Сегодня ученые Центра геномной биоинформатики им. Ф. Г. Добржанского СПбГУ объявили о выпуске и публикации в журнале GigaScience интернет-платформы GWATCH, которая обещает повысить эффективность обнаружения и подтверждения геномных вариантов, отвечающих за устойчивость к хроническим заболеваниям человека. Доступ к геномному браузеру будет открытым — любой ученый сможет пользоваться его ресурсами.

Геномный браузер GWATCH — это размещенная на сервере СПбГУ интернет-платформа для автоматического анализа данных с целью обнаружения генов, отвечающих за комплексные заболевания человека.

Медицинские учреждения по всему миру переполнены пациентами с онкологическими, неврологическими заболеваниями (болезни Альцгеймера, Паркинсона, поведенческие расстройства), метаболическими расстройствами (например, некоторые варианты диабета), аутоиммунными заболеваниями (такими как болезнь Крона и др.) и смертельно опасными инфекциями (ВИЧ/СПИД, гепатиты B и С, папилломавирус человека). Глубокие причины многих из них зачастую неизвестны, а лечение носит преимущественно симптоматический характер. В 2003 г. был завершен международный проект «Геном человека», подаривший надежду на открытие новых способов разработки «умных» лекарств и таргетной терапии благодаря обнаружению генетических детерминант, регулирующих подверженность хроническим заболеваниям. Однако за последующие десять лет лишь некоторые из 1500 проведенных скрининговых исследований по поиску генов, связанных с заболеваниями, смогли выявить основные генетические детерминанты, которые удалось применить в терапевтической практике.

Процесс поиска особенно осложняется величиной массивов данных, получаемых в результате полногеномного поиска ассоциаций (genome-wide association studies, GWAS) и полногеномного секвенирования (whole genome sequencing, WGS) — исследований, направленных на создание персонализированной медицины. Геномный браузер GWATCH является передовой вычислительной средой с удобным пользовательским интерфейсом, позволяющим исследователям просматривать данные геномных ассоциаций, подтверждать новые ассоциации и обнаруживать важные аспекты генетического воздействия, идентификация которых была ранее крайне трудна.

Аббревиатура GWATCH расшифровывается как Genome-Wide Association Tracks Chromosome Highway, что означает «хромосомная магистраль для полногеномного поиска ассоциаций». В основе геномного браузера лежит динамический принцип работы, позволяющий непосредственным образом обнаруживать, просматривать и оценивать картину (паттерн) геномных ассоциаций на основе обширных массивов данных из GWAS и WGS. В браузере GWATCH используется графический трехмерный (3D) интерфейс, который моделирует взгляд «с высоты птичьего полета» и позволяет просматривать любую хромосому человека, выявляя участки генома, значимые с точки зрения ассоциаций с конкретными заболеваниями. Программа построена по принципу известных поисковых машин и облачных сервисов (например, Google, Oracle, Amazon). Она позволяет пользователю получить доступ к большим массивам данных и дает возможность обнаруживать, изучать и подтверждать важные геномные ассоциации, которые при использовании иных исследовательских инструментов могут быть просто пропущены. Среда GWATCH может применяться при крупномасштабном анализе геномных ассоциаций для любого заболевания. В опубликованной сегодня статье приводится пример использования GWATCH для анализа данных более 6000 пациентов с риском развития ВИЧ/СПИДа. Исходное исследование было проведено при финансовой поддержке Национальных институтов здоровья (США) на основе той же эпидемиологической когорты, изучение которой позволило идентифицировать ген CCR5-∆32 — наиболее действенный из всех обнаруженных генов резистентности к СПИДу. Он же оказался и наиболее полезным, так как уже применяется в терапевтической практике. В то же время GWATCH позволяет аналогичным образом проводить просмотр и анализ данных по ассоциации для любого комплексного заболевания, имеющего наследственную составляющую.

Кроме того, GWATCH будет использоваться для проверки воспроизводимости результатов по обнаружению генов заболеваний в последующих исследованиях: пользователь может просто открыть в браузере изображение нового открытого участка генома и оценить наличие ассоциаций в уже загруженных данных.

Браузер GWATCH также позволяет найти решение сложной этической проблемы, которая давно затрудняет проведение исследований генома человека. Ученые убеждены, что информация должна свободно распространяться в научной среде — это позволит оперативно знакомиться с новыми данными и уточнять их. Однако требование конфиденциальности личной информации (в большинстве случаев являющееся условием проведения исследования) препятствует загрузке генетических и клинических данных больных на открытые интернет-ресурсы. Геномный браузер GWATCH позволяет хранить информацию в открытом доступе, отображая только производные данные анализов на уровне популяции. Персональные сведения больных при этом не раскрываются. Таким образом, браузер позволит открыто публиковать больше информации без нарушения соглашений о конфиденциальности, которые заключаются с большинством участников исследований.

Геномный браузер GWATCH моделирует динамическую виртуальную среду, где пользователь получает возможность двигаться по видеомагистрали вдоль человеческих хромосом, используя данные полногеномного поиска ассоциаций и полногеномного секвенирования для выявления ассоциаций геномных вариантов с комплексными заболеваниями. Браузер имеет простой, интуитивно понятный интерфейс, рассчитанный на широкую аудиторию: экспертов-генетиков, студентов и работающих в научной сфере журналистов. Средой могут также пользоваться сами пациенты для изучения собственного генома на предмет генетических ассоциаций с заболеваниями.

Геномный браузер GWATCH был разработан учеными из Центра геномной биоинформатики им. Ф. Г. Добржанского СПбГУ. Создание браузера частично финансировалось из средств программы мегагрантов Министерства образования и науки РФ. Ведущие ученые проекта — ведущий научный сотрудник Антон Свитин и профессор Стефан О'Брайен.

Сегодня описание платформы GWATCH было опубликовано в журнале GigaScience (подробная информация представлена ниже). Доступ к браузеру открыт: http://gen-watch.org/. Ученые всего мира могут использовать его для изучения генетических ассоциаций и путешествий по хромосомным магистралям. Приятного пути!