Психологическая помощь новости психологии и психотерапии
Представьте, что вам звонит врач, чтобы обсудить результаты вашего генетического тестирования. Он сообщает вам, что ваши результаты указывают на высокую вероятность развития болезни Альцгеймера. Но не волнуйтесь, поскольку болезнь была выявлена на ранней стадии, вы прямо сейчас можете начать индивидуальный курс лечения, адаптированный к вашим уникальным генетическим особенностям.
Как бы странно это ни звучало, ученые верят, что такое будущее может быть уже не за горами. Изучение эпистаза – взаимодействия между генами, которое влияет на наши физические особенности, – является ключом к раскрытию новых возможностей в медицине.
Изучение эпистаза может объяснить, почему некоторые сложные заболевания часто проявляются у людей случайным и непредсказуемым образом. Это также может привести к созданию более эффективных методов лечения распространенных сложных заболеваний.
Исследователи из Австралийского исследовательского центра электронного здравоохранения (AEHRC) углубляют понимание эпистаза и его роли в развитии сложных заболеваний.
Поэтому эпистаз стал у генетиков актуальной темой.
Экспрессия генов 101
Чтобы понять, что такое эпистаз, полезно знать основы того, как работают гены.
Гены – это основа всего живого. Они состоят из ДНК, которая передается от родителей к детям. Эта ДНК содержит инструкции о том, как должен расти и функционировать организм.
У человека около 20 000 генов, которые определяют наши физические и биологические особенности.
Каждый ген несет в себе код для определенной функции или признака, например, цвета глаз или группы крови. В то время как гены определяют возможности для проявления этих признаков, именно аллели определяют специфическое их проявление.
Хотя термины “ген” и “аллель” часто используются как взаимозаменяемые, между ними есть разница. Аллели – это вариации одного и того же гена.
Каждый человек обычно получает два аллеля для каждого гена – один аллель от матери, а другой от отца.
Эти аллели работают вместе, определяя результирующую физическую черту. Например, вы можете унаследовать аллель карих глаз от матери и аллель голубых глаз от отца. Эти аллели взаимодействуют друг с другом, влияя на то, какого цвета у вас будут глаза – в данном случае карие, поскольку карие глаза являются доминирующей чертой.
Такого рода взаимодействия между доминантными, недоминантными и рецессивными аллелями (известные как неэпистатические взаимодействия генов) хорошо изучены и понятны.
С другой стороны, эпистатические взаимодействия изучены не так хорошо.
Эпистаз: тайная жизнь генов
При эпистатических взаимодействиях эффекты одного или нескольких генов подавляются или модифицируются.
Эти изменения в способах экспрессии генов могут влиять на физические черты организма.
Например, все лабрадоры-ретриверы наследуют гены, придающие им коричневую или черную шерсть, но из-за эпистатического взаимодействия, препятствующего экспрессии генов окраса шерсти, у некоторых лабрадоров-ретриверов шерсть золотистого цвета.
Но не все эпистатические взаимодействия оказываются такими восхитительными.
Эпистатические взаимодействия также связаны у человека с такими заболеваниями, как болезнь Альцгеймера, сердечно-сосудистые заболевания, диабет и рак.
Исследователи полагают, что изучение большего количества эпистатических взаимодействий поможет им, наконец, объяснить, почему у одних людей развиваются заболевания, в то время как у других, генетически схожих с ними, – нет.
Эта загадка, известная как проблема недостающей наследуемости, мучает генетиков на протяжении десятилетий.
Загадка недостающей наследуемости
Проблема недостающей наследуемости описывает тот факт, что ученые до сих пор не знают точно, как гены влияют на черты и заболевания.
Также до сих пор неясно, почему у одних людей развиваются такие заболевания, как болезнь Альцгеймера, а у других с похожими генами — нет.
Чтобы попытаться ответить на этот вопрос, ученые провели исследования как близнецовых, так и общегеномных ассоциаций (GWAS).
GWAS включает анализ генома (всего набора ДНК) большой группы людей в поисках определенных генов (называемых генами-кандидатами). Обычно это гены, предположительно влияющие на заболевание.
Цель этих исследований – найти корреляцию между людьми с генами-кандидатами и людьми, страдающими каким-либо заболеванием.
Однако со временем ученые обнаружили, что наличие генов-кандидатов не является надежным признаком того, что у кого-то может развиться заболевание.
Аналогичным образом, в ходе исследований близнецов, в которых анализируется ДНК близких родственников (например, близнецов), ученые не смогли объяснить, почему у одного из них может развиться заболевание, а у другого – нет.
Все это убедительно свидетельствует о том, что наша предрасположенность к заболеваниям определяется сочетанием множества различных генов и их взаимодействий.
От исследования к революции
Исследования эпистаза могут привести к невероятным прорывам в медицине.
Изучение эпистатических взаимодействий может помочь исследователям найти надежные генетические маркеры распространенных заболеваний.
Эти знания позволят медицинским работникам оказывать пациентам персонализированную помощь (высокоиндивидуализированное лечение), учитывающую их уникальные генетические данные.
Также врачам станет проще выявлять предрасположенность пациентов к генетическим заболеваниям на ранних стадиях, возможно, даже до появления симптомов.
Это поможет людям с генетическими заболеваниями получить доступ к раннему лечению, принятию необходимых мер и поддержке.
Однако исследователям предстоит пройти еще долгий путь.
Поиск новых эпистатических взаимодействий является чрезвычайно сложной задачей из-за огромного количества комбинаций генов и статистических возможностей, которые должны учитывать исследователи. В конце концов, у человека 20 000 генов и бесконечное количество возможных комбинаций эпистатических взаимодействий.
Долгое время исследователи считали невозможным обнаружить эпистатические взаимодействия, приводящие к распространенным заболеваниям. Но достижения в таких технологиях, как искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение (ML), возродили их надежды.
Обнаружение эпистазиса с помощью передовых технологий
Команда Genome Insights использует новейшие технологии, чтобы усовершенствовать обнаружение эпистаза, приближая нас к пониманию недостающей наследуемости.
В 2021 году команда использовала машинное обучение для разработки новаторского программного инструмента BitEpi, способного обрабатывать большие объемы геномных данных для картирования эпистатических взаимодействий между четырьмя генами.
На данный момент BitEpi и облачная платформа для анализа генома VariantSpark помогли команде идентифицировать два новых генетических варианта, связанных с болезнью Альцгеймера. Они также обнаружили 95 новых взаимодействий между генами,которые могут влиять на последствия различных вариантов при болезни Альцгеймера.
Команда объединила экспертов по эпистазу со всего мира для оценки наиболее эффективных методов выявления эпистазов, способствуя при этом свободному обмену знаниями и сотрудничеству.
Несмотря на то, что исследования эпистаза по-прежнему сталкиваются со многими трудностями, исследователи полны решимости найти инновационные решения. По мере появления новых технологий перспективы применения эпистаза в области прогнозирования, профилактики и лечения заболеваний будут только возрастать.
Помощь психолога
