Расшифровка последних 8% генома человека может прояснить, как развиваются многие заболевания и почему некоторые люди подвержены большему риску.
Что означает полное секвенирование генома человека для здоровья?
Дамиан Макнамара, магистр медицины
7 апреля 2022 г. В то время как ученые празднуют составление последних фрагментов генома человека — важнейшее достижение, к которому шли десятилетиями, — остальным остается только гадать, что этот прорыв может означать для нашего здоровья и благополучия.
По словам экспертов, ожидается, что благодаря этому новому исследованию будут достигнуты успехи в диагностике и лечении рака, нарушений развития, бесплодия и многих заболеваний, вызванных генетическими изменениями.
«Аллилуйя. Мы наконец-то закончили один геном человека. Это начало преобразований не только для геномных исследований, но и для клинической медицины», — сказал Эван Эйхлер, доктор философии, выступая на брифинге для СМИ, организованном Национальным институтом исследования генома человека.
«Это окажет существенное влияние на фундаментальные исследования и клиническую геномику в будущем», — говорит Карен Мига, доктор философии, директор лаборатории Мига в Калифорнийском университете в Санта-Крузе.
Мига — еще один ведущий исследователь, участвующий в исследовании консорциума Telomere-to-Telomere (T2T), который объединил сотни исследователей в рамках проекта. Название T2T имеет смысл, поскольку теломеры — это концевые колпачки нитей ДНК, и картирование всего генома человека означает расположение наших генов от одного конца к другому.
Помимо картирования новых сегментов этих строительных блоков человеческого тела, исследователи также выявили сегменты ДНК в центромерах. Центромеры расположены там, где плечи хромосом сжимаются посередине, образуя Х-образную форму.
Гены центромер важны каждый раз, когда наши клетки делятся, и связаны с раком, проблемами развития и бесплодием, — сказал Мига.
Такие заболевания, как рак или синдром Дауна, связаны с этими участками генома, сказал Эйхлер, старший автор некоторых исследований, опубликованных одновременно в журнале Science в виде пяти работ.
Благодаря технологическому прогрессу ученые впервые смогли собрать воедино более длинные области генома, содержащие множество повторяющихся, похожих участков. Один из исследователей, Майкл Шатц, доктор философии, поделился аналогией. Почти два десятилетия назад это было похоже на сборку пазла из 1000 деталей, где многие части выглядели одинаково, например, только голубое небо. Теперь, когда можно картировать более длинные последовательности ДНК, это больше похоже на сборку пазла для малыша с огромными кусочками, на которых изображены голубое небо, облака и горы».
На вопрос о том, когда новая информация о геноме будет использоваться в медицине, ответили: «Это уже происходит», — сказал Шац, профессор информатики и биологии в Университете Джона Хопкинса в Балтиморе, во время брифинга.
Знание того, какой вариант генов, унаследованных от родителей, у вас есть, и какие варианты есть в раке, «невероятно важно для лечения», — сказал он. «Например, при раке груди, в зависимости от конкретного набора мутаций, вам может быть назначена одна химиотерапия, а не другая».
«Мы уже наблюдаем это при раке и других заболеваниях с сильными генетическими компонентами», — сказал Шац.
«В будущем мы также будем иметь дело с тем, что наши последовательности глубоко проникают в наши беседы с медицинскими работниками, помогая нам лучше разбираться в нашем здоровье и благополучии», — сказал Эрик Грин, доктор медицины, доктор философии, директор Национального института исследования генома человека.
Контраст и сравнение
Наличие полной карты генома человека означает, что ее можно использовать в качестве эталона и сравнивать с другими.
«Один из самых важных ключей к пониманию того, какие гены и варианты имеют клиническое значение, — это очень простой экспериментальный проект. Мы берем тысячи людей, у которых есть заболевание, и тысячи людей, у которых этого заболевания нет, и систематически просматриваем их геномы», — говорит Шац.
Следующий шаг — выяснить, больше или меньше вероятность наличия определенных вариаций у людей с заболеванием, — говорит Шатц. По его словам, успех зависит от наличия полного, всестороннего и точного представления о вариациях.
«Используя этот новый полный геном в качестве эталона, теперь можно будет понять, как вариации в этих технически сложных последовательностях способствуют развитию человеческих черт и заболеваний, а также как они формировались под воздействием сил эволюции на протяжении всей истории человечества», — сказал Раджив Маккой, доктор философии.
Больше мозгов, пожалуйста
Новая технология, позволяющая исследователям изучать более длинные сегменты ДНК, открывает новые возможности, в том числе для людей с раком молочной железы.
«Мы находим варианты, которые никогда не встречались раньше», — говорит Шац. «Сейчас я не могу сказать, что эти новые варианты являются причинно-следственными, но тот факт, что существуют новые варианты, доступные только с помощью этой новой технологии, меня очень радует».
Даже с учетом потенциальных преимуществ в клинической медицине, «наиболее интересным для меня является то, что эти регионы несут гены, которые делают нас уникальными людьми», — сказал Эйхлер. Например, около половины генов, которые дают нам более крупный мозг, чем у обезьян, происходят именно из этих регионов, сказал он.
Разнообразие — приправа жизни?
Хотя 8% может показаться небольшим процентом, сказал Шатц, когда он и его коллеги сравнили 3202 генома с этой новой эталонной картой, они обнаружили еще более 1 миллиона вариантов.
«Теперь, когда мы полностью секвенировали первый геном человека и приступаем к следующим 100, мы начинаем видеть невероятную вариативность и вариативность, которая в значительной степени была непредвиденной», — сказал Эйхлер.
По словам Маккоя, доцента биологии Университета Джона Хопкинса, самое раннее применение будет заключаться в уменьшении количества ошибок в текущих клинических генетических тестах и исследованиях.
В более отдаленной перспективе, — говорит Маккой, — «вполне вероятно, что ученые выявят в некоторых из этих регионов генетические вариации, способствующие как редким, так и распространенным заболеваниям, которые ранее были скрыты, что может проложить путь для новых методов диагностики и терапии».
Изучая человеческое разнообразие
Ученые также планируют проанализировать сотни геномов людей из различных популяций по всему миру в рамках Консорциума по изучению пангенома человека. Одна из целей — сравнить эти геномы с эталонными геномами, чтобы лучше понять человеческое разнообразие.
«Это достижение также послужит толчком к откровенным и содержательным разговорам о справедливости и доступности здравоохранения, а также о том, как продолжить создание геномных ресурсов, свободных от предвзятости и недопредставленности», — сказал Грин. Исторически сложилось так, что генетические исследования подвергались критике за то, что в них не представлены глобальные популяции.
«Хотя потенциальные возможности безграничны, предстоит проделать большую работу, чтобы в будущем преимущества секвенирования теломер от теломеры к теломере были доступны всем», — добавил Грин.
Дальнейшие действия
По словам Маккоя, трудно предсказать сроки применения других достижений в медицине, но «скорее всего, это произойдет в ближайшие год-два».
Грин добавил: «Самое интересное, что я вижу в том, как это может быть связано со здоровьем, — это будущее медицины, где, как мы полагаем, когда-нибудь (и это уже начинает происходить) врачи будут использовать геномные последовательности для адаптации медицинского обслуживания своих пациентов».
По его словам, это первый шаг к тому, чтобы дать врачам «полное представление о пациентах».
В течение 10 лет «я хочу, чтобы это стало обычным тестом стоимостью менее 1000 долларов, чтобы вы могли прийти в клинику и получить секвенирование всего генома, чтобы обеспечить точную медицину», — сказал Адам Филлиппи, доктор философии, руководитель секции геномной информатики Национального института исследования генома человека.
Цель состоит в том, чтобы не просто каталогизировать гены, а изучить их функции».
«Вывести геномные технологии в это новое пространство и попытаться выяснить, как они регулируются в состоянии здоровья и болезни — это действительно важный следующий шаг», — сказал Мига.
«Как только люди узнали о ДНК и ее важности, они захотели узнать полную последовательность генов, и теперь мы имеем ее для одного генома», — сказал Шац.
По его словам, эффект от этого не только для человека, но и для всего живого на Земле.
«Я просто в восторге от возможностей применения в области здоровья человека, понимания популяций, очень широкого взгляда на древо жизни, охватывающего все растения, животных, вирусы, грибы — все на планете».
