Rozszyfrowanie ostatnich 8% ludzkiego genomu może wyjaśnić, jak rozwija się wiele chorób i dlaczego niektórzy ludzie są bardziej zagrożeni.
Co oznacza dla zdrowia pełne sekwencjonowanie ludzkiego genomu?
Mgr Damian McNamara
7 kwietnia 2022 r. C Podczas gdy naukowcy świętują połączenie ostatnich fragmentów ludzkiego genomu, co było wielkim osiągnięciem przygotowywanym od dziesięcioleci, reszta z nas zastanawia się, co ten przełom może oznaczać dla naszego zdrowia i samopoczucia.
Eksperci twierdzą, że dzięki tym nowym badaniom nastąpi postęp w diagnostyce i leczeniu nowotworów, zaburzeń rozwoju, niepłodności i wielu chorób wywołanych zmianami genetycznymi.
"Alleluja. Wreszcie ukończyliśmy jeden genom ludzki. To początek transformacji, nie tylko dla badań genomicznych, ale i dla medycyny klinicznej" - powiedział dr Evan Eichler, który przemawiał na spotkaniu z mediami sponsorowanym przez National Human Genome Research Institute.
"Będzie to miało znaczący wpływ na badania podstawowe i genomikę kliniczną w przyszłości" - powiedziała dr Karen Miga, dyrektor Miga Lab na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Cruz.
Miga jest kolejnym głównym badaczem zaangażowanym w badania prowadzone w ramach konsorcjum Telomere-to-Telomere (T2T), które zjednoczyło setki naukowców w tym projekcie. Nazwa T2T ma sens, ponieważ telomery są końcowymi zakończeniami nici DNA, a mapowanie całego ludzkiego genomu oznacza ułożenie naszych genów od jednego końca do drugiego.
Oprócz mapowania nowych odcinków tych elementów składowych ludzkiego ciała, badacze odkryli również odcinki DNA w centromerach. Centromery znajdują się w miejscu, gdzie ramiona chromosomów są ściśnięte pośrodku, tworząc kształt litery X.
Geny centromerowe są ważne za każdym razem, gdy nasze komórki dzielą się i są związane z rakiem, problemami rozwojowymi i bezpłodnością" - powiedział Miga.
Takie schorzenia, jak rak czy zespół Downa, są powiązane z tymi obszarami genomu" - powiedział Eichler, starszy autor części badań opublikowanych jednocześnie w czasopiśmie "Science" jako pięć prac.
Dzięki postępowi technologicznemu naukowcy mogą teraz po raz pierwszy połączyć w całość dłuższe regiony genomu, które zawierają wiele powtarzających się, podobnych fragmentów. Jeden z badaczy, dr Michael Schatz, posłużył się pewną analogią. Prawie dwadzieścia lat temu było to jak układanie puzzli składających się z 1000 elementów, w których wiele elementów wyglądało tak samo, np. tylko błękitne niebo. Teraz, gdy można odwzorować dłuższe sekwencje DNA, przypomina to raczej układanie puzzli dla maluchów z ogromnymi elementami, na których widać błękitne niebo, chmury i góry.
Schatz, profesor informatyki i biologii na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa w Baltimore, zapytany o to, kiedy nowe informacje o genomie zostaną wykorzystane w medycynie, odpowiedział: "To już się dzieje".
Wiedza na temat wariantów genów odziedziczonych po rodzicach oraz wariantów nowotworowych "jest niezwykle ważna dla leczenia" - powiedział. "Na przykład w przypadku raka piersi, w zależności od konkretnych zestawów mutacji, można zastosować inną chemioterapię niż inną".
"Już teraz obserwujemy to w przypadku raka i innych chorób o silnym podłożu genetycznym" - powiedział Schatz.
"W przyszłości nasze sekwencje będą również źródłem informacji w naszych rozmowach z pracownikami służby zdrowia, dzięki czemu będziemy lepiej poinformowani o naszym zdrowiu i samopoczuciu" - powiedział dr Eric Green, dyrektor National Human Genome Research Institute.
Kontrast i porównanie
Posiadanie kompletnej mapy ludzkiego genomu oznacza, że może on być wykorzystywany jako punkt odniesienia i porównywany z innymi.
"Jedną z najwspanialszych wskazówek, jakie mamy na temat tego, które geny i warianty są istotne z klinicznego punktu widzenia, jest naprawdę prosty projekt eksperymentalny. Bierzemy tysiące ludzi, którzy mają daną chorobę i tysiące ludzi, którzy jej nie mają, i systematycznie przeglądamy ich genomy" - powiedział Schatz.
Następnym krokiem jest ustalenie, czy prawdopodobieństwo wystąpienia określonych zmian u osób z daną chorobą jest większe czy mniejsze" - powiedział Schatz. Jego zdaniem sukces zależy od posiadania pełnego, kompleksowego i dokładnego obrazu wariantów.
"Wykorzystując ten nowy kompletny genom jako punkt odniesienia, będzie można zrozumieć, w jaki sposób wariacje w tych trudnych technicznie sekwencjach przyczyniają się do powstawania ludzkich cech i chorób, a także w jaki sposób zostały one ukształtowane przez siły ewolucji w całej historii ludzkości" - powiedział dr Rajiv McCoy.
Prosimy o więcej mózgów
Nowsza technologia, która pozwala badaczom przyjrzeć się dłuższym odcinkom DNA, ujawnia nowe spostrzeżenia, także w przypadku osób chorych na raka piersi.
"Znajdujemy warianty, których nigdy wcześniej nie widziano" - powiedział Schatz. "Nie mogę teraz powiedzieć, że te nowe warianty są przyczynowe, ale fakt, że istnieją nowe warianty dostępne tylko dzięki tej nowej technologii, jest dla mnie bardzo ekscytujący".
Nawet biorąc pod uwagę potencjalne korzyści dla medycyny klinicznej, "najbardziej interesujące dla mnie jest to, że w tych regionach znajdują się geny, które czynią nas unikalnymi ludźmi" - powiedział Eichler. Na przykład około połowa genów, dzięki którym mamy większy mózg niż małpy człekokształtne, pochodzi właśnie z tych regionów" - powiedział.
Różnorodność jest przyprawą życia?
Mimo że 8% może wydawać się niewielkim odsetkiem, Schatz powiedział, że kiedy on i jego koledzy porównali 3220 genomów z nową mapą referencyjną, odkryli ponad milion dodatkowych wariantów.
"Teraz, gdy w całości zsekwencjonowaliśmy pierwszy ludzki genom i zaczynamy pracę nad kolejnymi 100, zaczynamy dostrzegać niewiarygodną zmienność, która w dużej mierze była nie do przewidzenia" - powiedział Eichler.
Najwcześniejszym zastosowaniem będzie zmniejszenie liczby błędów w obecnie przeprowadzanych klinicznych testach genetycznych i badaniach, powiedział McCoy, adiunkt biologii na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa.
W dalszej kolejności, powiedział McCoy, "naukowcy prawdopodobnie zidentyfikują w niektórych z tych regionów ukryte wcześniej zmienności genetyczne przyczyniające się do rzadkich i powszechnych chorób, co może utorować drogę dla nowych metod diagnostycznych i terapeutycznych".
Zagłębianie się w ludzką różnorodność
W ramach Human Pangenome Reference Consortium naukowcy planują również sekwencjonowanie setek genomów pochodzących od ludzi z różnych populacji z całego świata. Jednym z celów jest porównanie tych genomów z genomami referencyjnymi, aby lepiej zrozumieć ludzką różnorodność.
"Osiągnięcie to będzie również bodźcem do szczerych i znaczących rozmów na temat równości w dostępie do opieki zdrowotnej oraz sposobów dalszego budowania zasobów genomicznych, które będą wolne od uprzedzeń i niedostatecznej reprezentacji" - powiedział Green. W przeszłości badania genetyczne były krytykowane za brak reprezentacji populacji globalnych.
"Chociaż możliwości są nieograniczone, pozostaje jeszcze wiele do zrobienia, aby w przyszłości korzyści płynące z sekwencjonowania telomerów były dostępne dla wszystkich" - dodał Green.
Dalszy ciąg
McCoy powiedział, że trudno jest przewidzieć, w jaki sposób osiągnięcia te znajdą zastosowanie w medycynie, ale "prawdopodobnie nastąpi to w ciągu najbliższego roku lub dwóch".
Green dodał: "Ekscytującą rzeczą, którą widzę w tym, jak to może połączyć się ze zdrowiem jest przyszłość medycyny, gdzie wierzymy, że pewnego dnia C i to zaczyna się dziać już C lekarze będą korzystać z sekwencji genomu, aby dostosować opiekę medyczną swoich pacjentów."
Jest to pierwszy krok, aby dać lekarzom "pełny obraz pacjenta".
W ciągu 10 lat "chciałbym, aby było to rutynowe badanie, które nie kosztuje więcej niż 1000 dolarów, i aby można było pójść do kliniki i otrzymać sekwencjonowanie całego genomu, co umożliwi medycynę precyzyjną" - powiedział dr Adam Phillippy, szef sekcji informatyki genomu w National Human Genome Research Institutes.
Celem jest nie tylko skatalogowanie genów, ale także zbadanie ich funkcji".
"Wprowadzenie technologii genomicznej w tę nową przestrzeń i próba ustalenia, w jaki sposób są one regulowane w zdrowiu i chorobie, to naprawdę ważny kolejny krok" - powiedział Miga.
"Odkąd ludzie dowiedzieli się o DNA i jego znaczeniu, pragnęli poznać pełną sekwencję genów, a teraz mamy ją dla jednego genomu" - powiedział Schatz.
Schatz dodał, że efekty wykraczają poza ludzi i dotyczą całego życia na Ziemi.
"Jestem niesamowicie podekscytowany możliwościami zastosowań w dziedzinie zdrowia ludzkiego, zrozumienia populacji, bardzo szerokiego spojrzenia na drzewo życia, obejmującego wszystkie rośliny, zwierzęta, wirusy, grzyby i wszystko, co żyje na naszej planecie".
