Глава 7
Узнай свой геном
Я так много общался по электронной почте и телефону с Луцем и Женевьевой Рингольски, что, когда в холодный зимний день они наконец посетили мою клинику, у меня появилось ощущение, что мы давно знакомы. Это была очень успешная и известная нью-йоркская пара. Оба имели докторские степени по уважаемым специальностям. Луц долгое время работал инвестиционным менеджером во всемирно известном хеджевом фонде и был опытным специалистом в области количественного анализа. В частности, он был экспертом в оценке и контроле рисков. Женевьева была преподавателем. Она обучала американской и европейской истории учеников одной почтенной частной школы. Вне работы они проводили время вместе, погруженные в нью-йоркские проблемы социальной сферы и благотворительность, в том числе участвовали в организации практических курсов финансовой грамотности для малообеспеченных жителей восточного Гарлема.
И хотя у них были некоторые хронические заболевания, по меркам моей клиники пара была вполне здоровой. У Женевьевы был язвенный колит (одно из воспалительных заболеваний кишечника), но у родственников ничего похожего не было. Хотя это заболевание может возникать еще в детстве, у Женевьевы не проявлялось никаких симптомов до взрослого возраста. К счастью, когда я закончил описывать личный и семейный анамнез этих пациентов, в моем блокноте свободного места осталось больше, чем обычно. Писательский кризис такого рода радует всех, кто имеет отношение к медицинской генетике. Луц и Женевьева ценили свое здоровье и хотели сохранить его и дальше.
Так с каким же клиническим вопросом они пришли ко мне? Хорошее здоровье. Они записались на прием ко мне и к сертифицированному генетическому консультанту Элеоноре, чтобы выяснить, что они могут узнать из своих генов, чтобы еще несколько десятков лет сохранять хорошее здоровье и рассказать двум своим подрастающим детям, как предотвратить развитие возможных заболеваний. Луц и Женевьева занимались общественно важной работой, помогая малоимущим жителям Нью-Йорка, и хотели, чтобы и дальше эта важная деятельность продолжалась под их руководством. В некотором роде это были долгосрочные инвестиции и надежная защита от медицинских кризисов. Кроме того, им было интересно узнать свое этническое происхождение и другую немедицинскую информацию, помогающую в XXI в. восстановить семейную историю.
Они понимали, что находятся на передовом рубеже и что медицинская страховка не оплатит это профилактическое сканирование генома – платить им придется из своего кармана. В целом они хотели получить то, что уже было в медицинских картах у тысяч здоровых (а также в основном и богатых) американцев. Мне нравится, когда пациенты толковее меня, и это был именно тот случай. Луц и Женевьева пришли ко мне после длительного сбора информации и долгих размышлений на эту тему. Они были хорошо ознакомлены с рисками, положительными сторонами и ограничениями полногеномного секвенирования.
Поскольку они умели обращаться с большими массивами данных, то попросили записать последовательность ДНК на внешний жесткий диск, чтобы в дальнейшем, когда будут открыты новые гены заболеваний и старые подходы будут изменены и усовершенствованы, они смогли заново проанализировать свой отсеквенированный геном.
Наша встреча, на которой присутствовал и генетический консультант, заняла больше часа. Мы подробно обсудили ограниченность генетических знаний, существование аллелей, значение которых мы пока не понимаем, возможные риски, которые могут возникнуть из-за случайных неприятных находок, маловероятную, но возможную ситуацию генетической дискриминации и другие вопросы. Луц и Женевьева по отдельности подписали три бланка информированного согласия: один для больницы, один для лаборатории, которая будет проводить секвенирование, и еще один – для научного исследования, цель которого – лучше понять соотношения между риском и выигрышем при генетическом анализе и определении полного экзома. У человека существует примерно 180 000 экзонов в приблизительно 22 000 генах. Большинство мутаций, которые мы определили и значение которых мы понимаем, расположены именно в экзонах. Экзом – это те 2 % генома, которые отвечают за синтез белков – самую важную задачу нашего генома. В целом секвенирование экзома считается эффективным способом поиска таких изменений в последовательности ДНК, про которые мы можем точно сказать, что это мутации, вызывающие генетические заболевания.
Вышло так, что их стремление к самопознанию сразу же зашло в тупик. В штате Нью-Йорк пациенты могут заказать генетические тесты только в том случае, если этот анализ предварительно одобрил Департамент здравоохранения штата. Поскольку секвенирование полного генома и экзома относительно новые генетические тесты, появившиеся в других штатах лишь несколько лет назад, в Нью-Йорке не было сертифицированных лабораторий, где можно было бы заказать этот анализ. Мы с Элеонорой подали заявку на проведения тестирования для Луца и Женевьевы, учитывая их высокий интеллект и полное понимание пользы и риска от такого профилактического секвенирования экзома. Следуя инструкциям, мы отправили по факсу запрос на разрешение воспользоваться услугами молекулярной лаборатории в Медицинском колледже Бейлора в городе Хьюстон, штат Техас. Эта лаборатория провела уже несколько тысяч подобных клинических исследований, и к качеству анализов претензий не было. Теперь мы ждали ответа. Прошло около десяти дней. Наконец мы получили факс из Олбани. Департамент здравоохранения штата Нью-Йорк ответил отказом на запрос о секвенировании полного генома и полного экзома для Луца и Женевьевы. Что же касается желания записать копию на жесткий диск… об этом можно было забыть.
Я лично позвонил в Департамент здравоохранения штата, чтобы обжаловать это решение. Я объяснил, что это образованные и умные пациенты, которые получили консультацию у двух генетиков, имевших профессиональную сертификацию. Полученную информацию пациенты планируют использовать для поддержания здоровья в долгосрочной перспективе, и мы следуем рекомендациям Американской коллегии медицинских генетиков и Американского общества генетических консультантов. Департамент здравоохранения повторно без лишних формальностей выдал отказ. Причина в том, что Луц и Женевьева были слишком здоровы для полногеномного секвенирования.
Это единственный пример генетической дискриминации (а точнее, обратной генетической дискриминации), с которой я, как врач, столкнулся лично за мои 18 лет практики. Правительство штата Нью-Йорк постановило, что генетический анализ экзомов должен проводиться только для тех, у кого есть серьезный личный или семейный медицинский анамнез определенных генетических заболеваний. Штат решил, что при отсутствии такого анамнеза генетическая информация слишком опасна и несет большой риск. Руководствуясь принципом «не навреди» Гиппократа, они сочли, что этот потенциальный риск (как для Луца и Женевьевы, так и для всей страны) перевешивает возможную пользу такого анализа. В следующей главе «Поколение XX/XY» я буду подробно обсуждать некоторые опасения в области здравоохранения в связи с широким распространением секвенирования геномов здоровых людей.
Однако Луц и Женевьева могли законно секвенировать свои геномы и получить в виде файлов всю первичную информацию в любых других штатах, а также в Канаде. В большинстве штатов такое тестирование разрешено, вероятно, потому, что Американская коллегия медицинской генетики и геномики – ведущая организация в этой области – в 2012 г. разработала рекомендации, согласно которым допускается профилактическое изучение генома здоровых людей, если они проконсультировались у генетических медиков (как в случае Луца и Женевьевы) и подписали согласие, что полностью понимают возможные риски.
Мне хочется спросить: не должны ли все жители Нью-Йорка получить карточку с предупреждением о том, что знание о своей генетической информации вредит здоровью, как это пишут на пачках сигарет? И если они могут узнать свою последовательность ДНК, просто приехав в Нью-Джерси, изменятся ли свойства их генов на середине моста Джорджа Вашингтона при пересечении реки Гудзон?
Или же, если выразиться более прямо, кому в конце концов принадлежит этот геном? Надо ли дать здоровым людям право доступа к своей собственной ДНК? Или это слишком мощное и потенциально опасное знание, которое может обратить в соляные столбы даже таких думающих и образованных людей, как Луц и Женевьева?
Представления о том, что генетические данные особенные и поэтому должны обрабатываться иначе, чем другая медицинская информация, называются исключительностью генетики. Я считаю, что здесь повторяются давно опровергнутые аргументы в пользу витализма.
Витализм – это философские представления о том, что живые организмы фундаментально отличаются от неживой материи наличием élan vital – некоторой особой нематериальной жизненной силы, иногда приравниваемой к человеческой душе, иногда нет. Виталисты полагали, что органические вещества не могут синтезироваться из неорганических. Однако в 1828 г. Фридрих Вёлер опроверг это мнение, синтезировав основной компонент мочи – мочевину – из неорганических компонентов. Должны ли мы сейчас, спустя два столетия, сделать то же самое для ДНК и развеять представление о том, что у этой молекулы есть волшебные свойства, которые отличают генетические тесты от других медицинских диагностических процедур?
Главный вопрос, касающийся последствий ДНК анализа для общественного здоровья, заключается в том, как люди будут реагировать на случайные или побочные находки, определяемые как «обнаруженные в результате преднамеренного поиска патогенных или предположительно патогенных генетических изменений, очевидным образом не имеющие отношения к диагностическим показателям, ради которых проводилось определение нуклеотидной последовательности».
Подход генетиков к побочным находкам не таков, как у других врачей. Например, если вы делаете компьютерную томографию грудной клетки, врач-рентгенолог не должен перед процедурой спрашивать: «Мы делаем томографию легких. А как насчет костей? Если мы обнаружим, что с костями что-то не так, вы хотите об этом узнать или вам не надо это сообщать? Хорошо, пожалуйста, подпишите согласие здесь. Теперь, как насчет мышц? Отлично, сейчас подпишите тут. Что, если мы увидим аневризму аорты, которая может разорваться? Вы хотели бы об этом узнать?» И так далее. Но если я генетик, практикующий в Нью-Йорке, то с юридической и этической точки зрения обязан вести себя именно так, когда обследую ДНК – ту часть организма, на которой я специализируюсь.
Я утверждаю, что у ДНК нет никаких волшебных свойств и что это обширный источник информации, но он принципиально не отличается от других типов медицинских данных. Да, он, возможно, своеобразный, но никак не уникальный. Мой собственный опыт говорит, что люди, которым разъяснили риски, преимущества и ограничения секвенирования генома, могут получить информацию о своей ДНК.
Проведение медицинских экспериментов на самом себе имеет давнюю и интересную историю. В 1931 г. Вернер Форсман через вену предплечья ввел катетер, направил его вверх к шее, затем на больничном лифте добрался на другой этаж и там, контролируя свои действия с помощью рентгена, опустил катетер вниз в правое предсердие и сделал рентгеновский снимок. За этот подвиг Форсман получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине. В 1950 г. Уильям Харрингтон перелил себе кровь от пациента с низким уровнем тромбоцитов, показав, что у пациента были аутоантитела, которые снизили уровень тромбоцитов и у самого Харрингтона. В этой области были и мрачные истории. В 1885 г. Даниэль Каррион заразил себя бактериями Bartonella, чтобы проверить, действительно ли эти микробы вызывают заболевание человека (это действительно было так), и в итоге через несколько недель умер от этой болезни.
Поэтому вскоре после того, как заявку моих пациентов отклонили, я, воодушевленный примерами Форсмана и Харрингтона, но не Карриона, решил провести секвенирование своего собственного генома, хотя у меня и не было на это достаточных медицинских оснований (по крайней мере по стандартам штата Нью-Йорк). Я пошел на это, чтобы лучше понять риск и пользу этой процедуры, кроме того, мне было очень любопытно заглянуть в инструкцию к собственному организму.
Для начала, поскольку у меня относительно хорошее здоровье (хотя мой вес примерно на 5 кг больше желательного), я должен был найти профессионального генетика за пределами штата Нью-Йорк, чтобы на законных основаниях секвенировать мой геном. Я решил обратиться к Генри Линчу, описавшему синдром Линча, чтобы он проконсультировал меня по поводу моего генома. Генри уже несколько десятилетий консультирует пациентов по генетическим вопросам. Кроме того, он близкий друг нашей семьи и коллега моего отца, который работал гастроэнтерологом. В 1970-х гг. Генри с моим отцом даже путешествовали по Среднему Западу в специально оборудованном фургоне и бесплатно делали колоноскопию для сельских жителей, у которых в семейном анамнезе был рак желудочно-кишечного тракта, но не было возможности получить хорошую медицинскую помощь. Генри знал меня еще с тех пор, когда я учился в начальной школе.
Генри – генетик до мозга костей. Помню, он мне рассказывал историю, случившуюся с ним и дерматологом Рамоном Фусаро, который впервые в 1980-х гг. описал FAMMM-синдром. Это генетический синдром, при котором наблюдается множество предраковых родинок и меланом. Генри и Рамон летели на самолете в Алабаму изучать семью с FAMMM-синдромом. Генри заметил у стюардессы необычные родинки, которые располагались на шее и руках, но не на лице (это типично для FAMMM-синдрома, при котором по неизвестным причинам лицо остается чистым). Было раннее утро, и в самолете было мало пассажиров. Генри и Рамон с искренней профессиональной прямотой предложили стюардессе, если она готова, провести быстрый врачебный осмотр. В хвосте самолета стюардесса сняла блузку. Вся ее грудь и спина были покрыты родинками, как при FAMMM-синдроме. И хотя некоторые могли увидеть в этой ситуации сексуальный интерес, намерения Генри и Рамона были исключительно профессиональные и касались только медицины и здравоохранения. После посадки стюардесса немедленно направилась к дерматологу.
«Конечно, Стивен. Я буду рад помочь», – сказал Генри. Потом помолчал и спросил: «Есть что-то конкретное, что тебя беспокоит? Я знаю твою семью уже много лет и не думаю, что в вашем семейном древе коренится опасное генетическое заболевание».
«Нет, я просто один из тех, кто озабочен своим здоровьем, – немедленно признался я. – Хочу использовать свой геном для того, чтобы сохранить здоровье до старости». И после паузы добавил: «А еще я хочу знать просто ради знания».
Генри рассмеялся: «Ну, это же как разбивание стакана на еврейской свадьбе, правда? Как только ты раздавил его на тысячи кусочков, назад пути нет. Это может отвлечь тебя от твоей работы и семьи». Генри посоветовал мне не спешить с секвенированием генома и еще немного подумать над этой идеей. Такой неспешный подход в сочетании с многократными обсуждениями обычно используется при консультации пациентов с подозрением на неизлечимые заболевания, имеющие высокую пенетрантность, такими как, например, болезнь Хантингтона.
Подход Генри «остановись и подумай» заставил меня задуматься. Генетический анализ – это непривычный и недешевый способ получить медицинскую информацию о себе и своей семье. Узнаю ли я что-то, чего не знал раньше? Не лучше ли потратить эти деньги на отпуск с семьей в Сан-Диего? Но отпуск продлится всего несколько дней. В эпоху медицинского туризма, когда американцы едут в другие страны за более дешевыми процедурами, я всегда смогу отправиться в виртуальное путешествие по моему собственному геному. Это позволит мне найти генетические связи со своими живущими родственниками и всеми нашими предками за последние 200 000 лет.
Из моей личной и семейной медицинской истории я знал, что шансы обнаружить у меня что-то, однозначно требующее лечения, довольно низкие. При консультации по поводу генетических рисков это иногда называют априорной вероятностью. В целом для человека со скучной медицинской историей, как у меня, вероятность найти мутацию, требующую медицинского вмешательства, составляет 1–3 %. Для меня важнее была личная информация, позволяющая выяснить мое генетическое происхождение и корни нашей семьи. Кроме того, если у меня при анализе выявятся рецессивные опасные мутации, это может принести пользу моим детям. Но начну ли я тревожиться, если окажется, что я носитель неизвестного аллеля какого-то гена, важного для развития заболевания? Генри Линч предупреждал, что эта информация без возможности принять превентивные меры может меня обеспокоить. Может ли это расстроить и встревожить меня до такой степени, что помешает наслаждаться жизнью?
Однако же мы не обязаны анализировать весь геном сразу, мы можем выбрать группы генов или даже отдельные гены, а какие-то можем исключить из анализа. Например, Джеймс Уотсон, один из открывших структуру ДНК, выложил свой геном в интернет, но при этом он не хотел знать о возможном риске возникновения болезни Альцгеймера и потребовал удалить эту информацию прежде, чем ему сообщат результаты. Это был его личный выбор.
Что касается меня, возможно, я несколько наивен, однако не только решился делать анализ, но и выбрал полногеномный вариант. При этом я понимаю, что многие могут не захотеть узнать о неизлечимых мутациях, поскольку это может привести к нежелательной тревожности и депрессии.
Итак, врач стал пациентом. В следующий раз, когда я посетил Генри в его клинике в Небраске, я сдал кровь, прочитал бланк информированного согласия, и образцы крови были отправлены при комнатной температуре службой экспресс-доставки, потому что ДНК, как правило, очень стабильна.
За почти 20 лет я ни разу не встречал пациентов, жалующихся мне на генетическую дискриминацию (Луц, Женевьева и штат Нью-Йорк не в счет), и понимал, что такое бывает очень редко. Но теперь, когда сам стал пациентом, я заметно волновался по этому поводу. Я несколько раз внимательно перечитал Закон о запрете генетической дискриминации. Если анализ выявит у меня мутацию с неблагоприятным прогнозом (вчера я забыл ключи от дома, значит ли это, что у меня начинается преждевременная деменция?), то этот закон не позволит работодателю уволить меня по такой причине. Закон гарантирует, что я не потеряю медицинскую страховку из-за проявления генетической дискриминации. Как и некоторые пациенты, я подумал, не следует ли мне увеличить страховую сумму и купить дополнительно полис, обеспечивающий страхование на случай длительного ухода. Однако, по предварительным данным, вероятность мутации, о которой следует беспокоиться, слишком низка (хотя, возможно, я весьма оптимистично считал себя более похожим на Форсмана и Харрингтона, а не на Карриона) и из-за моей страсти к генетическому самопознанию решил идти до конца, невзирая ни на что.
Прошли месяцы, а секвенатор все продолжал секвенировать. Наконец я встретился с виртуальным двойником своего генома. Инструкция к моему организму находилась на маленьком серебристом жестком диске, почти таком же тонком, как и мое свидетельство о рождении. Мне пришло в голову, что однажды его можно будет использовать, чтобы клонировать мои органы или даже всего меня. Если мне понадобится напечатать на 3D-принтере почку или сердце, на этом жестком диске можно найти все гены, чтобы получить совместимые ткани, вся необходимая информация была там. Возможно, в будущем кто-нибудь захочет меня воскресить, чтобы я написал продолжение этой книги. Или же более мрачная перспектива: если я умру до того, как выплачу ипотеку, агентство Fannie Mae может захотеть клонировать меня и заставить клон работать, пока долг не будет выплачен.
Что касается интерпретации полученных результатов, то мой опыт работы профессиональным генетиком подсказывал мне, что надо сосредоточиться не на полутонах, а на черном и белом – на тех аллелях, с которыми явно все в порядке, и тех, которые в случае мутации меняют структуру белка и значительно влияют на предрасположенность к заболеваниям. Этот черно-белый набор иногда называют интерпретомом. Это гены, изменения в которых сильно повышают риск заболевания, и те аллели, которые с большой вероятностью могут содержать мутацию. В моем случае этот список оказался коротким, возможно, из-за того, что я делал тест не по медицинским показаниям.
Моя мать была из евреев-ашкенази, и в 40 лет у нее диагностировали рак груди. Опухоль была обнаружена рано при тщательном мануальном осмотре и была хирургически удалена до того, как рак успел бы распространиться в лимфоузлы или другие области организма. Мать полностью восстановилась, и, хотя с того времени прошло уже почти 40 лет, у нее не появилось ни новой опухоли в груди, ни вторичных метастазов. Рак груди часто встречается у евреев-ашкенази, у моей матери были все основания просить, чтобы страховая компания оплатила анализ на гены, связанные с этим заболеванием. Но мать так никогда и не прошла генетическое тестирование.
Она сказала: «Чему быть, того не миновать, у меня и без того достаточно забот. С моим везением, кто знает, что у меня найдут». И пожала плечами. «Я не хочу думать о генетическом анализе». Она продолжала приходить на осмотр, но не хотела дополнительно тратить душевные силы. Она лишь хотела жить своей жизнью.
Моя мама была еврейкой и росла во времена нацизма и холокоста. Поэтому она очень беспокоилась на тему генетического тестирования и возможности использовать его для социальной дискриминации. Поскольку я был ее сыном, риск получить в одном из BRCA-генов мутацию, повышающую вероятность возникновения рака груди, яичников и поджелудочной железы, составлял от 4 до 13 %. Мог ли у меня быть повышенный риск возникновения рака поджелудочной железы? Или, что еще хуже, мог ли я передать мутацию в гене BRCA своим дочерям?
По отцовской стороне в моей семье у мужчин повышенный уровень холестерина, хотя у нас и нет ранних инсультов, инфарктов и аневризм аорты. Могут ли у меня быть мутации в генах семейной гиперхолестеринемии LDLR, APOB или PCSK9? Поскольку сейчас есть эффективные препараты для лечения этого заболевания, выявление мутации помогло бы мне сохранить здоровье в старости. Вот только стоимость этих лекарств может быть непомерной. Не получится ли так, что я спущу все пенсионные накопления своей семьи на препараты, которые мне на самом деле не нужны, учитывая высокую продолжительность жизни по отцовской линии, несмотря на повышенный уровень холестерина?
Секвенирование показало, что у меня не было мутации ни в BRCA-генах, ни в других генах, связанных с гиперхолестеринемией. Но один момент меня озадачил. В отчете было указано, что у меня явная мутация в хорошо известном гене, вызывающая заболевание, даже если только одна копия дефектна. Эта мутация обрезает один важный белок на середине, таким образом, он, очевидно, не может выполнять своей функции.
Этот был ген ARID1А. Его повреждение вызывает редкое генетическое заболевание – синдром Коффина – Сириса. ARID1А способствует аккуратному и упорядоченному упаковыванию ДНК. Такая упаковка похожа на нить с бусинами, намотанную на катушку. Это помогает правильно включать и выключать необходимые гены. Таким образом, работа этого гена важна во всех типах клеток нашего тела, и его мутации могут привести к тяжелым последствиям.
При синдроме Коффина – Сириса наблюдаются дефекты лица и мизинцев рук. У плода с этим синдромом в процессе развития гибнут клетки наружной части руки. Соответственно, ребенок рождается без мизинцев рук, а иногда и ног. Аналогично во время внутриутробного развития определенные черты лица становятся более выраженными. У людей с таким синдромом широкий рот и переносица, полные губы, в отдельных случаях встречается вздернутый нос и открытые вперед ноздри, длинные ресницы и густые, темные, изогнутые брови, которые выглядят нарисованными графитовым карандашом.
Для начала я осмотрел свои руки. Десять пальцев на руках, десять – на ногах, все на месте. Для надежности я пересчитал дважды. Далее я поступил так же, как поступил бы любой уважающий себя генетик. Я взял свой iPad, открыл приложение Face2Gene и сделал селфи.
Face2Gene использует передовые алгоритмы распознавания лица, которые изначально были предназначены для поиска террориста в толпе, для диагностики генетических заболеваний, которые вызывают специфические изменения лица, как, например, «нарисованные» брови и полные губы при синдроме Коффина – Сириса.
Однако программа Face2Gene, по-видимому, решила не согласиться с моей ДНК по поводу синдрома Коффина – Сириса, подтверждая мои подозрения, что в процессе секвенирования или обработки информации что-то пошло не так.
Кроме того, мутация в ARID1А вызывает когнитивные нарушения, то, что раньше называли олигофренией. Такое встречается почти у всех людей с этим синдромом. Также должны нарушаться речевые способности, причем воспроизведение речи страдает сильнее, чем восприятие. К числу других симптомов относится низкий рост (в чем-то верно для меня) и потеря слуха (пока я слышу неплохо, но жена убеждена, что у меня серьезное расстройство слуха, хотя, наверно, это можно связать с Y-хромосомой у всех женихов и мужей). И в довесок повышенный риск развития рака печени.
Итак, что же все это значит? Может быть, у меня есть мутация в ARID1А, которая из-за какой-то случайности никак не проявилась? В принципе возможно, чтобы в генетическом окружении встретилась комбинация таких аллелей, которые, сложно взаимодействуя, смогли подавить проявление синдрома Коффина – Сириса. На языке генетических терминов такое явление называется неполной пенетрантностью, когда у человека есть мутация, но нет очевидных признаков заболевания. Но тем не менее эта мутация может передаваться по семейному дереву дальше и вызвать неприятности у будущих поколений. Известно, что многие генетические мутации иногда «пропускают» поколения по причине неполной пенетрантности.
Я подумал, не написать ли мне научное сообщение о своем клиническом случае. Однако у меня две здоровые дочери, у которых, как и у моих родителей и братьев, нет никаких признаков синдрома Коффина – Сириса. Тут мой скептицизм уже зашкаливал.
Я сталкивался с подозрительными результатами и раньше у других пациентов. Когда врач смотрит на результаты анализа, а затем на пациента и понимает, что что-то тут не так, то надо подумать, не может ли быть, что анализ проведен недостаточно качественно или что образцы перепутались.
И опять я поступил так, как должен поступать любой уважающий себя генетик. Я повторно сдал кровь, и мою ДНК повторно секвенировали, чтобы подтвердить синдром Коффина – Сириса. Этот анализ показал, что мутация в ARID1А, изначально найденная при полногеномном секвенировании, была просто ошибкой, ложноположительным результатом, который тем не менее смутил и встревожил меня, а также повлек дополнительные ненужные тесты и денежные траты. Теперь я с большим пониманием отнесся к покровительственной заботе Департамента здравоохранения штата Нью-Йорк и признал, что, возможно, поспешил со своей критикой.
Мой опыт послужит важным уроком для тех, кто озабочен своим хорошим здоровьем и хочет получить результаты одновременно 3 млрд анализов после секвенирования одного генома.
В США, прежде чем врач назначит какое-либо лекарство, оно должно быть испытано, проверено и должно получить одобрение Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов. В целом такое разрешение гарантирует высокий уровень контроля качества во всем процессе разработки и реализации препарата. В настоящее время есть несколько генетических тестов, одобренных этим управлением, и в них соблюдается два важных условия. Во-первых, они точно, по четким критериям измеряют то, что должны измерять. Во-вторых, есть убедительные свидетельства их клинической ценности. Клиническая ценность означает, что эти тесты дают информацию, полезную для непосредственного ухода за пациентом. Например, с помощью тестирования можно получить достоверные данные, необходимые для того, чтобы решить, давать ли женщине определенный тип химиотерапии для лечения ее рака груди или нет.
В то же время для большинства генетических тестов, в том числе и для полногеномного секвенирования, одобрение получено на уровне отдельных штатов, и в этом случае требования к тестам могут сильно различаться. В целом во многих штатах единственное условие, которое должно выполняться, – это чтобы тест точно измерял то, что должен измерять, независимо от его клинической ценности.
Более того, требования к контролю качества зачастую менее строги. Вероятно, этим частично объясняется, почему в штате Нью-Йорк заблаговременно были запрещены генетические тесты, доступные потребителю непосредственно (не требующие участия профессиональных генетиков и генетических консультантов, с возможностью заказа через интернет), которые, например, проводит компания 23andMe. Клиенты отправляют образцы слюны, их них извлекается ДНК; данные генетического тестирования по более чем 90 позициям, от облысения до риска рака молочной железы, публикуются в защищенном паролем файле на веб-сайте компании. В 2008 г. журнал Time назвал 23andMe изобретением года. В 2013 г. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов отправило 23andMe и аналогичным компаниям, напрямую работающим с пациентами, письмо-предписание о прекращении их деятельности в США. Однако в 2015 г. компания 23andMe получила разрешение на проведение анализа, результаты которого получает непосредственно потребитель, но только для синдрома Блума – редкого рецессивного заболевания, увеличивающего риск развития рака.
Информация о контроле качества часто закрыта и для генетиков, которые заказывают тесты, и для их пациентов. Например, насколько велика глубина покрытия при секвенировании – ведь если она небольшая, то проще обнаружить несуществующую мутацию? Какой именно алгоритм используется для классификации аллелей генов на полезные и вредные? Иногда проблемы возникают оттого, что ДНК другого пациента, с которой работали на том же оборудовании, вызывает загрязнение образца. Я наблюдал подобную ситуацию, возникшую из-за того, что по меньшей мере одной компании по генетическому тестированию следовало бы работать лучше.
Для генома есть возможность сделать высококлассные анализы, но есть и дисконтный вариант. Я купил невозвратный билет экономкласса и получил то, за что заплатил. Когда я внимательно изучил полученный результат, то заметил, что для некоторых из моих 22 000 с лишним генов нет достаточной глубины покрытия, чтобы можно было обнаружить мутации. Когда ген прочитывают недостаточное число раз для адекватного покрытия, программное обеспечение находит мутацию там, где ее нет. Если контроль качества не очень хорош, может просочиться ошибочная информация такого рода.
В моем случае это произошло с геном ARID1A. И хотя анализ покрывал весь геном, глубина покрытия составляла около 30. Это значит, что каждая позиция в геноме была прочитана в среднем 30 раз. Однако разброс глубины покрытия секвенирования составлял от 0 в некоторых областях (большинство из них неинтересны и поэтому их игнорируют) до 100 и более, из-за технических аспектов подготовки «библиотек» ДНК для секвенирования. Так случилось, что в конкретной позиции в гене ARID1A глубина покрытия составила всего 8. В каждом прочтении последовательности встречаются ошибки, связанные с встраиванием неправильного нуклеотида. Анализирующая программа усредняет множество прочтений, чтобы выдать конечный результат по конкретной позиции. К сожалению, алгоритм плохо справился с этой задачей, и я получил ложноположительный результат – мутацию, которой на самом деле нет, призрак, порожденный вычислениями.
На самом деле я нашел по меньшей мере дюжину своих генов, в некоторых экзонах которых была такая же плохая глубина покрытия и в которых присутствовали аналогичные ошибки, хотя эти конкретные места в геноме и соответствующие аминокислоты не влияют на заболевания. Например, мне определили мутацию в гене ActinB, который никогда не был связан с каким-либо человеческим заболеванием, и это был ложноположительный результат из-за плохой глубины покрытия. Однако же, если эти плохо прочитанные области содержали клинически важные гены, при секвенировании моего генома можно было легко пропустить важные результаты. Возможно, отеческая забота штата Нью-Йорк была не такой бессмысленной, как я изначально предполагал. Что ввел, то и получил, как говорят компьютерщики.
Первое секвенирование моего генома обошлось мне примерно в $2750. Позже мой геном секвенировали в другой лаборатории с более высоким уровнем контроля качества, и это стоило около $5000. Эта версия пришла на iPad со специальным геномным приложением. Я вручную проверил первичные данные, прежде чем смотреть, что там нашлось. Общая глубина покрытия была намного лучше (более чем в 40 раз), и по ряду дополнительных признаков я смог убедиться, что эта последовательность действительно моя. Это был геном мужчины (верно!). В нем были десятки аллелей, частота которых выше у евреев-ашкенази, что соответствует моему этническому происхождению.
В общей сложности у меня было идентифицировано около 4 млн нуклеотидных замен. Среди этого множества лишь немногие предположительно имели хоть какое-то отношение к здоровью. Большинство просто составляли длинный список генетических изменений, значение которых не ясно, по крайней мере в настоящее время. Просматривая этот список, я мог лишь пожать плечами и понадеяться, что медицинская генетика еще при моей жизни сумеет понять, какое значение имеют эти варианты, если это не бессмыслица и они вообще имеют какое-то значение.
Около 25 000 таких вариаций найдено в моем экзоме. В отличие от стандартного генетического набора Homo sapiens у меня примерно в 80 генах, в одной или в обеих копиях были изменения, мешающие производить белок, потому что в этих генах появились новые стоп-кодоны. Когда информация с гена скопирована на информационную РНК и по ней начинает синтезироваться белок, появление нового стоп-кодона означает, что процесс прервется в этом месте и белок не будет синтезирован до конца. Если мы возьмем слово «геном» для иллюстрации, то ошибки такого рода приведут к тому, что мы получим лишь фрагмент «гено». Точно так же у меня было около 30 генов, в которых мутация испортила стоп-кодон и белок получался длиннее, чем надо. В нашем примере вместо слова «геном» получился бы неологизм «геномаут». Однако для меня было важно, что в настоящее время никакие из этих укороченных или удлиненных белков не имеют значения для здоровья. Поэтому сейчас они лишь удовлетворяют мое генетическое любопытство. Например, интересно, что я не чувствую многие серные запахи и у меня повреждены несколько генов ольфакторных (запаховых) рецепторов. Что ж, возможно, мне следует записаться на исследование по генетике обоняния или основать компанию по производству препаратов, блокирующих восприятие неприятных запахов. Но в остальном эта информация не имеет отношения к медицине, по крайней мере пока.
Неандертальцы – вымерший вид человека, у них примерно один из 300 нуклеотидов отличается от тех, что имеются у современного вида Homo sapiens. Оказалось, что содержание неандертальской ДНК в моем геноме было чуть выше среднего уровня, составляющего немного менее 2 %. Значит, предположительно, у моей семьи есть далекие неандертальские родственники, жившие около 50 000 лет назад.
В длинном списке моих аллелей был вариант кожного белка кератина, который делает кожу, волосы и ногти более устойчивыми к низким температурам. Многие нуклеотидные особенности соответствовали тому, что моя мать говорила все время: я – еврей-ашкенази. Кроме того, я, несомненно, был одним из удивительно большого числа потомков Чингисхана, который жил примерно 30 поколений назад. Генеалогические ДНК-исследования свидетельствуют, что он и его наследники оплодотворили тысячи женщин по мере того, как полчища монголов продвигались из Азии в Европу. Эта генетическая информация сейчас содержится у 0,5 % населения Земли. И хотя неизвестно, какая именно ДНК была у Чингисхана, потому что нет ее образцов, мы знаем, что эта ДНК распространялась через Евразию тем же путем, что и монголы с Чингисханом.
У меня есть много известных, но не связанных со здоровьем аллелей, имеющих слабое влияние. Например, в моем геноме записано, что у меня выделяется ушной серы больше среднего. Есть аллели, соответствующие моим карим глазам и каштановым волосам. Я приберегаю эти фрагменты личной информации для светской болтовни.
Однако, когда я переключил внимание на конкретные мутации в генах, которые однозначно вызывают заболевания, то обнаружил, что у меня нет ни одной такой. Моей первой реакцией было небольшое разочарование, что я потратил время, деньги, усилия и не нашел ничего очевидно полезного для поддержания хорошего здоровья. Конечно, я понимал, что должен быть счастлив из-за такого результата. Отсутствие мутаций, связанных с повышенным риском развития раковых или неврологических заболеваний, безусловно, положительный результат.
В будущем некоторые из этих результатов могут пригодиться, если когда-то мне назначат определенные лекарства. Если я когда-нибудь подхвачу гепатит C, то у меня есть аллель гена IL-28B, и можно предположить, что при заражении вирусом гепатита C я с большей вероятностью смогу дать отпор естественным образом, уничтожить вирус и не заболеть. Это значит, что мне может не понадобиться лечение. Кроме того, наличие этого варианта гена свидетельствует, что если после воздействия вируса гепатита C у меня все-таки разовьется заболевание, то я с большей вероятностью могу вылечить его с помощью препаратов интерферона и рибавирина. Это потенциально полезная информация, поскольку некоторые лекарства имеют неприятные побочные эффекты, в том числе ломоту, как при тяжелом гриппе. Зная, что я, скорее всего, получу пользу от этих препаратов, мне будет легче перетерпеть эти неизбежные побочные эффекты.
Далее я посмотрел на аллели, которые могут повлиять на мою семью. Я был рад за моих двух дочерей, так как, несмотря на то что у моей матери был рак груди, у меня нет мутации ни в одном из дюжины с лишним генов, которые связаны с повышенным риском рака груди и яичников, в том числе в печально известных BRCA1 и BRCA2.
Однако я обнаружил, что я носитель четырех рецессивных заболеваний, которые могут проявиться в следующих поколениях. Это значит, что у меня есть по одной нормальной и одной мутантной копии этих генов. У каждой из моих дочерей есть 50 %-ная вероятность получить мутантную копию. Это может создать проблемы для их потомков, если у отцов их детей будут мутации в тех же генах. И хотя этот риск и так небольшой, благодаря генетическому тестированию, в будущем мои дочери и их супруги могут свести до нуля вероятность того, что у их детей (моих внуков) проявятся эти рецессивные заболевания.
Первая рецессивная мутация, которую я увидел, была в гене ASPA. Она многократно обсуждалась в научной литературе. У детей, имеющих два мутантных аллеля этого гена, нарушена работа фермента аспартоацилазы, и вещество под названием N-ацетиласпартат накапливается по всему телу. Это особенно токсично для клеток, образующих защитный материал миелин, который важен для правильного функционирования нервной системы и работает как изоляция на электрических проводах. Такое заболевание называется болезнь Канавана. У детей с этим заболеванием вырастает более крупная голова и часто уже в возрасте до шести месяцев проявляется задержка развития. Когда дети становятся старше, им бывает сложно сидеть, ходить и говорить. Многие дети умирают от болезни Канавана в подростковом возрасте или даже раньше. Та конкретная мутация, которая была у меня, встречается среди европеоидов реже, чем в 1 случае на 10 000, однако среди детей с синдромом Канавана она была замечена ранее не менее дюжины раз.
Вторая мутация, которую я заметил, была в гене DHCR7, который влияет на способность организма синтезировать холестерин. Наличие двух мутантных копий этого гена вызывает синдром Смита – Лемли – Опица, названный так в честь американского, бельгийского и немецкого ученых, которые его открыли. Это заболевание связано с синтезом холестерина, который важен для развития плода, в особенности его мозга. Нарушение выработки холестерина мешает нормальному производству миелина, важнейшей жировой субстанции, которая работает как изоляция и не дает пересекаться различным нейронным «проводам». При синдроме Смита – Лемли – Опица наблюдается умственная отсталость, расщепление верхней губы и у некоторых детей формируются наружные половые органы промежуточного типа. Многие дети с этим синдромом необычайно агрессивны и склонны к самоповреждениям. Наблюдаются специфические нарушения, которые схожи с расстройством аутистического спектра, в том числе ритмичное раскачивание верхней части тела и характерные движения пальцев. Та мутация, которая была у меня, встречается у 1–2 % представителей европеоидной расы. Поскольку такой синдром с большой вероятностью приводит к гибели плода, то носитель двух мутантных копий встречается реже, чем 1 на 10 000 новорожденных.
Кроме того, у меня была мутация в гене NEU1. Этот ген кодирует фермент нейраминидазу, которая расщепляет еще один тип липидных отходов. Когда повреждены обе копии гена, возникает заболевание муколипидоз. При муколипидозе происходит дегенерация мышц и мозга и увеличение печени и макрофагов селезенки за счет накопления жировых отходов, которые не могут быть переработаны, так же как и при болезни Гоше. Лабораторные эксперименты показали, что, когда в гене NEU1 имеется эта мутация, белок не складывается в правильную форму, которая необходима для связывания и расщепления липидов.
Моя четвертая рецессивная мутация была в гене ATP7B. Этот ген кодирует белок, который работает как сливной насос, откачивая медь из клеток. Нам всем жизненно необходимо получать немного меди с пищей, но ее избыток токсичен. Когда этот насос плохо работает, чрезмерное количество меди может накапливаться в печени, мозге и других органах, приводя к синдрому, который называется болезнь Вильсона – Коновалова. У пациентов с таким заболеванием может образовываться характерное зеленовато-бурое кольцо вокруг радужной оболочки глаза, когда там накапливается медь. Наблюдаются такие симптомы, как желтуха, повышенная утомляемость, вздутие живота, депрессия, перепады настроения, неуклюжесть и дрожание рук. Моя конкретная мутация встречается среди американцев европейского происхождения в трех случаях на 1000 человек.
Насколько я могу судить, ни одно из этих заболеваний не влияло на мое здоровье, поскольку, как я уже говорил, это рецессивные заболевания, а я был лишь носителем мутации. Все четыре мутации очень редки, и обычно на них не делают анализы будущим родителям, которые планируют зачатие, если только они сами или члены их семей не болеют соответствующими заболеваниями. Но теперь, вооруженные этой информацией, мои дочери, племянники и кузины могут, если захотят, сделать анализ на мутации в этих генах. Будущие поколения моей семьи могут не заводить детей с партнерами, несущими эти рецессивные мутации. Хотя обсуждение этого дивного нового мира с потенциальными супругами будет непростым. Готов ли я генетически дискриминировать моего будущего зятя, если у него обнаружатся мутации в ATP7B? Надеюсь, что нет. Тем не менее я ожидаю, что таких первопроходцев в области секвенирования генома, как я, будет все больше и больше и они будут оказывать давление на предполагаемых супругов, чтобы те сделали генетический анализ для выявления рецессивных заболеваний, прежде чем заводить детей.
В 2013 г. Национальные институты здравоохранения объявили о новой экспериментальной программе стоимостью $25 млн по секвенированию геномов сотен новорожденных детей в США, чтобы больше узнать, насколько полезным может оказаться такое тестирование и как это выглядит с точки зрения этики. Алан Гуттмахер, директор Национального института здоровья ребенка и развития человека, инициировавший эту программу, сказал: «Можно представить себе тот день, когда геном каждого младенца будет секвенирован при рождении, это станет частью его электронной медицинской карты и может использоваться на протяжении всей жизни не только для лучшей профилактики, но и для того, чтобы внимательнее относиться к ранним клиническим проявлениям заболевания».
Рецессивные заболевания встречаются редко, однако их примерно 4000, и от таких заболеваний страдает 2 % населения, а это уже веская причина для полногеномного секвенирования у новорожденных. Большая часть этих страданий непропорционально ложится на самое дорогое и уязвимое, что у нас есть: наших детей.
Дефицит среднецепочечной ацил-КoA дегидрогеназы жирных кислот (MCADD) – одно из заболеваний, на которое проверяют младенцев с помощью биохимического анализа капли крови, взятой из пятки вскоре после рождения. Однако родителям не делают генетический анализ, поскольку это довольно редкое заболевание.
Анна Моррис – мой друг и коллега-генетик – одна из тех матерей, чья семья получила генетический удар, и ей бы точно пригодилась более полная генетическая проверка до оплодотворения. Анна родила ребенка от донора спермы. Банки спермы обычно тестируют доноров на такие распространенные генетические заболевания, как муковисцидоз, но не на редкие рецессивные болезни.
Анна и донор несли мутацию в гене ACADM, которая вызывает болезнь MCADD. Это относительно редкое заболевание встречается примерно у 1 из 10 000 новорожденных. Белок ACADM участвует в метаболизме и помогает превратить липиды в сахара для обеспечения организма энергией. У новорожденных часто снижается уровень сахара в крови, когда они болеют и не потребляют достаточного количества грудного молока или молочной смеси. Если есть MCADD, но оно не диагностировано, то это может стать причиной внезапной детской смерти или судорог после легкого недомогания. В то же время у других детей с MCADD может не проявляться никаких симптомов, если они не испытывают периодов длительного голодания, которое может привести к сильному снижению уровня сахара в крови. Дети с MCADD могут прожить долгую и насыщенную жизнь при правильном наблюдении со стороны членов их семей и врачей. Анна и ее семья, зная о диагнозе сына, сумели сохранить его здоровье (сейчас он уже подросток) благодаря тому, что за его диетой тщательно следили. То есть перед нами генетическая профилактическая медицина в своем лучшем виде.
Анна основала компанию по генетическому тестированию будущих родителей и сейчас в должности генерального директора делает все возможное, чтобы помочь другим родителям снизить риск подобных ударов со стороны генетики, поскольку они случаются гораздо чаще, чем хотелось бы. По аналогии с вакцинацией если каждый сделает анализ примерно на 600 генов, то это поможет избежать многих страданий, а также излишних трат.
Я обнаружил, что у меня есть миллионы нуклеотидных замен неясного значения, про которые не известно, связаны они с заболеваниями или нет. И хотя это не поможет моей семье прямо сейчас, знание об их существовании может быть вложением в будущее. Тут есть важный момент: если вам известна последовательность вашего генома, вы можете выбрать лабораторию, которая будет продолжать следить за интерпретацией этой информации по мере накопления генетических знаний и затем оповещать вас. Но будьте бдительны, если выбираете дешевые варианты секвенирования!
Получив последовательность своего генома и обнаружив, что с высокой вероятностью у меня впереди долгая здоровая жизнь, я почувствовал воодушевление и желание в дальнейшем улучшить заботу о своем организме. Я торжественно пообещал регулярнее заниматься физическими упражнениями, лучше питаться, сбросить вес и скопить средства для жизни на пенсии, которая может быть долгой. Я также узнал кое-что новое о моем происхождении и о связи со всем остальным человечеством. Я рад, что мои находки могут принести полезную информацию будущим поколениям моей семьи.
А еще я понял, что мой геном может быть полезен и другим людям, не только моим родственникам. Существует много неизвестного, обнаруживается масса аллелей с непонятным значением, и единственный способ разобраться – оценить геномные данные максимально большего числа людей. Это поможет понять, какие аллели с какими заболеваниями связаны. Я надеюсь, что мой геном и мою медицинскую карту можно будет сохранить в базе данных, чтобы о них могли узнать другие люди. Я готов участвовать в крупных международных программах, которые, я считаю, помогают медицинским исследованиям и делают мир лучше.
Лично для себя я в полной мере понял необходимость генетической конфиденциальности. Говорят, что вам не надо самому болеть гепатитом, чтобы вылечить пациента с гепатитом, однако точно так же, как мое отцовство помогло мне как врачу лучше понимать детей и их родителей, секвенирование моего генома позволило мне лучше понять переживания по поводу генетической конфиденциальности и дискриминации. В Школе медицины Маунт-Синай в Нью-Йорке есть курс для студентов магистратуры, где они изучают свои геномы, а все врачи-психиатры высшей категории обязаны пройти как минимум годичный курс психодинамической терапии в качестве пациентов. Возможно, студентам-медикам и профессиональным генетикам следует сделать секвенирование собственного генома, чтобы, занимаясь медицинской генетикой, лучше понимать чувства пациентов.
И в заключение я хотел добавить, что Департамент здравоохранения штата Нью-Йорк отклонил казавшуюся мне разумной просьбу о секвенировании генома для моих здоровых пациентов в начале 2014 г. В октябре 2016 г. Департамент изменил свою политику. Теперь можно делать полногеномное и полноэкзомное секвенирование без предварительного разрешения штата. Ньюйоркцы, интересующиеся поддержанием своего хорошего здоровья, могут провести секвенирование своих геномов и экзонов в этом штате, не оплачивая лишних пошлин, и не проводят время в пробках на мосту Джорджа Вашингтона.
Как бы то ни было, в 2013 г. после отказа штата Нью-Йорк Луц и Женевьева съездили в Нью-Джерси, где и сделали секвенирование своего экзома. К счастью, оказалось, что с медицинской точки зрения у них довольно скучный экзом. По моему мнению, генетические тесты и лаборатории должны иметь рейтинговую систему для пользователей, как это сделано для ресторанов. Класс A означает уровень, одобренный Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов. Класс B получат те, кто качественно выполняет анализы, но их тесты не обязательно имеют клиническую ценность. Например, анализы C-класса менее качественные и не обязательно имеют клиническую ценность и т. д. Сегодня Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов, конгресс и индустрия генетического тестирования продолжают спорить о том, насколько строго должно регулироваться качество генетических тестов в США и как разграничить контроль качества и торможение непрерывного процесса введения новых генетических тестов.
