novosibirsk 55 anniversary talk

94
От медицинской генетики до геномной медицины. Глазами очевидца Владимир Зельман, M.D., Ph.D. Профессор и Со-заведующий Кафедрой Анестезиологии Университет Южной Калифорнии Лос Анджелес, Калифорния, США Aкадемик РАН и РАМН

Upload: ecolife-journal

Post on 21-Jan-2015

72 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

 

TRANSCRIPT

Page 1: Novosibirsk 55 anniversary talk

От медицинской генетикидо геномной медицины

Глазами очевидца

Владимир Зельман MD PhDПрофессор и Со-заведующий Кафедрой Анестезиологии

Университет Южной КалифорнииЛос Анджелес Калифорния США

Aкадемик РАН и РАМН

3

СЕРДЦЕ и МОЗГот охлаждения к взаимному

комфортуНовосибирск -gt Москва -gt Лос-Анджелес

~50000 случаев

4

История Геномики и Персонализированной

Медицины

1959 Фогель ndash термин Фармакогенетика

Френсис Крик описал ldquoпроисхождение генетического кодаrdquo1967

Секвенирование ДНК Зангера1975

Кари Мюллис ПЦР 1983

Открытие двойной спирали ДНК1953

Секвенирование следующего поколения2000s

5

Путь к Проекту Геном Человека- 150 лет

6

7

8

Цели Проекта Геном Человека

Интерпретация генетического кода Геномные последовательности Сравнительная генетика Биоинформатика Новые исследовательские средства которые

позволят проанализировать функционирование организма в состоянии здоровья и болезни

Идентифицировать 120000 тысяч генов Выяснить генетическую природу 4000 заболеваний

9

История

The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Осуществление проекта laquoГеном человекаraquo результаты которого были объявлены в июне 2000 года и опубликованы в полном объеме в журнале laquoNatureraquo и laquoScienceraquo заняло 13 лет и потребовало 3 миллиардов долларов для его завершения

Для биологии это был беспрецедентный по масштабам проект не имевший себе равных в истории была определена последовательность трех миллиардов пар оснований человеческой ДНК которые определяют неповторимую индивидуальность каждого отдельного человека

10

Craig Venter Francis Collins June 27 2000

11

12

Френсис С КоллинзlaquoЯзык жизни

ДНК и Революция в Персонализированной Медицинеraquo

13

ldquoСегодня десять лет спустя мы спрашиваем тех кто стоял у истоков этого проекта laquoГде практические результаты этого и какова перспектива применения полученных данныхraquo rdquo

ldquoУченые надеялись что определение последовательности ДНК откроет генетические причины заболеваний улучшит диагностику и откроет путь к созданию препаратов для лечения таких тяжелых заболеваний как раковые опухоли rdquo

ldquohellipеще предстоит выполнить обещанное и найти причины многих распространенных заболеванийrdquo

Jon Cohen The Human Genome a Decade Later Technology Review JanFeb 2011

14

Уроки и будущие задачи

10 лет спустя

1 Что мы узнали нового2 Чему мы научились3 Неожиданности4 Что нас разочаровало5 Реальности и возможности6 Размышления о будущем

15Lessons from Genomics (editorial) by Bruce Alberts Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 511 DOI 101126science1203356

Технологические перспективы исследования генома

Быстрое развитие дешевых и масштабных методов изучения последовательности ДНК является впечатляющим примером создания эффективных технологических инноваций

В течение нескольких ближайших лет прогнозируемые технологии laquoтретьего поколенияraquo позволят описать последовательность 3 млрд пар нуклеотидов в геноме человека всего за 1000 долларов

В 1988 году аналогичная задача потребовала бы 30 тысяч человеко-лет (те работы 3000 ученых в течение 10 лет каждый)

В проекте участвовало 2000 человек

16

Быстрое снижение стоимости определения

последовательности ДНК всего генома

The Case for Personalized Medicine 3rd Edition

17

ДНК Транскрипция РНК Трансляция Белок

Функции генетического аппарата клетки

Поток генетической информации от ДНК к белку через РНК остается основой для понимания функции генома

В зависимости от среды функционирования один и тот же ген может быть источником обширного набора продуктов

Этот механизм значительно увеличивает количество факторов продуцируемых ~20000 генов в геноме человека

From left are Vladimir Zelman professor and co-chair of the Department of Anesthesiology Philip Lumb chair of the Department of Anesthesiology Tami and Arieh Warshel and Carmen A Puliafito dean of the Keck School

The Keck School of Medicinersquos Department of Anesthesiology hosted the 4th Annual Vladimir Zelman MD PhD Distinguished and Endowed Lectureship on April 17featuring a lecture by 2013 Nobel Laureate Arieh Warshel professor of chemistry at the USC Dornsife College of Letters Arts and Sciences

Warshel presented his lecture ldquoComputer Simulations of Biological Functionsrdquo to a packed audience at Aresty Auditorium and described his scientific journey to bridge thedisciplines of molecular and quantum chemistry in a mannerthen undiscoveredFrom HSC News May 16 2014 Vol 1 Number 10

Page 2

Nobel Laureate presents Zelman Lecture

Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК

В течении нескольких миллиардов лет алфавит генетического кода состоял из четырех букв А- аденин Т- тимин Г- гуанин и Ц- цитозин Это четыре основания которые входят в состав нуклеотидов создающих двойную спираль ДНК

В дополнение к этим четырем нуклеотидам ученые успешно встроили в структуру ДНК E coli две синтетические молекулы Микроорганизмы с этими молекулами не только оказались жизнеспособными но и обеспечили передачу генетического материала последующэим поколениям

20

Геномика - как основание для Системной Биологии

Интегрирование генетических факторови клеточных компонентов для создания биологических систем существующих в социальных формированиях

БиотехнологияГеномикаФункциональная геномикаПротеомикаФункциональная

протеомикаЦелломикаМетаболомикаТоксикогеномикаФармакогеномика

21

Сравнительная Генетика

22

Геном содержит гораздо больше неправдоподобных фактов чем мы предполагали 10 лет тому назад Сама идея о том что мы наследуем и что мы передаем по наследству претерпела существенные изменения

23From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Где скрыты основные секреты(The Dark Matter)

Мы знаем структуру большинства генов Но мы еше даже не прикоснулись к тому огромному числу элементов которые не являются генами

Накапливается все больше и больше доказательств что большинство вариаций связанных с болезнями заложены в некодирующих участках ДНК

Мы должны провести каталогизацию этих элементов Каким образом вариации в этих элементах влияют на возникновение и прогресс заболеваний

Критически важно понять механизмы влияния на болезни этих вариаций

24

ENCODEEncyclopedia of DNA Elements project 2007-2012

25

From Donrsquot Trash These Genes ldquoJunkrdquo DNA may lead to valuable cures By Alice Park Times magazine Oct 22 2012 pp19-20

Сравненительные данные по составу тела и геному человека и микробиона

Клеточная масса

Человек- 10 триллионов клеток (10)Микробион- 100 триллионов клеток (100)

Вес микробиона- 15 кгВес мозга человека- 15 кг

Геном человека- ~20000 геновГеном микробиона- ~8000000 генов

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 2: Novosibirsk 55 anniversary talk

3

СЕРДЦЕ и МОЗГот охлаждения к взаимному

комфортуНовосибирск -gt Москва -gt Лос-Анджелес

~50000 случаев

4

История Геномики и Персонализированной

Медицины

1959 Фогель ndash термин Фармакогенетика

Френсис Крик описал ldquoпроисхождение генетического кодаrdquo1967

Секвенирование ДНК Зангера1975

Кари Мюллис ПЦР 1983

Открытие двойной спирали ДНК1953

Секвенирование следующего поколения2000s

5

Путь к Проекту Геном Человека- 150 лет

6

7

8

Цели Проекта Геном Человека

Интерпретация генетического кода Геномные последовательности Сравнительная генетика Биоинформатика Новые исследовательские средства которые

позволят проанализировать функционирование организма в состоянии здоровья и болезни

Идентифицировать 120000 тысяч генов Выяснить генетическую природу 4000 заболеваний

9

История

The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Осуществление проекта laquoГеном человекаraquo результаты которого были объявлены в июне 2000 года и опубликованы в полном объеме в журнале laquoNatureraquo и laquoScienceraquo заняло 13 лет и потребовало 3 миллиардов долларов для его завершения

Для биологии это был беспрецедентный по масштабам проект не имевший себе равных в истории была определена последовательность трех миллиардов пар оснований человеческой ДНК которые определяют неповторимую индивидуальность каждого отдельного человека

10

Craig Venter Francis Collins June 27 2000

11

12

Френсис С КоллинзlaquoЯзык жизни

ДНК и Революция в Персонализированной Медицинеraquo

13

ldquoСегодня десять лет спустя мы спрашиваем тех кто стоял у истоков этого проекта laquoГде практические результаты этого и какова перспектива применения полученных данныхraquo rdquo

ldquoУченые надеялись что определение последовательности ДНК откроет генетические причины заболеваний улучшит диагностику и откроет путь к созданию препаратов для лечения таких тяжелых заболеваний как раковые опухоли rdquo

ldquohellipеще предстоит выполнить обещанное и найти причины многих распространенных заболеванийrdquo

Jon Cohen The Human Genome a Decade Later Technology Review JanFeb 2011

14

Уроки и будущие задачи

10 лет спустя

1 Что мы узнали нового2 Чему мы научились3 Неожиданности4 Что нас разочаровало5 Реальности и возможности6 Размышления о будущем

15Lessons from Genomics (editorial) by Bruce Alberts Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 511 DOI 101126science1203356

Технологические перспективы исследования генома

Быстрое развитие дешевых и масштабных методов изучения последовательности ДНК является впечатляющим примером создания эффективных технологических инноваций

В течение нескольких ближайших лет прогнозируемые технологии laquoтретьего поколенияraquo позволят описать последовательность 3 млрд пар нуклеотидов в геноме человека всего за 1000 долларов

В 1988 году аналогичная задача потребовала бы 30 тысяч человеко-лет (те работы 3000 ученых в течение 10 лет каждый)

В проекте участвовало 2000 человек

16

Быстрое снижение стоимости определения

последовательности ДНК всего генома

The Case for Personalized Medicine 3rd Edition

17

ДНК Транскрипция РНК Трансляция Белок

Функции генетического аппарата клетки

Поток генетической информации от ДНК к белку через РНК остается основой для понимания функции генома

В зависимости от среды функционирования один и тот же ген может быть источником обширного набора продуктов

Этот механизм значительно увеличивает количество факторов продуцируемых ~20000 генов в геноме человека

From left are Vladimir Zelman professor and co-chair of the Department of Anesthesiology Philip Lumb chair of the Department of Anesthesiology Tami and Arieh Warshel and Carmen A Puliafito dean of the Keck School

The Keck School of Medicinersquos Department of Anesthesiology hosted the 4th Annual Vladimir Zelman MD PhD Distinguished and Endowed Lectureship on April 17featuring a lecture by 2013 Nobel Laureate Arieh Warshel professor of chemistry at the USC Dornsife College of Letters Arts and Sciences

Warshel presented his lecture ldquoComputer Simulations of Biological Functionsrdquo to a packed audience at Aresty Auditorium and described his scientific journey to bridge thedisciplines of molecular and quantum chemistry in a mannerthen undiscoveredFrom HSC News May 16 2014 Vol 1 Number 10

Page 2

Nobel Laureate presents Zelman Lecture

Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК

В течении нескольких миллиардов лет алфавит генетического кода состоял из четырех букв А- аденин Т- тимин Г- гуанин и Ц- цитозин Это четыре основания которые входят в состав нуклеотидов создающих двойную спираль ДНК

В дополнение к этим четырем нуклеотидам ученые успешно встроили в структуру ДНК E coli две синтетические молекулы Микроорганизмы с этими молекулами не только оказались жизнеспособными но и обеспечили передачу генетического материала последующэим поколениям

20

Геномика - как основание для Системной Биологии

Интегрирование генетических факторови клеточных компонентов для создания биологических систем существующих в социальных формированиях

БиотехнологияГеномикаФункциональная геномикаПротеомикаФункциональная

протеомикаЦелломикаМетаболомикаТоксикогеномикаФармакогеномика

21

Сравнительная Генетика

22

Геном содержит гораздо больше неправдоподобных фактов чем мы предполагали 10 лет тому назад Сама идея о том что мы наследуем и что мы передаем по наследству претерпела существенные изменения

23From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Где скрыты основные секреты(The Dark Matter)

Мы знаем структуру большинства генов Но мы еше даже не прикоснулись к тому огромному числу элементов которые не являются генами

Накапливается все больше и больше доказательств что большинство вариаций связанных с болезнями заложены в некодирующих участках ДНК

Мы должны провести каталогизацию этих элементов Каким образом вариации в этих элементах влияют на возникновение и прогресс заболеваний

Критически важно понять механизмы влияния на болезни этих вариаций

24

ENCODEEncyclopedia of DNA Elements project 2007-2012

25

From Donrsquot Trash These Genes ldquoJunkrdquo DNA may lead to valuable cures By Alice Park Times magazine Oct 22 2012 pp19-20

Сравненительные данные по составу тела и геному человека и микробиона

Клеточная масса

Человек- 10 триллионов клеток (10)Микробион- 100 триллионов клеток (100)

Вес микробиона- 15 кгВес мозга человека- 15 кг

Геном человека- ~20000 геновГеном микробиона- ~8000000 генов

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 3: Novosibirsk 55 anniversary talk

4

История Геномики и Персонализированной

Медицины

1959 Фогель ndash термин Фармакогенетика

Френсис Крик описал ldquoпроисхождение генетического кодаrdquo1967

Секвенирование ДНК Зангера1975

Кари Мюллис ПЦР 1983

Открытие двойной спирали ДНК1953

Секвенирование следующего поколения2000s

5

Путь к Проекту Геном Человека- 150 лет

6

7

8

Цели Проекта Геном Человека

Интерпретация генетического кода Геномные последовательности Сравнительная генетика Биоинформатика Новые исследовательские средства которые

позволят проанализировать функционирование организма в состоянии здоровья и болезни

Идентифицировать 120000 тысяч генов Выяснить генетическую природу 4000 заболеваний

9

История

The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Осуществление проекта laquoГеном человекаraquo результаты которого были объявлены в июне 2000 года и опубликованы в полном объеме в журнале laquoNatureraquo и laquoScienceraquo заняло 13 лет и потребовало 3 миллиардов долларов для его завершения

Для биологии это был беспрецедентный по масштабам проект не имевший себе равных в истории была определена последовательность трех миллиардов пар оснований человеческой ДНК которые определяют неповторимую индивидуальность каждого отдельного человека

10

Craig Venter Francis Collins June 27 2000

11

12

Френсис С КоллинзlaquoЯзык жизни

ДНК и Революция в Персонализированной Медицинеraquo

13

ldquoСегодня десять лет спустя мы спрашиваем тех кто стоял у истоков этого проекта laquoГде практические результаты этого и какова перспектива применения полученных данныхraquo rdquo

ldquoУченые надеялись что определение последовательности ДНК откроет генетические причины заболеваний улучшит диагностику и откроет путь к созданию препаратов для лечения таких тяжелых заболеваний как раковые опухоли rdquo

ldquohellipеще предстоит выполнить обещанное и найти причины многих распространенных заболеванийrdquo

Jon Cohen The Human Genome a Decade Later Technology Review JanFeb 2011

14

Уроки и будущие задачи

10 лет спустя

1 Что мы узнали нового2 Чему мы научились3 Неожиданности4 Что нас разочаровало5 Реальности и возможности6 Размышления о будущем

15Lessons from Genomics (editorial) by Bruce Alberts Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 511 DOI 101126science1203356

Технологические перспективы исследования генома

Быстрое развитие дешевых и масштабных методов изучения последовательности ДНК является впечатляющим примером создания эффективных технологических инноваций

В течение нескольких ближайших лет прогнозируемые технологии laquoтретьего поколенияraquo позволят описать последовательность 3 млрд пар нуклеотидов в геноме человека всего за 1000 долларов

В 1988 году аналогичная задача потребовала бы 30 тысяч человеко-лет (те работы 3000 ученых в течение 10 лет каждый)

В проекте участвовало 2000 человек

16

Быстрое снижение стоимости определения

последовательности ДНК всего генома

The Case for Personalized Medicine 3rd Edition

17

ДНК Транскрипция РНК Трансляция Белок

Функции генетического аппарата клетки

Поток генетической информации от ДНК к белку через РНК остается основой для понимания функции генома

В зависимости от среды функционирования один и тот же ген может быть источником обширного набора продуктов

Этот механизм значительно увеличивает количество факторов продуцируемых ~20000 генов в геноме человека

From left are Vladimir Zelman professor and co-chair of the Department of Anesthesiology Philip Lumb chair of the Department of Anesthesiology Tami and Arieh Warshel and Carmen A Puliafito dean of the Keck School

The Keck School of Medicinersquos Department of Anesthesiology hosted the 4th Annual Vladimir Zelman MD PhD Distinguished and Endowed Lectureship on April 17featuring a lecture by 2013 Nobel Laureate Arieh Warshel professor of chemistry at the USC Dornsife College of Letters Arts and Sciences

Warshel presented his lecture ldquoComputer Simulations of Biological Functionsrdquo to a packed audience at Aresty Auditorium and described his scientific journey to bridge thedisciplines of molecular and quantum chemistry in a mannerthen undiscoveredFrom HSC News May 16 2014 Vol 1 Number 10

Page 2

Nobel Laureate presents Zelman Lecture

Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК

В течении нескольких миллиардов лет алфавит генетического кода состоял из четырех букв А- аденин Т- тимин Г- гуанин и Ц- цитозин Это четыре основания которые входят в состав нуклеотидов создающих двойную спираль ДНК

В дополнение к этим четырем нуклеотидам ученые успешно встроили в структуру ДНК E coli две синтетические молекулы Микроорганизмы с этими молекулами не только оказались жизнеспособными но и обеспечили передачу генетического материала последующэим поколениям

20

Геномика - как основание для Системной Биологии

Интегрирование генетических факторови клеточных компонентов для создания биологических систем существующих в социальных формированиях

БиотехнологияГеномикаФункциональная геномикаПротеомикаФункциональная

протеомикаЦелломикаМетаболомикаТоксикогеномикаФармакогеномика

21

Сравнительная Генетика

22

Геном содержит гораздо больше неправдоподобных фактов чем мы предполагали 10 лет тому назад Сама идея о том что мы наследуем и что мы передаем по наследству претерпела существенные изменения

23From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Где скрыты основные секреты(The Dark Matter)

Мы знаем структуру большинства генов Но мы еше даже не прикоснулись к тому огромному числу элементов которые не являются генами

Накапливается все больше и больше доказательств что большинство вариаций связанных с болезнями заложены в некодирующих участках ДНК

Мы должны провести каталогизацию этих элементов Каким образом вариации в этих элементах влияют на возникновение и прогресс заболеваний

Критически важно понять механизмы влияния на болезни этих вариаций

24

ENCODEEncyclopedia of DNA Elements project 2007-2012

25

From Donrsquot Trash These Genes ldquoJunkrdquo DNA may lead to valuable cures By Alice Park Times magazine Oct 22 2012 pp19-20

Сравненительные данные по составу тела и геному человека и микробиона

Клеточная масса

Человек- 10 триллионов клеток (10)Микробион- 100 триллионов клеток (100)

Вес микробиона- 15 кгВес мозга человека- 15 кг

Геном человека- ~20000 геновГеном микробиона- ~8000000 генов

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 4: Novosibirsk 55 anniversary talk

5

Путь к Проекту Геном Человека- 150 лет

6

7

8

Цели Проекта Геном Человека

Интерпретация генетического кода Геномные последовательности Сравнительная генетика Биоинформатика Новые исследовательские средства которые

позволят проанализировать функционирование организма в состоянии здоровья и болезни

Идентифицировать 120000 тысяч генов Выяснить генетическую природу 4000 заболеваний

9

История

The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Осуществление проекта laquoГеном человекаraquo результаты которого были объявлены в июне 2000 года и опубликованы в полном объеме в журнале laquoNatureraquo и laquoScienceraquo заняло 13 лет и потребовало 3 миллиардов долларов для его завершения

Для биологии это был беспрецедентный по масштабам проект не имевший себе равных в истории была определена последовательность трех миллиардов пар оснований человеческой ДНК которые определяют неповторимую индивидуальность каждого отдельного человека

10

Craig Venter Francis Collins June 27 2000

11

12

Френсис С КоллинзlaquoЯзык жизни

ДНК и Революция в Персонализированной Медицинеraquo

13

ldquoСегодня десять лет спустя мы спрашиваем тех кто стоял у истоков этого проекта laquoГде практические результаты этого и какова перспектива применения полученных данныхraquo rdquo

ldquoУченые надеялись что определение последовательности ДНК откроет генетические причины заболеваний улучшит диагностику и откроет путь к созданию препаратов для лечения таких тяжелых заболеваний как раковые опухоли rdquo

ldquohellipеще предстоит выполнить обещанное и найти причины многих распространенных заболеванийrdquo

Jon Cohen The Human Genome a Decade Later Technology Review JanFeb 2011

14

Уроки и будущие задачи

10 лет спустя

1 Что мы узнали нового2 Чему мы научились3 Неожиданности4 Что нас разочаровало5 Реальности и возможности6 Размышления о будущем

15Lessons from Genomics (editorial) by Bruce Alberts Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 511 DOI 101126science1203356

Технологические перспективы исследования генома

Быстрое развитие дешевых и масштабных методов изучения последовательности ДНК является впечатляющим примером создания эффективных технологических инноваций

В течение нескольких ближайших лет прогнозируемые технологии laquoтретьего поколенияraquo позволят описать последовательность 3 млрд пар нуклеотидов в геноме человека всего за 1000 долларов

В 1988 году аналогичная задача потребовала бы 30 тысяч человеко-лет (те работы 3000 ученых в течение 10 лет каждый)

В проекте участвовало 2000 человек

16

Быстрое снижение стоимости определения

последовательности ДНК всего генома

The Case for Personalized Medicine 3rd Edition

17

ДНК Транскрипция РНК Трансляция Белок

Функции генетического аппарата клетки

Поток генетической информации от ДНК к белку через РНК остается основой для понимания функции генома

В зависимости от среды функционирования один и тот же ген может быть источником обширного набора продуктов

Этот механизм значительно увеличивает количество факторов продуцируемых ~20000 генов в геноме человека

From left are Vladimir Zelman professor and co-chair of the Department of Anesthesiology Philip Lumb chair of the Department of Anesthesiology Tami and Arieh Warshel and Carmen A Puliafito dean of the Keck School

The Keck School of Medicinersquos Department of Anesthesiology hosted the 4th Annual Vladimir Zelman MD PhD Distinguished and Endowed Lectureship on April 17featuring a lecture by 2013 Nobel Laureate Arieh Warshel professor of chemistry at the USC Dornsife College of Letters Arts and Sciences

Warshel presented his lecture ldquoComputer Simulations of Biological Functionsrdquo to a packed audience at Aresty Auditorium and described his scientific journey to bridge thedisciplines of molecular and quantum chemistry in a mannerthen undiscoveredFrom HSC News May 16 2014 Vol 1 Number 10

Page 2

Nobel Laureate presents Zelman Lecture

Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК

В течении нескольких миллиардов лет алфавит генетического кода состоял из четырех букв А- аденин Т- тимин Г- гуанин и Ц- цитозин Это четыре основания которые входят в состав нуклеотидов создающих двойную спираль ДНК

В дополнение к этим четырем нуклеотидам ученые успешно встроили в структуру ДНК E coli две синтетические молекулы Микроорганизмы с этими молекулами не только оказались жизнеспособными но и обеспечили передачу генетического материала последующэим поколениям

20

Геномика - как основание для Системной Биологии

Интегрирование генетических факторови клеточных компонентов для создания биологических систем существующих в социальных формированиях

БиотехнологияГеномикаФункциональная геномикаПротеомикаФункциональная

протеомикаЦелломикаМетаболомикаТоксикогеномикаФармакогеномика

21

Сравнительная Генетика

22

Геном содержит гораздо больше неправдоподобных фактов чем мы предполагали 10 лет тому назад Сама идея о том что мы наследуем и что мы передаем по наследству претерпела существенные изменения

23From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Где скрыты основные секреты(The Dark Matter)

Мы знаем структуру большинства генов Но мы еше даже не прикоснулись к тому огромному числу элементов которые не являются генами

Накапливается все больше и больше доказательств что большинство вариаций связанных с болезнями заложены в некодирующих участках ДНК

Мы должны провести каталогизацию этих элементов Каким образом вариации в этих элементах влияют на возникновение и прогресс заболеваний

Критически важно понять механизмы влияния на болезни этих вариаций

24

ENCODEEncyclopedia of DNA Elements project 2007-2012

25

From Donrsquot Trash These Genes ldquoJunkrdquo DNA may lead to valuable cures By Alice Park Times magazine Oct 22 2012 pp19-20

Сравненительные данные по составу тела и геному человека и микробиона

Клеточная масса

Человек- 10 триллионов клеток (10)Микробион- 100 триллионов клеток (100)

Вес микробиона- 15 кгВес мозга человека- 15 кг

Геном человека- ~20000 геновГеном микробиона- ~8000000 генов

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 5: Novosibirsk 55 anniversary talk

6

7

8

Цели Проекта Геном Человека

Интерпретация генетического кода Геномные последовательности Сравнительная генетика Биоинформатика Новые исследовательские средства которые

позволят проанализировать функционирование организма в состоянии здоровья и болезни

Идентифицировать 120000 тысяч генов Выяснить генетическую природу 4000 заболеваний

9

История

The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Осуществление проекта laquoГеном человекаraquo результаты которого были объявлены в июне 2000 года и опубликованы в полном объеме в журнале laquoNatureraquo и laquoScienceraquo заняло 13 лет и потребовало 3 миллиардов долларов для его завершения

Для биологии это был беспрецедентный по масштабам проект не имевший себе равных в истории была определена последовательность трех миллиардов пар оснований человеческой ДНК которые определяют неповторимую индивидуальность каждого отдельного человека

10

Craig Venter Francis Collins June 27 2000

11

12

Френсис С КоллинзlaquoЯзык жизни

ДНК и Революция в Персонализированной Медицинеraquo

13

ldquoСегодня десять лет спустя мы спрашиваем тех кто стоял у истоков этого проекта laquoГде практические результаты этого и какова перспектива применения полученных данныхraquo rdquo

ldquoУченые надеялись что определение последовательности ДНК откроет генетические причины заболеваний улучшит диагностику и откроет путь к созданию препаратов для лечения таких тяжелых заболеваний как раковые опухоли rdquo

ldquohellipеще предстоит выполнить обещанное и найти причины многих распространенных заболеванийrdquo

Jon Cohen The Human Genome a Decade Later Technology Review JanFeb 2011

14

Уроки и будущие задачи

10 лет спустя

1 Что мы узнали нового2 Чему мы научились3 Неожиданности4 Что нас разочаровало5 Реальности и возможности6 Размышления о будущем

15Lessons from Genomics (editorial) by Bruce Alberts Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 511 DOI 101126science1203356

Технологические перспективы исследования генома

Быстрое развитие дешевых и масштабных методов изучения последовательности ДНК является впечатляющим примером создания эффективных технологических инноваций

В течение нескольких ближайших лет прогнозируемые технологии laquoтретьего поколенияraquo позволят описать последовательность 3 млрд пар нуклеотидов в геноме человека всего за 1000 долларов

В 1988 году аналогичная задача потребовала бы 30 тысяч человеко-лет (те работы 3000 ученых в течение 10 лет каждый)

В проекте участвовало 2000 человек

16

Быстрое снижение стоимости определения

последовательности ДНК всего генома

The Case for Personalized Medicine 3rd Edition

17

ДНК Транскрипция РНК Трансляция Белок

Функции генетического аппарата клетки

Поток генетической информации от ДНК к белку через РНК остается основой для понимания функции генома

В зависимости от среды функционирования один и тот же ген может быть источником обширного набора продуктов

Этот механизм значительно увеличивает количество факторов продуцируемых ~20000 генов в геноме человека

From left are Vladimir Zelman professor and co-chair of the Department of Anesthesiology Philip Lumb chair of the Department of Anesthesiology Tami and Arieh Warshel and Carmen A Puliafito dean of the Keck School

The Keck School of Medicinersquos Department of Anesthesiology hosted the 4th Annual Vladimir Zelman MD PhD Distinguished and Endowed Lectureship on April 17featuring a lecture by 2013 Nobel Laureate Arieh Warshel professor of chemistry at the USC Dornsife College of Letters Arts and Sciences

Warshel presented his lecture ldquoComputer Simulations of Biological Functionsrdquo to a packed audience at Aresty Auditorium and described his scientific journey to bridge thedisciplines of molecular and quantum chemistry in a mannerthen undiscoveredFrom HSC News May 16 2014 Vol 1 Number 10

Page 2

Nobel Laureate presents Zelman Lecture

Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК

В течении нескольких миллиардов лет алфавит генетического кода состоял из четырех букв А- аденин Т- тимин Г- гуанин и Ц- цитозин Это четыре основания которые входят в состав нуклеотидов создающих двойную спираль ДНК

В дополнение к этим четырем нуклеотидам ученые успешно встроили в структуру ДНК E coli две синтетические молекулы Микроорганизмы с этими молекулами не только оказались жизнеспособными но и обеспечили передачу генетического материала последующэим поколениям

20

Геномика - как основание для Системной Биологии

Интегрирование генетических факторови клеточных компонентов для создания биологических систем существующих в социальных формированиях

БиотехнологияГеномикаФункциональная геномикаПротеомикаФункциональная

протеомикаЦелломикаМетаболомикаТоксикогеномикаФармакогеномика

21

Сравнительная Генетика

22

Геном содержит гораздо больше неправдоподобных фактов чем мы предполагали 10 лет тому назад Сама идея о том что мы наследуем и что мы передаем по наследству претерпела существенные изменения

23From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Где скрыты основные секреты(The Dark Matter)

Мы знаем структуру большинства генов Но мы еше даже не прикоснулись к тому огромному числу элементов которые не являются генами

Накапливается все больше и больше доказательств что большинство вариаций связанных с болезнями заложены в некодирующих участках ДНК

Мы должны провести каталогизацию этих элементов Каким образом вариации в этих элементах влияют на возникновение и прогресс заболеваний

Критически важно понять механизмы влияния на болезни этих вариаций

24

ENCODEEncyclopedia of DNA Elements project 2007-2012

25

From Donrsquot Trash These Genes ldquoJunkrdquo DNA may lead to valuable cures By Alice Park Times magazine Oct 22 2012 pp19-20

Сравненительные данные по составу тела и геному человека и микробиона

Клеточная масса

Человек- 10 триллионов клеток (10)Микробион- 100 триллионов клеток (100)

Вес микробиона- 15 кгВес мозга человека- 15 кг

Геном человека- ~20000 геновГеном микробиона- ~8000000 генов

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 6: Novosibirsk 55 anniversary talk

7

8

Цели Проекта Геном Человека

Интерпретация генетического кода Геномные последовательности Сравнительная генетика Биоинформатика Новые исследовательские средства которые

позволят проанализировать функционирование организма в состоянии здоровья и болезни

Идентифицировать 120000 тысяч генов Выяснить генетическую природу 4000 заболеваний

9

История

The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Осуществление проекта laquoГеном человекаraquo результаты которого были объявлены в июне 2000 года и опубликованы в полном объеме в журнале laquoNatureraquo и laquoScienceraquo заняло 13 лет и потребовало 3 миллиардов долларов для его завершения

Для биологии это был беспрецедентный по масштабам проект не имевший себе равных в истории была определена последовательность трех миллиардов пар оснований человеческой ДНК которые определяют неповторимую индивидуальность каждого отдельного человека

10

Craig Venter Francis Collins June 27 2000

11

12

Френсис С КоллинзlaquoЯзык жизни

ДНК и Революция в Персонализированной Медицинеraquo

13

ldquoСегодня десять лет спустя мы спрашиваем тех кто стоял у истоков этого проекта laquoГде практические результаты этого и какова перспектива применения полученных данныхraquo rdquo

ldquoУченые надеялись что определение последовательности ДНК откроет генетические причины заболеваний улучшит диагностику и откроет путь к созданию препаратов для лечения таких тяжелых заболеваний как раковые опухоли rdquo

ldquohellipеще предстоит выполнить обещанное и найти причины многих распространенных заболеванийrdquo

Jon Cohen The Human Genome a Decade Later Technology Review JanFeb 2011

14

Уроки и будущие задачи

10 лет спустя

1 Что мы узнали нового2 Чему мы научились3 Неожиданности4 Что нас разочаровало5 Реальности и возможности6 Размышления о будущем

15Lessons from Genomics (editorial) by Bruce Alberts Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 511 DOI 101126science1203356

Технологические перспективы исследования генома

Быстрое развитие дешевых и масштабных методов изучения последовательности ДНК является впечатляющим примером создания эффективных технологических инноваций

В течение нескольких ближайших лет прогнозируемые технологии laquoтретьего поколенияraquo позволят описать последовательность 3 млрд пар нуклеотидов в геноме человека всего за 1000 долларов

В 1988 году аналогичная задача потребовала бы 30 тысяч человеко-лет (те работы 3000 ученых в течение 10 лет каждый)

В проекте участвовало 2000 человек

16

Быстрое снижение стоимости определения

последовательности ДНК всего генома

The Case for Personalized Medicine 3rd Edition

17

ДНК Транскрипция РНК Трансляция Белок

Функции генетического аппарата клетки

Поток генетической информации от ДНК к белку через РНК остается основой для понимания функции генома

В зависимости от среды функционирования один и тот же ген может быть источником обширного набора продуктов

Этот механизм значительно увеличивает количество факторов продуцируемых ~20000 генов в геноме человека

From left are Vladimir Zelman professor and co-chair of the Department of Anesthesiology Philip Lumb chair of the Department of Anesthesiology Tami and Arieh Warshel and Carmen A Puliafito dean of the Keck School

The Keck School of Medicinersquos Department of Anesthesiology hosted the 4th Annual Vladimir Zelman MD PhD Distinguished and Endowed Lectureship on April 17featuring a lecture by 2013 Nobel Laureate Arieh Warshel professor of chemistry at the USC Dornsife College of Letters Arts and Sciences

Warshel presented his lecture ldquoComputer Simulations of Biological Functionsrdquo to a packed audience at Aresty Auditorium and described his scientific journey to bridge thedisciplines of molecular and quantum chemistry in a mannerthen undiscoveredFrom HSC News May 16 2014 Vol 1 Number 10

Page 2

Nobel Laureate presents Zelman Lecture

Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК

В течении нескольких миллиардов лет алфавит генетического кода состоял из четырех букв А- аденин Т- тимин Г- гуанин и Ц- цитозин Это четыре основания которые входят в состав нуклеотидов создающих двойную спираль ДНК

В дополнение к этим четырем нуклеотидам ученые успешно встроили в структуру ДНК E coli две синтетические молекулы Микроорганизмы с этими молекулами не только оказались жизнеспособными но и обеспечили передачу генетического материала последующэим поколениям

20

Геномика - как основание для Системной Биологии

Интегрирование генетических факторови клеточных компонентов для создания биологических систем существующих в социальных формированиях

БиотехнологияГеномикаФункциональная геномикаПротеомикаФункциональная

протеомикаЦелломикаМетаболомикаТоксикогеномикаФармакогеномика

21

Сравнительная Генетика

22

Геном содержит гораздо больше неправдоподобных фактов чем мы предполагали 10 лет тому назад Сама идея о том что мы наследуем и что мы передаем по наследству претерпела существенные изменения

23From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Где скрыты основные секреты(The Dark Matter)

Мы знаем структуру большинства генов Но мы еше даже не прикоснулись к тому огромному числу элементов которые не являются генами

Накапливается все больше и больше доказательств что большинство вариаций связанных с болезнями заложены в некодирующих участках ДНК

Мы должны провести каталогизацию этих элементов Каким образом вариации в этих элементах влияют на возникновение и прогресс заболеваний

Критически важно понять механизмы влияния на болезни этих вариаций

24

ENCODEEncyclopedia of DNA Elements project 2007-2012

25

From Donrsquot Trash These Genes ldquoJunkrdquo DNA may lead to valuable cures By Alice Park Times magazine Oct 22 2012 pp19-20

Сравненительные данные по составу тела и геному человека и микробиона

Клеточная масса

Человек- 10 триллионов клеток (10)Микробион- 100 триллионов клеток (100)

Вес микробиона- 15 кгВес мозга человека- 15 кг

Геном человека- ~20000 геновГеном микробиона- ~8000000 генов

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 7: Novosibirsk 55 anniversary talk

8

Цели Проекта Геном Человека

Интерпретация генетического кода Геномные последовательности Сравнительная генетика Биоинформатика Новые исследовательские средства которые

позволят проанализировать функционирование организма в состоянии здоровья и болезни

Идентифицировать 120000 тысяч генов Выяснить генетическую природу 4000 заболеваний

9

История

The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Осуществление проекта laquoГеном человекаraquo результаты которого были объявлены в июне 2000 года и опубликованы в полном объеме в журнале laquoNatureraquo и laquoScienceraquo заняло 13 лет и потребовало 3 миллиардов долларов для его завершения

Для биологии это был беспрецедентный по масштабам проект не имевший себе равных в истории была определена последовательность трех миллиардов пар оснований человеческой ДНК которые определяют неповторимую индивидуальность каждого отдельного человека

10

Craig Venter Francis Collins June 27 2000

11

12

Френсис С КоллинзlaquoЯзык жизни

ДНК и Революция в Персонализированной Медицинеraquo

13

ldquoСегодня десять лет спустя мы спрашиваем тех кто стоял у истоков этого проекта laquoГде практические результаты этого и какова перспектива применения полученных данныхraquo rdquo

ldquoУченые надеялись что определение последовательности ДНК откроет генетические причины заболеваний улучшит диагностику и откроет путь к созданию препаратов для лечения таких тяжелых заболеваний как раковые опухоли rdquo

ldquohellipеще предстоит выполнить обещанное и найти причины многих распространенных заболеванийrdquo

Jon Cohen The Human Genome a Decade Later Technology Review JanFeb 2011

14

Уроки и будущие задачи

10 лет спустя

1 Что мы узнали нового2 Чему мы научились3 Неожиданности4 Что нас разочаровало5 Реальности и возможности6 Размышления о будущем

15Lessons from Genomics (editorial) by Bruce Alberts Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 511 DOI 101126science1203356

Технологические перспективы исследования генома

Быстрое развитие дешевых и масштабных методов изучения последовательности ДНК является впечатляющим примером создания эффективных технологических инноваций

В течение нескольких ближайших лет прогнозируемые технологии laquoтретьего поколенияraquo позволят описать последовательность 3 млрд пар нуклеотидов в геноме человека всего за 1000 долларов

В 1988 году аналогичная задача потребовала бы 30 тысяч человеко-лет (те работы 3000 ученых в течение 10 лет каждый)

В проекте участвовало 2000 человек

16

Быстрое снижение стоимости определения

последовательности ДНК всего генома

The Case for Personalized Medicine 3rd Edition

17

ДНК Транскрипция РНК Трансляция Белок

Функции генетического аппарата клетки

Поток генетической информации от ДНК к белку через РНК остается основой для понимания функции генома

В зависимости от среды функционирования один и тот же ген может быть источником обширного набора продуктов

Этот механизм значительно увеличивает количество факторов продуцируемых ~20000 генов в геноме человека

From left are Vladimir Zelman professor and co-chair of the Department of Anesthesiology Philip Lumb chair of the Department of Anesthesiology Tami and Arieh Warshel and Carmen A Puliafito dean of the Keck School

The Keck School of Medicinersquos Department of Anesthesiology hosted the 4th Annual Vladimir Zelman MD PhD Distinguished and Endowed Lectureship on April 17featuring a lecture by 2013 Nobel Laureate Arieh Warshel professor of chemistry at the USC Dornsife College of Letters Arts and Sciences

Warshel presented his lecture ldquoComputer Simulations of Biological Functionsrdquo to a packed audience at Aresty Auditorium and described his scientific journey to bridge thedisciplines of molecular and quantum chemistry in a mannerthen undiscoveredFrom HSC News May 16 2014 Vol 1 Number 10

Page 2

Nobel Laureate presents Zelman Lecture

Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК

В течении нескольких миллиардов лет алфавит генетического кода состоял из четырех букв А- аденин Т- тимин Г- гуанин и Ц- цитозин Это четыре основания которые входят в состав нуклеотидов создающих двойную спираль ДНК

В дополнение к этим четырем нуклеотидам ученые успешно встроили в структуру ДНК E coli две синтетические молекулы Микроорганизмы с этими молекулами не только оказались жизнеспособными но и обеспечили передачу генетического материала последующэим поколениям

20

Геномика - как основание для Системной Биологии

Интегрирование генетических факторови клеточных компонентов для создания биологических систем существующих в социальных формированиях

БиотехнологияГеномикаФункциональная геномикаПротеомикаФункциональная

протеомикаЦелломикаМетаболомикаТоксикогеномикаФармакогеномика

21

Сравнительная Генетика

22

Геном содержит гораздо больше неправдоподобных фактов чем мы предполагали 10 лет тому назад Сама идея о том что мы наследуем и что мы передаем по наследству претерпела существенные изменения

23From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Где скрыты основные секреты(The Dark Matter)

Мы знаем структуру большинства генов Но мы еше даже не прикоснулись к тому огромному числу элементов которые не являются генами

Накапливается все больше и больше доказательств что большинство вариаций связанных с болезнями заложены в некодирующих участках ДНК

Мы должны провести каталогизацию этих элементов Каким образом вариации в этих элементах влияют на возникновение и прогресс заболеваний

Критически важно понять механизмы влияния на болезни этих вариаций

24

ENCODEEncyclopedia of DNA Elements project 2007-2012

25

From Donrsquot Trash These Genes ldquoJunkrdquo DNA may lead to valuable cures By Alice Park Times magazine Oct 22 2012 pp19-20

Сравненительные данные по составу тела и геному человека и микробиона

Клеточная масса

Человек- 10 триллионов клеток (10)Микробион- 100 триллионов клеток (100)

Вес микробиона- 15 кгВес мозга человека- 15 кг

Геном человека- ~20000 геновГеном микробиона- ~8000000 генов

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 8: Novosibirsk 55 anniversary talk

9

История

The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Осуществление проекта laquoГеном человекаraquo результаты которого были объявлены в июне 2000 года и опубликованы в полном объеме в журнале laquoNatureraquo и laquoScienceraquo заняло 13 лет и потребовало 3 миллиардов долларов для его завершения

Для биологии это был беспрецедентный по масштабам проект не имевший себе равных в истории была определена последовательность трех миллиардов пар оснований человеческой ДНК которые определяют неповторимую индивидуальность каждого отдельного человека

10

Craig Venter Francis Collins June 27 2000

11

12

Френсис С КоллинзlaquoЯзык жизни

ДНК и Революция в Персонализированной Медицинеraquo

13

ldquoСегодня десять лет спустя мы спрашиваем тех кто стоял у истоков этого проекта laquoГде практические результаты этого и какова перспектива применения полученных данныхraquo rdquo

ldquoУченые надеялись что определение последовательности ДНК откроет генетические причины заболеваний улучшит диагностику и откроет путь к созданию препаратов для лечения таких тяжелых заболеваний как раковые опухоли rdquo

ldquohellipеще предстоит выполнить обещанное и найти причины многих распространенных заболеванийrdquo

Jon Cohen The Human Genome a Decade Later Technology Review JanFeb 2011

14

Уроки и будущие задачи

10 лет спустя

1 Что мы узнали нового2 Чему мы научились3 Неожиданности4 Что нас разочаровало5 Реальности и возможности6 Размышления о будущем

15Lessons from Genomics (editorial) by Bruce Alberts Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 511 DOI 101126science1203356

Технологические перспективы исследования генома

Быстрое развитие дешевых и масштабных методов изучения последовательности ДНК является впечатляющим примером создания эффективных технологических инноваций

В течение нескольких ближайших лет прогнозируемые технологии laquoтретьего поколенияraquo позволят описать последовательность 3 млрд пар нуклеотидов в геноме человека всего за 1000 долларов

В 1988 году аналогичная задача потребовала бы 30 тысяч человеко-лет (те работы 3000 ученых в течение 10 лет каждый)

В проекте участвовало 2000 человек

16

Быстрое снижение стоимости определения

последовательности ДНК всего генома

The Case for Personalized Medicine 3rd Edition

17

ДНК Транскрипция РНК Трансляция Белок

Функции генетического аппарата клетки

Поток генетической информации от ДНК к белку через РНК остается основой для понимания функции генома

В зависимости от среды функционирования один и тот же ген может быть источником обширного набора продуктов

Этот механизм значительно увеличивает количество факторов продуцируемых ~20000 генов в геноме человека

From left are Vladimir Zelman professor and co-chair of the Department of Anesthesiology Philip Lumb chair of the Department of Anesthesiology Tami and Arieh Warshel and Carmen A Puliafito dean of the Keck School

The Keck School of Medicinersquos Department of Anesthesiology hosted the 4th Annual Vladimir Zelman MD PhD Distinguished and Endowed Lectureship on April 17featuring a lecture by 2013 Nobel Laureate Arieh Warshel professor of chemistry at the USC Dornsife College of Letters Arts and Sciences

Warshel presented his lecture ldquoComputer Simulations of Biological Functionsrdquo to a packed audience at Aresty Auditorium and described his scientific journey to bridge thedisciplines of molecular and quantum chemistry in a mannerthen undiscoveredFrom HSC News May 16 2014 Vol 1 Number 10

Page 2

Nobel Laureate presents Zelman Lecture

Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК

В течении нескольких миллиардов лет алфавит генетического кода состоял из четырех букв А- аденин Т- тимин Г- гуанин и Ц- цитозин Это четыре основания которые входят в состав нуклеотидов создающих двойную спираль ДНК

В дополнение к этим четырем нуклеотидам ученые успешно встроили в структуру ДНК E coli две синтетические молекулы Микроорганизмы с этими молекулами не только оказались жизнеспособными но и обеспечили передачу генетического материала последующэим поколениям

20

Геномика - как основание для Системной Биологии

Интегрирование генетических факторови клеточных компонентов для создания биологических систем существующих в социальных формированиях

БиотехнологияГеномикаФункциональная геномикаПротеомикаФункциональная

протеомикаЦелломикаМетаболомикаТоксикогеномикаФармакогеномика

21

Сравнительная Генетика

22

Геном содержит гораздо больше неправдоподобных фактов чем мы предполагали 10 лет тому назад Сама идея о том что мы наследуем и что мы передаем по наследству претерпела существенные изменения

23From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Где скрыты основные секреты(The Dark Matter)

Мы знаем структуру большинства генов Но мы еше даже не прикоснулись к тому огромному числу элементов которые не являются генами

Накапливается все больше и больше доказательств что большинство вариаций связанных с болезнями заложены в некодирующих участках ДНК

Мы должны провести каталогизацию этих элементов Каким образом вариации в этих элементах влияют на возникновение и прогресс заболеваний

Критически важно понять механизмы влияния на болезни этих вариаций

24

ENCODEEncyclopedia of DNA Elements project 2007-2012

25

From Donrsquot Trash These Genes ldquoJunkrdquo DNA may lead to valuable cures By Alice Park Times magazine Oct 22 2012 pp19-20

Сравненительные данные по составу тела и геному человека и микробиона

Клеточная масса

Человек- 10 триллионов клеток (10)Микробион- 100 триллионов клеток (100)

Вес микробиона- 15 кгВес мозга человека- 15 кг

Геном человека- ~20000 геновГеном микробиона- ~8000000 генов

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 9: Novosibirsk 55 anniversary talk

10

Craig Venter Francis Collins June 27 2000

11

12

Френсис С КоллинзlaquoЯзык жизни

ДНК и Революция в Персонализированной Медицинеraquo

13

ldquoСегодня десять лет спустя мы спрашиваем тех кто стоял у истоков этого проекта laquoГде практические результаты этого и какова перспектива применения полученных данныхraquo rdquo

ldquoУченые надеялись что определение последовательности ДНК откроет генетические причины заболеваний улучшит диагностику и откроет путь к созданию препаратов для лечения таких тяжелых заболеваний как раковые опухоли rdquo

ldquohellipеще предстоит выполнить обещанное и найти причины многих распространенных заболеванийrdquo

Jon Cohen The Human Genome a Decade Later Technology Review JanFeb 2011

14

Уроки и будущие задачи

10 лет спустя

1 Что мы узнали нового2 Чему мы научились3 Неожиданности4 Что нас разочаровало5 Реальности и возможности6 Размышления о будущем

15Lessons from Genomics (editorial) by Bruce Alberts Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 511 DOI 101126science1203356

Технологические перспективы исследования генома

Быстрое развитие дешевых и масштабных методов изучения последовательности ДНК является впечатляющим примером создания эффективных технологических инноваций

В течение нескольких ближайших лет прогнозируемые технологии laquoтретьего поколенияraquo позволят описать последовательность 3 млрд пар нуклеотидов в геноме человека всего за 1000 долларов

В 1988 году аналогичная задача потребовала бы 30 тысяч человеко-лет (те работы 3000 ученых в течение 10 лет каждый)

В проекте участвовало 2000 человек

16

Быстрое снижение стоимости определения

последовательности ДНК всего генома

The Case for Personalized Medicine 3rd Edition

17

ДНК Транскрипция РНК Трансляция Белок

Функции генетического аппарата клетки

Поток генетической информации от ДНК к белку через РНК остается основой для понимания функции генома

В зависимости от среды функционирования один и тот же ген может быть источником обширного набора продуктов

Этот механизм значительно увеличивает количество факторов продуцируемых ~20000 генов в геноме человека

From left are Vladimir Zelman professor and co-chair of the Department of Anesthesiology Philip Lumb chair of the Department of Anesthesiology Tami and Arieh Warshel and Carmen A Puliafito dean of the Keck School

The Keck School of Medicinersquos Department of Anesthesiology hosted the 4th Annual Vladimir Zelman MD PhD Distinguished and Endowed Lectureship on April 17featuring a lecture by 2013 Nobel Laureate Arieh Warshel professor of chemistry at the USC Dornsife College of Letters Arts and Sciences

Warshel presented his lecture ldquoComputer Simulations of Biological Functionsrdquo to a packed audience at Aresty Auditorium and described his scientific journey to bridge thedisciplines of molecular and quantum chemistry in a mannerthen undiscoveredFrom HSC News May 16 2014 Vol 1 Number 10

Page 2

Nobel Laureate presents Zelman Lecture

Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК

В течении нескольких миллиардов лет алфавит генетического кода состоял из четырех букв А- аденин Т- тимин Г- гуанин и Ц- цитозин Это четыре основания которые входят в состав нуклеотидов создающих двойную спираль ДНК

В дополнение к этим четырем нуклеотидам ученые успешно встроили в структуру ДНК E coli две синтетические молекулы Микроорганизмы с этими молекулами не только оказались жизнеспособными но и обеспечили передачу генетического материала последующэим поколениям

20

Геномика - как основание для Системной Биологии

Интегрирование генетических факторови клеточных компонентов для создания биологических систем существующих в социальных формированиях

БиотехнологияГеномикаФункциональная геномикаПротеомикаФункциональная

протеомикаЦелломикаМетаболомикаТоксикогеномикаФармакогеномика

21

Сравнительная Генетика

22

Геном содержит гораздо больше неправдоподобных фактов чем мы предполагали 10 лет тому назад Сама идея о том что мы наследуем и что мы передаем по наследству претерпела существенные изменения

23From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Где скрыты основные секреты(The Dark Matter)

Мы знаем структуру большинства генов Но мы еше даже не прикоснулись к тому огромному числу элементов которые не являются генами

Накапливается все больше и больше доказательств что большинство вариаций связанных с болезнями заложены в некодирующих участках ДНК

Мы должны провести каталогизацию этих элементов Каким образом вариации в этих элементах влияют на возникновение и прогресс заболеваний

Критически важно понять механизмы влияния на болезни этих вариаций

24

ENCODEEncyclopedia of DNA Elements project 2007-2012

25

From Donrsquot Trash These Genes ldquoJunkrdquo DNA may lead to valuable cures By Alice Park Times magazine Oct 22 2012 pp19-20

Сравненительные данные по составу тела и геному человека и микробиона

Клеточная масса

Человек- 10 триллионов клеток (10)Микробион- 100 триллионов клеток (100)

Вес микробиона- 15 кгВес мозга человека- 15 кг

Геном человека- ~20000 геновГеном микробиона- ~8000000 генов

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 10: Novosibirsk 55 anniversary talk

11

12

Френсис С КоллинзlaquoЯзык жизни

ДНК и Революция в Персонализированной Медицинеraquo

13

ldquoСегодня десять лет спустя мы спрашиваем тех кто стоял у истоков этого проекта laquoГде практические результаты этого и какова перспектива применения полученных данныхraquo rdquo

ldquoУченые надеялись что определение последовательности ДНК откроет генетические причины заболеваний улучшит диагностику и откроет путь к созданию препаратов для лечения таких тяжелых заболеваний как раковые опухоли rdquo

ldquohellipеще предстоит выполнить обещанное и найти причины многих распространенных заболеванийrdquo

Jon Cohen The Human Genome a Decade Later Technology Review JanFeb 2011

14

Уроки и будущие задачи

10 лет спустя

1 Что мы узнали нового2 Чему мы научились3 Неожиданности4 Что нас разочаровало5 Реальности и возможности6 Размышления о будущем

15Lessons from Genomics (editorial) by Bruce Alberts Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 511 DOI 101126science1203356

Технологические перспективы исследования генома

Быстрое развитие дешевых и масштабных методов изучения последовательности ДНК является впечатляющим примером создания эффективных технологических инноваций

В течение нескольких ближайших лет прогнозируемые технологии laquoтретьего поколенияraquo позволят описать последовательность 3 млрд пар нуклеотидов в геноме человека всего за 1000 долларов

В 1988 году аналогичная задача потребовала бы 30 тысяч человеко-лет (те работы 3000 ученых в течение 10 лет каждый)

В проекте участвовало 2000 человек

16

Быстрое снижение стоимости определения

последовательности ДНК всего генома

The Case for Personalized Medicine 3rd Edition

17

ДНК Транскрипция РНК Трансляция Белок

Функции генетического аппарата клетки

Поток генетической информации от ДНК к белку через РНК остается основой для понимания функции генома

В зависимости от среды функционирования один и тот же ген может быть источником обширного набора продуктов

Этот механизм значительно увеличивает количество факторов продуцируемых ~20000 генов в геноме человека

From left are Vladimir Zelman professor and co-chair of the Department of Anesthesiology Philip Lumb chair of the Department of Anesthesiology Tami and Arieh Warshel and Carmen A Puliafito dean of the Keck School

The Keck School of Medicinersquos Department of Anesthesiology hosted the 4th Annual Vladimir Zelman MD PhD Distinguished and Endowed Lectureship on April 17featuring a lecture by 2013 Nobel Laureate Arieh Warshel professor of chemistry at the USC Dornsife College of Letters Arts and Sciences

Warshel presented his lecture ldquoComputer Simulations of Biological Functionsrdquo to a packed audience at Aresty Auditorium and described his scientific journey to bridge thedisciplines of molecular and quantum chemistry in a mannerthen undiscoveredFrom HSC News May 16 2014 Vol 1 Number 10

Page 2

Nobel Laureate presents Zelman Lecture

Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК

В течении нескольких миллиардов лет алфавит генетического кода состоял из четырех букв А- аденин Т- тимин Г- гуанин и Ц- цитозин Это четыре основания которые входят в состав нуклеотидов создающих двойную спираль ДНК

В дополнение к этим четырем нуклеотидам ученые успешно встроили в структуру ДНК E coli две синтетические молекулы Микроорганизмы с этими молекулами не только оказались жизнеспособными но и обеспечили передачу генетического материала последующэим поколениям

20

Геномика - как основание для Системной Биологии

Интегрирование генетических факторови клеточных компонентов для создания биологических систем существующих в социальных формированиях

БиотехнологияГеномикаФункциональная геномикаПротеомикаФункциональная

протеомикаЦелломикаМетаболомикаТоксикогеномикаФармакогеномика

21

Сравнительная Генетика

22

Геном содержит гораздо больше неправдоподобных фактов чем мы предполагали 10 лет тому назад Сама идея о том что мы наследуем и что мы передаем по наследству претерпела существенные изменения

23From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Где скрыты основные секреты(The Dark Matter)

Мы знаем структуру большинства генов Но мы еше даже не прикоснулись к тому огромному числу элементов которые не являются генами

Накапливается все больше и больше доказательств что большинство вариаций связанных с болезнями заложены в некодирующих участках ДНК

Мы должны провести каталогизацию этих элементов Каким образом вариации в этих элементах влияют на возникновение и прогресс заболеваний

Критически важно понять механизмы влияния на болезни этих вариаций

24

ENCODEEncyclopedia of DNA Elements project 2007-2012

25

From Donrsquot Trash These Genes ldquoJunkrdquo DNA may lead to valuable cures By Alice Park Times magazine Oct 22 2012 pp19-20

Сравненительные данные по составу тела и геному человека и микробиона

Клеточная масса

Человек- 10 триллионов клеток (10)Микробион- 100 триллионов клеток (100)

Вес микробиона- 15 кгВес мозга человека- 15 кг

Геном человека- ~20000 геновГеном микробиона- ~8000000 генов

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 11: Novosibirsk 55 anniversary talk

12

Френсис С КоллинзlaquoЯзык жизни

ДНК и Революция в Персонализированной Медицинеraquo

13

ldquoСегодня десять лет спустя мы спрашиваем тех кто стоял у истоков этого проекта laquoГде практические результаты этого и какова перспектива применения полученных данныхraquo rdquo

ldquoУченые надеялись что определение последовательности ДНК откроет генетические причины заболеваний улучшит диагностику и откроет путь к созданию препаратов для лечения таких тяжелых заболеваний как раковые опухоли rdquo

ldquohellipеще предстоит выполнить обещанное и найти причины многих распространенных заболеванийrdquo

Jon Cohen The Human Genome a Decade Later Technology Review JanFeb 2011

14

Уроки и будущие задачи

10 лет спустя

1 Что мы узнали нового2 Чему мы научились3 Неожиданности4 Что нас разочаровало5 Реальности и возможности6 Размышления о будущем

15Lessons from Genomics (editorial) by Bruce Alberts Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 511 DOI 101126science1203356

Технологические перспективы исследования генома

Быстрое развитие дешевых и масштабных методов изучения последовательности ДНК является впечатляющим примером создания эффективных технологических инноваций

В течение нескольких ближайших лет прогнозируемые технологии laquoтретьего поколенияraquo позволят описать последовательность 3 млрд пар нуклеотидов в геноме человека всего за 1000 долларов

В 1988 году аналогичная задача потребовала бы 30 тысяч человеко-лет (те работы 3000 ученых в течение 10 лет каждый)

В проекте участвовало 2000 человек

16

Быстрое снижение стоимости определения

последовательности ДНК всего генома

The Case for Personalized Medicine 3rd Edition

17

ДНК Транскрипция РНК Трансляция Белок

Функции генетического аппарата клетки

Поток генетической информации от ДНК к белку через РНК остается основой для понимания функции генома

В зависимости от среды функционирования один и тот же ген может быть источником обширного набора продуктов

Этот механизм значительно увеличивает количество факторов продуцируемых ~20000 генов в геноме человека

From left are Vladimir Zelman professor and co-chair of the Department of Anesthesiology Philip Lumb chair of the Department of Anesthesiology Tami and Arieh Warshel and Carmen A Puliafito dean of the Keck School

The Keck School of Medicinersquos Department of Anesthesiology hosted the 4th Annual Vladimir Zelman MD PhD Distinguished and Endowed Lectureship on April 17featuring a lecture by 2013 Nobel Laureate Arieh Warshel professor of chemistry at the USC Dornsife College of Letters Arts and Sciences

Warshel presented his lecture ldquoComputer Simulations of Biological Functionsrdquo to a packed audience at Aresty Auditorium and described his scientific journey to bridge thedisciplines of molecular and quantum chemistry in a mannerthen undiscoveredFrom HSC News May 16 2014 Vol 1 Number 10

Page 2

Nobel Laureate presents Zelman Lecture

Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК

В течении нескольких миллиардов лет алфавит генетического кода состоял из четырех букв А- аденин Т- тимин Г- гуанин и Ц- цитозин Это четыре основания которые входят в состав нуклеотидов создающих двойную спираль ДНК

В дополнение к этим четырем нуклеотидам ученые успешно встроили в структуру ДНК E coli две синтетические молекулы Микроорганизмы с этими молекулами не только оказались жизнеспособными но и обеспечили передачу генетического материала последующэим поколениям

20

Геномика - как основание для Системной Биологии

Интегрирование генетических факторови клеточных компонентов для создания биологических систем существующих в социальных формированиях

БиотехнологияГеномикаФункциональная геномикаПротеомикаФункциональная

протеомикаЦелломикаМетаболомикаТоксикогеномикаФармакогеномика

21

Сравнительная Генетика

22

Геном содержит гораздо больше неправдоподобных фактов чем мы предполагали 10 лет тому назад Сама идея о том что мы наследуем и что мы передаем по наследству претерпела существенные изменения

23From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Где скрыты основные секреты(The Dark Matter)

Мы знаем структуру большинства генов Но мы еше даже не прикоснулись к тому огромному числу элементов которые не являются генами

Накапливается все больше и больше доказательств что большинство вариаций связанных с болезнями заложены в некодирующих участках ДНК

Мы должны провести каталогизацию этих элементов Каким образом вариации в этих элементах влияют на возникновение и прогресс заболеваний

Критически важно понять механизмы влияния на болезни этих вариаций

24

ENCODEEncyclopedia of DNA Elements project 2007-2012

25

From Donrsquot Trash These Genes ldquoJunkrdquo DNA may lead to valuable cures By Alice Park Times magazine Oct 22 2012 pp19-20

Сравненительные данные по составу тела и геному человека и микробиона

Клеточная масса

Человек- 10 триллионов клеток (10)Микробион- 100 триллионов клеток (100)

Вес микробиона- 15 кгВес мозга человека- 15 кг

Геном человека- ~20000 геновГеном микробиона- ~8000000 генов

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 12: Novosibirsk 55 anniversary talk

13

ldquoСегодня десять лет спустя мы спрашиваем тех кто стоял у истоков этого проекта laquoГде практические результаты этого и какова перспектива применения полученных данныхraquo rdquo

ldquoУченые надеялись что определение последовательности ДНК откроет генетические причины заболеваний улучшит диагностику и откроет путь к созданию препаратов для лечения таких тяжелых заболеваний как раковые опухоли rdquo

ldquohellipеще предстоит выполнить обещанное и найти причины многих распространенных заболеванийrdquo

Jon Cohen The Human Genome a Decade Later Technology Review JanFeb 2011

14

Уроки и будущие задачи

10 лет спустя

1 Что мы узнали нового2 Чему мы научились3 Неожиданности4 Что нас разочаровало5 Реальности и возможности6 Размышления о будущем

15Lessons from Genomics (editorial) by Bruce Alberts Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 511 DOI 101126science1203356

Технологические перспективы исследования генома

Быстрое развитие дешевых и масштабных методов изучения последовательности ДНК является впечатляющим примером создания эффективных технологических инноваций

В течение нескольких ближайших лет прогнозируемые технологии laquoтретьего поколенияraquo позволят описать последовательность 3 млрд пар нуклеотидов в геноме человека всего за 1000 долларов

В 1988 году аналогичная задача потребовала бы 30 тысяч человеко-лет (те работы 3000 ученых в течение 10 лет каждый)

В проекте участвовало 2000 человек

16

Быстрое снижение стоимости определения

последовательности ДНК всего генома

The Case for Personalized Medicine 3rd Edition

17

ДНК Транскрипция РНК Трансляция Белок

Функции генетического аппарата клетки

Поток генетической информации от ДНК к белку через РНК остается основой для понимания функции генома

В зависимости от среды функционирования один и тот же ген может быть источником обширного набора продуктов

Этот механизм значительно увеличивает количество факторов продуцируемых ~20000 генов в геноме человека

From left are Vladimir Zelman professor and co-chair of the Department of Anesthesiology Philip Lumb chair of the Department of Anesthesiology Tami and Arieh Warshel and Carmen A Puliafito dean of the Keck School

The Keck School of Medicinersquos Department of Anesthesiology hosted the 4th Annual Vladimir Zelman MD PhD Distinguished and Endowed Lectureship on April 17featuring a lecture by 2013 Nobel Laureate Arieh Warshel professor of chemistry at the USC Dornsife College of Letters Arts and Sciences

Warshel presented his lecture ldquoComputer Simulations of Biological Functionsrdquo to a packed audience at Aresty Auditorium and described his scientific journey to bridge thedisciplines of molecular and quantum chemistry in a mannerthen undiscoveredFrom HSC News May 16 2014 Vol 1 Number 10

Page 2

Nobel Laureate presents Zelman Lecture

Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК

В течении нескольких миллиардов лет алфавит генетического кода состоял из четырех букв А- аденин Т- тимин Г- гуанин и Ц- цитозин Это четыре основания которые входят в состав нуклеотидов создающих двойную спираль ДНК

В дополнение к этим четырем нуклеотидам ученые успешно встроили в структуру ДНК E coli две синтетические молекулы Микроорганизмы с этими молекулами не только оказались жизнеспособными но и обеспечили передачу генетического материала последующэим поколениям

20

Геномика - как основание для Системной Биологии

Интегрирование генетических факторови клеточных компонентов для создания биологических систем существующих в социальных формированиях

БиотехнологияГеномикаФункциональная геномикаПротеомикаФункциональная

протеомикаЦелломикаМетаболомикаТоксикогеномикаФармакогеномика

21

Сравнительная Генетика

22

Геном содержит гораздо больше неправдоподобных фактов чем мы предполагали 10 лет тому назад Сама идея о том что мы наследуем и что мы передаем по наследству претерпела существенные изменения

23From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Где скрыты основные секреты(The Dark Matter)

Мы знаем структуру большинства генов Но мы еше даже не прикоснулись к тому огромному числу элементов которые не являются генами

Накапливается все больше и больше доказательств что большинство вариаций связанных с болезнями заложены в некодирующих участках ДНК

Мы должны провести каталогизацию этих элементов Каким образом вариации в этих элементах влияют на возникновение и прогресс заболеваний

Критически важно понять механизмы влияния на болезни этих вариаций

24

ENCODEEncyclopedia of DNA Elements project 2007-2012

25

From Donrsquot Trash These Genes ldquoJunkrdquo DNA may lead to valuable cures By Alice Park Times magazine Oct 22 2012 pp19-20

Сравненительные данные по составу тела и геному человека и микробиона

Клеточная масса

Человек- 10 триллионов клеток (10)Микробион- 100 триллионов клеток (100)

Вес микробиона- 15 кгВес мозга человека- 15 кг

Геном человека- ~20000 геновГеном микробиона- ~8000000 генов

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 13: Novosibirsk 55 anniversary talk

14

Уроки и будущие задачи

10 лет спустя

1 Что мы узнали нового2 Чему мы научились3 Неожиданности4 Что нас разочаровало5 Реальности и возможности6 Размышления о будущем

15Lessons from Genomics (editorial) by Bruce Alberts Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 511 DOI 101126science1203356

Технологические перспективы исследования генома

Быстрое развитие дешевых и масштабных методов изучения последовательности ДНК является впечатляющим примером создания эффективных технологических инноваций

В течение нескольких ближайших лет прогнозируемые технологии laquoтретьего поколенияraquo позволят описать последовательность 3 млрд пар нуклеотидов в геноме человека всего за 1000 долларов

В 1988 году аналогичная задача потребовала бы 30 тысяч человеко-лет (те работы 3000 ученых в течение 10 лет каждый)

В проекте участвовало 2000 человек

16

Быстрое снижение стоимости определения

последовательности ДНК всего генома

The Case for Personalized Medicine 3rd Edition

17

ДНК Транскрипция РНК Трансляция Белок

Функции генетического аппарата клетки

Поток генетической информации от ДНК к белку через РНК остается основой для понимания функции генома

В зависимости от среды функционирования один и тот же ген может быть источником обширного набора продуктов

Этот механизм значительно увеличивает количество факторов продуцируемых ~20000 генов в геноме человека

From left are Vladimir Zelman professor and co-chair of the Department of Anesthesiology Philip Lumb chair of the Department of Anesthesiology Tami and Arieh Warshel and Carmen A Puliafito dean of the Keck School

The Keck School of Medicinersquos Department of Anesthesiology hosted the 4th Annual Vladimir Zelman MD PhD Distinguished and Endowed Lectureship on April 17featuring a lecture by 2013 Nobel Laureate Arieh Warshel professor of chemistry at the USC Dornsife College of Letters Arts and Sciences

Warshel presented his lecture ldquoComputer Simulations of Biological Functionsrdquo to a packed audience at Aresty Auditorium and described his scientific journey to bridge thedisciplines of molecular and quantum chemistry in a mannerthen undiscoveredFrom HSC News May 16 2014 Vol 1 Number 10

Page 2

Nobel Laureate presents Zelman Lecture

Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК

В течении нескольких миллиардов лет алфавит генетического кода состоял из четырех букв А- аденин Т- тимин Г- гуанин и Ц- цитозин Это четыре основания которые входят в состав нуклеотидов создающих двойную спираль ДНК

В дополнение к этим четырем нуклеотидам ученые успешно встроили в структуру ДНК E coli две синтетические молекулы Микроорганизмы с этими молекулами не только оказались жизнеспособными но и обеспечили передачу генетического материала последующэим поколениям

20

Геномика - как основание для Системной Биологии

Интегрирование генетических факторови клеточных компонентов для создания биологических систем существующих в социальных формированиях

БиотехнологияГеномикаФункциональная геномикаПротеомикаФункциональная

протеомикаЦелломикаМетаболомикаТоксикогеномикаФармакогеномика

21

Сравнительная Генетика

22

Геном содержит гораздо больше неправдоподобных фактов чем мы предполагали 10 лет тому назад Сама идея о том что мы наследуем и что мы передаем по наследству претерпела существенные изменения

23From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Где скрыты основные секреты(The Dark Matter)

Мы знаем структуру большинства генов Но мы еше даже не прикоснулись к тому огромному числу элементов которые не являются генами

Накапливается все больше и больше доказательств что большинство вариаций связанных с болезнями заложены в некодирующих участках ДНК

Мы должны провести каталогизацию этих элементов Каким образом вариации в этих элементах влияют на возникновение и прогресс заболеваний

Критически важно понять механизмы влияния на болезни этих вариаций

24

ENCODEEncyclopedia of DNA Elements project 2007-2012

25

From Donrsquot Trash These Genes ldquoJunkrdquo DNA may lead to valuable cures By Alice Park Times magazine Oct 22 2012 pp19-20

Сравненительные данные по составу тела и геному человека и микробиона

Клеточная масса

Человек- 10 триллионов клеток (10)Микробион- 100 триллионов клеток (100)

Вес микробиона- 15 кгВес мозга человека- 15 кг

Геном человека- ~20000 геновГеном микробиона- ~8000000 генов

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 14: Novosibirsk 55 anniversary talk

15Lessons from Genomics (editorial) by Bruce Alberts Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 511 DOI 101126science1203356

Технологические перспективы исследования генома

Быстрое развитие дешевых и масштабных методов изучения последовательности ДНК является впечатляющим примером создания эффективных технологических инноваций

В течение нескольких ближайших лет прогнозируемые технологии laquoтретьего поколенияraquo позволят описать последовательность 3 млрд пар нуклеотидов в геноме человека всего за 1000 долларов

В 1988 году аналогичная задача потребовала бы 30 тысяч человеко-лет (те работы 3000 ученых в течение 10 лет каждый)

В проекте участвовало 2000 человек

16

Быстрое снижение стоимости определения

последовательности ДНК всего генома

The Case for Personalized Medicine 3rd Edition

17

ДНК Транскрипция РНК Трансляция Белок

Функции генетического аппарата клетки

Поток генетической информации от ДНК к белку через РНК остается основой для понимания функции генома

В зависимости от среды функционирования один и тот же ген может быть источником обширного набора продуктов

Этот механизм значительно увеличивает количество факторов продуцируемых ~20000 генов в геноме человека

From left are Vladimir Zelman professor and co-chair of the Department of Anesthesiology Philip Lumb chair of the Department of Anesthesiology Tami and Arieh Warshel and Carmen A Puliafito dean of the Keck School

The Keck School of Medicinersquos Department of Anesthesiology hosted the 4th Annual Vladimir Zelman MD PhD Distinguished and Endowed Lectureship on April 17featuring a lecture by 2013 Nobel Laureate Arieh Warshel professor of chemistry at the USC Dornsife College of Letters Arts and Sciences

Warshel presented his lecture ldquoComputer Simulations of Biological Functionsrdquo to a packed audience at Aresty Auditorium and described his scientific journey to bridge thedisciplines of molecular and quantum chemistry in a mannerthen undiscoveredFrom HSC News May 16 2014 Vol 1 Number 10

Page 2

Nobel Laureate presents Zelman Lecture

Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК

В течении нескольких миллиардов лет алфавит генетического кода состоял из четырех букв А- аденин Т- тимин Г- гуанин и Ц- цитозин Это четыре основания которые входят в состав нуклеотидов создающих двойную спираль ДНК

В дополнение к этим четырем нуклеотидам ученые успешно встроили в структуру ДНК E coli две синтетические молекулы Микроорганизмы с этими молекулами не только оказались жизнеспособными но и обеспечили передачу генетического материала последующэим поколениям

20

Геномика - как основание для Системной Биологии

Интегрирование генетических факторови клеточных компонентов для создания биологических систем существующих в социальных формированиях

БиотехнологияГеномикаФункциональная геномикаПротеомикаФункциональная

протеомикаЦелломикаМетаболомикаТоксикогеномикаФармакогеномика

21

Сравнительная Генетика

22

Геном содержит гораздо больше неправдоподобных фактов чем мы предполагали 10 лет тому назад Сама идея о том что мы наследуем и что мы передаем по наследству претерпела существенные изменения

23From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Где скрыты основные секреты(The Dark Matter)

Мы знаем структуру большинства генов Но мы еше даже не прикоснулись к тому огромному числу элементов которые не являются генами

Накапливается все больше и больше доказательств что большинство вариаций связанных с болезнями заложены в некодирующих участках ДНК

Мы должны провести каталогизацию этих элементов Каким образом вариации в этих элементах влияют на возникновение и прогресс заболеваний

Критически важно понять механизмы влияния на болезни этих вариаций

24

ENCODEEncyclopedia of DNA Elements project 2007-2012

25

From Donrsquot Trash These Genes ldquoJunkrdquo DNA may lead to valuable cures By Alice Park Times magazine Oct 22 2012 pp19-20

Сравненительные данные по составу тела и геному человека и микробиона

Клеточная масса

Человек- 10 триллионов клеток (10)Микробион- 100 триллионов клеток (100)

Вес микробиона- 15 кгВес мозга человека- 15 кг

Геном человека- ~20000 геновГеном микробиона- ~8000000 генов

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 15: Novosibirsk 55 anniversary talk

16

Быстрое снижение стоимости определения

последовательности ДНК всего генома

The Case for Personalized Medicine 3rd Edition

17

ДНК Транскрипция РНК Трансляция Белок

Функции генетического аппарата клетки

Поток генетической информации от ДНК к белку через РНК остается основой для понимания функции генома

В зависимости от среды функционирования один и тот же ген может быть источником обширного набора продуктов

Этот механизм значительно увеличивает количество факторов продуцируемых ~20000 генов в геноме человека

From left are Vladimir Zelman professor and co-chair of the Department of Anesthesiology Philip Lumb chair of the Department of Anesthesiology Tami and Arieh Warshel and Carmen A Puliafito dean of the Keck School

The Keck School of Medicinersquos Department of Anesthesiology hosted the 4th Annual Vladimir Zelman MD PhD Distinguished and Endowed Lectureship on April 17featuring a lecture by 2013 Nobel Laureate Arieh Warshel professor of chemistry at the USC Dornsife College of Letters Arts and Sciences

Warshel presented his lecture ldquoComputer Simulations of Biological Functionsrdquo to a packed audience at Aresty Auditorium and described his scientific journey to bridge thedisciplines of molecular and quantum chemistry in a mannerthen undiscoveredFrom HSC News May 16 2014 Vol 1 Number 10

Page 2

Nobel Laureate presents Zelman Lecture

Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК

В течении нескольких миллиардов лет алфавит генетического кода состоял из четырех букв А- аденин Т- тимин Г- гуанин и Ц- цитозин Это четыре основания которые входят в состав нуклеотидов создающих двойную спираль ДНК

В дополнение к этим четырем нуклеотидам ученые успешно встроили в структуру ДНК E coli две синтетические молекулы Микроорганизмы с этими молекулами не только оказались жизнеспособными но и обеспечили передачу генетического материала последующэим поколениям

20

Геномика - как основание для Системной Биологии

Интегрирование генетических факторови клеточных компонентов для создания биологических систем существующих в социальных формированиях

БиотехнологияГеномикаФункциональная геномикаПротеомикаФункциональная

протеомикаЦелломикаМетаболомикаТоксикогеномикаФармакогеномика

21

Сравнительная Генетика

22

Геном содержит гораздо больше неправдоподобных фактов чем мы предполагали 10 лет тому назад Сама идея о том что мы наследуем и что мы передаем по наследству претерпела существенные изменения

23From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Где скрыты основные секреты(The Dark Matter)

Мы знаем структуру большинства генов Но мы еше даже не прикоснулись к тому огромному числу элементов которые не являются генами

Накапливается все больше и больше доказательств что большинство вариаций связанных с болезнями заложены в некодирующих участках ДНК

Мы должны провести каталогизацию этих элементов Каким образом вариации в этих элементах влияют на возникновение и прогресс заболеваний

Критически важно понять механизмы влияния на болезни этих вариаций

24

ENCODEEncyclopedia of DNA Elements project 2007-2012

25

From Donrsquot Trash These Genes ldquoJunkrdquo DNA may lead to valuable cures By Alice Park Times magazine Oct 22 2012 pp19-20

Сравненительные данные по составу тела и геному человека и микробиона

Клеточная масса

Человек- 10 триллионов клеток (10)Микробион- 100 триллионов клеток (100)

Вес микробиона- 15 кгВес мозга человека- 15 кг

Геном человека- ~20000 геновГеном микробиона- ~8000000 генов

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 16: Novosibirsk 55 anniversary talk

17

ДНК Транскрипция РНК Трансляция Белок

Функции генетического аппарата клетки

Поток генетической информации от ДНК к белку через РНК остается основой для понимания функции генома

В зависимости от среды функционирования один и тот же ген может быть источником обширного набора продуктов

Этот механизм значительно увеличивает количество факторов продуцируемых ~20000 генов в геноме человека

From left are Vladimir Zelman professor and co-chair of the Department of Anesthesiology Philip Lumb chair of the Department of Anesthesiology Tami and Arieh Warshel and Carmen A Puliafito dean of the Keck School

The Keck School of Medicinersquos Department of Anesthesiology hosted the 4th Annual Vladimir Zelman MD PhD Distinguished and Endowed Lectureship on April 17featuring a lecture by 2013 Nobel Laureate Arieh Warshel professor of chemistry at the USC Dornsife College of Letters Arts and Sciences

Warshel presented his lecture ldquoComputer Simulations of Biological Functionsrdquo to a packed audience at Aresty Auditorium and described his scientific journey to bridge thedisciplines of molecular and quantum chemistry in a mannerthen undiscoveredFrom HSC News May 16 2014 Vol 1 Number 10

Page 2

Nobel Laureate presents Zelman Lecture

Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК

В течении нескольких миллиардов лет алфавит генетического кода состоял из четырех букв А- аденин Т- тимин Г- гуанин и Ц- цитозин Это четыре основания которые входят в состав нуклеотидов создающих двойную спираль ДНК

В дополнение к этим четырем нуклеотидам ученые успешно встроили в структуру ДНК E coli две синтетические молекулы Микроорганизмы с этими молекулами не только оказались жизнеспособными но и обеспечили передачу генетического материала последующэим поколениям

20

Геномика - как основание для Системной Биологии

Интегрирование генетических факторови клеточных компонентов для создания биологических систем существующих в социальных формированиях

БиотехнологияГеномикаФункциональная геномикаПротеомикаФункциональная

протеомикаЦелломикаМетаболомикаТоксикогеномикаФармакогеномика

21

Сравнительная Генетика

22

Геном содержит гораздо больше неправдоподобных фактов чем мы предполагали 10 лет тому назад Сама идея о том что мы наследуем и что мы передаем по наследству претерпела существенные изменения

23From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Где скрыты основные секреты(The Dark Matter)

Мы знаем структуру большинства генов Но мы еше даже не прикоснулись к тому огромному числу элементов которые не являются генами

Накапливается все больше и больше доказательств что большинство вариаций связанных с болезнями заложены в некодирующих участках ДНК

Мы должны провести каталогизацию этих элементов Каким образом вариации в этих элементах влияют на возникновение и прогресс заболеваний

Критически важно понять механизмы влияния на болезни этих вариаций

24

ENCODEEncyclopedia of DNA Elements project 2007-2012

25

From Donrsquot Trash These Genes ldquoJunkrdquo DNA may lead to valuable cures By Alice Park Times magazine Oct 22 2012 pp19-20

Сравненительные данные по составу тела и геному человека и микробиона

Клеточная масса

Человек- 10 триллионов клеток (10)Микробион- 100 триллионов клеток (100)

Вес микробиона- 15 кгВес мозга человека- 15 кг

Геном человека- ~20000 геновГеном микробиона- ~8000000 генов

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 17: Novosibirsk 55 anniversary talk

From left are Vladimir Zelman professor and co-chair of the Department of Anesthesiology Philip Lumb chair of the Department of Anesthesiology Tami and Arieh Warshel and Carmen A Puliafito dean of the Keck School

The Keck School of Medicinersquos Department of Anesthesiology hosted the 4th Annual Vladimir Zelman MD PhD Distinguished and Endowed Lectureship on April 17featuring a lecture by 2013 Nobel Laureate Arieh Warshel professor of chemistry at the USC Dornsife College of Letters Arts and Sciences

Warshel presented his lecture ldquoComputer Simulations of Biological Functionsrdquo to a packed audience at Aresty Auditorium and described his scientific journey to bridge thedisciplines of molecular and quantum chemistry in a mannerthen undiscoveredFrom HSC News May 16 2014 Vol 1 Number 10

Page 2

Nobel Laureate presents Zelman Lecture

Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК

В течении нескольких миллиардов лет алфавит генетического кода состоял из четырех букв А- аденин Т- тимин Г- гуанин и Ц- цитозин Это четыре основания которые входят в состав нуклеотидов создающих двойную спираль ДНК

В дополнение к этим четырем нуклеотидам ученые успешно встроили в структуру ДНК E coli две синтетические молекулы Микроорганизмы с этими молекулами не только оказались жизнеспособными но и обеспечили передачу генетического материала последующэим поколениям

20

Геномика - как основание для Системной Биологии

Интегрирование генетических факторови клеточных компонентов для создания биологических систем существующих в социальных формированиях

БиотехнологияГеномикаФункциональная геномикаПротеомикаФункциональная

протеомикаЦелломикаМетаболомикаТоксикогеномикаФармакогеномика

21

Сравнительная Генетика

22

Геном содержит гораздо больше неправдоподобных фактов чем мы предполагали 10 лет тому назад Сама идея о том что мы наследуем и что мы передаем по наследству претерпела существенные изменения

23From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Где скрыты основные секреты(The Dark Matter)

Мы знаем структуру большинства генов Но мы еше даже не прикоснулись к тому огромному числу элементов которые не являются генами

Накапливается все больше и больше доказательств что большинство вариаций связанных с болезнями заложены в некодирующих участках ДНК

Мы должны провести каталогизацию этих элементов Каким образом вариации в этих элементах влияют на возникновение и прогресс заболеваний

Критически важно понять механизмы влияния на болезни этих вариаций

24

ENCODEEncyclopedia of DNA Elements project 2007-2012

25

From Donrsquot Trash These Genes ldquoJunkrdquo DNA may lead to valuable cures By Alice Park Times magazine Oct 22 2012 pp19-20

Сравненительные данные по составу тела и геному человека и микробиона

Клеточная масса

Человек- 10 триллионов клеток (10)Микробион- 100 триллионов клеток (100)

Вес микробиона- 15 кгВес мозга человека- 15 кг

Геном человека- ~20000 геновГеном микробиона- ~8000000 генов

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 18: Novosibirsk 55 anniversary talk

Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК

В течении нескольких миллиардов лет алфавит генетического кода состоял из четырех букв А- аденин Т- тимин Г- гуанин и Ц- цитозин Это четыре основания которые входят в состав нуклеотидов создающих двойную спираль ДНК

В дополнение к этим четырем нуклеотидам ученые успешно встроили в структуру ДНК E coli две синтетические молекулы Микроорганизмы с этими молекулами не только оказались жизнеспособными но и обеспечили передачу генетического материала последующэим поколениям

20

Геномика - как основание для Системной Биологии

Интегрирование генетических факторови клеточных компонентов для создания биологических систем существующих в социальных формированиях

БиотехнологияГеномикаФункциональная геномикаПротеомикаФункциональная

протеомикаЦелломикаМетаболомикаТоксикогеномикаФармакогеномика

21

Сравнительная Генетика

22

Геном содержит гораздо больше неправдоподобных фактов чем мы предполагали 10 лет тому назад Сама идея о том что мы наследуем и что мы передаем по наследству претерпела существенные изменения

23From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Где скрыты основные секреты(The Dark Matter)

Мы знаем структуру большинства генов Но мы еше даже не прикоснулись к тому огромному числу элементов которые не являются генами

Накапливается все больше и больше доказательств что большинство вариаций связанных с болезнями заложены в некодирующих участках ДНК

Мы должны провести каталогизацию этих элементов Каким образом вариации в этих элементах влияют на возникновение и прогресс заболеваний

Критически важно понять механизмы влияния на болезни этих вариаций

24

ENCODEEncyclopedia of DNA Elements project 2007-2012

25

From Donrsquot Trash These Genes ldquoJunkrdquo DNA may lead to valuable cures By Alice Park Times magazine Oct 22 2012 pp19-20

Сравненительные данные по составу тела и геному человека и микробиона

Клеточная масса

Человек- 10 триллионов клеток (10)Микробион- 100 триллионов клеток (100)

Вес микробиона- 15 кгВес мозга человека- 15 кг

Геном человека- ~20000 геновГеном микробиона- ~8000000 генов

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 19: Novosibirsk 55 anniversary talk

20

Геномика - как основание для Системной Биологии

Интегрирование генетических факторови клеточных компонентов для создания биологических систем существующих в социальных формированиях

БиотехнологияГеномикаФункциональная геномикаПротеомикаФункциональная

протеомикаЦелломикаМетаболомикаТоксикогеномикаФармакогеномика

21

Сравнительная Генетика

22

Геном содержит гораздо больше неправдоподобных фактов чем мы предполагали 10 лет тому назад Сама идея о том что мы наследуем и что мы передаем по наследству претерпела существенные изменения

23From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Где скрыты основные секреты(The Dark Matter)

Мы знаем структуру большинства генов Но мы еше даже не прикоснулись к тому огромному числу элементов которые не являются генами

Накапливается все больше и больше доказательств что большинство вариаций связанных с болезнями заложены в некодирующих участках ДНК

Мы должны провести каталогизацию этих элементов Каким образом вариации в этих элементах влияют на возникновение и прогресс заболеваний

Критически важно понять механизмы влияния на болезни этих вариаций

24

ENCODEEncyclopedia of DNA Elements project 2007-2012

25

From Donrsquot Trash These Genes ldquoJunkrdquo DNA may lead to valuable cures By Alice Park Times magazine Oct 22 2012 pp19-20

Сравненительные данные по составу тела и геному человека и микробиона

Клеточная масса

Человек- 10 триллионов клеток (10)Микробион- 100 триллионов клеток (100)

Вес микробиона- 15 кгВес мозга человека- 15 кг

Геном человека- ~20000 геновГеном микробиона- ~8000000 генов

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 20: Novosibirsk 55 anniversary talk

21

Сравнительная Генетика

22

Геном содержит гораздо больше неправдоподобных фактов чем мы предполагали 10 лет тому назад Сама идея о том что мы наследуем и что мы передаем по наследству претерпела существенные изменения

23From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Где скрыты основные секреты(The Dark Matter)

Мы знаем структуру большинства генов Но мы еше даже не прикоснулись к тому огромному числу элементов которые не являются генами

Накапливается все больше и больше доказательств что большинство вариаций связанных с болезнями заложены в некодирующих участках ДНК

Мы должны провести каталогизацию этих элементов Каким образом вариации в этих элементах влияют на возникновение и прогресс заболеваний

Критически важно понять механизмы влияния на болезни этих вариаций

24

ENCODEEncyclopedia of DNA Elements project 2007-2012

25

From Donrsquot Trash These Genes ldquoJunkrdquo DNA may lead to valuable cures By Alice Park Times magazine Oct 22 2012 pp19-20

Сравненительные данные по составу тела и геному человека и микробиона

Клеточная масса

Человек- 10 триллионов клеток (10)Микробион- 100 триллионов клеток (100)

Вес микробиона- 15 кгВес мозга человека- 15 кг

Геном человека- ~20000 геновГеном микробиона- ~8000000 генов

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 21: Novosibirsk 55 anniversary talk

22

Геном содержит гораздо больше неправдоподобных фактов чем мы предполагали 10 лет тому назад Сама идея о том что мы наследуем и что мы передаем по наследству претерпела существенные изменения

23From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Где скрыты основные секреты(The Dark Matter)

Мы знаем структуру большинства генов Но мы еше даже не прикоснулись к тому огромному числу элементов которые не являются генами

Накапливается все больше и больше доказательств что большинство вариаций связанных с болезнями заложены в некодирующих участках ДНК

Мы должны провести каталогизацию этих элементов Каким образом вариации в этих элементах влияют на возникновение и прогресс заболеваний

Критически важно понять механизмы влияния на болезни этих вариаций

24

ENCODEEncyclopedia of DNA Elements project 2007-2012

25

From Donrsquot Trash These Genes ldquoJunkrdquo DNA may lead to valuable cures By Alice Park Times magazine Oct 22 2012 pp19-20

Сравненительные данные по составу тела и геному человека и микробиона

Клеточная масса

Человек- 10 триллионов клеток (10)Микробион- 100 триллионов клеток (100)

Вес микробиона- 15 кгВес мозга человека- 15 кг

Геном человека- ~20000 геновГеном микробиона- ~8000000 генов

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 22: Novosibirsk 55 anniversary talk

23From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Где скрыты основные секреты(The Dark Matter)

Мы знаем структуру большинства генов Но мы еше даже не прикоснулись к тому огромному числу элементов которые не являются генами

Накапливается все больше и больше доказательств что большинство вариаций связанных с болезнями заложены в некодирующих участках ДНК

Мы должны провести каталогизацию этих элементов Каким образом вариации в этих элементах влияют на возникновение и прогресс заболеваний

Критически важно понять механизмы влияния на болезни этих вариаций

24

ENCODEEncyclopedia of DNA Elements project 2007-2012

25

From Donrsquot Trash These Genes ldquoJunkrdquo DNA may lead to valuable cures By Alice Park Times magazine Oct 22 2012 pp19-20

Сравненительные данные по составу тела и геному человека и микробиона

Клеточная масса

Человек- 10 триллионов клеток (10)Микробион- 100 триллионов клеток (100)

Вес микробиона- 15 кгВес мозга человека- 15 кг

Геном человека- ~20000 геновГеном микробиона- ~8000000 генов

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 23: Novosibirsk 55 anniversary talk

24

ENCODEEncyclopedia of DNA Elements project 2007-2012

25

From Donrsquot Trash These Genes ldquoJunkrdquo DNA may lead to valuable cures By Alice Park Times magazine Oct 22 2012 pp19-20

Сравненительные данные по составу тела и геному человека и микробиона

Клеточная масса

Человек- 10 триллионов клеток (10)Микробион- 100 триллионов клеток (100)

Вес микробиона- 15 кгВес мозга человека- 15 кг

Геном человека- ~20000 геновГеном микробиона- ~8000000 генов

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 24: Novosibirsk 55 anniversary talk

25

From Donrsquot Trash These Genes ldquoJunkrdquo DNA may lead to valuable cures By Alice Park Times magazine Oct 22 2012 pp19-20

Сравненительные данные по составу тела и геному человека и микробиона

Клеточная масса

Человек- 10 триллионов клеток (10)Микробион- 100 триллионов клеток (100)

Вес микробиона- 15 кгВес мозга человека- 15 кг

Геном человека- ~20000 геновГеном микробиона- ~8000000 генов

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 25: Novosibirsk 55 anniversary talk

Сравненительные данные по составу тела и геному человека и микробиона

Клеточная масса

Человек- 10 триллионов клеток (10)Микробион- 100 триллионов клеток (100)

Вес микробиона- 15 кгВес мозга человека- 15 кг

Геном человека- ~20000 геновГеном микробиона- ~8000000 генов

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 26: Novosibirsk 55 anniversary talk

Связь микробиона с патологическими состояниями человека

Исследования последних лет указывают на связьмежду изменениями в микробионе и возникновениемтаких заболеваний как ожирение аллергиядиабет нарушения функции кишечника аутизмшизофрения депрессия

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 27: Novosibirsk 55 anniversary talk

28

Эпигенетика

Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Эпигенетические изменения представляют собой химические изменения молекулы ДНК (метилирование) которые не затрагивают первичную последовательности оснований

Химическая модификация ДНК-связывающих белков также влияет на транскрипцию

Эпигенетические изменения меняется со временем и находятся под влиянием окружающей среды в совокупности с генетическими детерминантами

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 28: Novosibirsk 55 anniversary talk

29

Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at USC Epigenome Center (международная ассоциация исследователей в области Эпигенетики) в качестве генерального партера в ЦКП laquoТрансгеномные и Пост-геномные Технологииraquo для

добавления эпигенетических исследований к набору компетенции центраraquo

bull

Профессор Питер А Джонс PhD DSc

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 29: Novosibirsk 55 anniversary talk

30

Зачатие Взрослый возраст

Раннее детство

Дети старшего возраста Отрочество

Корни проблем со здоровьем лежат в детстве как неблагоприятная окружающая обстановка

laquoвстраиваетсяraquo в организм

Low Income20

Физиологические нарушения

bull Нейропсихологическиеbull Иммунологическиеbull Метаболическиеbull Нейроэндокринныеbull Сердечно-сосудистые

Ранняясмерть

Неблагоприятная обстановка в раннем возрасте

Заболевания

Поведение представляющее

опасность для здоровья

Плохое образование

Биовстраивание в организм на критических этапах развития

Кумулятивная негативная нагрузка возрастающая со временем

Токсический стресс

Неблагоприятные факторы окружающей среды

Истощение

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 30: Novosibirsk 55 anniversary talk

31

Неблагоприятная окружающая обстановка нарушает развитие ребенка в первые три

года жизни

Число факторов риска

Source Barth et al (2008)

Дет

и с

зад

ерж

кой

ра

зви

тия

1-2 3 54 6 7

20

40

60

80

100

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 31: Novosibirsk 55 anniversary talk

32

Токсический стресс меняет архитектуру мозга

Норма

Токсический стресс

Prefrontal Cortex andHippocampus

Типичный нейрон ndash много синапсов

Поврежденный нейрон ndash мало

синапсов

Sources Radley et al (2004)

Bock et al (2005)

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 32: Novosibirsk 55 anniversary talk

33

Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней

From The Human Genome a Decade Later by Jon Cohen Technology Review JanFeb 2011

Количество генетических путей возникновения болезней гораздо больше чем ранее предполагалось

Одна и та же мутация может привести к различным заболеваниям у разных людей в то время как несколько различных мутации могут быть причинной одной болезни

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 33: Novosibirsk 55 anniversary talk

34

Исследования вариаций всего генома

(Genome-Wide Association Studies ndash GWAS)

Агностический дизайн анализа плотной панели маркеров которые определяют большинство распространенных вариантов в сложных заболеваниях

GWAS определяют факторы риска и защитные факторы связанные с развитием астмы рака диабета сердечнососудистых заболеваний психических расстройств и других состояний

Первый GWAS был опубликован в 2005 Более 1000 исследований было опубликованно

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 34: Novosibirsk 55 anniversary talk

From ldquoOn Beyond 100rdquo by Stephan S Hall National Geographic May 2013

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 35: Novosibirsk 55 anniversary talk

36

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 36: Novosibirsk 55 anniversary talk

37

Одно и то же не подходит всем

The Case for Personalized Medicine 3rd addition

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 37: Novosibirsk 55 anniversary talk

38

Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым потерям

В СШАndash 67 - частота серьезных побочных эффектовndash Причина 100 тысяч летальных исходов в год и

дополнительных расходов в размере 100 млн $ndash 42 побочных эффектов возникают из-за неправильного

дозирования лекарствndash 50 - не имеют объяснимых причин (вероятнее всего

возникают из-за действия генетических факторов) В Великобритании

ndash Учтенные побочные реакции являются причиной до 7 расходов на лечение в госпитале

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 38: Novosibirsk 55 anniversary talk

39

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированная Онкологияndash Рак легкихndash Рак кишечникаndash Рак грудиndash Меланомаndash Рак желудкаndash Лейкемияndash Лимфома

Персонализированная Кардиологияndash Болезни сердцаndash Пересадка сердца

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 39: Novosibirsk 55 anniversary talk

40

Лечение каких болезней уже можно персонализировать

Персонализированное лечение инфекционных заболеваний ndash Малярияndash СПИДndash Гепатит Cndash Туберкулез

Персонализированная Психиатрия Наследственные болезни (всегда

персонализированное лечениеhellip)ndash Cystic Fibrosis Li-Fraumeni Huntingtonrsquos disease и

др

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 40: Novosibirsk 55 anniversary talk

41

Генетическая диагностика врожденных дефектов

5 наиболее распространенных врожденных дефектов

bull Врожденные пороки сердца 1 millionbull Дефекты нервной системы 324000bull Нарушения структуры гемоглобина- талассемия серповидно-

клеточная анемия 308000bull Синдром Дауна 217000bull Недостаток глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы117000

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 41: Novosibirsk 55 anniversary talk

42

Калифорния ndash Август 2005

В Калифорнии у детей производится тестирование на все большее число генетических нарушенийКаждый новорожденный проходит скрининг на 75 генетических заболеваний

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 42: Novosibirsk 55 anniversary talk

43

Калифорния ndash Август 2005

Вмешательство в течение нескольких дней после рождения может предупредить отставание в развитии повреждение мозга и другие проблемы

Скрининг стоит 78 $ на одного новорожденного Стоимость лечения ребенка с отставанием в умственном

развитии в течение всей его жизни составляет 03-10 миллион $

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 43: Novosibirsk 55 anniversary talk

44The Human Genome a Decade Later Jon Cohen Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Цена определения последовательности ДНК упала до тысячи долларов на человека

В то же время число генетических аберраций вызывающих заболевания возросло со 100 до почти 3000 Растет список заболеваний имеющих генетическую основу который сегодня включает в себя множество болезней от слепоты и аутоиммунных заболеваний до нарушениями обмена веществ при диабете

С устрашающей скоростью растет число генов связанных с возникновением раковых опухолей Сегодня этот список включает в себя 200 генов

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 44: Novosibirsk 55 anniversary talk

45The Decade of Genomics Jason Pontin Technology Review JanuaryFebruary 2011

Оправдались ли наши надежды

Генетика злокачественных опухолей оказалась более сложной чем предполагалось

Сегодня мы понимаем что от 5 до 20 мутаций могут быть вовлечены прежде чем начнется неконтролируемая пролиферация раковых клеток

Дешевые постоянно совершенствующиеся методы изучения последовательности ДНК могут сделать персонализированное лечение рака реальностью

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 45: Novosibirsk 55 anniversary talk

46Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Приоритет комплексной диагностики генома

Молекулярная диагностика заболеваний стремительно набирает силу

До недавнего времени генетическая диагностика была направлена на заболевания вызванные мутациями отдельных генов

Сегодня фокус смещается в сторону комплексных тестов способных обнаруживать множество вариантов в структуре генома

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 46: Novosibirsk 55 anniversary talk

Связь между вновь описанными участками ДНК и раковыми опухолями

Collаborative Oncological Gene Environmental Study ndash COGES

COGES идентифицировал 74 новых участка ДНК связанных с возникновением рака груди (41 ген)раком яичников (3 гена) и раком предстательнойжелезы (23 гена)

Эти опухоли поражают 500000 американцев ежегодно

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 47: Novosibirsk 55 anniversary talk

48

Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и

метастазах на смертность

Высокий уровень экспрессии HMGA2 (красная линия) связан с высокой смертностью больных с меланомой

Анализ HMGA2 в меланоме может служить персонализированным биомаркером для прогноза развития метастазов у больных с меланомой

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 48: Novosibirsk 55 anniversary talk

49

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 49: Novosibirsk 55 anniversary talk

50

ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта из

Университетов Южной Калифорнии и Ирвин

Stanley van den Noort 1970 Ирвайн

Joseph P Van Der Meulen 1971 Южная Калифорния

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 50: Novosibirsk 55 anniversary talk

51

Управляемые геномом эволюционные механизмы

сохранения мозгаНейронауки 2010-2020

Владимир Зельман MD PhDKeck School of Medicine of the University of Southern California

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 51: Novosibirsk 55 anniversary talk

52

Будущее

Создать атлас ДНК из которого станет ясно какие именно гены экспрессируются на различных ключевых этапах эмбриогенеза

Определить какие гены laquoвключаютсяraquo и laquoвыключаютсяraquo в различных участках мозга в ходе развития

ldquoЭто приведет нас к новым прорывам в области определения риска и профилактики заболеванийhellipдаст в руки ученых фантастически богатый ресурс для будущих исследованийrdquo

(P Levitt and JA Knowles MD at Zilkha Neurogenetics Institute University of Southern California)

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 52: Novosibirsk 55 anniversary talk

53

Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии

С целью создания первой генетической базы данных для развивающегося мозга человека ученые из Института нейрогенетики им Зилка (Университет Южной Калифорнии) объединили свои усилия с группой исследователей из Йельского Университета и сотрудниками Института мозга им Аллена Эта самая большая на сегодняшний день база данных доступна для широкого использования начиная с Oктября 2011 года С помощью этой базы данных станет возможным установить генетический риск для большого количества заболеваний мозга Данные экспрессии генов будут предствлены для 15 областей человеческого мозга и затронут 13 возрастных категорий

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 53: Novosibirsk 55 anniversary talk

54

Атлас генной транскрипции мозга

Этот атлас представит в высоком разрешении транскрипционный профиль специфических участков мозга Для создания этого атласа использованы наиболее современные технологии определения последовательностей в РНК Данные атласа представят информацию о специфических областях коры головного мозга и подкорковых структурах на протяжении всех этапов развития головного мозга В целом будут представлены 16 структур головного мозга на 13 отдельных стадиях развития как у мужчин так и у женщин

Около 1000 уникальных биологических образцов понадобилось для создания атласа

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 54: Novosibirsk 55 anniversary talk

55

Атлас генной транскрипции мозга

Атлас обобщит клеточное распределение функционально важных молекул mРНК из специфических анатомических участков мозга как в развивающемся так и в достигшем зрелости мозгу Собранные данные будут сфокусированы на пяти главных участках мозга в процессе их развития Эти участки включающие срединную префронтальную кору первичный зрительный участок коры гиппокамп миндалевидное ядро и передний стриатум представляющие собой наиболее важные в клиническом отношении образования для целого ряда патологий развития мозга

Идентифицированы более 300 генетических локусов связанных с патологией ЦНС

httpwwwdevelopinghumanbrainorg

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 55: Novosibirsk 55 anniversary talk

56

Атлас генной транскрипции мозга

Следующим компонентом атласа будет детальный анализ экспрессии генов взрослого мозга участвующих в развитии нервных и нервно-психических заболеваний включая шизофрению эпилепсию болезни Паркинсона и Алцгеймера Заключительный компонент атласа обозначит распределение транскриптов в мозгу плода Набор генов описанных в этой части атласа будет включать ключевые гены связанные с развитием мозга httpwwwdevelopinghumanbrainorg

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 56: Novosibirsk 55 anniversary talk

57

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 57: Novosibirsk 55 anniversary talk

58

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 58: Novosibirsk 55 anniversary talk

59

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 59: Novosibirsk 55 anniversary talk

60

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 60: Novosibirsk 55 anniversary talk

61

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 61: Novosibirsk 55 anniversary talk

62

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 62: Novosibirsk 55 anniversary talk

63

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 63: Novosibirsk 55 anniversary talk

64

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 64: Novosibirsk 55 anniversary talk

65

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 65: Novosibirsk 55 anniversary talk

Ген Trem2 и болезнь Альцгеймера

Здоровые люди обычно теряют меньше чем 1 ткани мозга в год Эта потеря компенсируется регенерацоей ткани под влиянием умственной активности мозга

Симптомы болезни Альцгеймера начинают проявляться при потери 10 ткани мозга

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 66: Novosibirsk 55 anniversary talk

Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера

Отстрочка начала болезни Альцгеймера на 5 лет (возрастной сдвиг с 76 лет до 81 года) уменьшит на 50 количетво больных а отсрочка на 10 лет снизит количество больных на 75

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 67: Novosibirsk 55 anniversary talk

Проект Connectome создаст четырехмерную карту более чем 100 миллиардов нейронов и 100 триллионов их взаимодействий в мозгу

Этот метод позволит проследить взаимодействия нейронов в головном мозгу установить число их вариаций и их генетическую преопределенность

Этот проект можно назвать ldquoВикипедия мозгаrdquo в которой результаты визуализации мозга будут объединены в единой карте

Проект ldquoConnectomerdquo

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 68: Novosibirsk 55 anniversary talk

69

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 69: Novosibirsk 55 anniversary talk

70

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 70: Novosibirsk 55 anniversary talk

71

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 71: Novosibirsk 55 anniversary talk

Gautam Prasad IGC

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 72: Novosibirsk 55 anniversary talk

This slide plays this movie httpenigmainiusceduwp-contentuploadsIGC_WEBbrain_mapping_pageconnectomicsConnections480mov

>

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 73: Novosibirsk 55 anniversary talk

74

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 74: Novosibirsk 55 anniversary talk

Проводка мозга представляет собой 100000 миль нервных волокон соединяющих различные области нашего сознания участвующего во всех аспектах сязанных с мышлением восприятием и ощущениями100 миллиардов нейронов из которых каждый имеет 10000 синапсов

В целом- 100 триллионов синапсов Нейроны загружены ДНК белками и другими молекулами

Kaждый тип нейронов использует определенный набор генов для создания своей молекуляной машинерии

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 75: Novosibirsk 55 anniversary talk

Нейронные цепи

Понимание нейронных цепей может улучшить диагностику болезней мозга и понять их патогенез

Вместо диагностики и лечения патологических процессовосновываясь на их симптомах мы сможем идентифицировать специфические повреждения в нейронных цепях которые лежат в основе заболевания и применить терапевтические подходы направленные на их коррекцию

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 76: Novosibirsk 55 anniversary talk

77

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 77: Novosibirsk 55 anniversary talk

78

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 78: Novosibirsk 55 anniversary talk

79

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 79: Novosibirsk 55 anniversary talk

80

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 80: Novosibirsk 55 anniversary talk

81

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 81: Novosibirsk 55 anniversary talk

82

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 82: Novosibirsk 55 anniversary talk

83

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 83: Novosibirsk 55 anniversary talk

84

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 84: Novosibirsk 55 anniversary talk

85

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 85: Novosibirsk 55 anniversary talk

Preservation Sept 2011 8686

Carl Kesselman ndash Director of biomedical informatics research network

Larry Swanson ndash Director of national brain connectome initiative

Carlos Pato and Michelle Pato ndash Directors of National Psychosis Genomics Initiative

Лидеры в области нейронаук в Университете Южной Калифорнии

Michael Jakowec

Center for Vision Science and Technology

Institute for Robotics and Intelligent Systems

Brain and Creativity Institute

Center for Neural Engineering

Alfred E Mann Institute for Biomedical Engineering

Center for Excellence in Genomic Studies (CEGS) Laboratory for Molecular Robots

Nanotechnology Research Lab

Institute for Genetic Medicine

Pat Levitt Director Zilkha Neurogenetic Institute and co-director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Dorne Cognitive Neuroscience Imaging Center

Университет Южной Калифорнии занимает лидирующие позиции в области нейронаук благодаря возможности уникального мультидисциплинарного подхода Ведущие ученые и

лидеры находят талантливых сотрудников и обеспечивают мотивацию для высокоэффективной командной работы с тем чтобы разрешить загадки различных

заболеваний мозга способами недоступными для изолированно работающих лабораторий

James Knowles - Director of the National Developing Human Brain Transcriptomics initiative

Broad Institute for Integrative Biology and Stem Cell Research

House Ear Institute

Program in Hearing amp Communication Neuroscience

Andrus Gerontology Center

Saban Research Institute of Childrens Hospital Los Angeles

Thompson amp Toga - The Institute for Neuroimaging and Informatics

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 86: Novosibirsk 55 anniversary talk

87

Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы генома возникновения и прогрессирования болезней и как изменения в геноме связаны с заболеваниями Но по настоящему значительные изменения в медицине станут возможными как минимум через 10-20 лет

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

Что впереди

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 87: Novosibirsk 55 anniversary talk

88Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Следует признать что существуют определенные противоречия между геномной медициной и доказательной медициной Совершенно очевидно что эти два подхода не должны противоречить друг другу

Объединение подходов может произойти путем создания банка данных ДНК для всех участников будущих клинических испытаний будь это испытания новых лекарственных препаратов или нового медицинского оборудования или техники

При наличии соответствующего согласия участников испытаний такой подход поможет более глубокому пониманию роли генетической вариабильности в лечении больных

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 88: Novosibirsk 55 anniversary talk

89

Women in Christrsquos Line by SC Poet

Новые открытия приводят к новым проблемам

Внедрение генетической информации в повседневную медицинскую практику не идет гладко Существуют проблемы с конфидициальностью обучением переводом архивов в электронный формат

Каким образом документировать генетические характеристрики человека на протяжении его жизни и сделать их доступными для врачей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 89: Novosibirsk 55 anniversary talk

90

Необходимые шаги

Надо начинать думать как правильно подготовить будущих специалистов - работников здравоохранения и ученых которые будут иметь навыки в биоинформатике Мы должны подготовить уникальных специалистов способных перерабатывать огромные количества данных- количества о которых биологи еще несколько лет назад не имели ни малейшего представления Мы должны привлечь к исследованиям генома наиболее талантливых людей

From ldquoFuture of the Human Genome by Emily Singer Technology Review Feb 10 2011

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 90: Novosibirsk 55 anniversary talk

91Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Международное сотрудничество крупных центров по изучению последовательности ДНК накапливают терабайты информации по цене которая казалось немыслимой 5 лет назад Получение новых данных облегчается использованием мощных компьютерных сетей и Интернета и подключением к базам данных содержащих обширную информацию о генотипе и фенотипе человека и других организмов

Международное сотрудничество

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 91: Novosibirsk 55 anniversary talk

92Genomic Medicine mdash An Updated Primer WG Feero et al NEJM 36221 May 27 2010

Надежная экономически оправданная возможность измерения вариаций генома человека способствует быстрому внедрению персонализированной медицины в практику здравоохранения Хотя персонализированная медицина может иметь множество определений все они разделяют идею о том что здоровье каждого в отдельности взятого больного наиболее лучше может быть защишено путем создания индивидуальных превентивных методов и индивидуальных терапевтических подходов которые будут основаны на генетических данных

Индивидуализация подхода

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 92: Novosibirsk 55 anniversary talk

93The golden age of human population genetics M Przeworski Science 4 February 2011 Vol 331 no 6017 p 547

Почему мутации ведущие к болезням присутствуют в человеческой популяции

Какова генетическая основа нашей физиологической адаптации и адаптации нашего сознания

Какова была последовательность демографических событий которые привели к колонизации земного шара современными людьми

Вопросы будущего

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94
Page 93: Novosibirsk 55 anniversary talk

94

МИКРО-ФИЛОСОФИЯ В МИКРО-ВРЕМЕНИМИКРОКОСМОС ФЕЙМАНА

Две минуты = 120 секунд = 120 `квадрилион фемто-секундОдна фемто-секунда (10-15) = созданию или разрушению молекулы

(Ahmet Zewail)Шестьдесят квадриллион фемто-секунды равны получению ИДЕИ

БЬIТЬ ВОВРЕМЯ Настоящее в прошлом = наша память Настоящее в настоящем = наше восприятие Настоящее в будущем = наша надежда

(Святой Августин 354 - 430) Прошедшее в настоящем = наши достижения Прошедшее в будущем = наши мечты Прошедшее в прошлом = наш ldquoсобственный мозгrdquo

Будущее в настоящем = наше сознание Будущее в прошлом = наша совесть Будущее в будущем = нашe ldquoкультурное наследиеrdquo

СЛЕДУЩЕЕ БУДУЩЕЕ = wwwccgcccom(computer connected global cerebral community)

  • От медицинской генетики до геномной медицины Глазами очевидца
  • Slide 2
  • СЕРДЦЕ и МОЗГ от охлаждения к взаимному комфорту Новосибирск -
  • История Геномики и Персонализированной Медицины
  • Путь к Проекту Геном Человека - 150 лет
  • Slide 6
  • Slide 7
  • Slide 8
  • История
  • Slide 10
  • Slide 11
  • Френсис С Коллинз laquoЯзык жизни ДНК и Революция в Персонализиро
  • Slide 13
  • Slide 14
  • Slide 15
  • Быстрое снижение стоимости определения последовательности ДНК в
  • Slide 17
  • Slide 18
  • Ученые добавляют новые буквы к алфавиту ДНК
  • Геномика - как основание для Системной Биологии
  • Slide 21
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Эпигенетика
  • Потенциальный партер БМТ кластера Epigenetic Dream Team at US
  • Slide 30
  • Slide 31
  • Slide 32
  • Сложности в понимании генетических путей возникновения болезней
  • Исследования вариаций всего генома (Genome-Wide Association St
  • Slide 35
  • Slide 36
  • Одно и то же не подходит всем
  • Побочные эффекты приводят к значительным людским и финансовым п
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать
  • Лечение каких болезней уже можно персонализировать (2)
  • Slide 41
  • Калифорния ndash Август 2005
  • Калифорния ndash Август 2005 (2)
  • Slide 44
  • Slide 45
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Влияние экспрессии гена HMGA2 в меланоме и метастазах на смертн
  • Slide 49
  • ldquoДесятилетие мозга 1990-2000 в СШАrdquo и инициаторы этого проекта
  • Управляемые геномом эволюционные механизмы сохранения мозга Не
  • Будущее
  • Совместные исследования в Университете Южной Калифорнии
  • Атлас генной транскрипции мозга
  • Атлас генной транскрипции мозга (2)
  • Атлас генной транскрипции мозга (3)
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
  • Slide 61
  • Slide 62
  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
  • Достижения в борьбе с болезнью Альцгеймера
  • Slide 68
  • Slide 69
  • Slide 70
  • Slide 71
  • Slide 72
  • Slide 73
  • Slide 74
  • Slide 75
  • Slide 76
  • Slide 77
  • Slide 78
  • Slide 79
  • Slide 80
  • Slide 81
  • Slide 82
  • Slide 83
  • Slide 84
  • Slide 85
  • Slide 86
  • Мы будем свидетелями значительных успехов в понимании работы ге
  • Slide 88
  • Новые открытия приводят к новым проблемам
  • Необходимые шаги
  • Slide 91
  • Slide 92
  • Slide 93
  • Slide 94