Ученые из Дубны получили патент на метод определения генетической предрасположенности к долголетию

«Биологическое старение — это процесс, который начинается сразу после рождения организма»

Елена Кравченко и Анастасия Иванова — авторы упомянутого в заголовке статьи патента — биологи-генетики. При этом они работают в ОИЯИ, где когда-то запустили синхрофазотрон, где строятся коллайдер NICA и первая в мире «фабрика» для поиска новых химических элементов... Короче говоря, в «вотчине» физиков и химиков.

Присутствие Елены и Анастасии в лаборатории ядерных проблем ОИЯИ объясняется просто. Если прошлый век был веком физики, то нынешний неизбежно будет веком биотехнологий. Стремление руководства «ядерного» института расширить свою традиционную тематику за счет биологических исследований — это мудрое и дальновидное понимание будущего современной науки. Да и само сотрудничество физиков и биологов в истории науки совсем не ново. Напомним, что в знаменитой паре нобелевских лауреатов, открывших строение ДНК, Френсис Крик был именно физиком.

Мы поговорили с начальником сектора молекулярной генетики клетки лаборатории ядерных проблем ОИЯИ Еленой Кравченко о природе их научного исследования, а также о сфере и перспективах его применения.

«Дирижер» FOXO3A 

Что значит получить патент на изобретение? Это значит, что технология будет закрыта от широкого использования?

Патент — это документ, удостоверяющий право на какое-либо изобретение. В нашем случае правообладателем является Институт. Это значит, что ОИЯИ теперь имеет исключительное право на использование способа определения предрасположенности к долголетию, который мы разработали. Также ОИЯИ вправе дать разрешение на использование данного способа диагностическим лабораториям, что позволит внедрить его в клиническую практику. Когда срок действия патента истечет, результаты нашего исследования станут общественным достоянием, и их можно будет использовать любым компаниям или частным лицам в коммерческих целях.

Что такое ген долголетия? В чем его специфика? 

Есть семейство генов FOXO, которые кодируют особые белковые молекулы, так называемые факторы транскрипции. Эти последние управляют активностью многих других генов. Среди особенно важных можно назвать гены, отвечающие за нейродегенеративные заболевания (в том числе болезнь Альцгеймера), гены, регулирующие апоптоз, то есть запрограммированную клеточную гибель, атрофию мышц и другие жизненно важные процессы в орг

анизме. Очевидно, что все эти процессы в нашем организме должны происходить правильным образом. От них зависит наше здоровье и продолжительность жизни. Так вот, дирижирует всем этим генным «оркестром» геном FOXO3A. Именно он критически важен для определения границ долголетия.

Тест на долголетие

В чем суть вашей работы?

Дело в том, что в генах разных людей в одной и той же позиции могут находиться разные нуклеотиды (строительные «кирпичики» ДНК). Вроде бы участки гена должны быть у всех одинаковые, но это не совсем так. В результате точечных мутаций последовательность нуклеотидов может слегка отличаться, буквально на один нуклеотид. Например, последовательность нуклеотидов ААТТ может иметь вариант в виде ААТС. Эта вариативность — Т или С — называется полиморфизмом. О том, что в нашем организме есть такой полиморфизм, мы чаще всего даже не догадываемся. Но именно наличие генетически наследуемых наборов таких полиморфизмов во многом определяет различие между расами и народами.

Они же участвуют и в определении нашей личной индивидуальности, формировании определенных признаков и, к сожалению, влияют на генетическую предрасположенность к развитию различных заболеваний. Ученые исследуют значимые полиморфизмы много десятилетий и уже во многих случаях знают, какой из них за что отвечает. Данные о них занесены в огромные международные базы. Достаточно знать какой именно нуклеотид находится в определенном месте гена, чтобы сделать заключение, как именно будет работать весь ген.Давно было известно, что в геноме присутствуют разные варианты и уже упомянутого гена FOXO3A (ученые называют такие варианты генов аллелями).

В 2008 году была впервые обнаружена связь некоторых аллелей гена FOXO3А с долголетием человека. В последующие годы связь между различными вариантами гена FOXO3А и продолжительностью жизни была независимо продемонстрирована во многих исследованиях различных человеческих популяций. В результате была обнаружена четкая связь между присутствием в геноме человека редкого аллеля rs2802288 (А) и долголетием у мужчин и женщин. Ученые смогли уверенно заявить, что присутствие хотя бы одной копии редкого аллеля rs2802288 (A) в геноме увеличивает вероятность дожить до 100 лет в примерно в полтора раза.

В ходе нашей научно-экспериментальной работы нам было нужно найти быстрый и простой способ определить, присутствует ли в геноме человека вариант гена FOXO3A, связанный с долголетием. Для анализа на наличие аллеля rs2802288 (А) мы в нашей рабочей группе разработали тест на основе ПЦР, то есть полимеразной цепной реакции. ПЦР — это простой и распространенный лабораторный метод, используемый для создания множества копий определенного участка ДНК. С помощью ПЦР последовательность ДНК можно скопировать несколько миллиардов раз, создавая достаточное для анализа количество одинаковых фрагментов ДНК. ПЦР используется во многих исследовательских лабораториях, а также применяется в судебной медицине, генетическом тестировании и диагностике. Чтобы определить, какой точно нуклеотид расположен в определенном месте фрагмента ДНК, мы использовали так называемый TaqMan анализ. С его помощью мы можем узнать, какой именно вариант гена FOXO3A находится в геноме конкретного человека.

Зависит ли наличие или отсутствие этого аллеля от нации, этноса, расы?

Да, зависит. Наиболее часто аллель гена FOXO3A, увеличивающий вероятность долгой жизни, встречается у коренного населения африканского континента. А вот среди жителей Китая и Японии он встречается реже всего.

«Здоровое старение — это сложный процесс»

Есть ли основания полагать, что раньше человечество жило дольше, чем сейчас, как в Библии? Или это легенда?

Нет никаких научных предпосылок считать, что человечество сильно изменилось в биологическом плане в ту или иную сторону за время своего существования. Мы изменяемся в довольно узких границах, которые сформировались в ходе естественного отбора, и максимальное увеличение продолжительности жизни наблюдается именно сейчас, что связано с успехами науки и медицины.

Возможна ли модификация человеческого генома для продления жизни?

Теоретически это возможно. Генная терапия используется уже более 10 лет при лечении серьезных генетических заболеваний, таких как мукополисахаридоз, спинальная мышечная атрофия, хроническая ишемия нижних конечностей и др. Однако для лечения этих болезней требуются самые дорогие в мире лекарства стоимостью в миллионы долларов, что отчасти связано с затратами на разработку и испытание таких препаратов. Но пока не разработаны препараты, способные добавить в геном те варианты генов, которые связаны с долголетием.

Как наличие этого аллеля влияет на организм в целом? И влияет ли? Вообще отличается ли долгожитель от обычного человека? Может быть, у него больше легкие, больше объем мозга? Или, наоборот, меньше?

FOXO3A управляет работой многих важных генов. Например, более активный аллель гена FOXO3A повышает активность генов, которые защищают клетки от окислительного стресса. Следовательно, такие клетки дольше остаются здоровыми. Вообще можно сказать, что у носителей аллеля гена FOXO3A ряд других генов работает лучше, что замедляет скорость старения. Долгожитель отличается от обычного человека здоровым, активным образом жизни, присутствием в геноме вариантов генов, связанных с долголетием, и отсутствием в его жизни сильных стрессовых ситуаций.

Что такое собственно долголетие? Гарантирует ли ген долголетия длительное сохранение здоровья?

Биологическое старение — это процесс, который начинается сразу после рождения организма. По сути, процесс старения — это накопление системных ошибок в работе клеток, тканей, органов и систем органов, что приводит к нарушениям в их функционировании. Эти нарушения приводят к различным патологиям, включая нейродегенерацию, сердечно-сосудистые заболевания, рак и в конечном итоге смерть. Чем медленнее протекает процесс старения, тем дольше может прожить человек.

Здоровое старение — это сложный процесс взаимодействия генетических факторов и факторов окружающей среды. Если человек ведет нездоровый образ жизни, даже идеальные гены не помогут ему жить долго. Точный вклад генетической составляющей в долголетие варьируется от человека к человеку, но было показано, что он превышает 20% в популяциях со средней продолжительностью жизни и приближается к 50% в долгоживущих популяциях. Особенно важен вклад генетических программ в определение продолжительности жизни человека после 60 лет.

Разработанная нами система анализа позволяет не только быстро получить информацию о той или иной генетической предрасположенности, но и перейти к персонализированной медицине, учитывающей индивидуальные генетические особенности человека при постановке диагнозов и выборе схем лечения.

• #Генетика