І знову про геномні дослідження – робота ужгородських науковців набуває щораз більшого резонансу
«Еспресо.Захід» поспілкувався з командою наукового проєкту – головною дослідницею Христиною Щубелкою та науковим керівником Тарасом Олексиком
Стартував проєкт з дослідження геному ста українців. Результати цих досліджень науковців готуються до публікації у престижному науковому журналі «GigaScience».
Друга стадія – дослідження геному закарпатців на базі Ужгородського національного університету – розпочалася у вересні у цього року. Це спільний українсько-румунський проєкт, що фінансується Європейським Союзом. Офіційна назва проєкту – «Партнерство для досліджень геному в Україні та Румунії». Його реалізують два виші – Ужгородський національний університет – з українського боку та університет міста Арад – з румунського. Але саме УжНУ є головним бенефіціаром.
«Еспресо.Захід» поспілкувався з командою, що очолює геномні дослідження – головною дослідницею проєкту Христиною Щубелкою та науковим керівником Тарасом Олексиком.
Христина Щубелка за професією – сімейний лікар, а в проєкті дослідження геному відповідає за медичну частину – відбір зразків та виділення ДНК. Тепер здобуває ступінь PHD з генетики в Оклендському університеті у США.
Тарас Олексик – професор-генетик, ексдиректор Карибського геномного центру Університету Пуерто-Рико, колега Христини не лише по проєкту дослідження геному, а й по Оклендському університету. Власне над різноманітними дослідженнями геному Тарас працює вже більш як 20 років, зокрема, у складі команди міжнародного проєкту «1000 геномів».
Велику підтримку також надали ректор УжНУ проф. Володимир Смоланка, деканка біологічного факультету Ярослава Гасинець та головний ендокринолог області др. Ольга Олексик.
Інформація в геномі – як жилки золота
«На 99% всі люди між собою подібні й різниці між ними нема – не важливо, кого ви взяли, людину із Закарпаття чи з Африки. Але той 1%, який відрізняється, містить велику частину інформації. Більшість її нейтральна, але є невеликі частинки дуже цінної – як жилки золота в руді, її треба просіяти і знайти. Ця інформація міститься в окремих місцях на хромосомах, які ми називаємо локусами, – найцікавішими є варіанти, що знаходяться в середині генів, тому що вони відповідають за певну функцію.
Оскільки люди протягом тисячоліть жили в окремих популяціях, у кожній з них накопичилися специфічні відмінності, які роблять представників одних груп трохи іншими від решти – колір волосся, колір очей, статура, ріст, або це може бути те, як ми реагуємо на якісь ліки від раку чи діабету. Наприклад, у популяції європейців досить поширеним є генетичний варіант, що дозволяє пити молоко у дорослому віці і перетравлювати молочний цукор – лактозу, а в китайців цей варіант рідкісний, тому молоко в китайській кухні відсутнє», – пояснює керівник проєкту «Партнерство для досліджень геному в Україні та Румунії» Тарас Олексик.
За його словами, на сьогодні вчені мають базову карту людського геному, тобто повну послідовність ДНК з анотацією локації генів та інших елементів, що відповідають за різноманітні функції людського організму, це приблизно 3,5 гігабайт інформації.
Але серед 3,5 мільярда букв цих відмінностей між людьми насправді дуже мало. Представники нашого виду (Homo sapiens) набагато подібніші один до одного, ніж представники будь-яких інших видів приматів. Проте деякі з цих відмінностей дуже важливі, особливо ті, що мають вплив на наше здоров’я.
Передусім розуміння генетичних схильностей кожної окремої людини повністю змінить сучасну медицину – вона стане персоніфікованою.
«В якийсь момент це просто стане рутиною. Сьогодні ми лікуємо всіх однаково, незалежно від генетичних відмінностей між людьми. Проте завдяки індивідуальним генетичним відмінностям методи, що добре працюють в одній популяції (народі, країні), можуть бути зовсім непридатними в іншій. Уявіть, що виросли в арктичній тундрі, там ви знаєте місцевість, рослини, тварин, розумієте, як себе поводити, а тут ви потрапляєте в пустелю Сахару і починаєте робити те саме. Який, на вашу думку, буде результат такої вашої діяльності? Як довго ви протримаєтеся? Ось десь так само виглядає неперсоніфіковане лікування, це різниця між геном однієї популяції від іншої. Якщо медична діагностика, методи лікування, ліки були розроблені на базі однієї популяції, то ще не факт, що вони можуть підійти для іншої», – наголошує професор.
Оскільки подібні геномні дослідження проводились як у Західній Європі, так і в США та розвинутих країнах Азії, вони вже можуть з більшою точністю розробляти ліки й методи лікування, що ефективні для їхнього населення. Наразі українців чи закарпатців в такій базі даних ще нема, і тому нема розуміння, якого типу варіанти існують у нашого населення. Тому, без розуміння повногеномної різноманітності місцевого населення, персоналізована медицина в Україні і на Закарпатті зокрема не може працювати, вона буде просто сліпа. Дуже важливо створити ресурс, який у найближчому майбутньому допоможе нашим лікарям і вченим вивчати захворювання, типові для нашого населення, а лікарям знаходити і застосовувати ефективні методи лікування та профілактики.
«Наш проєкт ставить собі за мету накреслити першу базу генетичної різноманітності саме місцевого населення. Тому фокус на корінних закарпатцях. Тепер ми напрацьовуємо базу, щоб зрозуміти загальну картину», – додає Тарас Олексик.
Якщо намалювати генетичну карту українців, вона збігатиметься з географічною
Результати досліджень, що проводив Ужгородський університет у співпраці з Національним Інститутом Раку США, Оклендським, Мічиганським та Корнельським університетами та Пекінським геномним інститутом, які готуються до публікації науковим журналом «GigaScience», проливають світло на загальну картини різноманітності серед геномів українців.
«Основна цінність цієї статті – це база даних, що показує, яка генетична різноманітність існує всередині України. У результаті цього дослідження ми отримали базу повногеномних даних із майже 100 етнічних українців, з якої як вчені, так і лікарі можуть дізнатися про те, які генетичні фактори можна очікувати серед населення України. Ми даємо близько півмільйона нових варіантів, які до цього були невідомими й не представлені в жодній іншій популяції. Багато це чи мало? Для прикладу, нещодавно була опублікована база даних, що представляє найбільш повну картину генетичної різноманітності серед населення африканського континенту. У пресі наголошувалося, що найціннішим результатом цього дослідження було те, що вони додали 3 мільярди нових варіантів, а ми даємо тільки півмільйона з однієї країни України», – зазначає Тарас Олексик.
«До цього часу вважалося, що Східна Європа – це те саме, що й Західна, тому нема потреби для неї щось особливе вивчати. Вважалося, зокрема, що для медичних досліджень замість українців можна набрати росіян, поляків, естонців, і воно приблизно в середньому однаково і лікувати всіх можна потім в середньому однаково. Така логіка може здаватися дивною для нас, але для медичних і фармацевтичних компаній, які в основному знаходяться на заході, вона є цілком прийнятною. Ми хочемо ці стереотипи зруйнувати і показати, що саме українська популяція є відмінною, у тому числі і від Росії, і від Німеччини, і від Естонії. Показати, що українська популяція є відмінною від інших європейських популяцій і заслуговує на особливу увагу, окремо від інших популяцій», – наголошує він.
«Звісно, у нас є багато спільного з нашими сусідами, що очевидно з огляду на спільну історію. Але у нас є достатньо відмінностей, щоб відділити українців в окрему групу. За тими відмінностями, які ми маємо, ми більш подібні один до одного, ніж до поляків, словаків, росіян чи білорусів. Ми маємо набагато більш спільного між собою, ніж з іншими популяціями.
Якщо намалювати генетичну карту відмінностей, вона насправді збігатиметься з географічною картою. Наприклад, генетично ми ближчі до німців, ніж до англійців, ближчі до румунів, ніж до греків», – наголошує вчений.
На те, що до сьогодні Україна генетично була взагалі не досліджена, ніхто не звертав уваги. Тому наші науковці намагаються привернути увагу міжнародної спільноти, що українська популяція є велика, вона важлива, її варто вивчати, зважаючи на її історію, її особливість, її унікальність.
Україна – біла пляма на генетичній карті Європи
Останній проєкт групи ужгородських учених можна умовно розділити на дві частини – наукова та освітня. Наукова передбачає збір 150 зразків у двох прикордонних регіонах – Закарпатській області в Україні та провінціях Сату-Маре та Бая-Маре в Румунії. Ці зразки будуть просеквеновані, тобто буде повністю прочитане ДНК цих 300 людей.
«Навіщо це потрібно? Це потрібно з метою пошуку різних генетичних мутацій, а також визначення походження цих людей в історичному контексті – наскільки вони споріднені з іншими народами, як теперішніми, так і тими, що вже вимерли.
Це безпрецедентний проєкт, оскільки ця зона в контексті людських популяцій ще ніколи не вивчалась. Ці люди є абсолютною білою плямою на генетичній карті світу», – розповідає Христина Щубелка.
Освітня частина передбачає проведення двох семінарів. Один вже відбувся, це був онлайн-семінар на 200 учасників. Спочатку семінар планували значно меншим – на 30 осіб, але оскільки він проходив онлайн, вдалося розширити коло учасників.
Ці семінари спрямовані на те, щоб навчити молодих дослідників, студентів та викладачів усіх необхідних методик роботи з ДНК як людини, так і інших організмів. Тобто аплікація ДНК, процедури ПЛР-реакцій, секвенування – зчитування послідовності ДНК, а також знань з біоінформатики – науки, яка займається розкодуванням геному. Цим займаються в основному комп’ютерні техніки.
Завершенням усього проєкту буде велика філіальна конференція в Ужгороді, сюди запросять як представників з України та Румунії, так і інших країн світу. Саме на цій конференції презентують результати досліджень.
Для чого потрібні такі дослідження?
У світі подібні дослідження ведуться вже 25 років, але в Україні не зробили ще жодного дослідження такого масштабу.
«Чому це важливо? Генетичні дані у кожного народу мають бути в мобільному доступі, щоб різні клінічні дослідження, що плануються на певній території, мали можливість планування. Генетичні компоненти залежно від регіону можуть впливати на реакцію організму на ліки, різні люди мають різні адаптації. Також важливо знати, яка частота різних мутацій у цього народу, щоб передбачити частоту захворювань», – додає Христина Щубелка.
Насамперед дослідники прагнуть секвенувати геноми людей з певними захворюваннями, оскільки в Україні такі дослідження взагалі не робилися, додає дослідниця.
«Наприклад, мутації, які впливають на діабет або артеріальну гіпертензію, можуть відрізнятись в різних популяціях. І ці захворювання можуть виникати через різні поломки геному, тобто якщо в американця певні генетичні відхилення призводять до цієї хвороби, не означає, що в українця вони будуть такі самі. Тому важливо вчити локальні популяції в різних частинах світу, щоб розуміти захворювання в комплексі», – розповіла науковиця.
Відповідно, уявлення про генетичні нюанси відкриє зовсім інший підхід до лікування та профілактики різноманітних захворювань, особливо це стосується різних видів раку.
«У світі кожному пацієнту перед початком терапії роблять генетичне тестування, щоб знати, до яких препаратів він буде більш схильний, і буде краща відповідь. В Україні це все ще дуже в зародковому стані. Ми, можна сказати, ще тикаємо пальцями в небо. Є окремі компанії, що роблять генетичні дослідження, але це не порівняти з тим, на якому рівні ці дослідження є у світі», – каже Христина Щубелка.
Ужгород – як центр генетичних досліджень в Україні
Закономірно, що саме Закарпаття стало базовим регіоном для досліджень геному українців, зазначає Тарас Олексик. Саме цей регіон завдяки унікальній історії та своєму географічному розташуванню на кордоні з п’ятьма європейськими державами має найбільше генетичне різноманіття в Україні.
І завдяки проєкту студенти Ужгородського університету отримають нове сучасне обладнання, і це ціль цього проєкту, щоб він мав довготривалий вплив на регіон.
«Це все для студентів біологічного та медичного факультетів. У рамках проєкту також відремонтували лабораторію Біологічного факультету, тепер там встановлене нове сучасне обладнання за кошти Університету, а також грантів як України, так і Євросоюзу. Студенти будуть вчитися безпосередньо на цьому обладнанні і відпрацьовувати навички роботи з ДНК. Досі все це вивчалось лише в теорії. Для закордонних вишів це нормальна практика, але в Україні студенти не мали доступу до такого обладнання, бо воно дуже дороге», – розповідає Христина Щубелка.
Зокрема, передбачена закупівля різного обладнання, необхідного в процесі обробки ДНК людини: ПЛР-машина, спектрофотометр (який міряє концентрацію ДНК та інших різних молекул), установки для гель-електрофорезу, морозилки для зберігання ДНК, система очищення води, яка потрібна для молекулярних досліджень, паровий стерилізатор, тобто все, що потрібно для устаткування повноцінної ДНК лабораторії.
Як обирали учасників дослідження?
Основний критерій – людина мала бути закарпатцем третьому поколінні і походила з одного регіону. «Ми допускали 15 осіб, що їхнє походження може бути з різних районів, наприклад, мама з Берегова, тато – з Хустського району. Інші люди, їхнє походження має бути суто в межах одного району, тобто усі чотири бабусі та дідусі мали бути з одного району, а ще краще – з одного села», – розповіла головна дослідниця проєкту.
У сучасному, глобальному світі таких людей важко знайти. Але науковці намагались дотримуватися цього критерію і познаходили корінних жителів різних сіл.
У ґрантовий проєкт увійшли всі 13 районів Закарпаття плюс національні меншини – роми, волохи. Стать, вік – не мають значення. Вимоги були тільки дві: волонтери мали бути готові здати свою кров та бути корінними жителями.
Коли очікувати результатів?
Учені вже зібрали зразки крові і видобули з них ДНК. Зараз йде тендер по закупці послуги секвенування, тобто яка компанія і де буде це робити. Проєкт завершується через 9 місяців, тоді ж можна очікувати і на його результати. Перша стаття виходить саме зараз. Протягом 2021 року плануються ще дві.