А теперь самое важное:
• прогнозирование, персонификация, параметрика, профилактика и активное участие пациента – пять составляющих медицины антистарения, обеспечивающие контроль над возрастом.
Глава 6Кит первый. Прогнозирование
Открытия составляют четверть лучших вещей в мире.
Вспоминаем старое и узнаем новое. Генетика сегодня
Почему одни болеют часто и подолгу, а другие знакомы исключительно со стоматологом и не знают лекарств, кроме витаминов? Почему одинаковые усилия косметологов в разных случаях различаются по эффективности? Почему только 7 курильщиков из 100 умирают от рака легких? Почему одни полны сил и радуются жизни, а другие быстро стареют? Кто пополняет отряд долгожителей?
Возможность выявить предрасположенность к заболеваниям задолго до их появления появилась благодаря развитию «новой» генетики, которая стала революцией в современной медицине.
Ни один человек не является точной копией другого, ни один организм не функционирует точно так же, как другой. Разница в том, как мы реагируем на факторы риска и чем болеем, во многом объясняется индивидуальными генетическими особенностями.
Сегодня река генетики течет двумя потоками:
• классическая, или «старая», генетика, изучающая моногенные (один ген – одна болезнь) изменения в организме, называемые мутациями, и тяжелые наследственные заболевания;
• генетика взаимодействий, или «новая», генетика, изучающая взаимовлияние генов и факторов внешней среды – экогенетика, взаимовлияние генов и пищевых продуктов – нутригенетика, взаимовлияние генов и лекарственных средств – фармагенетика и т. д.
«Новая» генетика родилась в апреле 2003 года, когда был опубликован окончательный вариант расшифрованного генома человека. Это стало революцией в современной медицине, потому что появилась возможность выявить предрасположенность к заболеваниям задолго до их появления. Работы по дальнейшему изучению тонкой молекулярной структуры генома человека активно продолжаются и по сей день.
Понятия, которыми оперируют оба направления генетики, отличаются друг от друга по своему содержанию, что зачастую приводит к недоразумениям. Поэтому если мы хотим понять, что такое «новая» генетика, то сначала нам придется получить некоторое представление о генетике и генах.
Термин «геном» был предложен немецким ученым Г. Винклером в 1920 году. В настоящее время этот термин широко используется для обозначения всего наследственного материала клетки, содержащего весь объем информации, необходимой для развития организма, его существования в определенных условиях среды, эволюции и передачи всех наследственных свойств в ряду поколений. Наука, изучающая молекулярную структуру и функции геномов живых организмов, получила название «геномика».
Главным кодом подавляющего большинства жизненных форм на земле, от бактерий до слонов, является ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – знаменитая «нить жизни», двуспиральная структура которой была гениально предсказана в работе нобелевских лауреатов Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика еще в 1953 году. Фрагменты нити ДНК и являются тем, что называется генами, т. е. участками генома, кодирующими все белки организма.
ДНК является фундаментальным источником информации. Благодаря ДНК каждая наша клетка знает все необходимое для развития и существования организма. Хранится эта информация в полном наборе генов организма – геноме. В молекулярном аспекте геном – это две равноценные цепочки ДНК (по одной от папы и мамы), свернутые в двойную спираль.
Необходимо контролировать внутренние и внешние факторы, влияющие на проявление генов.
Нить ДНК разделена на 23 фрагмента неравной длины – хромосомы. Это «адрес» гена. Когда генетики хотят внести ясность, они говорят, что такой-то ген лежит на плече такой-то хромосомы. Каждая хромосома содержит множество генов, отвечающих за выработку различных белков (ферментов, гормонов и т. д.).
Совокупность огромного количества генов, счастливыми обладателями которых мы с вами являемся, выполняет всего две задачи: копирование самих себя и влияние на фенотипы, т. е. совокупность характеристик, присущих человеку.
В широком смысле термин «фенотип» обозначает всю совокупность проявлений генотипа (общий облик организма), а в узком – отдельные признаки (фены), контролируемые определенными генами.
Аббревиатура ДНК сегодня встречается на каждом шагу и далеко ушла за рамки биологии. Кремы, духи, детективы… – двойная спираль набирает обороты.
Итак:
• в теле человека имеется 75–100 триллионов клеток;
• в каждой клетке содержится полный геном человека;
• полный геном человека насчитывает свыше 30 тысяч генов;
• в каждой клетке имеется 23 пары хромосом, определяющих «адрес» гена;
• в определенной клетке «включаются» (экспрессируются) определенные гены;
• включение (экспрессия) гена зависит от воздействия внутренних и внешних факторов;
• экспрессия гена ведет к синтезу одноименного белка (фермента, гормона, рецептора);
• синтез белка определяет осуществление конкретной функции.
Все не так уж и сложно: фактор «включения» – активация (экспрессия) гена – синтез продукта гена: фермента, гормона – и далее – выполнение функции. Ситуацию отягощают межгенные взаимодействия и влияние факторов внешней среды. Но про это несколько позднее.
Попробуем проиллюстрировать «простую» формулу на примере метаболизма алкоголя. Если мы пьем горькую (ну, или сладкую), то в результате активируется (экспрессируется) ген ADH-2 – любой ген, как и человек, имеет имя. Это приводит к синтезу соответствующего фермента алкогольдегидрогеназы (АДГ). Фермент алкогольдегидрогеназа вырабатывается в клетках печени и контролирует распад этанола, тем самым удаляя спирт из крови.
Если мы употребляем алкоголь в больших количествах, клетки нашей печени увеличивают объемы производимой ею АДГ. Когда же мы перестаем алкоголизироваться, печень вырабатывает меньшие количества белка. В этом и заключается одна из причин, по которой регулярно пьющие люди реагируют на воздействие алкоголя не столь очевидно, как пьющие редко. Чем чаще мы пьем спиртное, тем больше белка АДГ вырабатывает печень (до границы истощения – но это уже совсем другая история).
Обращаю ваше внимание, что экспрессия гена АДГ:
• зависит от активности воздействия внешнего фактора (алкоголя);
• вызывает синтез вполне определенного фермента – алкогольдегидрогеназы, а не чего-то другого;
• синтез фермента алкогольдегидрогеназы происходит в клетках печени, где, несмотря на присутствие полного генома, никогда не активируются гены, от которых зависит, например, рост зубов.
Как вам зубастая печень?
Как невозможно найти две пары совершенно одинаковых глаз, так невозможно одинаково изменяться во времени.
О том, кто виноват. Полиморфные гены
Что значит «я»? «Я» бывают разные!
Более 97 % генов людей практически одинаковы. Оставшиеся проценты определяют нашу индивидуальность: как невозможно найти две пары совершенно одинаковых глаз, так невозможно одинаково изменяться во времени. Выраженные популяционные, этнические и, главное, индивидуальные различия геномов обусловлены различными генетическими полиморфизмами (poly – много, morpho – форма).
Полиморфизмы – это феномен существования вариаций генов, модификации ДНК, определяющие генетическое разнообразие. Каждый человек имеет неповторимый наследственный отпечаток, характерные только для него особенности организма: биохимическую индивидуальность, влияющую на обмен веществ и усвоение пищи, адаптационные возможности в условиях действия повреждающих факторов внешней среды, физических нагрузок и стрессов. Генетическими вариациями определяется и тот давно известный факт, что все люди существенно отличаются друг от друга индивидуальными реакциями на внешние агенты, инфекции, пищевые продукты, на действие токсинов и лекарственных препаратов. Мы отличаемся не только внешне, но и по своим внутренним – биохимическим, физиологическим и психологическим – характеристикам, составляющим фенотип каждого человека, который является продолжением индивидуальных генетических особенностей, реализованных при определенных условиях среды.
Наследственная информация, содержащаяся в генах, определяет все внешние и внутренние признаки организма.
Так, «неправильные» привычки быстрее формируются у людей с вариантной формой гена рецептора серотонина. Серотонин является одним из наиболее важных нейромодуляторов центральной нервной системы. Он связан с эмоциональным состоянием, половым поведением, суточными ритмами, поддержанием температуры тела, восприятием боли и другими процессами, которые контролирует мозг.
Изменение чувствительности рецепторов в результате имеющегося полиморфизма может провоцировать ощущение недостатка положительных эмоций, состояние неудовлетворенности и на клиническом уровне способствовать формированию психологической зависимости от привычных интоксикаций: чрезмерной еды, выпивки, курения и т. д. Но поведение, характеризующееся привыканием к чему-либо, связано как с полиморфными эффектами наших генов, так и с факторами окружающей среды. Ключевую роль играет взаимодействие двух причин. Поэтому не менее важно присутствие внешнего фактора, а именно этих самых привычных интоксикаций. Ситуацию возможно эффективно контролировать с помощью диетической коррекции, изменения образа жизни и применения микронутриентов.
Итак, мы поняли, что полиморфизм – это феномен существования вариаций генов, определяющих генетическое разнообразие. Полиморфизм – понятие, которым оперирует «новая» генетика. Основной термин «старой» генетики – мутация.
Таблица 8
Различия между мутациями и полиморфизмом скорее количественные, чем качественные: в отличие от мутаций, полиморфизмы встречаются гораздо чаще.
Другое, еще менее очевидное отличие мутаций от полиморфизмов относится к их влиянию на функции гена. Обычно полиморфизмы не нарушают активности (экспрессии) генов, но приводят к появлению белков с несколько измененными физико-химическими свойствами. Напротив, мутации, как правило, выключают работу гена, что ведет к снижению синтеза его белкового продукта («минус эффект»), или к его избытку («плюс эффект»), или к появлению аномального белка. Следствием чего являются те или иные тяжелые наследственные болезни, часто не совместимые с жизнью. Наличие мутации приводит к патологическим изменениям.
В отличие от мутаций полиморфизмы, обусловленные наследственными факторами, развившимися в ходе эволюции, проявляют себя менее очевидно. Они приводят к тому, что организм становится более предрасположенным к развитию одних заболеваний и резистентным к возникновению других. Врачам хорошо известны семьи, предрасположенные к атеросклерозу, диабету, заболеваниям сердца, легких, почек, психическим отклонениям, с высокой склонностью к онкологическим и аллергическим заболеваниям.
Генетический полиморфизм далеко не всегда является нейтральным, так как приводит к появлению белковых продуктов с измененными физико-химическими свойствами и параметрами функциональной активности. Каждый человек со своим индивидуальным набором модифицированных генов в чем-то неизбежно выигрывает, а в чем-то – проигрывает, хотя все довольно относительно. Изменения функции могут быть выгодными для организма, нейтральными или слабо отрицательными, отрицательными, выгодными при одних условиях и отрицательными при других.
Так, одним из генов, обязательно тестируемых при прогнозировании здоровья сердечно-сосудистой системы, является ген АроЕ (это «имя» гена). Продукт вариантного гена ApoE – одноименный белок аполипопротеин E – связан с высоким уровнем триглицеридов и холестерина в крови, а значит, с повышенным риском развития сердечно-сосудистых заболеваний. Напротив, продукт вариантного гена CETP, участвующий в обратном транспорте холестерина, ассоциирован с повышением уровня «хорошего» холестерина (ЛПВП), а значит – со снижением риска сердечно-сосудистых заболеваний. Но это только сценарий. Спектакль будет зависеть от режиссера, т. е. от вас, вашего питания, ваших действий, вашей жизни.
Основываясь на знаниях генетических особенностей организма, можно разработать стратегию сохранения здоровья и индивидуальной профилактики развития заболеваний. Такой подход поможет предотвратить их развитие, оптимизировать диету и физические нагрузки, индивидуализировать дозы и схемы приема лекарственных средств.
Примером изменения функции, выгодного при одних условиях и отрицательного при других, является вариантная форма гена системы биотрансформации/детоксикации GSTT1, при которой повышается чувствительность к ультрафиолету – это минус, но заодно и чувствительность к антиоксидантным свойствам красного вина – это плюс, для многих более чем очевидный. Хотя перечисленные особенности – тоже только сценарий.
Гены, вариантные формы которых при наличии определенных условий предрасполагают к развитию заболеваний, получили название генов предрасположенности. Это вариантные гены, совместимые с рождением и жизнью, но при определенных неблагоприятных условиях способствующие развитию того или иного заболевания.
Типичные гены предрасположенности – это гены системы детоксикации, свертывания крови, функции эндотелия, липидного обмена, иммунной защиты, остеогенеза и др.
Таблица 9
Зная генетические особенности организма, можно применять стратегию сохранения здоровья и индивидуальной профилактики развития заболеваний. И тем самым помочь предотвратить их развитие, оптимизировать диету и физические нагрузки, индивидуализировать дозы и схемы приема фармакологических препаратов.
К сожалению, все еще существует два основных противостоящих друг другу мнения относительно генетики: «генетика может все» и «невозможно ничего». Обе точки зрения далеки от реального положения дел и могут нанести существенный вред.
Зачастую люди считают, что то, что запрограммировано в ДНК, изменить уже нельзя. Все не так страшно! Наши знания о генетике на сегодняшний день – это огромный источник новых возможностей и позитивного практического применения. Все в наших руках!
Информация о наличии полиморфизмов, знание их влияния на определенные виды обмена и уровень чувствительности к лекарственным препаратам позволяет предупредить развитие заболеваний и назначить правильное лечение. Генные полиморфизмы в течение жизни не меняются.
Практическое прогнозирование без хрустального шара и карт Таро. Генные сети
Если в мире все бессмысленно, что мешает выдумать какой-нибудь смысл?
Наиболее важную в медицинском отношении группу заболеваний, ассоциированных с возрастом, называют мультифакториальными. Ожирение, остеопороз, инфаркт миокарда, большинство опухолей, психических и сердечно-сосудистых заболеваний как раз и относятся к этой категории.
В отличие от мутации, один полиморфный ген «в поле не воин». Возникновение большинства мультифакториальных заболеваний определяется генетическим полиморфизмом не в одном, а сразу во многих генах, которые реализуются при наличии соответствующих неблагоприятных средовых факторов. Чем выше наследуемость какого-либо признака, тем меньше генов (и полиморфизмов) его определяют. И наоборот: чем ниже наследуемость признака, тем больше генов (и полиморфизмов) его определяют. К примеру, в генетике физических нагрузок высокой степенью наследуемости отличаются взрывная сила, состав мышечных волокон и гибкость, а низкой степенью наследуемости – вес тела, аэробная выносливость и ловкость. Параметры с низкой степенью наследуемости легко изменяются под воздействием внешних факторов, а значит, характеризуются высокой степенью тренируемости.
Сочетания различных генов, обеспечивающих нормальный метаболический процесс или вовлеченных в развитие мультифакториального заболевания, получили название «генных сетей». По определению профессора Н. А. Колчанова, генная сеть – это группа координированно функционирующих генов, обеспечивающая формирование фенотипических признаков организма: молекулярных, биохимических и физиологических.
Все процессы в организме – результат взаимодействия (интеграции) его генных сетей. На сегодняшний день создана база данных (GenNet), в которой содержатся описания генных сетей, ответственных за различные жизненно важные функции организма человека, а также информация о метаболических и регуляторных сигналах, контролирующих, интегрирующих и направляющих работу этих генных сетей. Подробно изучены механизмы взаимодействия и интеграции генных сетей, обеспечивающих регуляцию уровня глюкозы в организме, синтез стероидных гормонов, функции клеток жировой ткани, генные сети окислительного стресса и многих других метаболических процессов. Будучи функционально автономными сообществами генов, локальные генные сети интегрированы в одну глобальную сеть организма. Таким образом, каждый человек – это глобальная сеть из множества локальных генных сетей.
Генетические сети составляют относительные риски атеросклероза, ишемической болезни сердца, остеопороза, диабета, астмы, опухолей и т. д. В патогенез каждого заболевания вовлекается много разных функционально взаимосвязанных генов той или иной локальной генной сети. Вклад различных генов, составляющих генную сеть, в развитие любого заболевания существенно различается. Во-первых, развитие любого патологического процесса определяется не всеми генами отдельной генной сети, но лишь сравнительно немногими из них – генами предрасположенности. Во-вторых, ген-генные взаимодействия и компенсация функциональной неполноценности одного гена другим, «буферным» геном той же метаболической группы, зачастую имеют гораздо большее значение, чем собственно наличие полиморфного гена. В-третьих, наряду с главными генами, провоцирующими начало болезни, всегда присутствуют другие, второстепенные, в том числе многочисленные гены-модификаторы, фенотипические эффекты которых во многом определяются средовыми факторами.
Ишемическая болезнь сердца, сахарный диабет, гипертоническая болезнь, рак молочной железы, рак легкого, остеопороз и многие другие распространенные заболевания входят в список болезней с наследственной предрасположенностью, соответствующими им генными сетями, и полиморфным вариантом отдельных генов.
Сведения о генетических сетях лучше иметь задолго до начала заболевания. Соответствующие профилактические мероприятия могут полностью ликвидировать или в значительной мере предупредить развитие тяжелого заболевания. Тестирование генетических сетей заболеваний, с ожидаемым повышенным риском, исходящим из семейной истории, и возможная фенотипическая корректировка их функций могут существенно уменьшить число лиц, у которых реально разовьется мультифакторное заболевание: атеросклероз, диабет, инфаркт миокарда, гипертония и прочие.
Досимптоматическое выявление лиц высокого риска и первичная профилактика являются основными задачами предсказательной медицины. Генетическое тестирование в семьях высокого риска заболеваний с поздней манифестацией, к которым относятся, например, семейный рак молочной железы и яичников, болезнь Альцгеймера, Паркинсона, в настоящее время рассматривают как одно из направлений превентивной медицины.
Генетическое тестирование не позволяет определить время появления того или иного заболевания и тем более не ставит предварительный диагноз, но помогает выявить индивидуальный риск подверженности воздействию факторов окружающей среды, особенности обмена веществ и метаболизма лекарств.
«Новая» генетика подразумевает использование индивидуальных профилактических программ на досимптоматическом этапе. Применение таких программ помогло бы ежегодно избежать многих заболеваний, травм, миллионов врачебных ошибок, неблагоприятных реакций на прописанные лекарственные препараты, стать сильнейшим инструментом в борьбе с раковыми заболеваниями, спровоцированными окружающей средой.
Адресные программы генетического тестирования составляются индивидуально исходя из семейной истории, возраста, состояния здоровья и пожеланий конкретного человека. Объем и, соответственно, стоимость тестирования существенно различаются исходя из поставленных целей. Возможность проводить исследования генетической сети, участвующей в конкретном метаболическом процессе или в формировании рисков развития того или иного заболевания, – это целевые программы.
Возможно проведение комплексных скрининговых исследований или широких тестирований в рамках «генетических паспортов».
Сведения о генетических сетях лучше иметь задолго до начала заболевания. Вовремя проведенные соответствующие профилактические мероприятия могут полностью ликвидировать или в значительной мере предупредить развитие тяжелого заболевания.
Термин «генетический паспорт» до сих пор вызывает разногласия. Можно назвать его генетической картой. Суть от этого не изменится.
Речь идет о расширенном генетическом обследовании – от составления родословной до секвенирования генома. На этих основах и закладывается персонифицированная медицина.
Целевые программы максимальным образом реализуют современные возможности «генетики взаимодействий», связанные с индивидуальной профилактикой в направлении «зоны риска». В этом случае наиболее подробно анализируется генетическая сеть (взаимодействие генов, определяющее степень риска), наиболее значимая для эффективной работы той или иной системы. Это позволяет выявить «слабые точки», на которые следует направить профилактические и терапевтические интервенции.
Список болезней с наследственной предрасположенностью и соответствующими им генными сетями и полиморфными вариантами отдельных генов включает такие распространенные заболевания, как ишемическая болезнь сердца, сахарный диабет, гипертоническая болезнь, рак молочной железы, рак легкого, остеопороз и многие другие.
Так, на сегодняшний день известно, что риск сердечно-сосудистых заболеваний определяют более 250 генов. Но здесь, как и в случае других мультифакториальных заболеваний, их роль будет различна при каждой форме болезни. Метаболизм липидов и система кровяного давления, образование тромбов и метаболизм гомоцистеина, повреждающего стенки сосудов и делающего их поверхность рыхлой и восприимчивой к холестерину, – основные «кубики», из которых складывается «сердечное» здоровье или нездоровье.
При наличии в семейной истории подобных заболеваний целевое генетическое тестирование просто необходимо для назначения индивидуально эффективной программы – как профилактики, так и лечения.
Комплексные скрининговые программы тестирования позволяют увидеть генетический портрет в целом и выявить «точки риска», по которым в дальнейшем возможно более детальное тестирование. В рамках этих программ тестируются базовые гены различных генетических сетей. Это основные маркеры целевых программ.
Скрининговые программы вы можете встретить в перечнях, предлагаемых лабораториями как «мужская», или «женская», или «антивозрастная», или еще какая-нибудь. Не забудьте, что самостоятельно выбрать объем тестирования возможно. Но эффективность этого мероприятия очень сомнительна.
Генетические паспорта. Эти программы генетических исследований максимальным образом реализуют современные возможности, связанные с индивидуальной профилактикой. В этом случае генетические сети анализируются подробно, что позволяет с высокой достоверностью оценить степень риска и разработать эффективные меры индивидуальной профилактики. Это совокупность целевых программ. Стоимость соответствующая.
А теперь самое важное:
• так же как и классические медицинские направления, медицина антистарения опирается на результаты диагностических исследований, включая прогностические возможности молекулярной генетики;
• генетический полиморфизм – основа и причина биохимической уникальности каждого человека, источник индивидуальных различий в предрасположенности к мультифакториальным заболеваниям;
• все живые организмы – открытые системы. Каждый поступающий в организм сигнал вызывает ответную реакцию той или иной генной сети, которая передает сигнал другим генным сетям. Поломки в генных сетях, вызванные функциональной изменчивостью генов, могут изменить работу интегральной генной сети, т. е. всего организма;
• ДНК-тестирование генетических полиморфизмов в составе генетических сетей показывает, насколько ваш образ жизни, питание и лечение соответствуют вашим индивидуальным генетическим возможностям;
• существует реальная возможность изменить проявление генов через воздействие окружающих факторов, включая питание, изменение образа жизни, препараты и т. д., которые играют укрепляющую или ослабляющую роль для непосредственных функций генов;
• комбинированное применение технологий генетики взаимодействий позволяет создавать адресные, индивидуальные программы управления здоровьем, основываясь на выявлении генетических вариаций.
Все в наших руках!
Когда стало понятно, как это работает, дело остается за малым: обеспечить регуляцию экспрессии (включения) и репрессии (выключения) нужных генов с помощью возможностей антивозрастной медицины. Мы на полпути к цели!