Budoucnost DNA se odehrává právě teď | ASU News

„To je jedna věc, kterou nikdo nečekal,“ řekl Cook-Deegan. Schopnost identifikovat genetické rozdíly mezi populacemi má obrovské důsledky pro sledování původu, včetně studia starověké DNA. Umožnila vědcům nahlédnout do regionálního původu, migračních vzorců a dalších oblastí.

V současné době sice vědci již využili potenciál přirozeně se vyskytujícího systému editace genomu známého jako CRISPR-Cas9 ke genetické modifikaci dětí v děloze, Cook-Deegan však varuje, že se toho musíme ještě hodně naučit.

„Jsme ve fázi batolete,“ řekl. „Přichází prostě tolik údajů a o tolika věcech toho víme tak málo. Pochopení genomu není jen o tom, jaké geny máte, ale o pochopení toho, proč a jak a kdy se zapínají a vypínají… … Této práci regulačních spínačů stále vůbec nerozumíme. Jsme teprve na samém začátku toho, abychom tomu byli schopni porozumět. To bude trvat ještě asi sto let.“

Genom řídí precizní medicínu

Od 18. do 20. století byl dominantním nástrojem lékaře mikroskop. Podívali se na buňky nebo tkáně pod mikroskopem a pak řekli: „Tento pacient má nemoc X, Y nebo Z,“ na základě toho, jak se buňky jevily. Bylo to velmi dobré a posunulo to zdravotní péči o velký kus cesty.

Poté byl zahájen projekt lidského genomu. Jednalo se o největší společný biologický projekt na světě, mezinárodní vědecký výzkumný projekt, jehož cílem bylo určit sekvenci lidské DNA a identifikovat a zmapovat všechny geny lidského genomu z fyzikálního i funkčního hlediska. Byl dokončen v roce 2003.

„Precizní medicína je v podstatě způsob, jak vyladit způsob, jakým léčíme naše pacienty,“ řekl LaBaer. „U personalizované medicíny měli lékaři jako já vždycky pocit, že personalizujeme léčbu. Neléčíme populaci, léčíme jednotlivce.“

Když LaBaer chodil ve 20. století na medicínu, člověk se podíval na určité buňky a tkáně v prsu pod mikroskopem a řekl „infiltrující duktální karcinom prsu“. To byla patologická terminologie pro rakovinu prsu. Nyní lékaři vědí, že jedno onemocnění pod mikroskopem je jako sedm nebo osm různých molekulárních onemocnění, pokud se podíváte hlouběji. Existuje luminální typ A, luminální typ B, typ HER2, existuje triple negativní typ a tak dále. A tyto různé typy se chovají různě při různých chemoterapiích. Reagují také na specifické terapie, které pro ostatní nejsou k dispozici. A to je jen rakovina prsu. Stejné věci platí i pro jiné typy rakoviny a také pro jiná onemocnění.

„V 21. století se na tyto molekuly díváme více a mnohem více rozumíme tomu, jak přispívají k onemocnění, co nám říkají o prognóze pacienta a jaké možnosti terapie můžeme přinést,“ řekl LaBaer.

Projekt lidského genomu poprvé nastínil kompletní seznam lidských částí. Pohled na lidský genom nám v podstatě řekl všechny různé geny, které tam jsou. To byl první krok, a to velký. Ale tento projekt se zabýval genomy několika lidí a lidé se velmi liší.

V roce 2018 byl americkou vládou zahájen výzkumný program All of Us. Jeho cílem je rozšířit precizní medicínu na všechna onemocnění vytvořením národní výzkumné kohorty 1 milionu nebo více amerických účastníků. Zapojit se může každý, kdo je starší 18 let a žije ve Spojených státech.

Všichni máme pravděpodobnost, že onemocníme různými chorobami. Když však onemocníme, mohou se naše výsledky u jednotlivých osob se stejným onemocněním lišit. Z velké části je to důsledek našich rozdílných genomů.

„Jak porozumíme této variabilitě?“ LaBaer řekl. „Jaká je variabilita mezi námi a jak pochopení této variability pomůže předpovědět rizika onemocnění a/nebo reakce na onemocnění, když se objeví? Katalogizací všech těchto informací se o těchto druzích faktorů dozvíme mnoho nového. To je to, co pro nás (All of Us) dělá.“

Existují limity toho, co informace o genomu mohou udělat pro riziko onemocnění. LaBaerova oblíbená metafora zní, že genom je recept, ale lidé, kteří dostanou stejný recept, mohou připravit jídla, která budou chutnat trochu jinak.

„Genom je výchozí bod, ale není to odpověď na všechno.“

– Joshua LaBaer, profesor a výkonný ředitel Biodesign Institute ASU.

Genom je plán, jak vytvořit člověka. Lidé se od genomu trochu liší, protože dochází k jejich opotřebení. Věci se rozbíjejí. Někdy se lidé zlomí, i když se vždycky zdáli být v pořádku, jako třeba veganský sportovec, u kterého se po čtyřicítce objeví cukrovka.

„Genom nám nutně neříká, co se s člověkem stane,“ řekl LaBaer. „Dává nám matematickou možnost věcí, které by se dané osobě mohly stát. … Genom nám může říci pravděpodobnost, že budeme schopni metabolizovat určité léky určitým způsobem. … Tomu se říká farmakogenomika a je to velmi důležité. Genom je výchozím bodem, ale není odpovědí na všechno.“

Je mnoho věcí, které by lidé měli o informacích z DNA vědět, řekl LaBaer. Přestože lze sekvenovat celý lidský genom, ví se poměrně málo o tom, jak jej interpretovat.

„Pokud vám někdo řekne: ‚Aha, my vám osekvenujeme genom a tím se všechno vyřeší‘, pravděpodobně to není pravda,“ řekl. „Téměř jistě to není pravda. Určitě jsou některé z těchto prvků užitečné. Existují známé genetické poruchy, které můžete odhalit.“

Zda budete mít srdeční onemocnění nebo určitý typ rakoviny, to většinou to, co je nyní známo, nedokáže předpovědět. A na rozdíl od toho, co vidíte v televizi, sekvenování genomu vám nedokáže říct, zda je váš původ albánský nebo lotyšský. Na co si mají spotřebitelé dávat pozor?

„Musíte si dávat pozor na to, jaké sliby se dávají ohledně toho, co se z toho dozvíte,“ řekl LaBaer. „Mnoho těchto společností původně slibovalo lidem všechny ty lékařské hodnoty a FDA je donutila od tohoto tvrzení ustoupit. Nyní se většina z nich propaguje tak, že mluví o vašem dědictví. I tam si myslím, že spousta toho, co se slibuje, je v tuto chvíli trochu přeprodaná. Když lidé říkají, že máte 30 procent toho a 15 procent onoho, nevím, co to znamená. Nevím, nakolik je to v tuto chvíli pochopeno. … DNA je užitečná pouze tehdy, pokud jsou k ní připojené klinické informace také přesné. Často tomu tak není.“

LaBaer varuje, že se vyplatí podívat se na drobné písmo kvůli ochraně osobních údajů. Některé společnosti sekvenující genomy prodávají tyto informace jiným společnostem pro výzkumné účely. Teoreticky nejsou identifikovány jako vaše. Řeknou, že je to od bělošské třicátnice, nebo něco v tom smyslu. Mnoho jejich obchodních modelů není založeno na poplatcích, které jste zaplatili, ale na poplatcích z prodeje sekvence někomu jinému. A jak je uvedeno v jiných částech tohoto seriálu, neexistují žádné právní překážky, aby do některé z těchto společností nevstoupily orgány činné v trestním řízení a nepodívaly se, co mají.

Nalézání řešení pomocí genových terapií

Když v roce 2012 vtrhl na scénu nástroj pro úpravu genů CRISPR, vědci v něm okamžitě spatřili potenciál pro léčbu genetických onemocnění. Samira Kianiová vybudovala svou kariéru na základě svého nadšení pro aplikaci technologie CRISPR v syntetické biologii. Jako odborná asistentka na Fakultě biologického a zdravotnického systémového inženýrství založila svůj výzkumný program, jehož cílem je spojit technologii CRISPR se syntetickou biologií a vyvinout bezpečnější a kontrolovatelnou genovou terapii.

Je tento potenciál reálný? Jak životaschopná jsou řešení?

Podle Kianiho existují tři hlavní oblasti, které může CRISPR potenciálně ovlivnit. První z nich je genová terapie: Pacienti s formálními genetickými chorobami, jako jsou metabolická onemocnění nebo poruchy imunity, mají nějaký druh vadných genů.

„Pomocí CRISPR můžeme tyto vadné geny narušit nebo opravit,“ řekl Kiani. „Tentokrát by nám CRISPR umožnil přesně určit typ genů, které již v lidské DNA existují, a ty prostě upravit, opravit nebo narušit vadné geny.“

Další potenciální aréna pro CRISPR by spočívala v opravě genů náchylnosti, které ohrožují lidi nemocemi, jako je cukrovka, rakovina a ateroskleróza. Dodávacím zařízením by se CRISPR dostal do těla pacienta. Nástroj by se dostal do určitého orgánu a změnil by geny.

„CRISPR by nám v určitém okamžiku – řekněme za pět nebo deset let – umožnil vyvinout určitou formu genové terapie pomocí CRISPR a jít a modulovat tyto geny tak, aby již skutečně nezpůsobovaly náchylnost k těmto nemocem,“ řekl Kiani.

Třetí využití pro lidské zdraví, které Kiani uvádí, je oprava vadného genu na úrovni embrya. Pokud by například pár měl geny, které by okamžitě vedly k onemocnění plodu, mohl by provést oplodnění in vitro a geny by mohly být opraveny na úrovni embrya. Opravené embryo by pak mohlo být implantováno.

CRISPR se také používá k diagnostice některých genetických onemocnění nebo virů, které mohou infikovat buňky, jako je HPV, HIV nebo ebola.

Klinické aplikace jsou podle Kianiho možné do pěti až deseti let. Technologie se rychle vyvíjí – ale má to háček.

Spisovatel science fiction William Gibson slavně řekl: „Budoucnost je tady. Jen ještě není široce rozšířená.“ Vycestujte z velkoměsta do venkovského městečka nebo z průmyslově vyspělé země do rozvojové a nerovnoměrné rozšíření čehokoli vyspělého je zřejmé.

„S takovými technologiemi budete čelit všem problémům s přístupem a rovností přístupu,“ řekl Kiani. „Jak to udělat, aby si to mohl dovolit každý lékař v ordinaci? Pokud mluvíme s ohledem na dostupnost pro pacienty v každé ordinaci, řekl bych, že je to delší časový horizont – možná 15 nebo 20 let. Tak jako se vyvíjí jakákoli nová technologie – internetová technologie nebo iPhone – pokaždé, když se tyto nové technologie vyvíjejí, mají k nim bohatí (lidé) lepší přístup. Takže bych řekl, že jakmile se tato technologie rychle vyvine, bude buď dostupná lidem s více penězi, nebo se k ní musí přidat vlády a pojišťovny, aby ji pacientům skutečně zpřístupnily.“

Spinální svalová atrofie je vysilující, svaly ničící onemocnění způsobené odumíráním nervových buněk v páteři. Úřad FDA schválil prodej nového léku na léčbu tohoto onemocnění. Lék přiměje míšní neurony, aby k produkci bílkovin používaly jiný gen, což umožní pacientovi přežít. Má to ale háček: Lék stojí 750 000 dolarů v prvním roce a poté 375 000 dolarů ročně – po celý život.

Genové terapie mají potenciál tento problém nákladů zmírnit. Vyžadují vytvoření léku specifického pro každého pacienta. Musí být navržen, přizpůsoben, podáván a sledován několika odbornými pracovníky. V současné době nic z toho není levné.

Ale na konci tohoto tunelu je světlo, řekla Kianiová.

„Tvrzení s CRISPRem je, že protože je snadnější ho znovu použít, náklady by mohly být nižší,“ řekla.

Můžeme – ale měli bychom?

Etické otázky týkající se biotechnologií byly součástí diskuse o vědě a zdravotní politice již v době, kdy se obor lidské genetiky rozběhl, mimo jiné díky výzkumu biologických zbraní, který trval až do Úmluvy o zákazu biologických zbraní v roce 1972, a nástupu zemědělských biotechnologií (které zůstávají kontroverzní dodnes).

V souvislosti s vědou o DNA docent Ben Hurlbut ze School of Life Sciences uvedl, že etické obavy vyplývají z kombinace nadějí, které byly spojovány s tím, jaké poznatky nám může lidský genom poskytnout – například schopnost léčit nemoci -, a využití, které by mohlo být v rozporu s veřejným blahem.

Hurlbut a jeho kolegové pracují na vytvoření nového druhu struktury pro řízení tohoto oboru – globální observatoře pro editaci genů, o které psal v článku pro časopis Nature v březnu 2018.

„V prvních dnech vývoje genetiky a s ní spojených technologií existovala ve vědecké komunitě tendence klást tyto velké etické otázky,“ řekl. „Ale v průběhu let k tomu došlo k určitému odporu a umlčení diskusí, které se dívají daleko dopředu.“

Cook-Deegan může potvrdit to první. Po několika letech práce na projektu lidského genomu je autorem knihy „The Gene Wars: Science, Politics, and the Human Genome“ (Genové války: věda, politika a lidský genom), osobního popisu geneze a raných fází projektu, který se zabývá také obavami ohledně dalekosáhlých lékařských a sociálních důsledků. Později založil na Dukeově univerzitě Centrum pro etiku, právo a politiku v oblasti genomu.

Zajímavé na oboru lidské genetiky je, jak poznamenal, že se začal rozvíjet ve stejné době, kdy historici na celém světě začali znovu zkoumat historii eugeniky a takzvané „rasové hygieny“, která vedla ke sterilizaci a zákazu mezirasových sňatků. S rozvojem oboru tedy rostlo i znepokojení nad tím, že se tyto neduhy znovu objevují.

Většina lidí zároveň chápala potenciální přínos genomiky pro zdraví.

„Takže od počátku probíhaly etické diskuse a souběžně s nimi snaha udělat něco s politikou, přemýšlet o právních otázkách, které bude třeba řešit,“ řekla Cook-Deeganová.

Některé z prvních etických obav v souvislosti s biotechnologiemi se týkaly biologické bezpečnosti, vojenské a průmyslové kontroly života a genetického inženýrství. V poslední době, jak zmínil Hurlbut, se situace ještě více zkomplikovala.

„Naše schopnost dělat věci daleko přesahuje naši schopnost dělat je eticky.“

– Andrew Maynard, profesor na Škole pro budoucnost inovací ve společnosti

V roce 2013 Nejvyšší soud v reakci na pokus společnosti zabývající se molekulární diagnostikou rozhodl, že izolované lidské geny nelze patentovat. Zatímco zastánci tohoto argumentu tvrdili, že patenty podpoří investice do biotechnologií a podpoří inovace v genetickém výzkumu, odpůrci tvrdili, že patentování izolovaných genů bude bránit dalšímu výzkumu nemocí a omezí možnosti pacientů, kteří chtějí genetické testy.

A je také důvod se ptát, zda se při určování léčby a předvídání zdravotních výsledků příliš nespoléháme na to, co nám DNA říká o rizikových faktorech onemocnění.

„Nejsem doktor medicíny,“ řekl Wilson, „ale například aspirin se doporučuje podávat každému, aby pomohl zabránit mrtvici. Ukázalo se, že u žen ve skutečnosti nefunguje. A to se ví už desítky let. Ale my jim ho stejně dáváme.

„Takže máme personalizovanou medicínu založenou na populacích, které nejsou reprezentativní pro lidi, na kterých pracujeme. Pokud chceme skutečně mít personalizovanou medicínu, musíme mít naše soubory dat skutečně reprezentativní pro všechny. A to teď bohužel nejsou.“

Andrew Maynard, profesor na Škole pro budoucnost inovací ve společnosti, se zabývá novými technologiemi a odpovědnými inovacemi. Ve své nové knize „Filmy z budoucnosti“ se zabývá řadou otázek týkajících se etiky práce s DNA a toho, co znamená odpovědně inovovat.

V následujících letech podle něj poroste naléhavost toho, aby se nejen vědci, ale všichni, které technologie DNA může ovlivnit, naučili, jak s ní zacházet společensky odpovědně.

„Naše schopnost dělat věci daleko převyšuje naši schopnost dělat je eticky,“ řekl. „Takže je pro nás obrovskou povinností kriticky přemýšlet o tom, co děláme, a vést o tom otevřenou diskusi.“

Modifikace genů na našich stolech

Co se týče této kontroverzní zemědělské biotechnologie, geneticky modifikované organismy existují již od počátku 70. let 20. století. Definice se různí, ale shoda panuje kolem organismu, který byl pozměněn způsobem, který by se v přírodě nevyskytoval.

Prvním organismem, jehož DNA byla pozměněna, byla bakterie, následovala myš a rostlina. Prvním organismem upraveným pro komerční účely bylo rajče Flavr Savr, které se dostalo na pulty supermarketů v roce 1994. Úřad FDA ho prohlásil za stejně bezpečné jako přírodní rajče. Cílem všech pěstitelů rajčat je, aby je bylo možné co nejdříve zpracovat a aby měla delší trvanlivost. Záměrem výrobce bylo zpomalit dozrávání. Rajčata Flavr Savrs sice měla delší trvanlivost, ale stále se musela sklízet a manipulovat s nimi jako s každým rajčetem zrajícím ve vinné révě. Společnost se potýkala se zisky, hlavně proto, že nevěděla dost o zemědělské části podnikání, a nakonec ji koupila společnost Monsanto.

Přejděme o dalších deset let dopředu a na trh se dostala společnost GloFish. Jsou tu stále, pro lidi, kteří si myslí, že tropické ryby jsou příliš fádní. V roce 2015 se na kanadské trhy dostal atlantský losos AquAdvantage. Byl upraven tak, aby dorostl do tržní velikosti za 16 až 18 měsíců namísto tří let, a jeho prodej v USA byl zpočátku zablokován. začátkem března však Úřad pro kontrolu potravin a léčiv (FDA) zrušil zákaz dovozu geneticky upravených lososů a lososích jiker.

Oya Yazgan je molekulární bioložka na College of Integrative Sciences and Arts, kde vyučuje kurz o potravinách a lidském zdraví. Její vášní je způsob výroby potravin a důsledky konzumace různých druhů potravin.

Nad geneticky modifikovanými potravinami se vznáší jedna velká otázka: Jsou bezpečné? Stručná odpověď – to nikdo pořádně neví. Byly provedeny výzkumy, které se používají jako reference pro tvrzení, že GMO jsou bezpečné, ale není to seriózní ani spolehlivá věda, řekla Yazgan.

„Musíme se na ně podívat velmi pečlivě, než si začneme zahrávat se zdravím lidí.“

– Oya Yazgan, molekulární bioložka z College of Integrative Sciences and Arts

„Studie, na které se odvolávají, jsou špatně navržené a statistické analýzy nejsou silné a dělají závěry, které nejsou vědecky podložené,“ řekla. „Máme předběžné důkazy, které potřebují silnější vědecký výzkum, který naznačuje, že existují škody, které jsou způsobeny těmito GMO. Pozorují se střevní poškození u myší a prasat. Obecně větší problém vidím v tom, že tyto studie nejsou dobře navrženy. Jsou velmi krátkodobé, když se zamyslíte nad případnými účinky. Tyto studie se zkracují. Pokud nevidíte účinky, pak z nich vyvozují, že jsou bezpečné, což je podle mého názoru a názoru mnoha dalších lidí nezodpovědné.“

Studie vyvozující, že GMO jsou bezpečné, často prováděli výzkumníci sponzorovaní průmyslem. Nezávislí výzkumníci mají opačný názor.

„Mnoho publikací, zpráv a všeho, na co se podívám, má v podstatě vazby na průmysl,“ řekl Yazgan. „Je to obrovský průmysl – každý si to uvědomuje – a mám pocit, že se to prosazuje dříve, než máme definitivní odpovědi o jejich bezpečnosti. To je také moje obava a moje frustrace z toho.“

GMO potraviny jsou v Evropské unii jako takové jasně označeny. Ve Spojených státech jsou potraviny buď organické, nebo ne.

„Existuje tento tlak, protože průmysl má silnější vliv na vědecký výzkum a publikace a na to, co se zpřístupňuje veřejnosti,“ řekl Yazgan. „V Evropě existuje více předpisů, které kontrolují uvolňování těchto GMO a také jakýchkoli jiných látek. V Evropě je větší podpora veřejnosti. V USA je větší podpora ze strany podniků.“

Jaká je nejlepší možnost pro znepokojené spotřebitele? V tuto chvíli by to bylo ekologické zemědělství, protože GMO nejsou označeny. Podle Yazgana se velké zemědělství snaží z předpisů vykroutit.

„Nejnovější technika, která se používá k modifikacím genů, se jen málo liší od těch předchozích a nezanechává stopy na DNA organismů, které mění,“ řekla. „Úřad pro kontrolu potravin a léčiv (FDA) je nepovažuje za geneticky modifikované, i když jimi jsou. Snaží se vyhnout předpisům.“

Střevní potíže, jako je syndrom dráždivého tračníku, jsou na vzestupu, ale nejsou jednoznačně spojeny s GMO.

„Musíme se na ně podívat velmi pečlivě, než si budeme zahrávat se zdravím lidí,“ řekla Yazgan.

Napsali Emma Greguska a Scott Seckel/ASU Now

Další příběhy v této sérii

• DNA vstupuje do právního bludiště s potenciálem
• Jak se vyvíjí trestní soudnictví s DNA
• Zeptejte se biologa na základní informace o DNA
• Korektura knihy života: Bezpečnější editace genů
• Antropologie se setkává s genetikou, aby vyprávěla náš společný příběh