Преждевременность генетического тестирования

предрасположенностей

10.04.23 1

Никита Николаевич Хромов-Борисов

Вместо эпиграфа: Академики и министерские чиновники обсуждают

судьбы российской науки и образования

2

Скульптурная группа «Политики обсуждают глобальное потепление», Берлин

Методология запретовВ.А. Любичанковский http://credonew.ru/content/view/551/58/

• Большинство фундаментальных достижений науки связано с осознанием все новых и новых запретов и/или ограничений, с ответом на вопрос, чего нельзя сделать.

• Нельзя двигаться в вакууме со сверхсветовой скоростью.

• Нельзя создать вечный двигатель.• Нельзя холодным телом нагреть горячее.• Безусловно, научное сообщество должно это знать

и понимать, чтобы не направлять свои усилия по ложному пути, не тратить впустую материальные и духовные ресурсы человечества.

10.04.23 3

Знания - чаще не возможности, а запретыМихаил Левин http://otvet.mail.ru/question/29191261

• Наука не всесильна.• Далеко не всегда и не все результаты

фундаментальных научных исследований получают непосредственное практическое приложение.

• Некоторые из них лишь указывают на непреодолимую неопределенность и ограниченность наших возможностей.

• К таковым относятся попытки диагностики предрасположенности к многопричинным заболеваниям и синдромам с помощью генетического тестирования.

10.04.23 4

Источники неопределенности генетических гаданий и

предсказаний

10.04.23 5

P = G + E + G × G’ + G × E + Crypt

• Фенотип P (Phenotype) есть продукт взаимодействия генотипа G (Genotype) и среды E (Environment).

• Эти взаимодействия могут быть примитивными (линейными, аддитивными):

• G + E• или сложными (нелинейными, мультипликативными):

• G × E• Некоторые из них могут быть криптическими Crypt

(молчащими, спящими, скрытыми), т.е. могут не проявляться в нормальных условиях, и потому их трудно выявлять.

10.04.23 6

Среда внешняя и внутренняя: «Экспозом»

Wild C.P. The exposome: from concept to utility. International Journal of Epidemiology, 2012; 41: 24–32

10.04.23 7

Влияние микробиоты на физиологию организма хозяина

8

Детерминанты комплексного (сложного) фенотипа на примере гипертрофии сердца.

Marian A.J. Molecular genetic studies of complex phenotypes. Translational Research, 2012; 159: 64–79

10.04.23 9

Великое многообразие генетического полиморфизма

• SNP — однонуклетидный полиморфизм (снип),• miRNA — РНК- интерференция и вездесущие микро-РНК, • piRNA — миРНК, взаимодействующие по piwi-типу,• lncRNA — длинные некодирующие РНК, • tmRNA — «транспортно-матричная» РНК,• eccDNA — экстрахромосомная кольцевая ДНК,• microDNA — короткие эхкДНК, • CNV — варьирование числа копий генов.• Похоже, что связь последних 7 недавно открытых элементов с

болезнями сильнее, чем у SNP, они различаются даже у монозиготных близнецов и варьируются даже в отдельных клетках одной и той же ткани (например, в нейронах мозга).

• Не следует также забывать об индивидуальном варьировании иммуноглобулинов.

10.04.23 10

Разнообразие порождает уникальность, а уникальность - непредсказуемость

• Чем большим числом факторов, как генетических, так и средовых, определяется признак (заболевание или профессиональная склонность), тем выше непредсказуемость его проявления.

• Почему?• Потому что число их возможных комбинаций становится

неисчислимым, а каждый фенотип – уникальным.• К тому же одно и то же заболевание может определяться разными

вариантами разных генов.• А один и тот же ген может быть задействован в становлении разных

заболеваний и синдромов. • Более того, одни варианты данного гена (варианты

последовательности ДНК) могут предрасполагать к одной болезни, а другие варианты того же гена – к другой болезни.

10.04.23 11

Sivakumaran S., Agakov F., Theodoratou, E., Prendergast J.G., Lina Zgaga L., Manolio T., Rudan I., McKeigue P., Wilson J.F., Campbe H. Abundant Pleiotropy in Human

Complex Diseases and Traits. Am. J. Hum. Genet., 2011; 89: 607–618

«Обильная» плейотропия генов, несущих варианты, связанные с болезнью Крона и другими заболеваниями

10.04.23 12

Рекордсмены плейотропии: вездесущие VDR и ESR – рецепторы «витамина» D и

эстрогена• Активность VDR простирается далеко за пределы

метаболизма кальция и паратиреоидного гормона (ПТГ). • Он участвует в транскрипции 900 генов, некоторые из

которых являются ключевыми для здоровья, такие как MTSS1 (белок 1, супрессирующий метастазирование), а также ключевые компоненты врожденного иммунитета (антимикробный пептид кателицидин, бета-дефензины, TLR2 – толл-подобный рецептор и др.).

• Роль VDR во врожденном иммунитете уникальна для человека.

• Никакое другое модельное животное (в частности мышь) не выработало эволюционно такую функцию для этого рецептора.

• Рецептор эстрогена ESR прямо или опосредованно влияет на экспрессию 6000 генов, т.е. 26% всего генома.

10.04.23 13

VDR

10.04.23 14

ESR

10.04.23 15

Удивительные курьезы генетического тестирования предрасположенностей

• «Проклятье победителя».• Плохая воспроизводимость.• Разноголосица заключений.• Ошибки генотипирования.• Разнонаправленная, компенсаторная,

взаимонейтрализующая плейотропия.• Снисходительность статистических заключений. • Мания закрытости («секретности»).

10.04.23 16

«Проклятье победителя» и «воспроизводимость невоспроизводимости»

• Слишком часто, первоначально многообещающие открытия, которые обычно вызывают сильное возбуждение, впоследствии не воспроизводятся.

• Это явление называют «Проклятьем победителя» (winner's curse).

• Невоспризводимость и противоречивость результатов генетического тестирования предрасположенностей – оказывается едва ли не универсальным и наиболее воспроизводимым фактом.

10.04.23м 17

Ng P.C., Murray S.S., Levy S., Venter J.C. An agenda for personalized medicine. Nature, 2009; 461: 724-726

10.04.23 18

Более трети заключений двух фирм 23andMe и Navigenics кардинально противоречат друг другу относительно произвольно выбранного порога для риска: 0,95 ≤ RR ≤ 1,05

Kalf R.R.J., Mihaescu R., Kundu S., de Knijff P., Green R.C., Janssens A.C.J.W. Variations in predicted risks in personal genome testing forcommon complex diseases. Genetics in Medicine, 2014; 16(1): 85-91

• Прогнозируемые риски существенно различаются между компаниями из-за:

• разного числа «снипов» (SNP) в используемых наборах,

• разных пороговых значений популяционных рисков, выбранных компаниями,

• а также разных формул, используемых для расчета рисков.

10.04.23 19

Мода на честность:Отзыв статей из-за ошибок генотипирования

• Sebastiani P., Solovieff P.N., Puca A., Hartley S.W., Melista E., Andersen S., Dworkis D.A., Wilk J.B., Myers R.H., Steinberg M.H., Montano M., Baldwin C.T., Perls T.T. Retraction. Science, 2011; 333: 404

• После предварительной электронной публикации своего сообщения «Генетические сигнатуры исключительного долголетия у человека», мы обнаружили технические ошибки в микрочипе Illumina 610 и в протоколе контроля качества SNP, которые привели к ложноположительным результатам и выводам.

• Поэтому, мы отзываем нашу рукопись и подготовим другую публикацию с новыми данными.

• В России из двух частных сообщений я знаю об обнаружении ошибок в генотипировании из-за низкого качества отечественных наборов для генотипирования.

10.04.23 20

Сопоставление рисков, предсказанных фирмами 23andMe, deCODEme и Navigenics для 3 многопричинных

заболеваний

10.04.23 21

Сопоставление рисков, предсказанных фирмами 23andMe, deCODEme и Navigenics для 3 многопричинных

заболеваний

10.04.23 22

Cecile Janssens: How FDA and 23andMe Dance Around Evidence That Is Not There

http://www.huffingtonpost.com/cecile-janssens/post_6753_b_4671077.html

• Когда людям «с повышенным риском болезни» рекомендуется посетить врача, многие прислушаются и послушно пойдут на прием и обследование, хотя в этом нет никакой необходимости.

• Получается, что людей, которые не имеют никаких симптомов, которым не нужно обращаться к врачу, и которые не извлекут из этого никакой пользы, исподволь принуждают «добровольно» платить за ненужное медицинское обслуживание.

• Людей, которые жаждут платить за тесты с недоказанной клинической ценностью и мизерной предсказательной способностью, надо обязательно информировать о финансовых последствиях от последующих визитов к врачу и проведения дополнительных анализов.

• Круговой поруке должен быть положен конец.

10.04.23 23

FDA предупреждает и обвиняет: генетическое тестирование научно не обосновано

• Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) разослало 17 компаниям (23andMe, Navigenics, deCODEme, EasyDNA и другим), которые занимаются генетическим тестированием, предписание прекратить эту их деятельность из-за отсутствия научных доказательств и неспособности точно предсказывать риск болезней.

• http://www.fda.gov/MedicalDevices/ProductsandMedicalProcedures/InVitroDiagnostics/default.htm

10.04.23 24

Лучше один раз увидеть

• Результаты статистического контроля качества диагностических тестов полезно наглядно представлять в виде графиков предсказательностей.

• Примеры приведены на рисунках.

25

Lotufo P.A., Chae C.U., Ajani U.A., Hennekens C.H., Manson J.A.E., Male pattern baldness and coronary heart disease: The Physician's Health Study, Arch. Intern. Med. 2000; 160(2): 165-71.

Simon A., Worthen D. M., Mitas J. A.1979. An evaluation of iridology // JAMA, V. 242, N 1, P. 1385 1389. ‑

Алопеция и ИБСИридодиагностика и почечная

недостаточность

26

127/1224/548/7611LR[+] = 1,01,41,8; LR[-] = 1,01,061,1

29/59/19/36LR[+] = 0,71,01,4; LR[-] = 0,71,01,5

• Со времен Гипократа известно, что евнухи, когда они становятся евнухами в возрасте до 25 лет, не лысеют.

• Вряд ли найдется врач, который на основании этих данных будет рекомендовать молодым людям обзаводиться детьми до 25 лет, а потом становится евнухами для того, чтобы на 2% снизить риск развития у них ИБС.

• Однако это очень похоже на рекомендации в генетике предрасположенностей, подавляющее большинство которых слишком часто бывают основаны на столь же клинически ничтожных значениях распознавательной и предсказательной способностей генетических маркеров.

• Редко значения отношения шансов (нижние границы их ДИ) в этих работах превышают значение OR > 2.

27

Druzhevskaya A.M, Ahmetov I.I., Astratenkova I.V., Rogozkin V.A. 2008. Association of the ACTN3 R577X polymorphism with power athlete status in Russians // Eur. J. Appl. Physiol., 2008. – Vol. 103. – P. 631–634.

Кундас Л.А., Жур К.В., Бышнев Н.И. и др. Анализ молекулярно-генетических маркеров, ответственных за устойчивость к физическим нагрузкам, у представителей академической гребли // Молекулярная и

прикладная генетика: сб. науч. тр. Институт генетики и цитологии НАН Беларуси; (гл. ред. А.В. Кильчевский). 2013. - Минск: ГНУ «Институт генетики и цитологии НАН Беларуси», Т. 14. – C. 101-105.

Ген ACTN3 и элитные атлеты Ген PPARG и элитные гребцы

28

455/1027/31/170LR[+] = 1,01,11,1; LR[-] = 1,42,23,7

3/3/21/147LR[+] = 0,95,840; LR[-] = 1,11,21,6

Mayeux R., Saunders A.M., Shea S., et al. 1998. Utility of the apolipoprotein E genotype in the diagnosis of Alzheimer’s disease // N. Engl. J. Med., 1998. – Vol. 338. – P. 506-511.

Mäki M., Mustalahti K., Kokkonen J., et al. 2003. Prevalence of celiac disease among children in Finland // N. Engl. J. Med, 2003. – Vol. 348. – P. 2517-2524.

Ген APOE и болезнь Альцгеймера Гаплотипы HLA и целиакия

29

1142/133/622/285LR[+] = 1,72,02,5; LR[-] = 1,71,92,2

54/1357/2/2214LR[+] = 2,72,52,7; LR[-] = 4,112103

Banks E., Reeves G., Beral V. et. al. Influence of personal characteristics of individual women on sensitivity and specificity of mammography in the Million Women Study: cohort study // BMJ, 2004. 329(7464): 477-479.

Kevin P. Delaney K.P., Branson B.M., Apurva Uniyal A. et al. Performance of an oral fluid rapid HIV-1/2 test: experience from four CDC studies // AIDS, 2006. – Vol. 20. – P. 1655–1660.

Маммография и рак молочной железы Экспресс-тест OralQuick® на ВИЧ

30

629/3885/97/117744LR[+] = 262729; LR[-] = 5,77,29,3

327/12/1/12010LR[+] = 4959192141; LR[-] = 451653171

Biller-Andorno N., Jüni P.Abolishing Mammography Screening Programs? A View from

the Swiss Medical Board. N. Engl. J. Med. 2014

10.04.23 31

Отменить маммографию?

Точечные и интервальные оценки предсказательно-информативной распространенности при желаемой

предсказательности PPV = 0,8Диагностика Предсказательно-информативная

распространенность при PPV = 0,8

Алопеция и ИБС 0,70 0,75 0,79

Иридодиагностика и почечная недостаточность

0,75 0,81 0,87

Ген ACTN3 и элитные атлеты 0,78 0,79 0,79

Ген PPARG и элитные гребцы 0,23 0,67 0,93

Ген APOE и болезнь Альцгеймера 0,62 0,66 0,70

Гаплотипы HLA и целиакия 0,60 0,68 0,65

Маммография и рак молочной железы

0,13 0,13 0,14

Экспресс-тест OralQuick® на ВИЧ 0,0043 0,0043 0,0080

10.04.23 32

Слева и справа от точечных оценок в виде подстрочных индексов указаны нижняя и верхняя границы 99%-х доверительных интервалов. Использована оригинальная программа DiagStat.xls

• Важнейший вопрос в генетике предрасположенностей:

• Усиливаются ли, или хотя бы складываются, «вредные» эффекты предрасполагающих аллелей разных генов при их объединении в одном генотипе или же они взаимно нейтрализуются?

33

• Представим, что нам удастся собрать в одном геноме все известные аллели, предрасполагающие к занятиям определенным видом спорта.

• Очевидно, что в силу неаддитивности межгенных и средовых влияний спортивные способности субъекта с таким геномом не будут кратными числу предрасполагающих аллелей.

• 200 предрасполагающих аллелей в одном геноме вряд ли приведут к 200-кратному увеличению спортивных характеристик у их носителей.

• А в силу разнонаправленной плейотропии этих аллелей не окажется ли наш супермен суперидиотом?

34

• Генетическая этиология комплексных многопричинных болезней навсегда останется загадкой.

10.04.23 35

• Диагностика предрасположенности к болезням на основе только результатов ассоциативных исследований чревата, мягко говоря, недоразумениями.

• Генетика – наука о наследственности.• Наследственность есть передача генов и признаков от

родителей детям.• Поэтому для убедительного доказательства

наследственной природы того или иного заболевания надо вовлекать в исследование, как минимум, два поколения индивидуумов – детей и родителей.

• Нужно изучать неравновесность передачи предрасполагающих генетических вариантов (аллелей, гаплотипов, генотипов) от родителей к детям.

10.04.23 36

Родословные

Silberstein M., Weissbrod O., Otten L., Tzemach A., Anisenia A., Shtark O., Tuberg D., Galfrin E., Gannon I., Shalata A., Borochowitz Z.U., Dechter R., Thompson E., Geiger D. A system for exact and approximate genetic linkage analysis of SNP data in large pedigrees. Bioinformatics, 2013; 29: 197-205

© The Author 2012. Published by Oxford University Press. All rights reserved. For Permissions, please e-mail: journals.permissions@oup.com

Давно пора внедрить во врачебную практику на уровне поликлиник ведение родословных и приучать к этому семьи пациентов.

10.04.23 37

Где отсутствует знание, там невежество именует себя наукой

• Генетическое тестирование – чрезвычайно наукоемкая область медицины.

• Специалисты, занимающиеся генетическим тестированием, обязаны досконально знать

• популяционную генетику • генетику количественных признаков и • соответствующие аспекты биостатистики и

теории вероятностей.• Увы, у нас биостатистика не входит в

образовательные стандарты медвузов.

10.04.23 38

Юридические и этические аспекты

• Генетическое тестирование должно быть регламентировано, сертифицировано и лицензировано.

• Нужны слепые комиссионные проверки.• В частности должны быть унифицированы и

стандартизированы методы вычисления вероятностно-статистических показателей.

• Нам нужно «генетическое законодательство».• Должны быть разработаны законодательные и

нормативные акты о конфиденциальности индивидуальной генетической информации.

• Нужен «этический кодекс генетика-диагноста».

10.04.23 39

Параноидальная мания закрытости (секретности) или «плоха та идея, которую можно украсть»

• Все, что касается здоровья человека, не должно быть засекречено.

• Все исходные данные, все тонкости лабораторных и вычислительных процедур должны быть свободно доступны и для врача и для пациента.

• Когда результаты исследования опубликованы, то и исходные данные перестают быть интеллектуальной собственностью авторов.

• Не должны скрываться отрицательные и противоречивые результаты.

10.04.23 40

Основные положения

• Пока мы не выявим большинство полиморфизмов и не разберемся в их предназначении, до тех пор клиническое применение генетического тестирования будет оставаться малоинформативным и потому явно преждевременным.

• Надо наложить мораторий на поспешные клинические (и иные практические) применения результатов генетики предрасположенностей.

• Надо приостановить деятельность фирм и фирмочек, занимающихся «гаданием на генной гуще» и/или составлением «генетических гороскопов».

10.04.23 41

• Один из самых обычных и ведущих к самым большим бедствиям соблазнов есть соблазн словами: «Все так делают».Л.Н.Толстой

42

Михаил Ефимович Лобашев (11.11.1907 – 04.01.1971)

• Можете заниматься в науке чем угодно, только не забывайте о последствиях и об ответственности.

43

Спасибо за внимание!Слайды доступны для всех

Никита Николаевич Хромов-БорисовКафедра физики, математики и информатики ПСПбГМУ им.

акад. И.П. Павлова

Nikita.KhromovBorisov@gmail.com8-952-204-89-49 (Теле2); 8-921-449-29-05 (Мегафон)http://independent.academia.edu/NikitaKhromovBorisov

44

Литератураhttp://independent.academia.edu/NikitaKhromovBorisov

• Глотов Н.В., Животовский Л.А., Хованов Н.В., Хромов-Борисов Н.Н. Биометрия, Л.: Изд-во ЛГУ, 1982. – 264 с.

• Хромов-Борисов Н.Н. Биометрические аспекты популяционнной генетики. Новые генетические механизмы и их роль в генетико-популяционных процессах. Список рекомендуемой литературы. / Л.З. Кайданов, Генетика популяций, Высшая школа, М., 1996, с. 251-308.

• Хромов-Борисов Н.Н. Синдром статистической снисходительности или значение и назначение P-значения // 16.02.2011 г.

• http://tele-conf.ru/aktualnyie-problemyi-tehnologicheskih-izyiskaniy/

45

• Хромов-Борисов Н.Н. Современное общедоступное программное обеспечение статистического анализа в молекулярной медицине и генетике. Мастер-класс // Мультидисциплинарные аспекты молекулярной медицины: сборник материалов I Международного форума «Молекулярная медицина – новая модель здравоохранения XXI века: технологии, экономика, образование». 26-27 июня 2013 года. – СПб.: изд-во СПбГЭУ. 2013. – С. 298-307.

• Рубанович А.В., Хромов-Борисов Н.Н. Воспроизводимость и предсказательная ценность результатов в генетике предрасположенностей // Мультидисциплинарные аспекты молекулярной медицины: сборник материалов I Международного форума «Молекулярная медицина – новая модель здравоохранения XXI века: технологии, экономика, образование». 26-27 июня 2013 года. – СПб.: изд-во СПбГЭУ. 2013. – С. 307-314.

46

• Хромов-Борисов Н.Н., Рубанович А.В. Эволюционная медицинская геномика // Мультидисциплинарные аспекты молекулярной медицины: сборник материалов I Международного форума «Молекулярная медицина – новая модель здравоохранения XXI века: технологии, экономика, образование». 26-27 июня 2013 года. – СПб.: изд-во СПбГЭУ, 2013. – С. 315-324.

• Обеснюк В.Ф., Хромов-Борисов Н.Н. Интервальные оценки показателей сравнительного медико-биологического исследования // Актуальные проблемы современной науки, 2013. – Т. 2. – № 1. – С. 154-156.

• Рубанович А.В., Хромов-Борисов Н.Н. Теоретический анализ показателей предсказательной эффективности бинарных генетических тестов. Экол. генетика, 2013. – Т. 11. – С. 77 90. ‑

47

• Тишков А.В., Хромов-Борисов Н.Н., Комашня А.В., и др. Статистический анализ таблиц 2х2 в диагностических исследованиях. СПб.: Изд-во СПбГМУ, 2013. – 20 с.

• Хромов-Борисов Н.Н., Рубанович А.В. Статистические аспекты генетики предрасположенностей // Иммунофизиология: Аутоиммунитет в Норме и Патологии, Москва, 1-3 Октября, 2012. – C. 305-314.

• Хромов-Борисов Н.Н., Рубанович А.В. Генетика предрасположенностей – разбитые мечты и утраченные грёзы // Иммунофизиология: Аутоиммунитет в Норме и Патологии, Москва, 1-3 Октября, 2012. – C. 315-323.

48

• Сельков С.А., Королева Л.И., Тишков А.В., Аникин В.Б., Хромов-Борисов Н.Н. Применение современных статистических методов для оценки взаимосвязи интерферонового статуса здорового новорожденного и его матери // Инфекция и иммунитет, 2012. – Т. 1. – № 4. – С. 331–340.

• Тишков А.В., Хромов-Борисов Н.Н., Комашня А.В., и др. Статистический анализ таблиц 2х2 в диагностических исследованиях. СПб.: Изд-во СПбГМУ, 2013. - 20 с.

• Рубанович А.В., Хромов-Борисов Н.Н. Воспроизводимость и предсказательная ценность результатов в генетике предрасположенностей // Молекулярная медицина, 2014. - № 2. – С. 8-12.

49

• Хромов-Борисов Н.Н., Рубанович А.В. Эволюционная медицинская геномика // Молекулярная медицина, 2014. – № 2, С. 13-17.

• Rubanovich A.V., Khromov-Borisov N.N. Theoretical Analysis of the Predictability Indices of the Binary Genetic Tests // Russian Journal of Genetics: Applied Research, 2014, Vol. 4, No. 2, pp. 146–158.

• Хромов-Борисов Н.Н., Тишков А.В., Комашня А.В., Марченкова Ф.Ю., Семенова Е.М. Статистический анализ клинических исследований: таблица 2х2. Версия 1.0. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012616821 31 июля 2012 г.

10.04.23 50