Над проектом работает обучающийся детского технопарка «Кванториум-33» Даниил Герасимов
По подсчётам Всемирной организации здравоохранения, число людей с болезнью Альцгеймера неуклонно растет и по прогнозам, к 2050 году с этим заболеванием в мире будет уже около 50 миллионов человек. Несмотря на то, что заболевание изучается уже давно, точные причины возникновения до сих пор не определены. Пока что медики оперируют лишь гипотезами, их несколько:
- холинергическая гипотеза - болезнь Альцгеймера вызывается сниженным синтезом нейромедиатора ацетилхолина;
- тау-гипотеза - каскад нарушений запускается отклонениями в структуре тау-белка;
- амилоидная гипотеза - причиной заболевания являются отложения бета-амилоида (Aβ);
- инфекционная гипотеза - инфекция приводит к колонизации мозга бактериями и увеличению вырабатывания бетаамилоида (Aβ).
В любом случае главная причина возникновения заболевания – мутации в генах. На данный момент известно о четырёх белках, нарушения в структуре которых влияют на работу мозга и провоцируют развитие различных типов деменции, в том числе, болезни Альцгеймера. Это аполипопротеин E (APOE), пресинелины (PSEN1 и PSEN2) и предшественник бета-амилоида (APP).
Болезнь Альцгеймера в целом весьма успешно диагностируется, диагностика доступна, в том числе, и во владимирских больницах. Однако у всех существующих сегодня методов диагностики есть существенные недостатки. За что-то придется заплатить (и недешево), какие-то виды доступны в большем числе клиник, но, к сожалению, основные виды диагностики выявляют болезнь только на поздних стадиях. Именно это стало одной из отправных точек в исследовании.
Цель проекта, по словам Даниила, состоит в разработке системы быстрой и доступной диагностики болезни Альцгеймера на ранних стадиях с использованием отечественных реактивов. Решением должна стать мультиплексная ПЦР-система для тестирования. Она позволит оценить наличие мутаций в искомых четырех генах, влияющих на появление и развитие болезни Альцгеймера (APOE, PSEN1 и PSEN2, APP), а это, в свою очередь, на ранних стадиях позволит начать комплексные мероприятия, замедляющие наступление основных симптомов болезни. По словам наставника кванторианца, педагога биоквантума Дарьи Федосеевой, раннее тестирование (в том числе, в юном возрасте) позволит надолго отсрочить активную стадию заболевания и, тем самым, продлит период полноценной жизни пациента.
Как настоящий исследователь Даниил распределил всю работу на этапы и цель его текущего этапа – рассчитать пары праймеров, а так же необходимые компоненты и предварительный температурный режим амплификации для полимеразной цепной реакции. За этими сложными терминами стоят на самом деле непростые, но конкретные действия: расчет и подбор состава нуклеотидных последовательностей, которые будут соответствовать (будут комплементарны) концам требуемых участков ДНК искомых четырех генов. Синтезом нуклеотидных цепочек, по словам Даниила, будет заниматься конкретная компания, это будет заказ для них, но сначала нужен предварительный расчет. Причем рассчитать нужно не восемь праймеров (не четыре пары), а больше, для «страховки», во избежание нарушений при проведении ПЦР-реакций.
- Мы находим участок ДНК, ген, отвечающий, за конкретный белок. Ген, в основном, как у здорового человека, но в определённом месте есть изменения в нуклеотидах, влекущие за собой изменения белка. Если эти изменения найти и подобрать праймеры таким образом, чтобы они (по результатам ПЦР-тестирования) «сигнализировали» бы нам о наличии измененных участков молекул (а если нет измененных участков, то соответственно не показывали бы), то тогда можно создать диагностическую систему, - рассказывает наставник юного исследователя Дарья Федосеева.
- Мне нравится это делать, это интересно и одновременно очень сложно. Сложно искать нужную информацию о том, что мы делаем. Для понимания. Статьи о том, как вообще рассчитываются праймеры, конечно, есть, ПЦР-системы создавали..., - начал Даниил.
- но просто не на этот ген, поэтому им приходится много читать о других - и это страшное слово «экстраполировать» - на свои исследования, - подхватывает его наставник.
- Во-первых это достаточно специфическая деятельность, это уровень не меньше аспирантуры. Во-вторых, мультиплексная ПЦР-система – это ещё сложнее задача. Третье – с болезнью Альцгеймера всё очень трудно, потому что даже если мы говорим о четырёх генах, это всё равно предполагаемые гены. Это не точные. Просто больше всего известно про их влияние. Сама болезнь не сильно хорошо изучена, несмотря на то, что изучают ее очень давно. Плюс она находится на границе нейрофизиологии и психиатрии, поэтому тут тоже имеется своя специфика. Ещё сложность в том, что те же самые изменения могут вызывать и другие типы деменции, а не только болезнь Альцгеймера, и нужно отличать одно от другого, а это достаточно кропотливая работа, - рассказывает Дарья Николаевна.
Данной работой уже заинтересовалась одна из владимирских медицинских клиник. Там Даниилу (как и другим юным биологам по направлениям уже их проектов) обещали содействие в разработке и, в том числе, в проведении исследований будущей тест-системы. Даниил Герасимов не сомневается, что у проекта есть перспективы, но, конечно, при условии корректной работы тест-системы. В этом случае разработку планируется запатентовать.
