Еволюція генетики через десять років після картографування геному людини
Еволюція генетики/Фото: Reuters
Френсіс Коллінз, один із генетиків, який допоміг розшифрувати карту геному людини, минулого літа вирішив пройти генетичний аналіз і був дуже здивований тим, що він виявив. Коллінз має схильність до діабету 2 типу, про що він ніколи не підозрював. Є три компанії, які проводять такі тести, і Коллінз використовував кожну з них, щоб переконатися, що результати збігаються. Результат завжди був однаковим, повідомляє Reuters у великій доповіді.
В результаті Коллінз схуд 11 кг, але він не вважає такі тести корисними, принаймні поки що. Те саме стосується вивчення геному людини, який ще перебуває в зародковому стані.
Деякі вчені вважають, що світ перебуває у "золотому віці" геномної медицини, в якому аналіз структури ДНК може виявити схильність до таких захворювань, як рак, діабет або серцево-судинні захворювання, а також може запропонувати, який тип лікування підходить для кожного випадку. Однак, Проект «Геном людини», який був завершений десять років тому та інвестував близько 3 мільярдів доларів, ще не дав вражаючих результатів.
Ось короткий огляд результатів, яких вдалося досягти дослідникам до цього часу:
- персоніфікований аналіз крові, який може призвести до поширення ракових клітин в організмі або рецидиву хвороби доктором Бертом Фогельштейном з Балтіморського університету Джона Хопкінса та його колегами;
- генетичний тест під назвою Oncotype DX, який допомагає виявити хворих на рак молочної залози, яких не можна лікувати хіміотерапією;
- Доктор Джеймс Лупський з Медичного коледжу Бейлора в Х'юстоні вивчав власну генетичну карту та геномні послідовності членів своєї родини, включаючи його померлого діда, щоб виявити причину рідкісного генетичного захворювання, яке називається синдромом Шарко-Марі-Зуба;
- Генетичне тестування тепер дозволяє виявити пацієнтів, які не реагують на деякі антикоагулянти.
Однак Коллінз вважає, що це легко досягти, і справжня робота тільки починається.
Якось так, це поле є жертвою власного успіху. Компанії перебувають у постійній конкуренції та прагнуть виготовити обладнання, яке кожна спеціалізована лабораторія матиме в якості стандарту. Але це секвенування геному створює те, що нинішній директор Національного інституту досліджень геному людини, доктор Ерік Грін, називає "інформаційним цунамі", яке переповнює мозок вчених і потужність комп'ютерів.
Як це не парадоксально, але люди насправді мають відносно невелику кількість генів, Розширення ДНК, які програмують клітини на вироблення білків. Люди мають лише 20 500 генів, порівняно з 30000 для мишей або 50000 для рису. Це був один з найбільших сюрпризів, породжених Проектом геноміки людини.
Як результат, більша частина цікавої інформації міститься у так званому «непотрібному ДНК»., що становить майже дві третини генетичного коду людини. "У геномі є темна речовина, яка все ще чекає свого відкриття"., - пояснив Коллінз.
Частина цього "полювання" починається в будівлі в західному Лондоні, де ряд добровольців готові розкрити свої найпотаємніші таємниці. Хоча багато хто здавав кров раніше, цього разу вони здають власні структури ДНК та медичні записи, минулі та майбутні, на підтримку великого експерименту, який буде слідувати за ними до кінця їхнього життя.
Все це звучить так, ніби це було взято з роману Оруелла, але добровольці готові взяти участь у цьому експерименті, який міг би бути дуже корисним для їхніх синів та онуків.
Дослідники вирішили співпрацювати з групою добровольців у віці від 40 до 69 років, саме тому, що, працюючи з цією віковою групою, їм не доведеться чекати занадто довго, поки не з’являться симптоми таких захворювань, як інтерес, такі як рак, артрит, діабет, серцево-судинні захворювання або деменція.
На сьогоднішній день в експерименті взяли участь 450 000 британців, і ціль у 500 000 добровольців, ймовірно, буде досягнута в липні. Координатор досліджень доктор Рорі Коллінз каже, що лише таким чином вчені зможуть визначити, як спосіб життя взаємодіє з довгим списком рідкісних генетичних варіацій, які викликають загальні захворювання.
"Якщо ви шукаєте наслідки тисяч і тисяч різних генетичних варіацій, які дають помірні ефекти та взаємодіють з багатьма негенетичними факторами, тоді вам потрібно мати можливість провести дуже велике дослідження", - пояснив він. "Лише зараз технологія може проводити такі експерименти".
Такі банки генів існують і в інших країнах, таких як Китай або Швеція, але британський є найбільшим за кількістю досліджуваних факторів. Дослідники сподіваються перевершити результати інших подібних досліджень, таких як розроблені ісландською компанією Decode. Там, Рейк'явицькі вчені збагатили літературу даними про певні зміни в структурі ДНК, які були пов'язані з шизофренією, раком та іншими захворюваннями, вивчаючи генетичну спадщину ісландців.. Вікінги, приблизно 1000 років тому, зазнали дуже незначних змін у населенні Ісландії.
Ісландський досвід був однією з перших великих зусиль у галузі геноміки, яка забезпечила технологію, необхідну для розуміння взаємодії між генами та різними захворюваннями. Багато спеціалізованих компаній у всьому світі здалися через кілька років, але не всі.
Human Genome Sciences Inc., здається, нарешті готова до цього тесту. Акції компанії різко зросли з минулого року, коли після тестування експериментального препарату вовчак під назвою Benlysta були зафіксовані дивно хороші результати. У разі схвалення Бенліста буде першим новим лікуванням цього серйозного аутоімунного захворювання за останні 50 років.
Але такі досягнення рідкісні, знову ж таки інвестори все ще стурбовані тим, що виробники ліків завищують перспективи геноміки, враховуючи, що новим лікам потрібно 1015 років, щоб вийти на ринок.
В реальності, останнє десятиліття виявилося одним з найгірших в історії фармацевтичної промисловості. Проблема, з якою стикаються компанії та інвестори, полягає в тому більше інформації тягне за собою більшу складність, руйнуючи надії на відносно просте вирішення складних захворювань.
Рак та генетика
У багатьох онкологічних хворих найбільший страх полягає в тому, що хірург щось пропустив і хвороба знову поширюється в організмі. В даний час єдиним способом з’ясувати, чи це так чи ні, є зачекати, поки пухлина зросте настільки великою, що буде виявлена медичним обладнанням.
Однак це може скоро змінитися. Генетичний тест, який може аналізувати послідовності ДНК, взяті з пухлини, може попередити лікарів та звернути їхню увагу, якщо вони щось пропустили. "Це може стати можливим лише з появою наступного покоління так званої технології секвенування", - сказав д-р Берт Фогельштейн з Університету Джона Гопкінса в Балтиморі.
Розробка тесту вигідна досягненню технологій, необхідних для секвенування геномів. Останні досягнення в цій галузі можуть скласти карту ДНК всього за кілька тижнів, а витрати становлять лише 5000 доларів., порівняно з 13 роками та трьома мільярдами доларів Коллінзу та його співробітникам потрібно було нанести на карту перший геном людини.
Фогельштейн каже, що швидке зниження витрат відобразиться на розумній тестовій ціні вони можуть бути доступні на ринку приблизно через два роки. За короткий час усі онкохворі зможуть стежити за своїм захворюванням і заздалегідь з’ясувати, чи поширюється воно в організмі.
"Рак - це, мабуть, найкраща хвороба для початку такого підходу", говорить генетик Річард Ліфтон з Єльської медичної школи. "Причина в тому, що ми вже знаємо, що ця хвороба значною мірою залежить від змін у ДНК".
"Перше генетичне секвенування форми раку було проведено в 2008 році. Торік було проведено ще близько 100 таких послідовностей. Цього року буде проведено кілька сотень, якщо не 1000", - сказав Метью Мейєрсон з Інститут раку Дани-Фарбер.
Ліфтон вважає, що, У найближчі два роки в розпорядженні вчених буде генетична послідовність усіх основних форм раку людини. "Багато з них виявлять нові гени, роль яких в еволюції раку ми раніше не знали", - сказав він. "Деякі з них виявляться неймовірно важливими для розробки нових методів лікування", або нових тестів, як припускає Коллінз.
Доктор Ерік Грін ніколи не бачив нічого подібного. На зустрічі, яку він назвав "ботаніком", який відбувся на острові Марко, штат Флорида, у лютому, компанія на початку дороги під назвою Ion Torrent зробила демонстрація апарату секвенування ДНК. "Це розмір принтера", - сказав він. "Послідовність відбулася в готельному номері".
Експеримент здивував експертів, які використовували камери розміром з футбольне поле для декодування геному людини у своїх наукових заходах.
Грін сказав, що його інститут спрямував кошти в Гілфорд, штат Коннектикут, а Сан-Франциско профінансував Ion Torrent 50 000 доларів на пристрій секвенування. "Експеримент міг би провалитися", - сказав Грін, але він та інші були здивовані методом компанії щодо виявлення окремих молекул водню за допомогою компактної системи для послідовності генів A, C, T і G. ДНК.
В іншій кімнаті знаходиться пристрій секвенування, виготовлений компанією Pacific Biosystems. - Це Дикий Захід, - сказав Грін. "Це символічно для процесу, який зараз проходить ця сфера, використовуючи не одну, не дві, не три, а кілька технологій". Вони роблять те, про що вимагають компанії та дослідники, і ціни падають. "Тут це сплав науки та бізнесу"., Пояснив Грін. "Від того, що відбувається, дух захоплює".
Якщо розшифровка карти людського геному перетворить медицину, це повинно відбуватися швидко і легко. "Ми можемо це уявити декодування генетичної структури колись стане частиною набору рутинних аналізів ". "Те, що роблять ці компанії, вказує на те, як виглядає майбутнє медицини", - сказав Грін.
Доктор Річард Гіббс, директор Центру секвенування геному людини при Медичному коледжі Бейлора, Х'юстон, каже, В даний час близько 20-30 компаній працюють над розробкою нових технологій.
Але все це не означає, що люди повинні поспішати розшифровувати свою структуру ДНК компаніям, які в даний час спеціалізуються на таких процедурах. "Деякі компанії, які проводять такі тести, намагаються надати науково цінні дані. Однак наразі ми ще не маємо наукових даних, щоб довести, що вони справді корисні", - пояснила Френсіс. Флінтер, член Британської комісії з генетики людини.
Комісія з генетики людини, до складу якої входять члени компаній, які проводять такі тести ДНК, каже, що вони повинні переконатися, що клієнти точно розуміють, який у них підхід і яких результатів очікувати. Це також свідчить про те, що тести слід проводити лише на невиліковні захворювання, такі як хвороба Хантінгтона або Паркінсона, а клієнти повинні отримувати консультації до і після тестування.. Що стосується інших тестів, люди повинні усвідомлювати обмеження та відносну роль, яку вони відіграють у їхній еволюції, генетиці та способі життя.
"Для переважної більшості людей рішення про спосіб життя, ймовірно, суттєво вплинуть на здоров'я"., - сказав Флінтер. Коллінз передплачує. Зрештою, найсерйозніші хвороби, з якими стикається населення розвинених країн: рак, серцево-судинні захворювання, інсульт, діабет - все це можна в значній мірі запобігти за допомогою фізичних вправ, уникати тютюну, вживаючи їжу з низьким вмістом цукру та жиру, бажано овочі та фрукти.
Однак у Коллінза немає членів сім'ї, які хворіли на діабет. "Кожна людина в моїй сім'ї має струнку атлетичну будову, тому, ймовірно, вони протистояли генетичним ризикам способом життя, який вони вирішили мати", - сказав він.
"Минулого літа я не був таким худим і атлетичним, коли здавав тести, і це привернуло мою увагу до того, на що я повинен був би приділити більше уваги давно".