В Петербурге, в биотехнологической компании Sequoia genetics, входящей в Группу компаний Алкор Био, стартовал первый в России комплексный проект по созданию информационной среды для анализа персональных геномов.

Александр Павлов, руководитель проекта, аспирант СПбГУ

О том, как будет проходить реализация столь масштабного проекта и какой инструментарий на выходе  получат практикующие врачи, мы беседуем с руководителем проекта «Персонализированная геномная диагностика», аспирантом биолого-почвенного факультета СПбГУ Александром Павловым.

— Александр, как возникла идея создания этого проекта?

— По сути, этот проект является результатом эволюционного развития тех диагностических решений, которые в свое время были инициированы в Группе компаний Алкор Био. В 2007 году в ГК Алкор Био началась разработка методов молекулярно-генетической диагностики человека. Вскоре была создана линейка наборов реагентов для диагностики  наследственных заболеваний и предрасположенностей. Таким образом, нами были сделаны первые шаги к внедрению персонализированной медицины в клиническую практику. Развитие этого направления и переосмысление принципов генетической диагностики  в конечном итоге и привели к запуску проекта «Персонализированная геномная диагностика».

Большинство современных лабораторных методов диагностики являются очень трудоемкими. По сути, чтобы провести анализ на одну мутацию, необходимо поставить целую серию экспериментов. Кроме этого, в мире постоянно появляются все новые и новые  данные о геноме, мутациях и ассоциированных с ними заболеваниях, в связи с чем производителям наборов реагентов становится все труднее  поспевать за изменением панели маркеров и создавать все новые и новые комплекты реагентов. В свою очередь врачам достаточно трудно ориентироваться в этом потоке новой информации, а также  находить все необходимые реагенты для постановки образца по широкому спектру мутаций, что и долго и дорого. В Группе компаний Алкор Био мы отчасти решили эту проблему посредством разработки биочипов, которые позволяют проанализировать сразу несколько десятков мутаций. Проект «Персонализированная геномная диагностика» — это следующий шаг в данном направлении, его реализация позволит вывести современную молекулярно-генетическую диагностику на качественно новый уровень. В конечном итоге достаточно будет единожды получить сиквенс, то есть первичную последовательность нуклеотидов генома человека, для того чтобы, опираясь на эти сведения, собирать новую информацию, получать данные по наличию тех или иных полиморфизмов по мере надобности.

В реализации проекта «Персо­на­лизированная геномная диагностика», помимо Sequoia genetics, также примут участие американская корпорация EMC и специалисты в области биоинформатики из нескольких петербургских университетов. Данный проект имеет мировую новизну, площадкой для его реализации стал инновационный центр Сколково.

Результатом секвенирования геномов является огромный массив неструктури- рованных данных, анализ которых представляет не менее комплексную задачу. Поиск значимых мутаций и полиморфизмов в масштабах всего генома и их по- следующая клиническая интерпретация является целью нашего проекта.

Говоря о сути и значимости проекта, стоит отметить, что компания Sequoia genetics ГК Алкор Био (www.sequoiag.com) выступила инициатором начала масштабной работы по консолидированию ресурсов и знаний в области секвенирования ДНК, генетики человека, алгоритмической биологии и информационных технологий с целью создания уникального продукта, предназначенного для решения задач персонализированной медицины. Проект «Персонализированная геномная диагностика» направлен на создание интерактивного инструмента для врачей-генетиков, с помощью которого станет возможным проводить весь спектр необходимых генетических исследований индивидуальных геномов пациентов, основываясь на данных полногеномного секвенирования.

Медико-генетическое направление и координацию работ по проекту взяла на себя компания Sequoia genetics, создание решений для работы с большими объемами данных (BIG DATA) и виртуализацию осуществит корпорация EMC, разработка алгоритмов анализа данных будет проведена командой биоинформатиков.

— Как получилось, что к участию в проекте были привлечены специалисты корпорации EMC и ученые-биоинформатики?

— Когда мы начали обсуждать эту тему, мы поняли, что проект настолько комплексный и многопрофильный, что только нашими силами справиться не удастся. Потому что помимо биологического блока, который включает в себя задачи, связанные с молекулярной биологией, клинической генетикой, медициной, есть еще два масштабных блока задач. Первый связан с алгоритмической биологией: проблемой эффективной сборки геномов и поиска интересующих мутаций в этом огромном объеме информации, а второй блок — это создание информационной архитектуры данного комплекса: передача большого объема данных, компрессия данных, их хранение и обеспечение конфиденциальности. Ведь генетические данные, полученные методом секвенирования, — это, по сути, огромный поток неструктурированной информации, которую нужно как-то хранить, обрабатывать, анализировать. Поиск решения этой задачи вывел нас на компанию, которая является одним из мировых лидеров в области создания решений для работы с большими объемами данных (BIG DATA), это корпорация ЕМС. В Санкт-Петербурге существует российское исследовательское подразделение ЕМС,  которое в настоящее время занимается расширением спектра применения своих знаний и технологий не только в сфере коммуникаций, банковского дела, но также и в области биоинформатики. Таким образом, наш проект как нельзя удачнее попал в область их интересов.

Важная сторона проекта — это группа биоинформатиков, которая будет выполнять работы по оптимизации существующих и написанию новых алгоритмов для анализа генетических данных.

В этом проекте Sequoia genetics взяла на себя медико-генетическое направление и координацию работ по всему проекту. Мы также работаем над созданием и поддержанием хорошо аннотированной и курируемой базы данных клинически значимых мутаций. При появлении новых знаний о геноме, мутациях и ассоциированных с ними заболеваниях мы будем дополнять нашу базу знаний специ­фическими маркерами, мутациями, полиморфизмами, которые получат надежное подтверждение в научных работах, генетических исследованиях.

— Этот проект имеет мировую новизну?

— Аналоги существуют в мире, но они не всегда полностью учитывают специфику клинической диагностики. Поскольку  проблема не придуманная, она реально существует — проблема создания эффективного инструмента для работы с этими данными, — то разные организации, научно-исследовательские институты создают собственные решения. Но все они являются, в той или иной степени,  узконаправленными, предназначенными, например, только для ученых-генетиков или биоинформатиков.  Практикующий врач не может работать с этим инструментарием, потому что для этого требуется специальная  подготовка и целый блок знаний в области информатики. Есть и другие подходы, когда сначала данные о геноме обрабатываются группой биоинформатиков, а затем передаются исследователям или врачам. Но такой подход отнимает много времени и ресурсов. И до сих пор не существует автоматизированного решения.

Наша миссия —  создание комплексного законченного решения для выполнения генетической диагностики человека на основе данных полногеномного анализа.

— Компания Sequoia genetics является резидентом Сколково?

— Да, мы получили данный статус этим летом.  По условиям фонда мы должны были в нашей заявке  раскрыть суть проекта. Статус участника компания приобретает только если проект имеет мировую новизну и  хорошие перспективы коммерциализации, а также если у заявителя есть достаточно хороший потенциал для реализации задуманного. Всем этим критериям, как показала экспертиза, мы соответствуем.

— Сколько времени может уйти на реализацию этого проекта?

— На старте очень сложно говорить о точных сроках реализации, но мы для себя ставим несколько промежуточных этапов. Первый — это создание концептуально работающей модели, то есть, по сути, интерфейса, в котором врач  сможет эффективно работать, то есть создавать  запросы. После того как программа их обработает, врач обратится к базе данных и к первичному геному пациента, чтобы получать информацию в понятном для него виде. Более того, полученная информация должна достаточно просто встраиваться в повседневную врачебную практику, быть удобной, например, для генерации протокола, введения  в персональную карточку пациента и т.д. Так вот, на первом этапе мы планируем показать, что концептуально это возможно, а также создать работающую модель, чтобы начать серию ограниченных клинических испытаний. Мы уже начали работу по поиску партнеров из среды клиницистов, чтобы после создания работающей модели на базе медицинского учреждения  проверить эффективность нового продукта, получить ответную реакцию от практикующих врачей. Этот этап работы мы планируем завершить в течение года. После этого  надо будет перейти от стадии экспериментального макета к стадии развития, создания  и подключения новых модулей, условий для масштабируемости этого решения. Если на первом этапе все модули — для хранения информации, для хранения базы данных, пользовательская среда и прочее — будут сконцентрированы, локализованы в пределах одного компьютерного ресурса, например, какого-то сервера, то конечная версия продукта должна будет иметь делокализованную структуру. Это означает, что вне зависимости от того, где находится интерфейс, «рабочая область» врача, где расположен центр по секвенированию, где сосредоточены ресурсы по хранению и обработке информации, — каждый из них может функционировать независимо и в то же время быть свободно интегрированным и виртуализированным. Мы также предполагаем в состав этого решения включить своеобразную базу знаний, которая поможет врачу лучше ориентироваться в сопутствующей информации о заболеваниях, о мутациях. Это — научные публикации, методические рекомендации, всевозможные нормативные акты по тому или иному заболеванию. Вот в таком виде проект должен быть реализован через три года.

— Медицинское сообщество готово воспринять это новое решение, новый подход к работе?

— В России, пока, к сожалению, видимо — нет. Потому что у нас в стране, к примеру, до сих пор не существует ни одного центра по секвенированию, тогда как, например, в Австралии государство выстроило целую сеть подобных лабораторий. Конечно, есть врачи-энтузиасты, которые осваивают все новое, что происходит в мире в области молекулярно-генетической диагностики, но это не гарантирует, что новое решение быстро займет свою нишу в российской системе здравоохранения. Что касается западного рынка, то безусловно — да: и клиницисты, и исследователи не только готовы, но и остро нуждаются в подобном решении, хотя нам еще придется всем доказать, что эти результаты могут быть использованы для лечения людей, то есть по сути оценить метод.

Пользуясь возможностью, хочу пригласить к сотрудничеству всех заинтересованных в партнерстве специалистов и профильные организации, так как основная идея данного решения — это консолидирование знаний и опыта в области медицинской генетики.

Беседовала Анна Соснора
Фото автора