Попри війну в Україні розвивається геномна дослідницька ініціатива
Під час першого проєкту нової геномної лабораторії Ужгородського університету науковці шукають гени, пов’язані з діабетом
У підвалі майже столітньої будівлі Ярослава Гасинець відчиняє морозильну камеру, ущерть заповнену близько 12 000 пластикових пробірок. «Це частина нашого генетичного спадку», — каже деканеса біологічного факультету Ужгородського національного університету (УжНУ). Пробірки містять ДНК, що отримали під час триваючого дослідження українців із цукровим діабетом 1-го типу (ЦД1), яке нова геномна лабораторія УжНУ, офіційне відкриття якої заплановане на 22 вересня, використає для пошуку генетичних інсайтів.
Російські атаки, вимикання електроенергії та обмежені бюджети стали серйозним випробуванням для української науки. Втім тут, у передгір’ї Карпат, поблизу Словаччини та Угорщини, формується несподіваний осередок передової геноміки, спираючись на особливості генетичної структури населення України — і науковців, які знайшли тут прихисток, рятуючись від війни. Ужгород, названий на честь річки Уж, що звивається через місто, не зазнавав атак і вважається «найбезпечнішим місцем в Україні», каже Федір Кондрашов, фахівець з еволюційної геноміки з Окінавського інституту науки і технологій, який проводить тут літню школу з біоінформатики й науки про дані для учасників з усієї країни.
Попри це, на більшості наукових радарів ця тиха гавань — у кращому разі ледь помітна цятка. «Колега пожартував, що Ужгород — ідеальне місце для програми захисту свідків для науковців, бо ніхто ніколи не шукатиме вас саме там», — каже генетик Тарас Олексик з Оклендського університету (США), який народився саме в цьому місті на Закарпатті.
Він — один із рушіїв нової геномної лабораторії. Наприкінці 2000-х, працюючи в Університеті Пуерто-Рико, пан Олексик із заздрістю спостерігав, як багато європейських країн створюють національні генетичні банки даних, тоді як його батьківщина лишалася фактично «геномною чорною дірою». «Я думав: “А як же українці? Хто зробить це для моєї країни, якщо не я?”»
Шанс з’явився у 2018-му: перед переїздом до Рочестера (штат Мічиган) він ініціював перше дослідження різноманіття геномів в Україні, домовившись про секвенування 97 українських геномів у лабораторіях Китаю та США. У 2021 році в журналі GigaScience пан Олексик із колегами описали 189 медично значущих алелів, пов’язаних із такими станами, як аутизм і рак молочної залози, а також 20 потенційно захисних мутацій. Згодом він і біологиня Оклендського університету Христина Щубелка — також із Ужгорода — об’єдналися з румунськими колегами, щоб у межах європейського проєкту Genome of Europe секвенувати по 150 геномів з кожної країни.
«Раптом у нас склалася робоча система: відбір зразків, екстракція ДНК. Маємо етичний комітет», — каже Тарас Олексик. Ця інфраструктура привернула увагу компанії Regeneron, яка 2021 року запропонувала підтримати дослідження ЦД1 в Україні. Геномно-широкі асоціативні дослідження (GWAS) в інших країнах уже виявили кілька десятків алелів, пов’язаних із цим розладом. Однак робіт, що аналізують варіанти, притаманні лише окремим популяціям, бракує, каже пан Тарас. Після кількох місяців перемовин до фінансування долучився Фонд Леони М. та Гаррі Б. Гелмслі, виділивши 5 млн доларів на український проєкт — із гарантією, що секвенс-дані будуть у відкритому доступі.
Був і ще один ресурс – сестра-науковця. Клініка ендокринологині Ольги Олексик в Ужгороді стала прихистком для провідних фахівців із метаболічних хвороб, які виїхали з окупованих або прифронтових міст. Щоб залучити пацієнтів із ЦД1, вона й Христина Щубелка об’єднали зусилля з 85 іншими ендокринологами та молекулярними біологами по всій країні, зібравши зразки крові від більш ніж 12 000 пацієнтів і здорових контрольних учасників, підібраних за віком. Результат, за словами Тараса Олексика, — найбільше у світі генетичне дослідження ЦД1. «У деяких регіонах, — додає пані Щубелка, — нам уже просто не лишилося нових пацієнтів із діабетом 1-го типу для набору. Ми охопили майже всіх».
«Нам потрібні дані, релевантні саме Україні, — і саме цим займається Тарас із командою, — каже спеціаліст із обчислювальної біології з Університету Південної Каліфорнії Сергій Мангул. – А вивчення популяції таким чином стане величезним ресурсом у міру розвитку персоналізованої медицини в Україні».
Консорціум УжНУ об’єднався з колегами в Польщі, щоб розширити дослідження — до 20 000 пацієнтів і контрольних учасників до середини 2027 року. Поки що Regeneron секвенував ДНК із 10 000 зразків. Ключова мета — система HLA (антигени лейкоцитів людини) — комплекс генів, що кодують білки регуляції імунної відповіді і відомі причетністю до ЦД1. Проєкт прагне точно ідентифікувати алелі, які підвищують ризик ЦД1 і частіше трапляються у східноєвропейців.
Проєкт уже дає «діагностичні дивіденди»: у кількох десятків учасників, схоже, виявлено MODY — рідкісну генетичну форму діабету, що маскується під ЦД1. Якщо пацієнтам із ЦД1 потрібні щоденні ін’єкції інсуліну, то при MODY можливе лікування пероральними препаратами. П’ятеро вже підтверджених випадків, за словами Ольги Олексик, «дістали правильний діагноз і змогли почати нове життя — без ін’єкцій інсуліну».
Нова геномна лабораторія планує розвинути ці напрацювання, перенісши секвенування «в дім» — на платформу PromethION 2 Solo від Oxford Nanopore Technologies — секвенатор ДНК і РНК розміром із товсту книжку в м’якій обкладинці. Компанія вже наступного тижня відправляє команду до Ужгорода на відкриття лабораторії та навчання. Пристрій, потужніший і універсальніший за попередні моделі, дозволить команді шукати рідкісні варіанти HLA в учасників дослідження ЦД1, секвенувати РНК із зразків калу для вивчення їхніх мікробіомів, а також РНК із крові — щоб досліджувати патерни експресії генів, пов’язані з ЦД1 та запаленням.
Лабораторія УжНУ також запускає нове дослідження мікробіомів близько десятка науковців, які зимують на Українській антарктичній станції «Академік Вернадський» на західному узбережжі Антарктики. Оскільки вони їдять однакову їжу і місяцями не контактують з іншими людьми, «наша гіпотеза — що їхні мікробіоми поступово стають більш подібними» протягом річної зимівлі, каже Марія Павловська, морський мікробіолог із Національного антарктичного наукового центру України. Ще один співробітник Тараса Олексика — Вальтер Вольфсбергер з УжНУ — сформував групу з біоінформатики, яка допоможе впоратися з очікуваним потоком даних.
«У геномиці сам нічого не зробиш, правда? — каже Тарас Олексик. – Моя мета — привезти до Ужгорода стільки знань, скільки встигну, — і перетворити його на Кембридж України».