Человеческий организм, как и машины, нуждается в профилактическом обслуживании и различных ремонтах. Медицина будущего давно известна, например, по такому красочному описанию: новорожденному расшифровывают ДНК и сообщают счастливым родителям к каким заболеваниям у него предрасположенность. Затем человек каждые полгода сдает анализ крови, что позволяет врачам оперативно оценивать состояние большинства органов и систем. Можно спокойно жить, следуя простым рекомендациям, снижающим выявленные риски заболевания. Ну, а если оно все-таки случится, у врачей уже будет наготове индивидуально подобранное лекарство.
Вот как это описывает в статье, опубликованной в Newsweek, известный биолог и изобретатель скоростного ДНК-секвенсора (прибор для фрагментирования ДНК) Лерой Худ: «Июнь 2018 года. Салли берет карманный прибор и прикладывает к пальцу. Забрав через микроотверстие капельку крови, устройство делает 2000 различных анализов и передает данные по радиоканалу на удаленный компьютер. Через пару минут, получив результаты, Салли отсылает их своему врачу. Все органы в норме».
До 2018 г. осталось совсем немного. Самое время обратиться к прошлому и настоящему медицинской диагностики и попытаться понять, как и когда возникли предпосылки к нынешней революции.
С чего всё начиналось
Первые исследования различных тканей и продуктов жизнедеятельности человека стали проводить еще до нашей эры. Конечно, анализ крови вошел в арсенал врачей далеко не сразу — многие древние культуры и религии запрещали инвазивные процедуры. Поэтому, а также по понятным техническим причинам долгие века главным объектом изучения была моча. Истории ее анализа с древнейших времен посвящена изданная в 1911 г. книга известного фармацевта-антрепренера Генри Велкама — его имя носит крупнейший биомедицинский грантовый фонд Wellcome Trust.
Велкам отмечал, что еще у древних шумеров за несколько тысячелетий до нашей эры были специальные клинописные знаки для обозначения изменений цвета и консистенции мочи, вплоть до наличия нитей альбумина. Система медицины древних индийцев различала 20 типов мочи, указывавших на различные заболевания, в т.ч. диабет. Обширные пассажи были посвящены уроскопии у Гиппократа и его учеников, а в Византии и арабском мире умение ставить диагноз по внешнему виду мочи стало основным для практикующих врачей. Тогда же появились первые химические тесты: мочу нагревали или подкисляли, дабы диагностировать проблемы с почками.
К сожалению, к концу средневековья уроскопия превратилась в аналог нынешней диагностики биополя. Тысячи шарлатанов путешествовали по Европе со специальными колбами и угадывали по жидкости все, что угодно. На их фоне выделялся Парацельс, разработавший методики дистилляции мочи с целью определить содержание ртути, серы и соли. Уроскопия получила отражение в искусстве – ее неоднократно упоминают герои Шекспира и живописуют голландские художники.
Строгие научные основы лабораторного медицинского анализа были заложены в XVIII веке. Сначала Герман Бургаве измерил плотность мочи и фактически открыл мочевину, а затем английскими учеными было открыто наличие сахара в моче диабетиков. В том же веке научились находить в моче желчь. Расцвет в XIX веке естественных наук привнес прогресс и в медицинские анализы. К 1861 г. было разработано уже больше 60 различных анализов, позволяющих установить присутствие и концентрацию множества компонентов нормальной и патологически измененной мочи. Многие из них используются и поныне.
Исследования крови развивались медленнее. В XVII веке от химического анализа мочи к анализу крови пришел Роберт Бойль. Француз Раймон Вьессан впервые сравнил результаты анализа крови десятков здоровых и больных людей и в 1698 г. опубликовал результаты этих исследований. Кроме того, важнейшую роль стала играть микроскопия. Ее пионер Левенгук наблюдал форменные элементы крови, а также бактерии в 1670-е годы. В 1771 г. Уильям Хьюсон опубликовал свои результаты микроскопического изучения свертываемости крови, впервые описав фибриноген.
Одним из основателей современной лабораторной диагностики стал профессор Сорбонны Габриэль Андраль. В 1843 г. он описал достоинства химического анализа биологических жидкостей, а также использования микроскопа. Андраль измерил соотношения основных частей крови, смог показать уменьшение массы эритроцитов при анемии и альбумина при альбуминурии. Многие ученые, вдохновившись его примером, приступили к исследованиям, тем более что кровопускание было еще широко распространено. Интересно, что их же результаты быстро выявили бесполезность этой практики, и доступной крови на время стало меньше.
Вторая половина XIX века принесла расцвет лабораторным методам. Великий Пауль Эрлих в числе прочего предложил методы окрашивания ряда болезнетворных бактерий и использовал анилиновые красители для различения типов лейкоцитов. Тогда же стали появляться первые кафедры и лаборатории физиологической химии.
Группы крови в их нынешнем представлении были открыты уже в XX веке Карлом Ландштайнером, предложившим соответствующую методику их лабораторного определения. Он же обнаружил резус-фактор – антиген, названный в честь макак-резусов, чья кровь использовалась в экспериментах.
К началу XX века наличие лабораторий при крупных больницах стало обязательным. Архивы свидетельствуют, что уже в 1910-е годы во многих лечебных учреждениях анализ мочи делали всем пациентам стационара. Колоссальным толчком для развития диагностики стало широкое распространение в развитых странах медицинской страховки. При этом стоимость анализов переносилась на страховщика, и лаборатории оказались в ситуации, когда им стало выгодно производить как можно больше тестов.
Эра молекулярной диагностики
В ХХ веке развитие лабораторной диагностики приняло масштабный характер, в первую очередь, благодаря успехам молекулярной биологии. Особенно активно развивались иммунологические и серологические методы, основанные на взаимодействии антигенов и антител. Практически в течение всего ХХ века задача учёных заключалась в том, чтобы провести визуализацию этого комплекса антител. Использовались самые различные подходы – от радиации до магнитного поля и флуоресценции. Однако наиболее популярным стал иммуноферментный анализ (ИФА).
В 1960-х годах химики разработали технологию сшивки молекул ферментов и антител, которая позволяла сохранять их функциональную активность, а также создали необходимые иммуносорбенты. Благодаря этому в начале 1970-х удалось разработать иммуноферментный ряд, который является сейчас одним из основных средств в исследовании гормонального статуса, онкомаркёров и инфекционных заболеваний, а также в пищевой промышленности и сельском хозяйстве.
Но метод ИФА имеет свои недостатки. Скажем, в случае диагностики инфекций не всегда удобно то, что ИФА указывает не на наличие возбудителя, а на присутствие соответствующего антитела. Поэтому тест может давать положительный результат тогда, когда инфекция уже побеждена, но антитела еще сохранились.
Этого и других недостатков лишены методы прямой диагностики наличия специфической ДНК, главный из которых основан на полимеразной цепной реакции, ныне знакомой всем по аббревиатуре ПЦР. Полимераза – особый фермент, участвующий в репликации ДНК, процессе синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты, который происходит при делении клетки на матрице родительской молекулы ДНК.
Полимеразную цепную реакцию открыл в 1983 г. Кери Маллис, тогда никому не известный биохимик из компании Cetus, который придумал, как быстро и просто размножить ДНК. Его идея оказалась верной и изменила биомедицину. ПЦР хороша тем, что позволяет быстро получить миллионы копий нужного фрагмента ДНК, используя термоустойчивую ДНК-полимеразу. Ее впервые обнаружили у бактерий, живущих в кипящих гейзерах.
Поскольку ДНК является молекулой наследственности, то для реализации этого качества она должна точно копировать саму себя, и таким образом сохранять всю имеющуюся в исходной молекуле ДНК информацию в виде определенной последовательности нуклеотидов. Это и обеспечивается за счет репликации ДНК, предшествующей делению любой клетки организма.
Для медицинских анализов принципиально важно, что с большими количествами генетического материала очень удобно работать, если, к примеру, необходимо быстро и напрямую определять возбудителей инфекций по ДНК, взятой у пациента. Поэтому открытие Маллиса впервые было широко использовано для анализов причин инфекционных заболеваний — ПЦР во многом заменила классические «медленные» методы с посевом и выращиванием возбудителей на питательных средах.
Но допустим, пациент сдал анализы и у него обнаружены возбудители тех или иных болезней. Подобрано и нужное лекарство. Достаточно ли этого для успешного лечения? Оказывается, не всегда. Дело в том, что успех терапии во многом зависит от того, как организм пациента воспринимает то или иное лекарство. Один человек может принимать его без каких-либо проблем, но у другого препарат способен вызвать серьезные побочные эффекты. Больше того, от наших генов, от наследственной способности перерабатывать лекарственные соединения зависит не только их токсичность, но и эффективность. Поэтому сейчас все больше исследований посвящается выявлению индивидуальных генетических особенностей, обусловливающих реакцию человека на принимаемые лекарства.
Возникла целая научная область — фармакогеномика, имеющая свои методы. Есть и несомненные успехи: например, совсем недавно было установлено, что излечимость гепатита C зависит от определенных генетических особенностей. Подобные результаты в будущем должны оказать неоценимую услугу врачам, помогая разработать оптимальную тактику терапии.
Кроме того, немыслимые без ПЦР работы по расшифровке генома приведут к тому, что окажется возможным определять, к каким генетически обусловленным болезням предрасположен тот или иной человек. Передовые работы в этом направлении ведутся и в России. Пионером внедрения в практику отечественного здравоохранения метода полимеразной цепной реакции для диагностики инфекционных заболеваний является Научно-производственная фирма «Литех», основанная в 1992 году. Она удерживает лидерство в разработках новых молекулярно-генетических методов и технологий лабораторной диагностики, и создает все условия для их внедрения в практику здравоохранения, делая доступными для практикующих врачей. Такие анализы станут основой профилактической медицины будущего.
Помимо анализа генетического профиля конкретного человека будет развиваться ещё одно приложение ДНК-диагностики, рука об руку идущее с клиническими анализами. Речь идёт об экспертных системах мониторинга инфекций. Они уже разработаны и частично внедрены в практику. В самом деле, собирая данные по патогенным инфекциям в разных областях страны, в частности, определяя, к каким средствам эти патогены устойчивы, можно выдавать медицинским чиновникам рекомендации по использованию тех или иных лечебных и профилактических стратегий в случае вспышек конкретных заболеваний. Это по-настоящему передовые разработки, и в данном случае по научному потенциалу Россия нисколько не уступает ни американским, ни европейским учёным.
От различных методик — к единому стандарту
При всей привлекательности метода ПЦР есть одно существенное «но». Дело в том, что полимеразная цепная реакция лишь на первый взгляд проста. В действительности это очень чувствительный метод. Чувствительный настолько, что малейшее изменение схемы его проведения, вплоть до того, насколько лаборант аккуратно работает с пробирками, в которых предстоит размножать ДНК, способно резко изменить картину результатов анализа. А многие лаборанты даже понятия не имеют, что их неаккуратность может подчас приводить к драматическим последствиям, к примеру, когда речь идёт о выявлении тяжёлых недугов или установлении отцовства.
Вот и получается, что не то, что в разных регионах, в разных лабораториях той же Москвы зачастую ДНК-диагностику осуществляют кто во что горазд. В развитых странах давно введены единые стандарты клинической ДНК-диагностики, и России без них никак не обойтись.
Недавно фирма «Литех» подтвердила свое право называться современной лабораторией мирового уровня, получив сертификат соответствия OCM RU.13-N85.14-026. Система менеджмента компании применительно к клинической лабораторной диагностике соответствует требованиям ГОСТ Р ИСО 15189-2006 «Лаборатории медицинские. Частные требования к качеству и компетентности». Стандарт идентичен международному стандарту ISO 15189:2003 «Medical laboratories — Particular requirements for quality and competence».
Должны произойти, и уже происходят изменения в структуре самих молекулярно-диагностических центров, направленные на выделение организаций-лидеров. Ведь одной маленькой лаборатории трудно внедрить все современные технологии и качественно проводить анализы. Создаются крупные диагностические центры, которые имеют и серьёзное финансирование, и квалифицированных специалистов. Каждый из таких центров завоёвывает себе репутацию, и люди знают, куда обратиться за качественными услугами. Так что предпосылки для быстрого распространения молекулярной генетической диагностики в России имеются.
Статья предоставлена НПФ «Литех»
Фирма «Литех» 21 июня с. г. проводит в г. Серпухове конференцию «Современная клинико-диагностическая лаборатория – практическому здравоохранению»
