Illumina: «За год наш бизнес в России удвоился»

Надежда Маркина

Полногеномное секвенирование все еще дорого для медицины. Альтернативы

Основные области применения методов NGS перечислил основатель и экс-директор компании «Институт стволовых клеток человека» Артур Исаев: это научные исследования, медицина и криминалистика. В медицине NGS пока еще не перешли в ранг рутинных методов. Во-первых, из-за стоимости: «Хотя уже много лет мы слышим, что стоимость секвенирования генома человека приближается к $1000, для практического здравоохранения эти методы все еще остаются дорогими». Во-вторых, эти методы требуют интеллектуальных затрат — в лаборатории необходимо иметь биоинформатиков. В практической медицине у NGS есть альтернатива — технология «чипов», которые обеспечивают не прочтение всей последовательности ДНК, а анализ изменчивых участков, в которых возникают мутации. Она дешевле, поэтому зачастую у медицинского центра выбор падает на нее.

Такой выбор несколько лет назад сделала и компания Genetico, разработавшая ДНК-чип «Этноген» на выявление 65 моногенных наследственных заболеваний и 5 мультигенных заболеваний, рассказывает Исаев. Чип хорошо себя показал для первичного скрининга, но специалисты не вполне были этим удовлетворены и постепенно двигались к созданию лаборатории NGS. Преимущества NGS — универсальность, этими методами можно решить любую задачу. В Genetico они, в частности, используются для преимплантационной генетической диагностики (ПГД). В случае риска наследственной патологии у будущего ребенка ПГД применяют перед процедурой ЭКО, чтобы выбрать для имплантации заведомо здоровые эмбрионы (на стадии 4–10 клеток). Другое применение NGS — пренатальная неинвазивная диагностика возможных патологий у будущего ребенка по его ДНК в крови матери. Помимо пренатальной диагностики, перспективные направления для методов NGS в медицине — скрининг наследственных заболеваний, генетический анализ раковой опухоли и подбор таргетной терапии.

Однако не все специалисты поддержали мнение Артура Исаева, его выступление вызвало критику со стороны некоторых практических врачей. Суть критики: сегодня секвенирование генома — в большинстве случаев дорогая и неоправданная навязанная услуга. Она не нужна, если пациент не относится к группе риска. В частности, так считает д.б.н., проф. Александр Поляков, зав. лаборатории ДНК-диагностики Медико-генетического научного центра. Другая претензия в том, что NGS не дает точного диагноза. Отвечая, Артур Исаев уточнил, что на сегодня NGS — это хороший скрининговый метод, но для пациентов в группе риска его недостаточно, им нужна инвазивная диагностика.

Стадии применения NGS в клинике: от отдельных генов к полному геному

Доктор Флориан Грэдлер — специалист компании Illumina (ведущей в области NGS) в Германии — рассказал о перспективах полногеномного и полноэкзомного секвенирования. Его аргументы в пользу этих высокотехнологичных методов опирались на пример редких (орфанных) заболеваний. Постановка диагноза больным, страдающим таким заболеванием, традиционными методами занимает 5—7 лет. Генетическое тестирование радикально ускоряет процесс. У него есть разные ступени. Можно анализировать отдельные гены — это быстрее и дешевле, но при этом есть риск не найти нужную мутацию. Следующая ступень — клиническое секвенирование экзома (при этом прочитывают все гены, про которые известна их связь с болезнями). Далее идет секвенирование всего экзома (дороже, но таким путем можно «поймать» мутацию, для которой связь с болезнью ранее не была известна). Наконец, секвенирование полного генома — самый дорогой путь, однако и самый информативный, так как при этом прочитываются не только гены, но и регуляторные участки генома, а в них тоже могут быть ключевые мутации.

Чем подробнее — тем дороже, но тем больше информации. Поэтому постепенно медицина движется от анализа отдельных генов к анализу всего генома. И Illumina – активный игрок на этом поле.

Специально для читателей PCR.ru доктор Флориан Грэдлер ответил на несколько вопросов

Доктор Грэдлер, каковы планы Illumina на российском рынке? Каким вы видите будущее — ожидаете ли рост рынка, стабильность или спад?

Мы определенно ожидаем рост рынка. За последний год наш бизнес в России удвоился. Сейчас Illumina занимает очень сильные позиции на российском исследовательском рынке. За 7–8 лет мы поставили 120 систем для NGS секвенирования в российские институты, не только в Москве, но также в Санкт-Петербурге, в Казани, Екатеринбурге, Новосибирске, Владивостоке. Сейчас мы презентовали наши приборы во многих городах России и в будущем ожидаем расширить поставки. Так что я ожидаю, что рынок нашей продукции будет только расти.

Как можно оценить объем продаж в Россию по сравнению с другими странами — он большой или не очень?

Это зависит от того, с какими странами сравнивать. Поскольку Illumina — американская компания, то, конечно, в США продажи намного больше — все основные университеты имеют несколько наших систем. Что касается Европы, то тут можно сравнивать, например, в Германии мы сейчас продаем в пять раз больше систем, чем в России. Но Россия — большая страна, и я ожидаю, что у российского рынка большой потенциал для роста. У вас образованное население и очень много ученых, и я думаю, что они нуждаются в большем количестве технологической инфраструктуры для своих исследовательских лабораторий.

Кто преобладает среди ваших клиентов в России — научные организации или медицинские?

На сегодня научные организации преобладают. Но среди наших клиентов немало таких, которые занимают промежуточное положение между наукой и медициной. Они ведут исследования, но на клиническом материале реальных пациентов. И мы сейчас активно распространяемся на медицинский рынок. Он несколько отличается от научного, в нем нужны другие подходы. Но мы уже сделали большой шаг в него. У наших систем много областей применения в медицине: пренатальное тестирование, онкология, иммунология, криминалистика.

Каково соотношение государственных и частных медицинских учреждений среди ваших клиентов?

Я не знаю точных цифр, думаю, что пока большинство государственных, но сейчас быстро растет доля частных компаний.

А какие ваши приборы сейчас наиболее востребованы в науке и в медицине?

Наши приборы довольно многоцелевые, одну и ту же модель можно использовать и в науке, и в медицине. С одной стороны, мы видим, что лидеры на рынке — это мощные инструменты, предназначенные для национальных геномных инициатив. Сегодня такие есть, например, в Англии, где в рамках национальной геномной инициативы секвенировано более100 тысяч геномов, есть несколько проектов в Германии, в США, во Франции, в Израиле этот проект обсуждается. Насколько я знаю, в России тоже есть национальный геномный проект. Мощные системы типа NovaSeq идеально подходят для таких проектов, а также для других задач, требующих исследований большого количества образцов. С другой стороны, мы видим, что все более популярны небольшие приборы, удобные для клиник. Для практических целей они выбирают настольные (benchmark) системы, которые можно поставить в обычной лаборатории, но которые полностью автоматизированы и включают софт для анализа данных. Я думаю, порядка 100 таких настольных систем уже работают в российских лабораториях. Самая популярная среди них — это MiSeq. В медицинские учреждения можно поставлять только те приборы, которые зарегистрированы в Минздраве. MiSeq — зарегистрирован.

Какова доля Москвы и Петербурга среди заказчиков?

Не знаю точную долю, но она высока. Россия — централизованная страна, и это означает, что большая часть ведущих исследовательских институтов сосредоточена в Москве и Санкт-Петербурге. Но я считаю очень позитивной тенденцией, что сейчас многие региональные институты приобретают высокие технологии. Сегодня информатика становится все менее и менее локальной, она использует облачные сервисы, которые обеспечивают обмен данными. И с нашей облачной системой легко организовать совместную обработку данных, распределенную между Москвой, Новосибирском, Владивостоком, и точно так же в любой момент можно использовать возможности всего мира. Сейчас невозможно заниматься молекулярной генетикой в изолированной от мира лаборатории, без глобальной кооперации.

Есть ли у Illumina в России постоянные, а может быть, любимые клиенты?

Трудно сказать. У меня очень позитивный опыт общения со многими институтами в России, со многими интересными людьми, со многими учеными в очень разных областях. Я не могу выделить кого-то одного.

Геномные данные пациентов должны храниться вечно

Какова конкретная роль NGS в постановке диагноза, уточнила в своем выступлении д.м.н., зав. лаб. медицинской генетики РНЦХ им. Петровского Елена Заклязьминская. Она перечислила условия, при которых больного стоит направить на секвенирование. Это следует делать, если ему не поставлен диагноз, но есть уверенность в наследственной природе заболевания, либо если диагноз поставлен, но заболевание зависит от многих генов и в его точных механизмах надо разбираться.

Мы еще мало знаем о геноме, подчеркнула Заклязьминская. В геноме человека от 24 до 32 тысяч генов, и функции половины нам неизвестны. Если секвенирование не помогает поставить диагноз, то может быть, именно по этой причине. Но знания постоянно пополняются, и то, что мы сегодня не можем расшифровать, сможем завтра. В связи с этим, она поставила очень важный вопрос — о том, что персональные геномные данные должны храниться. Зачастую в лаборатории их уничтожают, лишая возможности повторного анализа (при том, что пациент заплатил деньги!). Причина проста и банальна: геномные данные занимают много места. «Геномные данные должны храниться вечно, ну, по меньшей мере 50 лет!» — поддержал ее А.В.Поляков.

Своим опытом поделился Дмитрий Влодавец, к.м.н., руководитель Детского нервно-мышечного центра НИКИ педиатрии. Он рассказал о применении NGS в современной неврологии, например, для диагностирования миодистрофий — нервно-мышечных заболеваний, которых существует великое множество. Большинство из них связано с мутациями в гене белка дистрофина (DMD), этот ген очень большой, и мутации в нем возникают самые разные. Выявить их можно, исследуя методом ПЦР разные участки гена, но более эффективно — секвенировать ген полностью, чтобы обнаружить все возможные мутации и определить разновидность болезни. Для миодистрофий перспективны не только генетические методы диагностики, но и генная терапия — уже есть такие препараты, но в России они пока не зарегистрированы.

Российские лаборатории: «упорные еноты», «наивные кисы» и «хитрые козы»

Проблему качества секвенирования поднял к.б.н. Федор Коновалов, руководитель «Лаборатории клинической биоинформатики». В любом лабораторном исследовании присутствует человеческий фактор, и, к сожалению, вероятность того, что чей-то биологический образец перепутали, не нулевая. По мнению Коновалова, наш российский рынок в области секвенирования — это пока «Дикий Запад», от ошибок не застрахован никто. Он привел свою классификацию клинических лабораторий по их надежности и отношению к собственным ошибкам.

Первый тип лабораторий — «упорный енот». Сотрудники такой лаборатории делают все от них зависящее для получения хороших сиквенсов, ориентируются на мировой уровень. Если совершают ошибки, относятся к ним серьезно и извлекают уроки.

Второй тип — «наивная киса». При совершении ошибки их позиция: «Не судите строго, мы всего лишь учимся» (на деньги клиентов!). Они легко признают ошибки и не придают им значения.

Третий тип — «хитрая коза». Они хорошо понимают, от чего зависят продажи тестов, — как это ни печально, не от качества секвенирования. Поэтому они не заботятся о качестве и экономят на всем, на чем могут. А если их ловят на ошибках — отбалтываются.

Выбор между стоимостью и информативностью: на сегодня оптимально полноэкзомное секвенирование

О выборе типа генетического анализа применительно к медицинской диагностике рассказала к.б.н. Инна Поволоцкая, руководитель отдела биоинформатических исследований медицинского центра Genetico. Как выбрать нужное исследование из трех ступеней, различающихся по сложности и по стоимости: секвенирование панели генов — секвенирование экзома — секвенирование генома? Сегодня чаще делают выбор в пользу секвенирования панели генов, заведомо ответственных за то или иное заболевание. Это проще и дешевле. Но список генов ограничен и быстро устаревает. К этой же категории, уточняет Поволоцкая, относится и секвенирование «клинического экзома» — это просто гигантская панель клинически значимых генов. Полноэкзомное секвенирование позволяет найти мутацию во всей белок-кодирующей части генома, но оставляет за бортом некодирующую часть. Наконец, полногеномное секвенирование — самое дорогое, но и самое информативное, так как позволяет выявить мутации не только в генах, но и в их регуляторах. То есть выбор приходится делать по шкале «стоимость — информативность».

Разницу в возможности методов можно выразить в цифрах. В исследовании, о котором рассказала Инна Поволоцкая, было показано, что полноэкзомное секвенирование по сравнению с анализом отдельных генов увеличивает выявляемость патогенных мутаций на 24%, а полногеномное по сравнению с полноэкзомным — еще на 16%. И по балансу цены и эффективности сегодня оптимальным методом служит секвенирование полного экзома, считает специалист.

NGS в науке

Ближе к концу симпозиума медицинская проблематика использования NGS сменилась на научную. В выступлении Василия Раменского, к. ф.-м.н., сотрудника лаборатории геномной инженерии МФТИ, прозвучала актуальная проблема, решаемая биоинформатиками. Как предсказать эффект геномных вариантов? Как понять, какое реальное значение будет иметь та или иная найденная в геноме мутация — все эти замены нуклеотидов, делеции или инсерции ДНК? Мутации делятся на три категории — с высокой, средней и низкой функциональностью, в зависимости от того, как сильно они вызывают повреждения гена. Биоинформатики могут сегодня предсказывать эту категорию с неплохой вероятностью.

Интересный пример использования методов NGS для анализа метагеномов привела в своем докладе к.б.н. Мария Логачева, сотрудник лаборатории эволюционной геномики НИИ Физико-химической биологии им. Белозерского МГУ. Метагеном — это смесь геномов разных организмов в том или ином сообществе. Необходимость его исследования возникает в самых разных ситуациях, и надо знать, какие методы лучше всего для этого подходят. В эксперименте, о котором рассказала Мария Логачева, ученые исследовали метагеном в смеси разных растений. При этом они сравнивали два метода NGS — Illumina и Ion Torrent (ионное полупроводниковое секвенирование). И два подхода: полногеномный анализ и анализ маркерных участков (для растительных геномов ими служат участки генов рибосомных белков). Цель исследования — в составе метагенома вычленить геномы отдельных растений. Данные, полученные двумя методами, оказались различными, и самое удивительное — из смеси растений исчез находящийся там рис. Начался детективный поиск пропавшего вида, исследователи изменяли разные факторы, и когда изменили условия полимеразной цепной реакции, рис наконец вернулся на место. А ученые поняли, как правильно применять методы NGS для исследования растительных метагеномов.