«Чтение» геномов используется для понимания того, как формируются различные болезни в организме человека. Ученые Института искусственного интеллекта МГУ им. М.В. Ломоносова «прочитали» геномы 10 тысяч человек и в результате нашли новые участки, которые влияют на гликозилирование белков в плазме крови – то есть присоединение к белкам углеводов полисахаридного типа (гликанов). Эти же гены, как выяснилось, участвуют в процессе метаболизма липидов. Таким образом, ученым удалось выявить связь между гликозилированием белков и развитием сердечно-сосудистых заболеваний и болезней иммунной системы.
Человеческий геном – это 3,3 млрд нуклеотидов, которые обозначаются буквами, представленные в виде 23 пар хромосом, каждая из которых – линейная последовательность из этих «букв». Как ученые их читают? Между собой люди отличаются примерно по нескольким десяткам «букв», но поскольку они сложены в линейную последовательность, то можно ввести понятие координат в геноме и выявить точное расположение каждой «буквы» - вернее, участок, в котором она расположена. Участок генома – это отрезок из нескольких десятков или сотен тысяч нуклеотидов. Для исследования определенного заболевания берется выборка из больных и здоровых людей и выявляются «буквы», которые представлены у больных, но которых нет у здоровых. Из этого делается вывод, что в данном участке есть что-то, что напрямую влияет на развитие болезни – и дальнейшие исследования отвечают на вопрос, что именно.
По такому же принципу начиналось исследование в Институте ИИ МГУ – но, поскольку исследовалось не конкретное заболевание, использовались более обобщенные методы. Об этом «Научной России» рассказал Содбо Шарапов, научный сотрудник Института ИИ МГУ.
«Когда мы говорим про заболевания – это бинарный признак, тут может быть либо 0, либо 1. Но есть еще количественные, биомедицинские признаки – уровень липидов в крови, вес, рост, индекс массы тела, плотность костей и так далее. Эти признаки тоже можно изучать с точки зрения того, какие замены в геноме на них влияют. Это и был наш случай, потому что мы исследовали уровень комплексных специальных углеводов, которые присоединены к белкам, находящимся в крови человека», - рассказал Содбо Шарапов.
Комплексные углеводы – это полисахариды, то есть длинные цепочки молекул сахара, соединяющиеся с белками в плазме крови. У 10 тысяч человек, участвовавших в исследовании, ученые измеряли уровни 36 различных комплексных полисахаридов. Как объяснил ученый, эти углеводы прикрепляются к белкам снаружи и влияют на то, как белок функционирует, и даже могут его модифицировать. К тому же, гликаны (углеводы, которые гликозилируют белки) играют большую роль в иммунном ответе и, соответственно, в развитии иммунных заболеваний. Если ранее были найдены 16 участков в геноме, которые влияют на гликозилирование белков, то теперь этот список удалось дополнить еще 25. Дальнейшие исследования позволили выявить связь гликозилирования белков с другими биологическими процессами.
«До наших исследований уже было известно, что основным источником белков с присоединенными комплексными углеводами-гликанами являются клетки иммунной системы и клетки печени. Печень, в свою очередь, участвует в метаболизме жиров, липидов, которые влияют на сердечно-сосудистые заболевания. И мы с помощью генетических анализов показали: гены, которые мы нашли, влияют на гликозилирование белков в плазме крови, и эти же гены участвуют в процессе метаболизма липидов. Как уже было ранее известно, замены в этих же участках генома влияют на сердечно-сосудистые заболевания, заболевания иммунной системы. Мы смогли показать причинно-следственную связь между уровнем конкретного вида комплексных углеводов (высокоманнозных углеводов) и риском заболеваний липидного обмена (в том числе сердечно-сосудистых): чем выше уровень высокоманнозных структур, тем выше риск», - отметил Содбо Шарапов.
Все это требует дальнейшего изучения, но уже сейчас можно сказать: тот факт, что одни и те же гены влияют как на заболевания, так и на гликаны, позволяет ученым рассматривать эти гликаны как биомаркеры заболеваний – то есть с их помощью заранее предсказывать развитие болезни. Более того, это позволяет выдвинуть гипотезу, что гликаны являются мишенью для терапевтических средств. Если эта гипотеза подтвердится, то на основе этих данных можно будет разрабатывать новые лекарства.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
