Die Zukunft der Genommedizin

Herausgegeben von Christina Swords, Ph.D.

Was ist Genommedizin?

Genomik ist die Untersuchung des vollständigen genetischen Codes oder der DNA-Sequenz eines Organismus und wie die Gene, aus denen diese DNA besteht, miteinander und mit der Umwelt interagieren, um diesen Organismus zu dem zu machen, was er ist. Das menschliche Genom wurde zum ersten Mal mit Abschluss des Humangenomprojekts im Jahr 2003 sequenziert, aber bis heute sind die Funktionen vieler Teile des Genoms nicht bekannt. Wissenschaftler arbeiten immer noch daran, unser Verständnis dafür zu verbessern, wie genau sich der einzigartige genetische Code jeder Person auf ihre Eigenschaften, ihre Gesundheit und ihr Leben auswirkt.

Mit der Verbesserung der Genomsequenzierungstechnologie verbessert sich auch unser Verständnis des Genoms. Das erste vom Humangenomprojekt sequenzierte Humangenom kostete 2,7 Milliarden US-Dollar. Die Kombination aus verbesserter Verfügbarkeit der Sequenzierung und besserem Verständnis der Auswirkungen genomischer Variationen auf unsere Merkmale hat die Entstehung des Bereichs der genomischen Medizin vorangetrieben: die Anwendung der genomischen Informationen eines Individuums, um personalisierte Entscheidungen über seine medizinische Versorgung zu treffen.

Da die Verfügbarkeit der Sequenzierung des gesamten Genoms bis vor kurzem relativ begrenzt war und die Umsetzung der neuesten Forschungsergebnisse in die klinische Praxis viel Zeit in Anspruch nimmt, befindet sich die genomische Medizin noch in einem frühen Stadium. Es trägt jedoch auch heute noch erheblich zu verbesserten Behandlungsergebnissen bei, und diese Auswirkungen werden in den nächsten Jahren um Größenordnungen zunehmen, da sich unsere Fähigkeit, das Genom zu verstehen und zu analysieren, weiter verbessert.

Wie die Genomik die heutige Praxis der Medizin verändert

Während sich die Genommedizin noch in einem frühen Stadium befindet, hat sie bereits tiefgreifende positive Auswirkungen auf die klinische Diagnostik, Behandlung und Entscheidungsfindung in vielen Disziplinen der Medizin.

Seit einiger Zeit können wir mithilfe genetischer Tests einfache genetische Erkrankungen wie Mukoviszidose, Sichelzellenanämie oder Tay-Sachs-Krankheit diagnostizieren. Die jüngsten Fortschritte in der Genommedizin haben uns jedoch die Möglichkeit gegeben, Genomdaten zu verwenden, um einen Einblick in das Risiko eines Individuums zu erhalten, Zustände mit komplexeren genetischen Komponenten zu entwickeln. Ein bekanntes Beispiel ist, dass Personen mit bestimmten Mutationen im Tumor unterdrücken BRCA1 und / oder BRCA2 Gene entwickeln weitaus häufiger Brustkrebs als Personen ohne diese Mutationen. Eine Person, die durchgemacht hat Sequenzierung des gesamten Genoms mit hoher Abdeckung kann bestimmen, ob sie eine Mutation in diesen Genen haben oder nicht. In diesem Fall können sie Maßnahmen ergreifen, um das Brustkrebsrisiko zu senken, z. B. bestimmte vorbeugende hormonelle Medikamente einnehmen oder regelmäßige Brustuntersuchungen durchführen lassen.

Eine andere bemerkenswerte und relativ neue Technik zur Vorhersage des Krankheitsrisikos einer Person ist der polygene Risiko-Score. Polygene Risiko-Scores summieren die Auswirkungen der Variationen vieler verschiedener Gene eines Individuums, um einen Score zu berechnen, der die Anfälligkeit des Individuums für eine Krankheit vorhersagt. Wissenschaftler haben schnell viele neue polygene Risikobewertungen erstellt, um die Anfälligkeit für viele Erkrankungen vorherzusagen. Einige Risikobewertungen, über die heute in Gentests häufig berichtet wird, geben Auskunft über das Risiko einer Person, in Zukunft Herzkrankheiten und Typ-2-Diabetes zu entwickeln.

Neben der Vorhersage des Krankheitsrisikos und der Unterstützung vorbeugender Maßnahmen wird die genomische Medizin bereits eingesetzt, um Patienten personalisierte Therapeutika zu verabreichen, die wirksamer sind als herkömmliche Therapeutika. Eines der führenden Gebiete, in denen die Genommedizin zu diesem Zweck eingesetzt wird, ist die Onkologie. Durch die Sequenzierung von Proben aus dem Tumor eines Patienten können Ärzte Behandlungen empfehlen, die darauf basieren, welche Mutationen der Tumor besitzt. Da diese Behandlungen auf den Tumor abzielen, basierend auf Mutationen, die ihn von den normalen Zellen im Körper unterscheiden, sind sie normalerweise signifikant wirksamer und verursachen weniger Nebenwirkungen als herkömmliche Krebsbehandlungen wie Chemotherapie und Bestrahlung. Ein relativ bekanntes Beispiel für eine solche Behandlung ist die Klasse von Krebsimmuntherapeutika, die als Checkpoint-Inhibitoren bekannt sind und zur Behandlung verschiedener Krebsarten eingesetzt werden. Einige dieser Medikamente zielen auf das Protein PD-L1 ab, das von der kodiert wird CD274 Gen und hilft Krebszellen, sich der Erkennung durch das Immunsystem zu entziehen. Indem wir eine Tumorprobe sequenzieren und prüfen, ob der Tumor PD-L1 in einem hohen Anteil seiner Zellen exprimiert oder nicht, können wir einen Einblick in die Wahrscheinlichkeit gewinnen, dass diese Medikamente diesen Tumor effektiv behandeln können. Um zu betonen, wie aktuell der genomische Ansatz in der Onkologie ist, war die Zulassung eines Checkpoint-Inhibitors, Pembrolizumab, durch die FDA im Jahr 2017 das erste Mal, dass ein Krebsmedikament auf der Grundlage der Tumorgenetik anstelle des Gewebetyps oder der Tumorstelle zugelassen wurde.

Dieser Ansatz der Anpassung von Behandlungen auf der Grundlage genetischer Profile ist jedoch nicht auf Tumore und Onkologie beschränkt. Das aufstrebende Gebiet der Pharmakogenomik, eine Anwendung der Genommedizin, verwendet Informationen über das Genom einer Person, um festzustellen, welche Medikamente und Behandlungen für ihre Bedürfnisse am besten geeignet sind. Die Pharmakogenomik gewinnt derzeit in der Psychiatrie an Bedeutung, da neuere Studien gezeigt haben, dass das genetische Profil einer Person verwendet werden kann, um zu bestimmen, welches Antidepressivum und welche Antipsychotika für sie am wirksamsten sind.

Einer der neuesten Fortschritte in der Genommedizin ist die Gentherapie, bei der eine Störung behandelt wird, indem ein Gen in die Zellen eines Patienten eingefügt oder ein mutiertes Gen inaktiviert wird, das nicht ordnungsgemäß funktioniert. Eine übliche Methode, dies zu tun, besteht darin, bestimmte Arten von Viren auszunutzen, die in Zellen eindringen und ihre eigene DNA in die Chromosomen der Zelle injizieren. Wissenschaftler verwenden modifizierte Viren, die anstelle ihres eigenen genetischen Materials nützlichen genetischen Code injizieren, um Gene zu reparieren, die nicht richtig funktionieren. Auf diese Weise können sie genetische Krankheiten behandeln und manchmal heilen. Derzeit gibt es nur eine Handvoll Gentherapien von der FDA zugelassen zur klinischen Anwendung in den USA zur Behandlung von Erkrankungen wie Muskelatrophie der Wirbelsäule oder Netzhautdystrophie. Derzeit werden jedoch viele neue Therapien klinisch getestet.

Die Zukunft der Genommedizin

Obwohl es sich um ein relativ neues Gebiet handelt, hat die genomische Medizin bereits viele Aspekte der Gesundheitsversorgung erheblich verändert. Da sich jedoch unsere Fähigkeit, das Genom zu verstehen und zu analysieren, im Laufe der Zeit verbessert, werden die Auswirkungen der medizinischen Genomik drastisch zunehmen.

Die Kosten für die Sequenzierung des gesamten Genoms sind exponentiell gesunken und werden dies auch in Zukunft tun, bis sie zu einem für alle erschwinglichen Preis verfügbar sind. Als andere Probleme, die verhindern, dass Personen sequenziert werden, wie z Privatsphäre Bedenken werden ebenfalls angesprochen, es wird einen signifikanten Aufschwung bei sequenzierten Personen geben und eine Explosion von Genomdaten, die für Forschungszwecke zur Verfügung stehen. Mit diesen Daten können Forscher unser Verständnis des menschlichen Genoms schneller verbessern und die Fähigkeiten der Genommedizin erheblich erweitern.

Größere genomische Datensätze ermöglichen es Forschern, ein besseres Verständnis des Ausmaßes zu erlangen, in dem viele Krankheiten und Zustände durch die Genetik eines Individuums verursacht werden, und eine verbesserte Fähigkeit, die Veranlagung von Individuen für verschiedene Krankheiten anhand ihrer genomischen Informationen zu messen. Ein besseres Verständnis der Genetik, die bestimmten Zuständen zugrunde liegt, wird auch dazu beitragen, Einblicke in die zellulären Mechanismen zu erhalten, die diesen Zuständen zugrunde liegen, und den Wissenschaftlern neue Einblicke in die Entwicklung von Heilmitteln geben. Auf diese Weise können Personen, deren Genome sequenziert wurden, weitaus umfassendere, personalisierte Einblicke in die Krankheiten gewinnen, für die sie anfällig sind, und umsetzbare Informationen über vorbeugende Maßnahmen erhalten, die sie in Bezug auf ihren Lebensstil und ihre Umgebung ergreifen können, um ihre Chancen auf ein jemals aufgetretenes Leben zu verringern diese Bedingungen.

Wichtig ist, dass auch die genetischen Elemente, die häufigeren Erkrankungen zugrunde liegen, besser verstanden werden. Wenn Ihr Genom Sie beispielsweise für Fettleibigkeit prädisponiert, informiert Sie Ihr Arzt und gibt Ihnen persönliche Ratschläge zu Änderungen des Lebensstils, um zu verhindern, dass Sie fettleibig werden. Die Forschung zur Genetik, die vielen häufigen Erkrankungen wie Herzkrankheiten und Diabetes zugrunde liegt, hat bereits begonnen, ist jedoch noch nicht gut verstanden.

Insbesondere Personen mit seltene Krankheiten profitieren von einer erhöhten Verfügbarkeit der Genomsequenzierung. Da es nicht viele Patienten mit seltenen Krankheiten gibt, ist es für Forscher schwierig, Zugang zu genügend Daten für Studien zu diesen Krankheiten zu erhalten. Wenn die Genomsequenzierung für die Forschung erschwinglicher, ansprechender und zugänglicher wird, können Forscher die Daten erhalten, die sie benötigen, um die diesen Erkrankungen zugrunde liegende Genetik zu verstehen und bessere Diagnostika und Therapeutika zu entwickeln.

Darüber hinaus würde die breitere Verfügbarkeit der Genomsequenzierung es uns ermöglichen, die Prävalenz vieler genetischer Störungen mit einfachen Vererbungsmethoden wie Mukoviszidose oder Tay-Sachs-Krankheit stark zu reduzieren oder vollständig zu eliminieren. Wenn jeder sequenziert ist und weiß, ob er Träger für einige dieser Störungen ist oder nicht, kann er Vorsichtsmaßnahmen treffen, um sicherzustellen, dass seine Nachkommen die Bedingungen nicht erben. Eine Möglichkeit ist beispielsweise die In-vitro-Fertilisation, um sicherzustellen, dass der Zustand nicht an die Nachkommen weitergegeben wird. Durch die Beseitigung oder Verringerung der Prävalenz dieser Störungen können viele Menschen am Leiden gehindert und das Gesundheitssystem effizienter gestaltet werden.

Da die Mechanismen, die genetischen Krankheiten zugrunde liegen, besser verstanden und Geneditierungstechniken wie CRISPR-Cas9 perfektioniert werden, können wir diese Techniken in großem Maßstab zur Behandlung vieler genetischer Krankheiten einsetzen. Mit der Gen-Bearbeitung können Wissenschaftler genetische Störungen behandeln oder sogar heilen, indem sie die genetischen Varianten, die sie verursachen, verändern und die normale Funktion wiederherstellen. Solange die Keimbahnzellen (Eier und Spermien) nicht bearbeitet werden, sollten diese genetischen Veränderungen nicht an die Nachkommen der behandelten Personen weitergegeben werden.

Was Verbraucher über persönliche Genomik wissen sollten

Es ist klar, dass die Vorteile der Weiterentwicklung der Genommedizin groß sein werden. Es gibt jedoch Bedenken in Bezug auf Genomik und Datenschutz, die jeder, der möglicherweise an einer genomischen Medizin oder Forschung teilnehmen möchte, berücksichtigen sollte. Wenn Sie Ihr Genom sequenziert haben, damit Sie teilnehmen können, sollten Sie wissen, wer danach Zugriff auf Ihre Daten hat. Viele aktuelle direkt an Verbraucher Gentests Unternehmen verkaufen die Daten ihrer Benutzer an Pharmaunternehmen . Wir sind der festen Überzeugung, dass es von Vorteil ist, Forschern mehr Genomdaten zur Verfügung zu stellen. Wir sind jedoch der Ansicht, dass Ihre Genomdaten Ihnen gehören. Daher sollten Sie die vollständige Kontrolle darüber haben, wer genau auf Ihre Daten zugreifen kann. Aus diesem Grund haben Sie auf der Nebula-Plattform die Wahl, ob Sie Ihre anonymisierten Genomdaten von Fall zu Fall an Forscher weitergeben möchten oder nicht, und werden belohnt, wenn Sie diese für sie freigeben.

Abhängig von Ihrem Wohnort können Versicherungsunternehmen außerdem Ihre Genomdaten verwenden, um Preise für Sie festzulegen. In den Vereinigten Staaten ist die Gesetz zur Nichtdiskriminierung genetischer Informationen von 2008 (GINA) verhindert, dass Krankenkassen Personen aufgrund ihrer genetischen Daten diskriminieren. Andere Arten von Versicherungsunternehmen wie Leben oder Behinderung können Ihre Daten jedoch weiterhin verwenden, um Preise festzulegen, wenn sie dies wünschen. Bei Nebula entwickeln wir uns weiter kryptografische Techniken um sicherzustellen, dass nur Sie und diejenigen, mit denen Sie Ihre Daten ausdrücklich teilen, sie sehen können.

Es ist erwähnenswert, dass mit fortschreitender genomischer Medizin auch die Datenschutzrisiken für Einzelpersonen zunehmen werden. Wissenschaftler arbeiten bereits an Algorithmen, um sie generieren zu lassen eine Annäherung an das Gesicht einer Person unter Verwendung ihrer genomischen Daten. Wenn diese Techniken in Zukunft weiterentwickelt werden, wird es für Menschen noch einfacher sein, Ihre anonymisierten Genomdaten zu verwenden, um Sie zu identifizieren und sehr große Mengen an Informationen über Sie zu erhalten.

Letztendlich hat die Genommedizin das Potenzial, die Gesundheitsversorgung außerordentlich positiv zu verändern, wenn Forschern mehr Genomdaten zur Verfügung gestellt werden. Wir müssen jedoch sorgfältig sicherstellen, dass diese Daten ethisch und gerecht verwendet werden. Unser Ziel bei Nebula ist es, Ihnen zu ermöglichen, zu einem erschwinglichen Preis sequenziert zu werden und gleichzeitig das Eigentum an Ihren Daten zu behalten. Außerdem können Sie diese Daten sicher und anonym an Forscher weitergeben, um die genomische Medizin voranzutreiben, wenn Sie dies wünschen.