Будущее геномной медицины

Под редакцией Кристины Сордс, доктора философии.

Что такое геномная медицина?

Геномика – это изучение полного генетического кода или последовательности ДНК организма, а также того, как гены, образованные этой ДНК, взаимодействуют друг с другом и окружающей средой, чтобы сделать этот организм тем, чем он является. Геном человека был впервые секвенирован после завершения проекта “Геном человека” в 2003 году, но до сих пор функции многих частей генома не изучены. Ученые все еще работают над улучшением нашего понимания того, как именно уникальный генетический код каждого человека влияет на его черты характера, его здоровье и их жизнь.

По мере совершенствования технологии секвенирования генома растет и наше понимание генома. Первый геном человека, секвенированный в рамках проекта «Геном человека», стоил 2,7 миллиарда долларов. Сочетание улучшенной доступности секвенирования и более глубокого понимания того, как вариации генома влияют на наши черты характера, стимулировало появление области геномной медицины: применение геномной информации человека для помощи в принятии персонализированных решений относительно его медицинского обслуживания.

Поскольку доступность полногеномного секвенирования до недавнего времени была довольно ограниченной, а внедрение передовых исследований в клиническую практику требует значительного времени, геномная медицина все еще находится на начальной стадии. Однако даже сегодня он вносит значительный вклад в улучшение результатов лечения, и в следующие годы это влияние возрастет на порядки, поскольку наша способность понимать и анализировать геном продолжает улучшаться.

Как геномика меняет медицинскую практику сегодня

Хотя геномная медицина все еще находится на начальной стадии, она уже оказала глубокое положительное влияние на клиническую диагностику, лечение и инструменты принятия решений во многих областях медицины.

В течение некоторого времени у нас была возможность использовать генетические тесты для диагностики простых генетических заболеваний, таких как кистозный фиброз, серповидно-клеточная анемия или болезнь Тея-Сакса. Однако недавние достижения в области геномной медицины дали нам возможность использовать геномные данные для понимания индивидуального риска развития состояний с более сложными генетическими компонентами. Хорошо известным примером является то, что люди с определенными мутациями в подавлении опухоли BRCA1 и / или BRCA2 гены гораздо более склонны к развитию рака груди, чем люди без этих мутаций. Лицо, прошедшее секвенирование полного генома с высоким охватом могут определить, есть ли у них мутации в этих генах. Если они это сделают, они могут принять меры для снижения риска рака груди, например принять определенные профилактические гормональные препараты или проходить регулярные обследования груди.

Другой примечательный и относительно недавний метод прогнозирования индивидуального риска заболевания – это полигенная оценка риска. Полигенные оценки риска суммируют эффекты индивидуальных вариаций множества различных генов для расчета оценки, которая позволяет прогнозировать предрасположенность человека к заболеванию. Ученые быстро создали много новых полигенных оценок риска, чтобы предсказать восприимчивость ко многим состояниям. Некоторые оценки риска, которые сегодня обычно регистрируются в генетических тестах, предоставляют информацию о риске индивидуального развития сердечных заболеваний и диабета 2 типа в будущем.

Помимо прогнозирования риска заболевания и оказания помощи в профилактических действиях, геномная медицина уже используется для назначения пациентам индивидуализированных терапевтических средств, которые более эффективны, чем традиционные терапевтические препараты. Одна из ведущих областей применения геномной медицины для этих целей – онкология. Секвенируя образцы опухоли пациента, врачи могут рекомендовать методы лечения, основанные на мутациях, которыми обладает опухоль. Поскольку эти методы лечения нацелены на опухоль на основе мутаций, которые отличают ее от нормальных клеток организма, они обычно значительно более эффективны и вызывают меньше побочных эффектов, чем традиционные методы лечения рака, такие как химиотерапия и облучение. Относительно хорошо известным примером одного такого лечения является класс препаратов для иммунотерапии рака, известных как ингибиторы контрольных точек, которые используются для лечения нескольких различных типов рака. Некоторые из этих препаратов воздействуют на белок PD-L1, который кодируется CD274 ген и помогает раковым клеткам ускользать от обнаружения иммунной системой. Следовательно, секвенировав образец опухоли и проверив, экспрессирует ли опухоль PD-L1 в значительной части своих клеток, мы можем получить представление о шансах, что эти препараты будут способны эффективно лечить эту опухоль. Чтобы подчеркнуть, насколько передовым является подход геномной медицины к онкологии, одобрение FDA в 2017 году одного ингибитора контрольной точки, пембролизумаба, было первым случаем, когда оно одобрило лекарство от рака, основанное на генетике опухоли, а не на типе ткани или месте опухоли.

Однако этот подход к индивидуальному подходу к лечению на основе генетических профилей не ограничивается опухолями и онкологией. Развивающаяся область фармакогеномики, приложения геномной медицины, использует информацию о геноме человека, чтобы помочь определить, какие лекарства и методы лечения лучше всего подходят для их нужд. Фармакогеномика в настоящее время набирает обороты в психиатрии, поскольку недавние исследования показали, что генетический профиль человека можно использовать для определения того, какой антидепрессант и какие антипсихотические препараты будут для него наиболее эффективными.

Одним из самых передовых достижений в геномной медицине является генная терапия, когда заболевание лечится путем встраивания гена в клетки пациента или инактивации мутировавшего гена, который функционирует неправильно. Распространенный метод достижения этого – использование определенных типов вирусов, которые проникают в клетки и вводят свою собственную ДНК в хромосомы клетки. Ученые используют модифицированные вирусы, которые вводят полезный генетический код вместо своего собственного генетического материала, чтобы исправить гены, которые не функционируют должным образом. Таким образом они могут лечить, а иногда и излечивать генетические заболевания. В настоящее время только несколько методов генной терапии одобрен FDA для клинического использования в США для лечения таких состояний, как спинальная мышечная атрофия или дистрофия сетчатки. Тем не менее, многие новые методы лечения в настоящее время проходят клинические испытания.

Будущее геномной медицины

Хотя это относительно новая область, геномная медицина уже внесла значительные изменения во многие аспекты здравоохранения. Однако по мере того, как наша способность понимать и анализировать геном со временем улучшается, влияние медицинской геномики резко возрастет.

Стоимость полногеномного секвенирования упала в геометрической прогрессии и будет продолжать расти в будущем, пока не станет доступной по цене, доступной для всех. Как и другие проблемы, которые мешают людям получить последовательность, например Конфиденциальность Проблемы также решаются, произойдет значительный рост числа людей, которым проводится секвенирование, и взрыв геномных данных, доступных для использования в исследованиях. Благодаря этим данным исследователи смогут быстрее улучшить наше понимание генома человека, значительно расширив возможности геномной медицины.

Большие наборы геномных данных позволят исследователям лучше понять, в какой степени многие заболевания и состояния вызваны генетикой человека, а также улучшить способность оценивать предрасположенность людей к различным заболеваниям на основе их геномной информации. Более глубокое понимание генетики, лежащей в основе конкретных состояний, также поможет понять клеточные механизмы, лежащие в основе этих состояний, что даст ученым новое понимание того, как разработать лекарства. Благодаря этому люди, чьи геномы секвенированы, смогут получить гораздо более полное и персонализированное представление о том, к каким заболеваниям они подвержены, и получить действенную информацию о профилактических мерах, которые они могут предпринять в отношении своего образа жизни и окружающей среды, чтобы снизить свои шансы когда-либо испытать эти условия.

Важно отметить, что генетические элементы, лежащие в основе более распространенных состояний, также будут лучше поняты. Например, если ваш геном предрасполагает вас к ожирению, ваш врач проинформирует вас и даст вам индивидуальный совет по изменению образа жизни, чтобы помочь предотвратить ожирение. Уже начались исследования генетики, лежащей в основе многих распространенных заболеваний, таких как болезни сердца и диабет, но они еще недостаточно изучены.

В частности, лица с редкие болезни могут выиграть от увеличения доступности геномного секвенирования. Поскольку пациентов с редкими заболеваниями не так много, исследователям сложно получить доступ к достаточному количеству данных для изучения этих заболеваний. Сделав геномное секвенирование более доступным, привлекательным и доступным для исследований, исследователи смогут получить данные, необходимые для понимания генетики, лежащей в основе этих состояний, и разработки более эффективных методов диагностики и лечения.

Кроме того, более широкая доступность геномного секвенирования позволит нам значительно снизить или полностью исключить распространенность многих генетических нарушений с помощью простых методов наследования, таких как кистозный фиброз или болезнь Тея-Сакса. Если все исследованы и осведомлены о том, являются ли они носителями некоторых из этих заболеваний, они могут принять меры предосторожности, чтобы гарантировать, что их потомство не унаследует эти заболевания. Например, один из вариантов – использовать экстракорпоральное оплодотворение, чтобы гарантировать, что это заболевание не передается их потомству. Путем устранения или снижения распространенности этих расстройств можно предотвратить страдания многих людей и сделать систему здравоохранения более эффективной.

Наконец, по мере того, как механизмы, лежащие в основе генетических заболеваний, будут лучше изучены, а методы редактирования генов, такие как CRISPR-Cas9, будут усовершенствованы, мы сможем использовать эти методы в больших масштабах для лечения многих генетических заболеваний. С помощью редактирования генов ученые смогут лечить или даже излечивать генетические нарушения, изменяя те генетические варианты, которые их вызывают, и восстанавливая нормальное функционирование. Пока клетки зародышевой линии (яйцеклетки и сперматозоиды) не редактируются, эти генетические изменения не должны передаваться потомкам людей, прошедших лечение.

Что потребители должны знать о личной геномике

Ясно, что преимущества развития геномной медицины будут огромными. Тем не менее, существуют опасения относительно геномики и конфиденциальности, о которых должен знать любой, кто потенциально собирается участвовать в геномной медицине или исследованиях. Если ваш геном секвенирован, чтобы вы могли участвовать, вы должны знать, кто будет иметь доступ к вашим данным впоследствии. Многие компании, занимающиеся генетическим тестированием, напрямую обращаются к потребителям. продавать данные своих пользователей фармацевтическим компаниям . Хотя мы явно считаем, что полезно предоставлять исследователям больше геномных данных, мы также считаем, что ваши геномные данные принадлежат вам, поэтому вы должны полностью контролировать, кто именно получает доступ к вашим данным. Вот почему платформа Nebula дает вам право выбора, предоставлять ли ваши анонимные геномные данные исследователям в индивидуальном порядке, и вознаграждает вас, если вы решите поделиться ими с ними.

Кроме того, в зависимости от того, где вы живете, страховые компании могут использовать ваши геномные данные, чтобы устанавливать для вас цены. В Соединенных Штатах Закон о недискриминации в отношении генетической информации 2008 г. (GINA) предотвращает дискриминацию страховых компаний в отношении людей на основании их генетических данных. Однако другие типы страховых компаний, такие как страхование жизни или инвалидности, могут по-прежнему использовать ваши данные для установления цен, если они того пожелают. В Nebula мы разрабатываем криптографические методы чтобы убедиться, что только вы и те, с кем вы явно хотите поделиться своими данными, можете их видеть.

Стоит отметить, что по мере развития геномной медицины риски конфиденциальности, связанные с отдельными людьми, также будут расти. Ученые уже работают над алгоритмами, позволяющими им генерировать приближение лица человека используя свои геномные данные. По мере развития этих методов в будущем людям будет еще проще использовать ваши анонимные геномные данные для идентификации вас и получения очень большого количества информации о вас.

В конечном итоге геномная медицина может внести необычайно положительные изменения в здравоохранение, если исследователям будет предоставлено больше геномных данных, но мы должны тщательно следить за тем, чтобы эти данные использовались этично и справедливо. Наша цель в Nebula – предоставить вам возможность секвенирования по доступной цене, сохраняя при этом право собственности на ваши данные, и дать вам возможность безопасно и анонимно делиться этими данными с исследователями, чтобы помочь прогрессу геномной медицины, если вы того пожелаете.