях, расположенных в г. Рубежное Луганской области: фармацевтической компании «Микрохим», производящей генерические препараты с улучшенным фармакокинетическим профилем, и клинико-диагностическом центре «Фармбиотест», который специализируется на проведении фармакокинетических исследований и изучении биоэквивалентности. Биоаналитическая лаборатория этого центра оснащена современным хромато-масс-спектрометрическим оборудованием, позволяющим определять очень низкие концентрации лекарственных веществ в плазме крови человека, а клиническая лаборатория — автоматическими анализаторами для проведения полного спектра клинических лабораторных исследований, включая генодиагностику. Из моего недавнего разговора с проф. И.Э. Кузнецовым — директором «Фармбиотеста», который состоялся на конференции по онкологии, проходившей в июне этого года в Киеве, я узнал о планах организации в Рубежном химиотерапевтического отделения, в котором планируется внедрение инновационных методов диагностики и терапевтического мониторинга, включая протеомику, метаболомику и генетическое тестирование. Вопросы производства современных противоопухолевых препаратов возьмет на себя «Микрохим», давно занимающийся разработкой и регистрацией лекарств, а медицинские вопросы будет решать «Фармбиотест», располагающий соответствующим коечным фондом, штатом врачей и биоаналитической лабораторией, на базе которой планируется проведение протеомных и метаболомных исследований. Вот такой концерн получается. Итак, есть специалисты, есть хорошее оборудование, есть, как принято говорить в GLP и GCP, facilities, т.е. отремонтированные помещения. Жаль, что наш Минздрав пока не способствует развитию подобных инициатив. А ведь за протеомикой — будущее медицины!
Читайте также: Новые парадигмы классической фармакотерапии
Подготовил Руслан Примак,
канд. хим. наук
Читайте также о молекулярном фенотипировании – новой методике исследования обмена веществ на уровне отдельных клеток: Обмен веществ, как на ладони
“Фармацевт Практик” #11′ 2015
