Prognozy losu genetycznego właśnie stały się o wiele dokładniejsze

Wyniki poligeniczne oparte na DNA są coraz lepsze w przewidywaniu inteligencji, ryzyku typowych chorób i nie tylko. Za pomocą

• Antonio Regalado strona archiwum

21 lutego 2018

Projekt SELman

Kiedy Amit Khera wyjaśnia, w jaki sposób przewiduje chorobę, ręce młodego kardiologa dotykają powietrza, układając wyimaginowane kolumny ludzi: 30 000 osób, które doznały zawału serca tutaj, 100 000 zdrowych osób z grupy kontrolnej.

Nigdy nie było dostępnych danych na temat genów tylu ludzi, ile jest dzisiaj. A to bogactwo informacji pozwala naukowcom odgadnąć jakąkolwiek szansę na zachorowanie na powszechne choroby, takie jak cukrzyca, zapalenie stawów, zatkane tętnice i depresja.

Ta historia była częścią naszego wydania z marca 2018 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Lekarze już przeprowadzają testy na rzadkie, śmiertelne mutacje w poszczególnych genach. Pomyśl o BRCA gen raka piersi. Lub jednoliterowa mutacja, która powoduje anemię sierpowatą. Ale takie powiązania jeden-do-jednego między mutacją a chorobą – genem X – nie są widoczne w większości typowych dolegliwości. Mają one natomiast złożone przyczyny, które do niedawna pozostawały nieuchwytne.

Oto przełom: nowy sposób na odgadnięcie szansy na poważną chorobę na podstawie DNA. Jakieś wady? Obstawiasz. Technologia może doprowadzić do powstania społeczeństwa, w którym ludzie uzyskują oceny genetyczne po urodzeniu.

W dniu, w którym go odwiedziłem, Khera konstruował coś, co nazywa się poligenicznym wynikiem — poli, ponieważ jego obliczenia obejmują tysiące genów, a nie tylko jeden. Ten konkretny wynik przewidywał ryzyko wystąpienia migotania przedsionków lub nieregularnego bicia serca. Jest to powszechne zaburzenie, ale często jest diagnozowane dopiero po tym, jak ktoś został przewieziony na izbę przyjęć z udarem.

Khera wskazała na swój ekran. Tam obok ich wyników pojawiły się siedmiocyfrowe liczby, z których każda reprezentuje anonimowego dawcę DNA. Osoby odstające miały czterokrotnie większe ryzyko niż średnia.

Khera, która pracuje w laboratorium kardiologa i łowcy genów Sekara Kathiresana w Broad Institute w Cambridge w stanie Massachusetts, mówi, że nowe wyniki mogą teraz wskazywać na tak samo ryzyko choroby, jak rzadkie wady genetyczne, które do tej pory zajmowały lekarzy.

Kardiolog Amit Khera jest członkiem zespołu Broad Institute przewidującego choroby na podstawie DNA. SZYMON SIMARD

Widzę to, że w młodym wieku w zasadzie dostaniesz świadectwo, mówi Khera. I powie dla tych 10 chorób, oto twój wynik. Jesteś w 90. percentylu w przypadku chorób serca, 50. w przypadku raka piersi i najniższych 10 % w przypadku cukrzycy.

Tak obszerne karty raportów nie są jeszcze rozdawane, ale nauka, jaka je tworzy, jest tutaj. Zagłębiając się w gigantyczne bazy danych, takie jak UK Biobank, który gromadzi DNA i przechowuje dokumentację medyczną około 500 000 Brytyjczyków, genetycy zaglądają w życie większej liczby ludzi i wydobywają korelacje między ich genomami a chorobami, osobowościami, a nawet nawykami. Ostatnie polowanie na geny, dotyczące przyczyn bezsenności, objęło rekordową liczbę 1 310 010 osób.

Sama ilość materiału pozwala naukowcom takim jak Khera zobaczyć, jak złożone wzory wariantów genetycznych są powiązane z wieloma chorobami i cechami. Takie wzorce były ukryte we wcześniejszych, bardziej ograniczonych badaniach, ale teraz szukanie coraz mniejszych sygnałów w coraz większych danych się opłaca. Daj Kherze najprostszy odczyt swojego genomu — taki, jaki został stworzony za pomocą chipa do odczytywania DNA o wartości 100 dolarów, wielkości biletu do teatru — a on może zsumować twoje słabe punkty i mocne strony, tak jak liczono by to w księdze.

Takie przewidywania, na pierwszy rzut oka trafione lub chybione, stają się coraz bardziej trafne. Jeden test opisany w zeszłym roku pozwala oszacować wzrost osoby z dokładnością do czterech centymetrów na podstawie 20 000 odrębnych liter DNA w genomie. Wraz z udoskonalaniem technologii przewidywania oczekuje się, że na rynek trafi zalew testów. Lekarze w Kalifornii testują aplikacja na iPhone'a że jeśli prześlesz swoje dane genetyczne, przepowiada ryzyko choroby wieńcowej. Komercyjny test uruchomiony we wrześniu przez Myriad Genetics szacuje ryzyko raka piersi u każdej kobiety pochodzenia europejskiego, nie tylko u tych, które odziedziczyły zepsute wersje BRCA gen. Sharon Briggs, starszy naukowiec w firmie Helix, która prowadzi sklep internetowy z testami DNA, mówi, że większość tych produktów będzie wykorzystywać ocenę ryzyka w ciągu trzech lat.

Nie chodzi o to, że wyniki są nowe, mówi Briggs. Chodzi o to, że stają się znacznie lepsi. Jest więcej danych.

Małe wpływy

Kiedy dziesięć lat temu rozpoczęli pierwsze współczesne poszukiwania genów, po zakończeniu Human Genome Project, naukowcy nadal mieli nadzieję, że kilku głównych genetycznych winowajców wyjaśni powszechne choroby, takie jak cukrzyca. Spodziewam się, że [w cukrzycę] zaangażowanych jest około 12 genów i że wszystkie z nich zostaną odkryte w ciągu najbliższych dwóch lat, Francis Collins, obecnie szef amerykańskiego National Institutes of Health i jeden z wiodących graczy w sekwencjonowaniu człowieka. genom, pewnie zdeklarowany w 2006 roku.

Gdyby to okazało się prawdą, mała lista genów dałaby projektantom leków jasne, namacalne cele. To z łatwością usprawiedliwiałoby całe przedsięwzięcie, sfinansowane setkami milionów dolarów amerykańskich podatków. W przypadku kilku chorób, np. zwyrodnienia plamki, poszukiwania się opłaciły. Przeważnie jednak genetycy wciągali puste sieci. Do 2009 roku Collins a inni zaczęli ponuro mówić o brakującej dziedziczności.

Gdzie były geny powodujące choroby? Okazuje się, że wszędzie. A do 2014 roku badania genetyczne były w końcu wystarczająco duże, aby to udowodnić. Ponieważ liczba osób z cukrzycą, które zgłosiły się do badań genów, wzrosła z 661 do 10,128 do 81 412 , zaczęły napływać hity. Obecnie wiemy, że zamiast 12 genów na cukrzycę typu 2 wpływa co najmniej 400 miejsc w naszym DNA i prawdopodobnie wiele innych – każdy z niewielkim, trudnym do wykrycia efektem.

Dla naukowców poszukujących ostatecznej przyczyny powszechnych chorób to ogromne rozczarowanie. Jeśli przyczyny cukrzycy, depresji lub schizofrenii są rozsypane wokół genomu jak cukier puder, oznacza to, że daleko nam do zrozumienia lub wyleczenia ich. Nikt nie chciał, żeby to była odpowiedź, mówi Mark Daly, genetyk z Broad Institute. Ale tak właśnie jest.

Chociaż rozproszony charakter dziedziczenia może utrudniać zrozumienie choroby, te same dane znacznie ułatwiają przewidywanie. Aby stworzyć swoje modele, Khera i Kathiresan wykorzystują 6,6 miliona pozycji w genomie człowieka. Każda pozycja to pojedyncza litera DNA. To może być A dla ciebie i G dla mnie. Na podstawie dużych badań genetycznych Khera może teraz sprawdzić, o ile bardziej prawdopodobne jest, że osoba z G na tej pozycji dostanie zawału serca. Może zwiększa szanse o 0,1 proc. To znikoma kwota. Może G na innej pozycji zmniejsza ryzyko o 0,2 procent. Ale jeśli zsumujesz wszystkie drobne wpływy genetyczne, efekt może stać się znaczny.

Kiedy na przykład zbudowali predyktor choroby wieńcowej serca, zespół Kathiresan odkrył, że ludzie, których przewidywał jako najwyższe ryzyko, górne 2,5 procent, mieli czterokrotnie większe prawdopodobieństwo rozwoju zatkanych tętnic. To mniej więcej tyle samo, co ryzyko zatkania tętnic spowodowanych rodzinną hipercholesterolemią, stanem charakteryzującym się niebotycznie wysokim poziomem cholesterolu i spowodowanym przez jeden krytyczny gen. Jeśli lekarze martwią się o to — co robią — dlaczego nie zwracać również uwagi na górną granicę oceny ryzyka genomicznego?

To właśnie mnie przekonało, mówi Kathiresan. A liczba osób, których prognozy dotyczące genomu wywołują czerwony alarm, również będzie znacznie większa. Rodzinna cholesterolemia dotyka tylko około jednej na 250 osób. Uważa, że ​​wyniki genomu identyfikują około osiem razy więcej osób z wysokim ryzykiem chorób serca.

Kathiresan mówi, że nie jest jeszcze pewien, jak przekazać ludziom nowe informacje o ryzyku. Rozważał uruchomienie aplikacji lub sprzedaż modelu statystycznego firmie diagnostycznej. Każdy chce uzyskać swój wynik. Wszyscy pytają, gdzie jest produkt na choroby serca, mówi. Mówię im, pracujemy nad tym.

Choroba serca jest pod pewnymi względami najlepszym scenariuszem do wykorzystania punktacji ryzyka. Dzieje się tak, ponieważ możesz zmienić swoje rzeczywiste ryzyko — powiedzmy, przechodząc na dietę lub zażywając tabletki statynowe obniżające poziom cholesterolu. Co więcej, prawdopodobieństwa już teraz stanowią dużą część medycyny kardiologicznej. Khera, która raz w tygodniu zakłada biały fartuch, aby leczyć pacjentów w Massachusetts General Hospital, wykorzystuje kombinację wieku, wagi, poziomu cholesterolu i nawyków, takich jak palenie, aby odgadnąć ryzyko zawału serca w ciągu najbliższych 10 lat. Teraz do tych modeli można by dodać wyniki genetyczne, czyniąc je dokładniejszymi.

Badania genetyczne stają się coraz potężniejsze, ponieważ obejmują więcej osób. Tutaj robot na szynach przeszukuje zamrożone próbki DNA przekazane przez 500 000 brytyjskich wolontariuszy w ramach brytyjskiego Biobanku. Biobank w Wielkiej Brytanii

To, co jest potężne w przewidywaniach DNA, polega na tym, że można je zmierzyć w dowolnym momencie życia, w przeciwieństwie do większości czynników ryzyka. Jeśli ustawisz grupę 18-latków, żaden z nich nie ma wysokiego cholesterolu, żaden z nich nie ma cukrzycy. We wszystkich kolumnach jest zero i nie można ich rozwarstwiać według tego, kto jest najbardziej zagrożony, mówi Khera. Ale przy teście za 100 dolarów możemy uzyskać stratyfikację co najmniej tak dobrą, jak w przypadku 50-tki, i to w przypadku wielu chorób.

Niebezpieczna wiedza

Firmy farmaceutyczne zaczęły to zauważać. W zeszłym roku Anders Dale, badacz mózgu z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, ogłosił zamiar wprowadzenia na rynek kalkulatora ryzyka choroby Alzheimera. Odgadnie, czy dana osoba zachoruje, a jeśli tak, w jakim wieku.

ten serwis nie pojawi się do tego lata, ale Dale mówi, że firmy farmaceutyczne natychmiast się z nimi skontaktowały. Teraz pomaga trzem z nich testować DNA osób biorących udział w badaniach klinicznych leków na Alzheimera (odmówił podania imion). Pomimo miliardów wydanych na opracowywanie takich leków, każdy dotychczas wypróbowany nie powiódł się. Problem polega na tym, że gdy nikt nie wie, kto zachoruje, trudno jest stwierdzić, czy lek zapobiegawczy działa. Gdyby firmy mogły testować leki tylko na osobach z wysokim ryzykiem choroby Alzheimera, byłoby znacznie łatwiej. Możliwe, że przyszłe leki będą oznaczone jako Zalecane dla osób z wynikiem poligenicznym 90 i wyższym.

Dale współpracuje z partnerami handlowymi, aby umieścić swój predyktor choroby Alzheimera w Internecie i pobierać opłatę w wysokości 99 USD od każdego, kto chce z niego korzystać. Ponad dziesięć milionów ludzi ma już swoje dane DNA, ponieważ zarejestrowali się w witrynie 23andMe lub Ancestry.com, aby zbadać swoje drzewa genealogiczne. Dale mówi, że będą mogli przesłać dane jednym kliknięciem i otrzymać raport. Zapytałem go, dlaczego ludzie chcieliby wiedzieć z wyprzedzeniem o chorobie, która jest obecnie nieuleczalna. Mogą chcieć robić plany, powiedział.

Testy IQ oparte na DNA będą prawdopodobnie dostępne w nadchodzących latach. Krytycy obawiają się, że może to doprowadzić do naprawdę okropnej polityki społecznej.

Inni lekarze uważają, że wyniki oceny ryzyka dadzą ludziom impuls, którego potrzebują, aby intensywniej myśleć o swoim samopoczuciu. Podoba mi się pomysł wielogenowych ocen ryzyka, ponieważ przyszłością jest zdrowie, a nie medycyna, mówi Steven Tucker, lekarz praktykujący w Singapurze. Lubi, gdy jego pacjenci korzystają z urządzeń do noszenia i urządzeń śledzących, z którymi można łączyć ocenę ryzyka. Na przykład osoba z wysokim ryzykiem migotania przedsionków może nosić inteligentny zegarek z wbudowanym monitorem pracy serca. Moi pacjenci chcą zarządzać przyszłością – mówi Tucker. Jeśli potrafisz go dokładniej zdefiniować, jest większa szansa, że ​​możesz coś z tym zrobić.

Mimo to wartość nowego spojrzenia w przyszłość genomu jest gorąco dyskutowana. To dlatego, że wyniki nie są indywidualnymi pewnikami; są to jedynie przybliżone prawdopodobieństwa wywodzące się z dużych populacji. Na przykład spośród osób, które uzyskały wysokie wyniki w predykatorze migotania przedsionków Khery, tylko niewielka mniejszość, 7 procent, faktycznie rozwinęłaby tę chorobę przed 55 rokiem życia.

Powiązana historia

Powiązana historia

Ta niepewność ma znaczenie, ponieważ jeśli ludzie otrzymają ocenę ryzyka, będą opierać na nich decyzje. Jesienią ubiegłego roku Myriad Genetics jako pierwsza duża firma diagnostyczna wprowadziła na rynek amerykański test ryzyka poligenicznego. Nazywany riskScore , mierzy 81 wariantów, aby oszacować ryzyko raka piersi u kobiety. Kobiety z wysokim wynikiem mogą przejść dodatkowe mammogramy; osoby o niskim ryzyku mogą je pominąć. Nikt jeszcze nie wie, czy te decyzje doprowadzą do mniejszej liczby zgonów z powodu raka. Odkrycie tego będzie wymagało kosztownych długoterminowych badań, których Myriad, która sprzedaje test, jeszcze nie przeprowadziła.

Jednym z lekarzy, który uważa to wszystko za niepokojące, jest Patrick Sullivan z Uniwersytetu Karoliny Północnej w Chapel Hill, gdzie kieruje Konsorcjum Genomiki Psychiatrycznej. Grupa posiada dane DNA od ponad 900 000 osób z potwierdzoną chorobą psychiczną, w tym ponad 60 000 ze schizofrenią. Wiadomo, że na tę chorobę duży wpływ mają geny. Jeśli na przykład u jednego z bliźniąt jednojajowych rozwinie się schizofrenia, istnieje 50-procentowe prawdopodobieństwo, że u drugiego również.

Ale Sullivan twierdzi, że byłoby lekkomyślne mówienie pozornie zdrowym ludziom, czy ich wynik DNA dla schizofrenii jest wysoki czy niski. Pomyśl tylko o tych bliźniakach, mówi: mają to samo DNA i ten sam wynik, ale jest nawet szansa, że ​​prognoza schizofrenii byłaby błędna. Przekazanie komuś tak błędnej prognozy to okropny pomysł, mówi Sullivan. To, czego chcesz, to rozróżnienie, kto to ma, a kto nie, a nas jeszcze tam nie ma.

Test DNA IQ

Oprócz przewidywania chorób genetycy mogą budować modele do przewidywania wszelkich cech człowieka, które można zmierzyć, w tym zachowań. Czy ta osoba jest przeznaczona do życia w zbrodni i recydywie? Czy ten będzie neurotyczny, przygnębiony, czy mądrzejszy niż przeciętny?

Naukowcy twierdzą, że technologia punktacji wkrótce rzuci niewygodne światło na takie pytania. W styczniu dwóch czołowych psychologów argumentowało, że testy DNA IQ bezpośrednio dla konsumenta wkrótce staną się rutynowo dostępne i będą przewidywać zdolność dzieci do uczenia się, rozumowania i rozwiązywania problemów. Wierzą, że rodzice przetestują małe dzieci i wykorzystają wyniki do przygotowania planów szkolnych.

Dla niektórych używanie mglistych horoskopów genetycznych do decydowania, kto pójdzie na studia, a kto skończy w szkole zawodowej, brzmi jak wyjątkowo zły pomysł. Na swoim blogu Gloomy Prospect Eric Turkheimer, wybitny psycholog z University of Virginia, mówi, że niebezpieczeństwo polega na tym, że wyniki zostaną nadinterpretowane, by rekomendować naprawdę okropne polityki społeczne. Uważa, że ​​byłby to najgorszy możliwy rodzaj biologicznie deterministycznej dyskryminacji. Dla Turkheimera wyniki poligeniczne są mniej niż na pierwszy rzut oka i mniej więcej tak sprawiedliwe, jak przewidywanie twojego IQ od kuzyna, którego nie spotkałeś.

Takie poglądy nie powstrzymują szybkiego tempa poszukiwań genetycznych. Do zeszłego roku żaden wariant genu nie był bezpośrednio powiązany z wynikami testu IQ. Od tego czasu badania obejmujące DNA ponad 300 000 ludzi powiązały 206 wariantów z inteligencją. Oznacza to, że wyniki genetyczne mogą teraz stanowić 10 procent wyników danej osoby w teście IQ. Może to osiągnąć 25 procent w ciągu kilku lat, w miarę gromadzenia większej ilości danych. Jedna z amerykańskich firm, Genomic Prediction, twierdzi nawet, że chce przetestować embriony IVF pod kątem inteligencji, aby rodzice mogli odrzucić te, które mogą być upośledzone umysłowo.

Dystopia, wątpliwa medycyna czy przełom w profilaktyce? Przewidywanie genomowe może równie dobrze dotyczyć wszystkich trzech. Jasne jest, że z danymi potrzebnymi do stworzenia predyktorów, które staną się swobodnie dostępne online, rok 2018 będzie przełomowym rokiem dla wróżbiarstwa DNA.

ukryć