Персонифицированная медицина, генетические карты и специализированные информационные технологии в работе физкультурно оздоровительных диспансеров

Малахо Софья Гарифовна к.б.н.

с.н.с. ИТЦ БАСиП РАН

ОДИН ЧЕЛОВЕК ОТЛИЧАЕТСЯ ОТ ДРУГОГО НА 0.1% ГЕНОМА ЭТО ВСЕГО ЛИШЬ 30 ГЕНОВ ИЗ 30 ТЫСЯЧ ИЛИ 3 МЛН. ОСНОВАНИЙ ИЗ 3 МЛРД.

Секвенирование – определение нуклеотидной последовательности ДНК, РНК Генетический паспорт — это индивидуальная генетическая карта (схема расположения структурных генов и регуляторных элементов, а также генетических маркеров в хромосоме)

СЛЕДСТВИЯ ПОЛИМОРФИЗМА

• ИНДИВИДУАЛЬНАЯ ПРЕДРАСПОЛОЖЕННОСТЬ К СОМАТИЧЕСКИМ И ОНКОЛОГИЧЕСКИМ ЗАБОЛЕВАНИЯМ • ИНДИВИДУАЛЬНАЯ ПЕРЕНОСИМОСТЬ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СОЕДИНЕНИЙ • ИНДИВИДУАЛЬНАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К ВИРУСНЫМ И БАКТЕРИАЛЬНЫМ ЗАБОЛЕВАНИЯМ • ИНДИВИДУАЛЬНАЯ ФАРМАКОДИНАМИКА • СТИЛЬ ЖИЗНИ

• • • • • Цвет волос и глаз, леворукость, рост Тип мышечной ткани, строение опорно-двигательного аппарата Эмоциональность Генетические заболевания Предрасположенность к заболеваниям (остеопороз, сердечно сосудистые заболевания, метаболический синдром, рак и т.д.) • • • •

Как изменить образ жизни или условия окружающей среды чтобы избежать заболевания:

Корректировка образа жизни (диета, образ поведения, лекарства и корректирующие препараты) Индивидуальная диагностика и профилактика заболеваний Составление индивидуальных программ физической нагрузки Диагностика и корректировка репродуктивного поведения • • •

При возникновении заболеваний:

Диагностика и мониторинг течения заболеваний Подбор лекарств, вакцин и корректирующих препаратов по индивидуальной схеме применения Определение гистосовместимости при трансплантации

Фармакогеномика и фармакогенетика: восприимчивость к лекарству

Адекватный Ответ на лечение Идентификация группы без риска Генетический тест GCTA G CTGCA GCTA A CTGCA Идентификац ия группы риска Лечение лекарством по стандарту

•

Иная дозировка лекарства

•

Выбор другого лекарства Побочные реакции

Генетические различия влияют на: • фармакодинамику лекарства • • ответ на лекарства возникновение побочных реакций (до фатального исхода) Генетическое тестирование ДО лечения помогает выявлять группы риска и подбирать дозу лекарства или выбирать иное лекарство (например Варфарин)

Метагеномика

Позволяет изучать состав микроорганизмов без их изоляции и культивирования Enterotypes of the human gut microbiome. Nature 2011 Выделено три энтеротипа микробиома (совокупность микроорганизмов кишечника), не зависящих от географического происхождения или режима питания и имеющих различный метаболизм витаминов.

Genomic variation landscape of the human gut microbiome. Nature. January 2013 «Специфичный микробиом любого индивидуума постоянен и имеет уникальный метагеномный генотип, свойства которого могут использоваться для разработки персональной диеты и учитываться при приеме лекарств»

Зная состав и свойства микробиома индивидуума возможно назначение персонального режима питания, приема лекарственных препаратов, витаминов и БАДов

•

Спортивная генетика (кинезиогеномика)

Гены определяют ответ на тренировки, диеты и другие факторы окружающей среды.

•

В настоящее время в генетическую карту здоровья и активности входят

•

>200 хромосомных маркеров 18 митохондриальных генов влияют на физиологические основы организма и раскрывают спортивные «возможности»

• Существует вариант так называемого гена "скорости" ACTN3, который может быть связан с спринтерскими способностями. Самые известные спринтеры имеют по крайней мере одну копию этого гена. (более 70% жителей Ямайки и только 30% жителей Австралии) • Возможная связь между ApoE4 вариантом и повышенным риском тяжелых последствий от сотрясения мозга.

Выбор спорта в зависимости от характеристик генотипа

Схема подготовки рекордсмена

генотип + схема тренировок • • • Выявление генов индивидуальных физических особенностей Эффекты: подбор индивидуальных схем тренировок + реабилитации Медицинский контроль за физиологическим состоянием спортсмена Корректировка программ тренировок и восстановления

Схема действий

Образ жизни Привычки Лекарства Обследования

Tebbutt S J et al. Chest 2007;131:1216-1223

Визуализация результатов исследований

Информационные технологии

• •

Генетические данные - большие массивы информации => необходимость организации баз данных с возможностью экспертной оценки и постоянного обновления. Конфиденциальность, хранение и защита информации.

Структура биобанка

Биоматериал и данные Инфраструктура Применение Кровь и ее производные (плазма, клетки и т.д.) ДНК, РНК Замороженные ткани, парафиновые блоки т.д.

Данные анамнеза, история, образ жизни, лечение, данные функциональной диагностики , Хранение при -80С, -196С и комнатной температурах Микроскопия, Масс-спектрометрия, Геномика, транкриптомика, протеомика т.д.

Источник биоматериала Поиск новых мишеней лекарств и диагностикумов Фундаментальные исследования Кодировка, хранение данных, биоинформатический анализ, статистическая обработка и визулизация Персонифицирован ная медицина

Комплексные исследования

1. БИОХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ– поиск специфических метаболитов Пример: Галактоземия – нарушение обмена веществ на пути преобразования галактозы в глюкозу 2. ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЯ- определение грубых хромосомных нарушений Пример: Транслокация хромосом 9,22 – хронический миелобластный лейкоз Повреждения ДНК сперматозоидов - причина мужского бесплодия 3. ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЯ - секвенирование ДНК на присутствие мутаций, метагеномика, кинезиогеномика

4. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ (УЗИ, МРТ, ЭКГ, Тепловизионное..)

ДЕЙСТВИЯ

ТРЕНИРОВКИ, РЕАБИЛИТАЦИЯ, ДИЕТЫ, ЛЕЧЕНИЕ, ПИТАНИЕ, ПЛАНИРОВАНИЕ СЕМЬИ и т.д.