Текст книги "Эпоха дополненной реальности"

Длина теломер

Теломеры[238]238
  Теломера – концевые участки хромосом, препятствующие их «слипанию» и обеспечивающие нормальное удвоение ДНК при делении клетки. Они представляют собой многократно повторяющиеся участки, которые сами удваиваться не могут из-за особенностей работы ферментов ДНК-полимераз. Поэтому с каждым клеточным циклом длина теломер слегка сокращается, и с возрастом это сокращение становится все более существенным. Этот процесс считается одним из ключевых факторов старения нашего организма. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть] представляют собой концевые участки хромосом, состоящих из плотно сплетенных двойных спиралей наших ДНК. Их еще иногда сравнивают с жестким наконечником («пистоном») обувного шнурка.

При зачатии природа отпускает нам 15 000 теломер[239]239
  Теломеры хромосом у позвоночных включают шестинуклеотидный фрагмент TTAGGG (и комплементарный ему ААТССС на второй нити ДНК), у человека при рождении он повторяется около 2500 раз. В общем это составляет концевой участок ДНК длиной порядка 11 000 пар нуклеотидов – к старости она может падать менее чем до 4000 пар (см.: Sadava, Hillis, Heller & Berenbaum. Life: The science of biology. – 9th ed. – 2011). – Примеч. науч. ред.


[Закрыть]. При каждом делении клетки теломеры расходуются. В процессе внутриматочного развития зародыша и плода клетки нашего организма делятся настолько интенсивно, что к моменту рождения в запасе у нас остается уже 10 000. На момент естественной смерти в организме среднестатистического человека, несмотря на преклонный возраст, все еще остаются неизрасходованными порядка 5000 единиц. Без специального омолаживающего лечения на клеточном уровне (представьте себе, некоторые представители фауны, например медузы вида Turritopsis nutricula[240]240
  В 1990-х у этих медуз была обнаружена уникальная для животного мира способность «обращать вспять» свой жизненный цикл и возвращаться от взрослой половозрелой формы к ранней фазе – неподвижному полипу, начиная свое развитие заново. Это действительно делает медуз Т. nutricula потенциально бессмертными существами, хотя процесс этот намного сложнее, чем простое восстановление первоначальной длины теломер. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть], способны омолаживать свои клетки!) после определенного числа делений наши клетки достигают так называемого предела Хейфлика[241]241
  В 1961 году Леонард Хейфлик экспериментально показал, что клетки большинства человеческих тканей гибнут после 50–60 циклов деления. Это связывают с укорочением теломер их хромосом. – Примеч. пер.


[Закрыть] и дальше делиться не в состоянии.

Одна из причин старения – разрушение теломер на концах спиралей ДНК до следующего деления клетки. Представьте, что лопнул и соскочил наконечник шнурка на вашем ботинке. Без него шнурок быстро начнет расплетаться и придет в негодность, требуя замены.

В 2013 году медиками было установлено[242]242
  Hoen, et al Association between anxiety but not depressive disorders and leukocyte telomere length after 2 years of follow-up in a population-based sample // Psychological Medicine. – 2013. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть], что у лиц, страдающих тревожным расстройством, теломеры короче, чем у психически здоровых. А по результатам совместного исследования[243]243
  Ornish, et al Effect of comprehensive lifestyle changes on telomerase activity and telomere length in men with biopsy-proven low-risk prostate cancer: 5-year follow-up of a descriptive pilot study // The Lancet. – 2013. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть] Калифорнийского университета в Сан-Франциско и Научно-исследовательского института профилактической медицины было доказано, что здоровый образ жизни способствует снижению темпа укорачивания теломер и, как следствие, продлению жизни. В этом исследовании в течение пяти лет велось наблюдение за 35 пациентами мужского пола с раком предстательной железы на ранней стадии. Примерно трети из их числа прописали здоровое питание, физические упражнения не менее получаса в день, а также лекарства от нервного стресса.

Результаты показали, что у мужчин, перешедших к здоровому образу жизни, теломеры на момент окончания исследования оказались на 10 % длиннее, чем у представителей контрольной группы. И напротив, самые короткие теломеры были выявлены у пациентов, отказавшихся от перехода к здоровому образу жизни.

Особо перспективным направлением в геронтологии считается использование теломеразы – фермента, восстанавливающего теломерные окончания ДНК и тем самым омолаживающего организм на клеточном уровне, что обещает практически неограниченное продление жизни[244]244
  Главным препятствием на пути использования теломеразы на практике остается риск спровоцировать онкологические заболевания (которые представляют собой, по сути, бесконтрольное деление клеток). Более того, активация теломеразы – один из первых симптомов опухоли. – Примеч. пер.


[Закрыть]. Сокращение длины теломер считается одним из первичных «часовых механизмов» старения, но, увы, человеческий организм самостоятельно удлинять теломеры не способен[245]245
  Теломеразы проявляют различную активность на разных этапах развития человеческого организма, в разных тканях и органах. И хотя сокращение длины теломер все равно происходит, эта активность важна и заметна. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть]. Будем ждать известий о достижениях в области активации теломеразы от ученых.

Вентиляционная способность легких

Показатель максимального потребления кислорода (МПК, или VO₂max) измеряется[246]246
  Измерение производится при помощи спирометра и анализатора содержания кислорода во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе под ступенчато увеличивающейся контролируемой физической нагрузкой, например на велоэргометре. Показатель МПК значительно объективнее отражает состояние здоровья дыхательной и сердечно-сосудистой систем человека, нежели общепринятый в российском здравоохранении показатель жизненной емкости легких. – Примеч. пер.


[Закрыть] в миллилитрах усвоенного организмом кислорода на килограмм живого веса в минуту (мл/мин/кг). Начиная с 28-летнего возраста и до самой смерти наш показатель МПК ежегодно снижается на 0,1–1,0 мл/мин/кг, в среднем – на 0,4 мл/мин/кг, а в случае малоподвижного образа жизни (например, при сидячей работе) или наличия избыточного веса – еще быстрее.

Рекордный для человека показатель МПК – 97,5 мл/кг/мин – был зафиксирован у одного велосипедиста[247]247
  Имеется в виду норвежец Оскар Свендсен (норв. Oskar Svendsen, p. 1994), однако реальным рекордсменом по этому показателю среди ныне живущих людей специалисты небезосновательно считают его соотечественника, прославленного лыжника-стайера Бьёрна Дэли (норв. Bjørn Dæhlie, p. 1967), «продемонстрировавшего» МПК = 96,0 мл/мин/кг летом, то есть не в сезон и не в лучшей форме. По мнению специалистов, это означает, что если бы регулярный мониторинг МПК проводился в годы расцвета карьеры Дэли, то на пике спортивной формы его показатель превысил бы 100 мл/мин/кг. – Примеч. пер.


[Закрыть] в 2012 году. У большинства участников марафонского забега на Олимпийских играх регистрируется вентиляционная способность на уровне 75–80 мл/мин/кг. Из одомашненных животных самый высокий МПК на уровне 150 мл/мин/кг наблюдается у скаковых лошадей[248]248
  Хотя у самых породистых и тренированных скаковых лошадей этот показатель доходит и до 180 мл/кг/мин, рекордсменами среди одомашненных животных являются не они, а ездовые сибирские лайки, у которых зафиксирован МПК на уровне до 240 мл/мин/кг. – Примеч. пер.


[Закрыть], среди живущих на воле млекопитающих доходя до 300 у гепарда, способного развивать скорость до 112 км/час, – правда, поддерживать столь высокую скорость эти дикие кошки способны не дольше двух минут.

Лучший способ выжать максимум из легких и сердца и достичь предела вентиляционной способности своего организма – регулярный, по возможности ежедневный, бег на средние дистанции (1,5–2 км) на пределе ваших возможностей. Ведь выдающиеся бегуны, лыжники и велосипедисты ничуть и не скрывают, что высокий уровень МПК – главный залог их высоких достижений. Чем больше приток кислорода в наш организм, тем яснее наши мысли, тем дальше и быстрее мы бежим, тем дольше способны сохранять бодрость без сна при прочих равных условиях. Наш головной мозг стабильно потребляет 20–25 % поступающего в организм кислорода, так что имеет смысл задуматься над тем, чтобы максимально использовать любую возможность для насыщения кислородом каждой клетки нашего тела. Поставить себе целью достижение личного потолка МПК и как можно более длительное поддержание своих дыхательных функций на этом уровне – вот один из ключей к продлению срока пребывания в ясном уме на склоне ваших дней.

Саркопения

Саркопения— это «мышечная недостаточность»[249]249
  От греч. σάρξ – «плоть» и πενία – «бедность». – Примеч. пер.


[Закрыть] в переводе с греческого. После 30 лет мы начинаем ежегодно терять до 1 % «сухой» мышечной массы. Мышечные волокна подразделяются на быстрые и медленные. Проиллюстрировать их различие проще всего на примере курятины: быстро сокращающиеся мышцы – это белое мясо, медленно сокращающиеся – темное. В человеческом организме первые деградируют быстрее вторых, что приводит к развитию у пожилых людей таких эффектов, как нарушение координации движений, неуверенная походка или неспособность самостоятельно подняться из сидячего положения.

Недавние исследования показали, что пожилые люди совершают жевательные движения с меньшей частотой, чем молодые, по причине все того же вырождения мышечных тканей. Более того, установлено, что с возрастом снижается прочность мышц на разрыв и сопротивляемость мышечной ткани дегенеративным изменениям. Все вышеописанные возрастные явления, а также потеря общей мышечной массы в преклонном возрасте имеют достаточно простое объяснение: как бы хорошо пожилой человек ни питался, рост мышечных волокон с возрастом замедляется, а затем и вовсе прекращается; кроме того, перестает работать механизм инсулиновой защиты[250]250
  Инсулин – гормон, участвующий в обмене глюкозы и играющий огромную роль в работе организма; в частности, он стимулирует восстановление и развитие клеток мышечной ткани. См.: Dimitriadis, et al. Insulin effects in muscle and adipose tissue // Diabetes Research & Clinical Practice. – 2011. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть] мышечных тканей от вырождения, в результате чего дегенеративные процессы интенсифицируются в перерывах между приемами пищи, в частности во время ночного сна.

Опубликованное в 2009 году в American Journal of Clinical Nutrition исследование показало, что силовые тренировки с максимальной нагрузкой три раза в неделю за 20 недель восстанавливают циркуляцию крови в конечностях до уровня, характерного для людей в возрасте 25–30 лет.

Остеопения

Остеопения в переводе с греческого означает «костная недостаточность». По достижении 30-летнего возраста все женщины и большинство мужчин начинают терять около 1 % костной массы в год. После 40 лет, однако, остеопения у женщин прогрессирует, и ежегодное снижение косной массы уже достигает в среднем 2,5 %, причем основные потери приходятся на позвоночник и тазобедренные кости, из-за чего пожилые женщины часто начинают терять в росте и горбиться; у них резко возрастает риск перелома шейки бедра в результате падения, которое может быть обусловлено саркопенией. Перелом шейки бедра – страшный диагноз для престарелых. В последние годы смертность среди лиц в возрасте старше 70 лет, получивших эту травму, составляла 30 % в течение 12 месяцев после падения и 50 % в течение 18 месяцев после падения.

Силовые упражнения на тренажерах с противовесами помогают повысить устойчивость костных тканей к ударным воздействиям, поскольку чем чаще и интенсивнее мышечные нагрузки, тем больше силового давления передается на кости, что способствует регенерации костной ткани. Кроме того, более накачанные мускулы и сами по себе дают большую постоянную нагрузку на кости, способствуя их упрочнению.

«Нейропения», деградация нервной ткани

Самым страшным из линейно деградирующих с возрастом факторов является необратимое вырождение нейронов мозга. Начиная с 26 лет (или раньше) среднестатистический человек начинает терять 1–2 грамма чистой массы нервных клеток головного мозга в год, а затем этот процесс только прогрессирует, так что после 45 лет потери составляют уже не менее 2–3 г мозговой нейронной массы ежегодно, после 60 лет – не менее 3–4 г за год, после 75 лет – 4–5 г, а после 90 лет – 5–6 г.

Группа исследователей из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе обнаружила, что у пожилых людей, страдающих ожирением, масса головного мозга в среднем на 8 % ниже, чем у их ровесников, чья масса тела находится в пределах нормы. Вообще у людей с избыточным весом масса головного мозга в среднем на 4 % меньше, чем у их ровесников с нормальным весом. Ускоренной потере массы мозга способствуют также тревожные, депрессивные и параноидные состояния, психические травмы, разводы, насилие или постоянные негативные эмоциональные переживания. Слепота, глухота, а также утрата способности к передвижению также способствуют усугублению потери мозговой массы.

Доктор Дэниел Амен утверждает, что статистическое исследование 75 000 результатов томографии головного мозга, накопленных в его клиниках, свидетельствует о том, что избыточный вес приводит к снижению массы головного мозга на 4–8 %. Амен указывает, что результаты, полученные в Питтсбургском университете, демонстрируют, что у людей с индексом массы тела[251]251
  Индекс массы тела (сокр. ИМТ, англ. body mass index [BMI]) – величина, позволяющая оценить степень соответствия массы человека его росту и тем самым косвенно определить, является ли масса недостаточной, нормальной или избыточной. Определяется по формуле I = т/h2, где т — масса тела (кг), а h – рост человека (м). Значения I < 16 указывают на дистрофию, I = 16 ÷ 18,5 – дефицит массы тела, 7 = 18,5 ÷ 25 – норма, I = 25 ÷ 30 – избыточная масса тела, I = 30 ÷ 35 – ожирение I степени, I = 35 ÷ 40 – ожирение II степени, I > 40 – ожирение III степени (патологическое). – Примеч. пер.


[Закрыть] (ИМТ) в пределах от 25 до 30 объем головного мозга на 4 % меньше, чем у людей с ИМТ в пределах нормы. Вдобавок головной мозг у обследованных с избыточной массой тела еще и на восемь лет «старше» нормы по своим функциональным характеристикам. А у пациентов, страдающих ожирением (ИМТ > 30), объем мозга ниже нормы на 8 %, а его возрастная деградация на 16 лет опережает усредненный темп старения мозга здорового человека.

Мы обнаружили, что изменения в мозге ведут к изменениям во всем организме. Важно отметить, что нами выявлено снижение умственных способностей, пропорциональное росту массы тела. Чем выше ИМТ, тем меньше объем мозга и тем хуже он функционирует. Пусть эта информация заставит каждого задуматься о [своем] весе… Избыточный жир наводняет организм химическими агентами воспаления, разрушительно действующими на мозг. Мы обнаружили еще и такую закономерность, что чем человек толще, тем меньше лобные доли его головного мозга, а это уже настоящая катастрофа, поскольку именно лобные доли отвечают за мышление и управление всей вашей жизнью!

Доктор Дэниел Амен, Питтсбургский университет

Масса типичного человеческого мозга колеблется в пределах от 1300 до 1500 граммов. При этом, составляя 2–3 % массы человеческого тела, он потребляет 20–25 % усваиваемого организмом кислорода. Интересно, что у новорожденных он поглощает и вовсе до 60 % кислорода, поскольку на раннем этапе развития ему приходится проделывать массу мыслительных операций, аналогичных анализу окружающего мира с позиции байесовских вероятностей[252]252
  Широко применяемая сегодня в самых разных областях теорема Байеса позволяет рассчитать степень уверенности в истинности суждения при получении новой информации. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть] и других статистических и стохастических методов сравнительного анализа. Мозг с нуля учится в полной мере задействовать и интерпретировать данные, поступающие от органов чувств.

Результаты исследований Генриетты ван Прааг и ее коллег по Национальным институтам здравоохранения США в популярном изложении Джона Рейти[253]253
  http://www.amazon.com/Spark-Revolutionary-Science-Exercise-Brain/dp/0316113514. – Примеч. авт.


[Закрыть] из Гарварда содержат поучительную для нас информацию о том, что после 45 минут бега в темпе, разгоняющем нашу сердечную деятельность до 75 % и более от максимума, увеличивается численность стволовых клеток нервной ткани, преимущественно в гиппокампе. Срок жизни этих новорожденных клеток – около трех недель. Чтобы за это время они успели интегрироваться, «вплестись» в нервную ткань, нам нужно узнать что-то новое. «Нейроны, которые вместе срабатывают, соединяются друг с другом», – говорят об этом нейробиологи.

Одно из самых поразительных открытий, касающихся запуска нейрогенеза физическими нагрузками, касается неравномерного истощения запасов нейронов в различных частях головного мозга. Самое потрясающее и обнадеживающее заключается в том, что именно теряющие больше всего нейронов участки головного мозга активнее и быстрее восстанавливаются за счет появляющихся в гиппокампе стволовых клеток. Достоверность этого эффекта подтверждают уже более десятка независимо проведенных исследований.

Регулярными специальными физическими упражнениями и строгим соблюдением диеты вы способны добиться серьезного улучшения общего состояния своего здоровья и повышения продолжительности жизни. При этом количественный самоконтроль – лишь первый шаг на пути разработки и применения широчайшего спектра будущих инструментов повышения качества и продолжительности нашего существования.

Переосмысление диагностики и лечения заболеваний

Сегодня чуть ли не самые большие споры вызывает сама основа традиционного здравоохранения, а именно – его нацеленность на симптоматическое лечение заболеваний по мере диагностики их проявлений. Вместо того чтобы сосредоточиться на первопричинах большинства проблем со здоровьем, фармацевтическая промышленность и медицина тратят огромные средства и усилия на борьбу с симптомами заболеваний и функциональных расстройств. Отчасти это стало следствием признания нашей неспособности раз и навсегда устранить причины многих известных человечеству болезней. Отчасти, увы, отражает кровную заинтересованность фармацевтических компаний в извлечении прибыли из безостановочного оборота все новых и новых лекарственных средств, прописываемых пациентам для длительных курсов поддерживающей медикаментозной терапии при хронических патологиях. Такой бизнес значительно выгоднее разработки некоей панацеи, навсегда избавляющей от необходимости дальнейшего лечения.

Возьмем, к примеру, онкологические заболевания.

В начале XX века рак развивался у каждого двадцатого, а в конце 1940-х годов – у каждого шестнадцатого жителя планеты. В 1970-х годах, когда президент Никсон объявил раку официальную войну, онкологические заболевания выявлялись уже у каждого десятого. По состоянию на сегодняшний день с раковыми заболеваниями, в той или иной форме, сталкивается на протяжении своей жизни от трети до половины людей[254]254
  Cancer Research UK. – Примеч. авт.


[Закрыть]. Да, это не ошибка и не опечатка. Распространение онкологических заболеваний за минувшее столетие приняло взрывной характер. Может быть, все не так страшно, и дело лишь в совершенствовании методов диагностики рака? Увы, это не так. Раковые заболевания действительно поражают все больше и больше людей[255]255
  В своем последнем ежегодном послании Конгрессу США президент Обама даже приравнял национальную программу по борьбе с раковыми заболеваниями к «лунной программе» и назначил ответственным за ее реализацию вице-президента Байдена. – Примеч. авт.


[Закрыть].

Справедливости ради отметим, что показатели выживаемости среди лиц, страдающих целым рядом онкологических заболеваний, за последние десятилетия существенно улучшились и продолжают улучшаться. Эта тенденция, очевидно, необратима и может быть поставлена системам здравоохранения и медицинской науке в заслугу. Однако, судя по показателям прироста и старения населения США, медицинские расходы на профилактику и лечение раковых заболеваний в стране к 2020 году достигнут как минимум 180 млрд долларов, что на 27 % превышает аналогичный показатель за 2010 год. С учетом же текущих тенденций к удорожанию вновь разрабатываемых средств диагностики, лечения и последующей поддерживающей терапии, они могут взлететь и до уровня 207 млрд долларов США в год[256]256
  По оценке Национального института онкологии (NCINIH). – Примеч. авт.


[Закрыть]. По состоянию на 2012 год общее число больных с активными стадиями развития раковых заболеваний в мире оценивалось в 14,1 млн человек, включая 7,4 млн мужчин и 6,7 млн женщин. При сохранении текущих темпов заболеваемости к 2035 году их число достигнет 24 млн, а значит, изыскивать методы борьбы с онкологическими заболеваниями не просто нужно, а срочно нужно! И каковы наши перспективы?

Миирофлюидииа[257]257
  В российской традиции используется термин микрогидродинамика. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть] и «лаборатории-на-чипе»

Мы уже упоминали выше в этой главе, что ранняя диагностика – вероятно, первейшая и наиважнейшая вещь с точки зрения улучшения статистики выживаемости и иных показателей эффективности стратегии борьбы с онкологическими заболеваниями в краткосрочной перспективе. В этом плане технологии, конечно же, сыграют ключевую роль. Прекрасным примером этому служит более чем перспективная разработка молодого студента Гарварда.

Рисунок 5.6. Микрофлюидные анализаторы – лишь начало развития неинвазивных диагностических чипов, призванных прийти на смену традиционным клиническим лабораториям

В ноябре 2015 года 18-летний Нил Дэйви был удостоен серебряной медали в категории «Работы студентов младших курсов» на ежегодном Конкурсе студентов-изобретателей, проводимом Национальным залом славы изобретателей[258]258
  Национальный зал славы изобретателей (англ. National Inventors Hall of Fame, сокр. NIHF) – основанная в 1973 году в Александрии (штат Виргиния) НКО на базе одноименного музея, ставящая своей целью стимулирование изобретательской деятельности. Пользуется финансовой поддержкой со стороны Патентного бюро США. Конкурс студентов-изобретателей (англ. Collegiate Inventors Competition) проводится с 1990 года с целью стимулирования студентов колледжей и университетов к творчеству и инновациям в науке и технике, направленным на решение актуальных проблем современного мира. – Примеч. пер.


[Закрыть], за представленный им научно-исследовательский проект «Ранняя диагностика рака посредством выявления циркулирующих опухолевых клеток методом капельной микрогидродинамики». Этот метод неинвазивной диагностики онкологических заболеваний как раз и являет собой очень характерный пример одной из новых разработок, пышным цветом расцветших благодаря возросшей мощности микропроцессоров и технологиям лабораторной диагностики с использованием сенсорных датчиков на микрочипах.

Придуманный студентом Гарварда метод использует недавно разработанную технологию впрыска микроскопических проб крови в капиллярный канал микрофлюидного анализатора, где кровяные тельца, заключенные в микроскопические капли плазмы, выстраиваются в «колонну по одному». В некоторых из подобных устройств используются образцы размером всего 100 нанометров. Затем Дэйви проводит стандартную для молекулярно-биологического анализа полимеразную цепную реакцию (ПЦР), которая позволяет выделить канцерогенные фрагменты ДНК и получить множество их копий. После этого проба в капиллярном канале облучается лазером, и по показателям яркости определяется, содержит каждая исследуемая капля раковую ДНК или нет.

Преимущество этой технологии – в ее сверхчувствительности, поскольку я могу выявить даже единственную раковую клетку среди миллиардов здоровых кровяных телец… Кроме того, процесс в высшей степени избирательный, поскольку позволяет безошибочно относить выявленную патологию к определенному типу онкологии благодаря амплификации ДНК.

Нил Дэйви, студент Школы инженерно-прикладных наук имени Джона А. Полсона (Гарвардский университет)

До последнего времени единственным безошибочным методом диагностики рака являлась биопсия, а взятие пробы для нее остается процедурой крайне инвазивной, нередко требующей применения хирургии. Микрофлюидная диагностика безопаснее, быстрее, безболезненнее, – и стоит она на порядок дешевле общепринятых на сегодня методов.

В скором времени микрофлюидика кардинально изменит наши представления о медицинской диагностике как таковой. По сути, какие из клинических лабораторных исследований на выявление всех мыслимых патологий ни возьми, – будь то повышенный холестерин или диабет, заболевания почек или печени, дефицит железа и анемия, сердечно-сосудистые заболевания, мочеполовые инфекции, гепатит, ВИЧ и другие вирусные инфекции, – все они основаны на анализе крови, мочи, кала или иных проб тканей или жидкостей организма. Кровь для анализа нередко приходится брать из вены, и в немалом количестве, чтобы получить достоверные результаты. И в этом плане технологические достижения приведут к по-настоящему прорывным изменениям.

Рисунок 5.7. Проба крови для анализатора DMI rHEALTH Tricorder

Хотя последние отзывы о проекте Theranos неоднозначны[259]259
  С момента написания этой книги отзывы о проекте Theranos стали вполне однозначными. Стоимость стартапа, на пике достигшая 9 млрд долларов, рухнула более чем вдесятеро, а в отношении его основательницы Элизабет Холмс проводится расследование по подозрению в мошенничестве (подделке научных и финансовых результатов) и других нарушениях. В связи с этим даже описание технологий и перспектив Theranos, которое автор дает по имевшимся на тот момент данным, стоит воспринимать лишь с оговоркой. Впрочем, несомненно то, что в довольно скором будущем ученые представят-таки полностью работающие системы с теми возможностями, которые обещали создатели Theranos. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть], это порождение Кремниевой долины стало первой попыткой по-настоящему радикального решения вышеописанной проблемы. В рамках проекта Theranos разработаны методы анализа крови, позволяющие выявлять десятки патологий по нескольким каплям крови, взятым из пальца. В аптечной сети Walgreens на всей территории США теперь достаточно показать провизору документ, удостоверяющий личность, и направление от врача, и можно на месте сдать такой анализ и получить его результаты. При этом по одной пробе может быть проведено сразу несколько исследований, что часто многократно удешевляет анализ по сравнению с традиционной методикой. Стандартное клиническое лабораторное исследование на холестерин, например, в США обходится в среднем в 50 долларов, а на оборудовании Theranos в сети аптек Walgreens за него берут около трех долларов.

Впрочем, зачем нам вообще куда-то ходить – будь то в аптеку, к врачу или в лабораторию? В 2014 году премия Tricorder XPrize, учрежденная Питером Диамандисом и спонсируемая несколькими крупными ИТ-компаниями, включая Nokia и Qualcomm, была присуждена основанной в 2006 году компании DNA Medical Institute (DMI). К тому времени компания получила гранты и поддержку от НАСА, Национальных институтов здравоохранения (NIH), Фонда Билла и Мелинды Гейтс и многих других фондов поддержки развития инновационных технологий. Одной из разработок DMI является устройство rHEALTH (сокращение от Robot – «робот» или Remote – «дистанционное» и Health – «здоровье»).

Рисунок 5.8. Настольный анализатор DMI rHEALTH (источник: DMI и XPrize Foundation)

Рисунок 5.9. Анализатор Scanadu Scout (источник: Scanadu)

Диагностическая система rHEALTH требует от пациента всего одной капли крови. Эту каплю помещают в крошечную пробирку, где проба смешивается с наночастицами и реактивами, после чего полученный коктейль пропускается через спиральный микромиксер и прогоняется сквозь строй лазерных детекторов поглощения и рассеяния света. По выявленным отклонениям от нормы ставится диагноз, с которым можно ознакомиться на смартфоне, к которому через интерфейс Bluetooth подключено устройство.

Сам анализатор rHEALTH пока что выпускается в настольном варианте, но DMI ведет разработку версии наладонного формата.

В целом, говоря о базовых функциях биомониторинга с использованием портативных приборов, тема «трикордера» из «Звездного пути»[260]260
  В культовом телесериале «Звездный путь» (англ. «Star Trek») трикордер (англ. tricorder) представляет собой многофункциональный анализатор всего и вся. – Примеч. пер.


[Закрыть] в новейших разработках всплывает с завидным постоянством. Результатом проекта Scanadu Scout стало устройство, также подключаемое к смартфону, но дающее вам в режиме реального времени значительно более обширную информацию, нежели ставшие уже привычными мониторы сердечного ритма для занимающихся фитнесом.

Scanadu Scout представляет собой систему комплексного неинвазивного биомониторинга физиологических параметров, включая температуру тела, пульс, насыщение крови кислородом и артериальное давление. Для считывания всех показаний достаточно приложить ко лбу небольшой портативный сканер, сигнал с которого незамедлительно поступит на мобильное приложение для обработки и анализа.

В декларации миссии Scanadu исчерпывающим образом сформулирована роль технологии в решении задачи персональной диагностики:

Сделать так, чтобы наше поколение стало последним, которому так мало известно о состоянии собственного здоровья.

Сегодня появились уже и настольные секвенаторы[261]261
  Секвенатор – инструмент для секвенирования генома, то есть определения последовательности нуклеотидов в структуре ДНК. – Примеч. пер.


[Закрыть], такие как Illumina MiSeqDx. Самое позднее через 20 лет у каждого человека появится доступ к подобным приборам, мгновенно определяющим индивидуальную структуру ДНК, сравнивающим ее с базой данных известных генетических патологий и диагностирующим практически все риски для здоровья, включая потенциальные наследственные и вирусные заболевания, на клеточном уровне. При наличии у вас каких-либо признаков онкологии, например, этот ручной сканер не просто сможет диагностировать ее тип лучше и точнее любого нынешнего врача-онколога, но и определит последовательность генов в цепочке ДНК ваших раковых клеток в режиме реального времени. Устройство отправит эти данные в правильно выбранную лабораторию где-нибудь на другом конце света, чтобы там синтезировали и изготовили избирательно действующее именно на ваши раковые клетки-мишени индивидуальное лекарство.

Персонализированная и прецизионная медицина

Исследователи Университета Вашингтона в Сент-Луисе не так давно сравнили последовательности ДНК[262]262
  Beatriz М. Carreno et al., «A dendritic cell vaccine increases the breadth and diversity of melanoma neoantigen-specific T cells», Science 348, no. 6236 (15 May 2015): 803–808. – Примеч. авт.


[Закрыть] здоровых людей и трех пациентов с меланомой на поздней стадии. Вычленив уникальные мутации в генах клеточных белков у каждого из трех больных, исследователи сумели создать вакцины, способствующие повышенной выработке у пациентов Т-лимфоцитов, убивающих раковые клетки.

Рисунок 5.10. Семь нуклеотидных последовательностей, связанных с развитием рака простаты (источник: Nature Medical Journal, 470, № 7332, февраль 2011 года)

Современные исследования в области персонализированной медицины, конечно же, сфокусированы на анализе генома пациента, но при этом учитываются и дополнительные факторы влияния на его здоровье – экологические, социальные, биометрические и даже религиозные. Только с их учетом подбирается индивидуальная схема лечения в каждом конкретном случае. Таким образом, медицинская наука переживает сегодня фундаментальный сдвиг с позиции подхода к лечению по принципу «это средство подойдет всем» к индивидуальному подбору препаратов по результатам анализа структуры вашей ДНК, биохимического анализа крови и оценки возможных реакций вашего организма на различные химические воздействия при определении дозировок и длительности курсов медикаментозной терапии.

Рассмотрим лишь одну из возможностей подобного рода, касающуюся подбора дозировки и силы препаратов из категории антидепрессантов. Сегодня врачи назначают схемы лечения методом проб и ошибок, неделями наблюдают за пациентами, после чего корректируют состав и дозировку психотропных средств, пока не подберут оптимальную – и то лишь по их мнению.

Основанная на результатах генетического анализа информация позволит врачам подбирать и прописывать пациентам лишь самые действенные лекарства – и в точных дозировках, вытекающих из результатов ДНК-анализа. При таком подходе вместо использования, например, произвольно выбранного селективного ингибитора обратного захвата серотонина можно будет подобрать средство, стимулирующее организм пациента к саморегулированию уровня серотонина (и/или иных нейромедиаторов) в пределах нормы, характерной для его генотипа. Аналогичные прорывы в ближайшее время ожидаются и в категориях обезболивающих, противовоспалительных, противоэпилептических и ряда других лекарственных средств. По мере совершенствования возможностей генетического секвенирования мы начинаем понимать, что знания тканевой локализации онкологического процесса (например, определения заболевания как «рак простаты») недостаточно для безошибочного выбора эффективного лечения. Последние исследования показали, что один и тот же тип ракового заболевания у каждого отдельно взятого пациента может протекать по-разному в силу генетических особенностей организма. Таким образом, индивидуальный подход к подбору лечения – обязательная характеристика медицины будущего.

При этом использование методов прикладной геномики[263]263
  Геномика – раздел генетики, изучающий законы и механизмы функционирования генома и генов. – Примеч. пер.


[Закрыть] – лишь одна из множества возможностей для создания реально работающей модели персонифицированной медицины. Жизненно важным будет обеспечение доступа медиков к исчерпывающему массиву данных о вас и вашем здоровье, – учитывая медицинский, семейный и наследственный анамнез, все места вашего проживания с указанием точных сроков, воздействий окружающей среды, которым вы регулярно подвергаетесь, все результаты ранее бравшихся у вас анализов, предыдущие реакции вашего организма на различные лекарства и множество другой информации подобного рода. Эти данные будут просто необходимы для целенаправленной и безошибочной диагностики вашего состояния или заболеваний и точного выбора лекарств нацеленного действия. Для успешного повсеместного распространения практики персонифицированной медицины, скорее всего, потребуется открыть врачам общий доступ к централизованным базам данных электронных историй болезни граждан.

Если же вас не устраивает перспектива разглашения медикам данных об имевшихся у вас проблемах со здоровьем, прошлых местах жительства и работы, пройденных курсах лечения и т. п., готовьтесь с этим смириться или отказаться от возможности полноценного лечения, поскольку медицина будущего – это прежде всего генетический анализ, сенсорные датчики и базы данных.

«Биодополнение»

Если вам хочется понять, как именно работает генная терапия и чем она дополняет нашу наследственную биологию, попробуйте мысленно уподобить свой генетический код компьютерной программе. В ваши ДНК вшиты всевозможные командные строки, которые в совокупности и определяют то, чем вы являетесь. И если в наследство от родителей или прародителей нам досталась ДНК, кодирующая недостаточно высокую выработку какого-либо белка, или с генами каких-либо системных нарушений, или с нехваткой генов, препятствующих другим болезням, то мы с высокой вероятностью можем ждать развития наследственно обусловленного заболевания. Если мы научимся «редактировать» этот код и вставлять его обратно в ДНК в «отремонтированном» виде и на правильное место в цепочке, – значит, мы восполнили генетический пробел или, выражаясь более простым языком, исправили ошибку.

Системы редактирования геномов CRISPR/Cas9 и TALEN

В 1987 году биологи обнаружили у бактерий естественный защитный механизм от встраивания вирусов в цепочки ДНК. А в 2000–2002 годах ученые к тому же установили, что бактерия не ограничивается защитной реакцией, а контратакует вторгшийся вирус, перерабатывая и расщепляя его ДНК на составляющие. Этот иммунитет получил название CRISPR – сокращение от английского «clustered regularly interspaced short palindromic repeats» («короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами»).

В период с 2009 по 2012 год исследовались возможности CRISPR разрезать вирусную ДНК белками иммунной системы бактерий. Так был открыт белок Cas9 (сокращение от «CRISPR associated protein 9» – «CRISPR-ассоциированный белок 9»). Он представляет собой не просто белок, а эндонуклеазу то есть фермент, способный вносить в ДНК точечные разрезы. В структуре Cas9 имеются два активных участка (HNH и RuvC), играющих роль биохимических «ножниц» для обеих нитей ДНК. К 2012 году была выработана гипотеза, согласно которой нуклеазу Cas9 можно использовать в качестве инструмента редактирования генома в рамках генной инженерии клеточных культур человека с целью идентификации и вырезания из геномной последовательности участков, программирующих предрасположенность человека к развитию различных наследственных заболеваний, включая болезни Паркинсона и Альцгеймера, диабет, наследственно обусловленные онкологические заболевания (такие, как рак молочной железы), некоторые формы иммунодефицита и т. д. В наши дни исследования в области генной терапии уже перешли в практическую плоскость и сфокусированы на разработке прикладных методов лечения моногенных (то есть обусловленных одним геном) заболеваний.

Технология CRISPR/Cas9 позволяет не только вырезать из ДНК участки, но и вставлять на их место новые последовательности нуклеотидов. Ученые используют искусственно модифицированные вирусы или плазмиды[264]264
  Плазмиды – небольшие молекулы ДНК, физически отдельные от геномных хромосом и способные реплицироваться автономно. В природе плазмиды встречаются у бактерий, реже у архей (древнейшие безъядерные одноклеточные, в том числе метаногенные) и некоторых эукариот (наиболее сложные по структуре организмы, характерной особенностью которых является наличие у клетки ядра), и представляют собой двухцепочечные кольцевые молекулы. Часто они содержат гены, повышающие устойчивость бактерии к неблагоприятным внешним факторам (в том числе устойчивость к антибиотикам) и способны передаваться от одной бактерии к другой в ходе горизонтального переноса генов. – Примеч. пер.


[Закрыть], встраивая их в последовательность ДНК. Инициированный группой ученых Калифорнийского университета в Сан-Франциско проект ставит своей целью использовать технологию CRISPR/Cas9 для вырезания вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) из ДНК Т-лимфоцитов. При проникновении ВИЧ-инфекции в кровь вирус поражает Т-лимфоциты, играющие ключевую роль в поддержании иммунитета, внедряясь в структуру их ДНК. По мере совершенствования процедуры редактирования клеточного генома с использованием нуклеазы Cas9 исследователям уже удалось[265]265
  См.: Schumann, et al. Generation of knock-in primary human T cells using Cas9 ribonucleoproteins // PNAS. – 2015. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть] успешно отредактировать пораженные ВИЧ гены CXCR4 и PD-1 Т-лимфоцитов, заменив их донорскими генами, взятыми из здоровых клеток. Ранее для поддержания иммунитета ВИЧ-инфицированных пациентов использовались модифицированные стволовые клетки Т-лимфоцитов, взятые у здоровых доноров. Теперь случился настоящий прорыв – и исследователям впервые удалось удалить ВИЧ как таковой из уже инфицированных Т-клеток. Альтернативный метод генной терапии успешно апробирован[266]266
  См.: Kaminski, et al. Elimination of HIV-1 Genomes from Human T-lymphoid Cells by CRISPR/Cas9 Gene Editing // Scientific Reports. – 2016. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть] в Филадельфии, где ученые научились подавлять распространение вируса в крови ВИЧ-инфицированных пациентов за счет удаления из геномной последовательности их Т-лимфоцитов белка CCR-5 – также методами генной терапии.