Международный день ДНК во всем мире отмечают 25 апреля. Дата была учреждена в знак признания важности генетики и научных достижений, сделанных в этой области. В этот день в 1953 году в журнале «Nature» ученые Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик совместно с Морисом Уилкинсом и Розалинд Франклин опубликовали результаты исследования структуры молекулы ДНК.
Открытие спирали ДНК стало для науки поистине революционным. Ученые раскрыли код наследственности и идентифицировали генетические риски, что помогает оздоровлению наследственности и созданию технологий генной инженерии.
В ДНК хранится генетическая информация человека, поэтому такой тест стал одним из наиболее популярных для установления родственных связей.
ДНК-диагностика в МГНЦ
В Медико-генетическом научном центре имени академика Н.П. Бочкова вопросам диагностики генетической информации уделяется огромное внимание. В 1991 году была создана лаборатория ДНК-диагностики. Организатором лаборатории и руководителем до 1999 года был доктор биологических наук О.В. Евграфов. Сейчас подразделением заведует член-корреспондент РАН Александр Поляков.
Основное направление работы лаборатории – создание и совершенствование методов ДНК-диагностики наследственных моногенных заболеваний. Это подразумевает разработку диагностического протокола для каждой конкретной семьи, даже с очень редким наследственным заболеванием. В лаборатории постоянно внедряют в практику самые современные методы анализа.
В 2016 году в Медико-генетическом научном центре имени академика Н.П. Бочкова для решения фундаментальных и клинических задач молекулярной биологии, биохимии, молекулярной генетики, цитологии, генетики был создан Центр коллективного пользования «Геном».
Ученые ЦКП «Геном» проводят научно-исследовательские работы по определению нуклеотидной последовательности фрагментов ДНК, количественной оценке уровня экспрессии генов, количества копий.
Сила – в междисциплинарном подходе
Подробно о направлениях работы ЦКП «Геном» рассказала его руководитель, к.м.н. Виктория Забненкова.
Центр коллективного пользования «Геном», находясь в тесном взаимодействии с информационно-аналитическим отделом МГНЦ, решает сложные задачи в области генетики, отметила эксперт. В своих исследованиях ученые используют современные технологии секвенирования, которые служат ключом к пониманию наследственных заболеваний и разработке медицинских решений.
«Таргетное панельное секвенирование позволяет нам «прицельно» изучать гены, связанные с определенной группой наследственных патологий, – это ускоряет поиск мутаций и позволяет быстро и качественно проводить дифференциальную диагностику среди нескольких десятков или сотен заболеваний со схожими клиническими проявлениями. Для редких генетических нарушений мы используем экзомное секвенирование, анализируя кодирующие участки ДНК, где чаще всего скрываются причины заболеваний. Если же требуется увидеть полную картину, применяется полногеномный анализ – он выявляет практически все изменения в структуре ДНК», – поделилась подробностями Виктория Забненкова.
При этом большинство изменений, выявленных методами NGS, – нейтральны, и чтобы оценивать их патогенность работает группа врачей-лабораторных генетиков, которые интерпретируют данные, и биоинформатиков, пояснила руководитель ЦКП «Геном».
В случаях, где важна сверхточность, например, при исследовании опухолей, генетики используют метод глубокого секвенирования с многократным покрытием, чтобы обнаружить даже те редкие мутации, которые образовались только в небольшой части клеток. Дополняет эти методы анализ транскриптома: изучая РНК, ученые раскрывают закономерности экспрессии генов и ищут новые биомаркеры.
«Наша сила – в междисциплинарном подходе. Совместно с коллегами мы объединяем данные секвенирования, клинические наблюдения и результаты экспериментов, превращая гипотезы в практические решения. Главная цель – поиск молекулярных причин наследственных болезней, описание новых генов и механизмов, лежащих в основе развития этих заболеваний», – подчеркнула генетик.
Научные открытия ученых МГНЦ не остаются в стенах центра, новые знания направляют для пополнения международных баз, таких как ClinVar, OMIM, HGMD и так далее. Таким образом российские специалисты вносят вклад в развитие мировой науки.
Собственные разработки МГНЦ
Совсем недавно ученые перешли от исследования единичных мутаций и генов к полногеномным и полноэкзомным исследованиям. В Медико-генетическом научном центре имени академика Н.П. Бочкова полногеномное и полное экзомное секвенирование остаются двумя ведущими методами для выявления генетической основы заболеваний и изучения наследственных предрасположенностей.
Как рассказала Виктория Забненкова, в отделении информационных технологий информационно-аналитического отдела МГНЦ разработали и постоянно совершенствуют собственное программное обеспечение для комплексного анализа данных высокопроизводительного секвенирования (NGS) – NGS-data. Платформа поддерживает стандартные форматы данных, такие как FASTQ, BAM и VCF, и охватывает все этапы обработки – от первичной предобработки до детального вариантного анализа.
Особое внимание уделяется детекции сложных структурных перестроек, таких как транслокации, инверсии и дупликации. Кроме того, NGS-data включает инструменты для выявления экспансий тандемных повторов, связанных с нейродегенеративными и другими наследственными заболеваниями. А автоматическая аннотация находок через базы данных HGMD, ClinVar и dbSNP ускоряет интерпретацию клинически значимых вариантов.
В настоящее время ведется активная разработка модуля для анализа транскриптомов, который расширит возможности NGS-data в области РНК-секвенирования. Этот инструмент позволит количественно оценивать экспрессию генов, выявлять альтернативный сплайсинг и fusion-гены. Планируется интеграция с геномными данными для поиска взаимосвязей между генетическими вариациями и изменениями в экспрессии, что откроет новые перспективы в изучении механизмов заболеваний.
Система включает инструменты автоматизации, в частности, генерацию отчетов. Благодаря этому программное обеспечение, созданное сотрудниками МГНЦ, подходит как для фундаментальных исследований, так и для клинической практики.
Также одним из приоритетных направлений в ближайшей перспективе является внедрение технологий чтения длинными ридами (long-read sequencing) для клинического использования.
«Современные технологии, сотрудничество с врачами-генетиками и участие в масштабных проектах помогают нам внедрять геномные решения в практику. Для нас важно, чтобы каждый шаг в науке приближал будущее, где генетические заболевания будут не приговором, а управляемой проблемой», – подытожила Виктория Забненкова.