Как отсрочить возрастные болезни и стимулировать организм на борьбу с опухолью: разработки российских ученых-генетиков

Развитие технологий генетического редактирования, создание научно-технологических заделов для медицины, сельского хозяйства и промышленности, совершенствование системы предупреждения чрезвычайных ситуаций биологического характера — эти и многие другие задачи заложены в реализацию Федеральной научно-технической программы (ФНТП) развития генетических технологий.

В рамках ФНТП в 2019 году на базе Роспотребнадзора, Курчатовского института и Института молекулярной биологии им. Энгельгардта (ИМБ) РАН были созданы три центра геномных исследований мирового уровня.

Центры представляют собой консорциумы, объединяющие научно-исследовательские институты, университеты и организации реального сектора экономики. Среди направлений деятельности центров биобезопасность и обеспечение технологической независимости, генетические технологии для развития сельского хозяйства, медицины и промышленной микробиологии. Финансирование развития трех геномных центров мирового уровня идет в рамках нацпроекта «Наука и университеты». Так, в 2021 году на их поддержку было выделено 1,3 млрд руб. 

На примере подведомственного Минобрнауки России ИМБ РАН — головной организации Центра высокоточного редактирования и генетических технологий для биомедицины — рассказываем, над какими научными проектами в сфере генетики работают сегодня российские ученые. 

Африканские рыбки нотобранхиусы помогут людям медленнее стареть 

Животные традиционно используются учеными для моделирования различных болезней человека. По словам замдиректора по научной работе ИМБ РАН, руководителя лаборатории постгеномных исследований Анны Кудрявцевой, в институте развивается два глобальных направления по созданию животных моделей заболеваний человека. Первое — моделирование человеческих патологий на мышах, второе связано с совершенно новыми для России организмами: африканскими короткоживущими рыбками нотобранхиусами, относящимися к группе икромечущих карпозубых.

Нотобранхиусы (Nothobranchius) населяют пересыхающие водоемы Африки и живут всего несколько месяцев. Это позволяет ученым быстро и эффективно оценивать на них действие потенциальных геропротекторов — веществ, которые, по предварительным данным, способны продлевать жизнь и отсрочить возрастные болезни. Важно, что эволюционно нотобранхиусы более близки к человеку, чем дрозофилы и другие беспозвоночные, которых используют при изучении старения, но живут рыбки намного меньше по сравнению с грызунами.

Предлагаемый подход уже вызывает интерес отечественных производителей нутрицевтиков и лекарственных средств, так как позволяет в перспективе легко перепозиционировать существующие на рынке препараты в качестве геропротекторов. Уже проводятся совместные исследования нескольких нутрицевтиков и лекарственных средств с ФГБУН «Научный центр психического здоровья» (лаборатория психофармакологии), Сеченовским Университетом (Клиника пропедевтики внутренних болезней, гастроэнтерологии и гепатологии им. В.Х. Василенко, руководитель — В.Т. Ивашкин, главный внештатный гастроэнтеролог Минздрава России) и компанией «Стандарт здоровья», готовой к коммерциализации результатов работы.

На примере рыбок этого рода также можно изучать разнообразие механизмов определения пола, эволюционные пути закрепления пола в геноме и даже механизмы установления социальной иерархии.

Сейчас в Центре ИМБ РАН на полную мощность функционирует уникальный научно-лабораторный аквариальный комплекс, предназначенный для проведения фундаментальных исследований с использованием короткоживущих рыб рода Nothobranchius в соответствии с международными стандартами. Он позволяет ученым одновременно включать в эксперимент до 1500 рыб, причем в условиях индивидуального размещения. Первые научные результаты уже опубликованы.

Инновации в терапии онкологических заболеваний

В последнее десятилетие ученые существенно продвинулись в понимании причин трансформации здоровых клеток в опухолевые, а также в изучении тех систем организма, которые выявляют и уничтожают раковые клетки. Применяя эти знания, исследователи разрабатывают средства терапии, основанные на использовании природных механизмов уничтожения клеток опухоли. Это позволяет не только существенно снизить тяжесть побочных действий химио- и таргетных препаратов, но и добиваться длительных ремиссий и полного излечения заболеваний, ранее считавшихся неизлечимыми.

Как отмечает член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией пролиферации клеток Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Петр Чумаков, особое место в терапии рака занимают онколитические вирусы. Это безвредные для человека вирусные штаммы, способные избирательно заражать и уничтожать раковые клетки и стимулировать естественные иммунные механизмы борьбы с ними.

Сегодня существует ряд проблем, которые препятствуют внедрению онколитических вирусов в медицинскую практику. Например, непредсказуемость клинического ответа конкретных пациентов, а также проблема оптимальной доставки вируса в опухоль. Опухоли пациентов существенно различаются по своей молекулярно-генетической природе, из-за чего один и тот же вирусный препарат может эффективно работать в случае одних больных, но оказаться неэффективным для других пациентов.

Решение одной из проблем предложили ученые ИМБ РАН. Они создали панель онколитических вирусов, обладающих различающимися спектрами воздействия на индивидуальные опухоли пациентов. Из таких панелей удается подбирать эффективные терапевтические штаммы для существенной части больных. Основу панели составляют непатогенные для человека штаммы энтеровирусов, выделенные из кишечника здоровых детей 2-5 летнего возраста.  

В институте также разрабатывают приемы для персонифицированного определения чувствительности клеток пациентов к индивидуальным вирусным штаммам. Работы частично финансируются Центром стратегического планирования ФМБА. Три штамма онколитических энтеровирусов разрабатываются в сотрудничестве с компанией БИОКАД, которая изучает возможность их использования для лечения рака молочной железы. 

«Пять штаммов онколитических энтеровирусов из нашей панели в 2021 году прошли официальные клинические испытания на безопасность в Институте гриппа им. А.А. Смородинцева (острая и хроническая токсичность, аллергенность, иммунотоксичность, пирогенность) и на эффективность в Онкологическом институте им. Герцена МИЦ радиологии.  В настоящее время решается вопрос о проведении клинических испытаний для терапии глиобластом в Онкологическом институте им. Герцена», — добавил Петр Чумаков.  

Напомним, Центр высокоточного редактирования и генетических технологий для биомедицины создан на базе четырех организаций: Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН, Федерального научно-клинического центра физико-химической медицины Федерального медико-биологического агентства, Института биологии гена РАН и Российского национального исследовательского медицинского университета им. Н.И. Пирогова.

Основная задача центра — разработка генетических технологий для получения новых знаний о нормальных и патологических процессах в организме и применение этих знаний для решения проблем здоровья человека и эффективного снижения потерь от заболеваний.