Personlig genomik - Personal genomics

Personlig genomik eller forbrugergenetik er den gren af genomik, der beskæftiger sig med sekventering , analyse og fortolkning af et individs genom . Den genotypebestemmelse fase beskæftiger forskellige teknikker, herunder enkeltnukleotidpolymorfi (SNP) analyse chips (typisk 0,02% af genomet) eller delvis eller fuld genom-sekventering . Når genotyperne er kendt, kan individets variationer sammenlignes med den publicerede litteratur for at bestemme sandsynligheden for trækekspression, forfædres slutning og sygdomsrisiko.

Automatiserede high-throughput sequencere har øget hastigheden og reduceret omkostningerne ved sekventering, hvilket har gjort det muligt at tilbyde hele genom-sekventering inklusive fortolkning til forbrugere siden 2015 for under $ 1.000 . Det nye marked for direkte til-forbrugergenomsekvenseringstjenester har bragt nye spørgsmål om både den medicinske effekt og de etiske dilemmaer, der er forbundet med udbredt viden om individuelle genetiske oplysninger.

I personlig medicin

Personlig medicin er en medicinsk metode, der er målrettet mod behandlingsstrukturer og medicinske beslutninger baseret på en patients forudsagte respons eller risiko for sygdom. Den National Cancer Institute eller NCI, en arm af National Institutes of Health , lister en patients gener, proteiner, og miljøet som de primære faktorer analyseret for at forebygge, diagnosticere og behandle sygdomme gennem skræddersyet medicin.

Der er forskellige underkategorier af begrebet personlig medicin, såsom forudsigende medicin , præcisionsmedicin og lagdelt medicin. Selvom disse udtryk bruges i flæng til at beskrive denne praksis, bærer hver enkelt individuelle nuancer. Prædiktiv medicin beskriver det medicinske område, der udnytter information, ofte opnået ved hjælp af personlige genomiske teknikker, til både at forudsige muligheden for sygdom og indføre forebyggende foranstaltninger for et bestemt individ. Præcisionsmedicin er et udtryk, der meget ligner personlig medicin, idet det fokuserer på en patients gener, miljø og livsstil; det bruges imidlertid af National Research Council til at undgå forvirring eller fejlfortolkninger i forbindelse med det bredere udtryk. Stratificeret medicin er en version af personlig medicin, der fokuserer på at opdele patienter i undergrupper baseret på specifikke reaktioner på behandlingen og identificere effektive behandlinger for den bestemte gruppe.

Eksempler på brug af personlig medicin omfatter onkogenomik og farmakogenomik . Oncogenomics er et studieområde med fokus på karakterisering af kræftrelaterede gener. Med kræft bruges specifik information om en tumor til at hjælpe med at oprette en personlig diagnose og behandlingsplan. Farmakogenomik er undersøgelsen af, hvordan en persons genom påvirker deres reaktion på medicin. Dette felt er relativt nyt, men vokser hurtigt på grund af en stigning i finansieringen til NIH Pharmacogenomics Research Network. Siden 2001 har der været en næsten 550% stigning i antallet af forskningsartikler i PubMed relateret til søgeordene farmakogenomik og farmakogenetik . Dette felt giver forskere mulighed for bedre at forstå, hvordan genetiske forskelle vil påvirke kroppens reaktion på et lægemiddel og informere, hvilken medicin der er bedst egnet til patienten. Disse behandlingsplaner vil være i stand til at forhindre eller i det mindste minimere de bivirkninger, der er en "væsentlig årsag til hospitalsindlæggelser og dødsfald i USA." Samlet set mener forskere, at farmakogenomik vil give læger mulighed for bedre at skræddersy medicin til den enkelte patients behov. Fra november 2016 har FDA godkendt 204 lægemidler med farmakogenetisk information i sin mærkning. Disse etiketter kan blandt andet beskrive genotypespecifikke doseringsinstruktioner og risiko for bivirkninger.

Sygdomsrisiko kan beregnes ud fra genetiske markører og genomomfattende associeringsundersøgelser for almindelige medicinske tilstande, som er multifaktorielle og omfatter miljøkomponenter i vurderingen. Sygdomme, der er sjældent individuelt (mindre end 200.000 mennesker, der er berørt i USA) er ikke desto mindre kollektivt almindelige (påvirker cirka 8-10% af den amerikanske befolkning). Over 2500 af disse sygdomme (herunder et par mere almindelige) har prædiktiv genetik med tilstrækkelig høj klinisk indvirkning, at de anbefales som medicinske genetiske tests tilgængelige for enkelte gener (og i hele genom -sekventering) og vokser med omkring 200 nye genetiske sygdomme om året .

Omkostninger ved sekventering af en persons genom

Typisk pris ved sekventering af et genom i menneskelig størrelse på logaritmisk skala. Bemærk den drastiske tendens hurtigere end Moores lov, der begyndte i januar 2008, da sekvensering efter Sanger kom online på sekventeringscentre.

Omkostningerne ved sekventering af et menneskeligt genom falder hurtigt på grund af den løbende udvikling af nye, hurtigere og billigere DNA-sekventeringsteknologier såsom " næste generations DNA-sekventering ".

National Human Genome Research Institute, en arm af US National Institutes of Health , har rapporteret, at omkostningerne ved at sekvensere et helt genom i menneskelig størrelse er faldet fra omkring 14 millioner dollars i 2006 til under 1.500 dollars i slutningen af ​​2015.

Der er 6 milliarder basepar i det diploide menneskelige genom. Statistisk analyse afslører, at en dækning på cirka ti gange er påkrævet for at få dækning af begge alleler i 90% humant genom fra 25 basepar læser med haglgeværs sekvensering. Det betyder i alt 60 milliarder basepar, der skal sekvenseres. En Applied Biosystems SOLiD , Illumina eller Helicos sekventeringsmaskine kan sekvensere 2 til 10 milliarder basepar i hver $ 8.000 til $ 18.000 løb. Omkostningerne skal også tage hensyn til personaleomkostninger, databehandlingsomkostninger, advokat-, kommunikations- og andre omkostninger. En måde at vurdere dette på er via kommercielle tilbud. Den første hele diploide genom-sekvensering (6 milliarder bp, 3 milliarder fra hver forælder) var fra Knome, og deres pris faldt fra $ 350.000 i 2008 til $ 99.000 i 2009. Dette inspicerer 3000 gange flere baser af genomet end SNP-chipbaseret genotypning , der identificerer både nye og kendte sekvensvarianter, nogle relevante for personlig sundhed eller aner . I juni 2009 annoncerede Illumina lanceringen af ​​sin egen Personal Full Genome Sequencing Service i en dybde på 30X for $ 48.000 pr. Genom. I 2010 sænkede de prisen til 19.500 dollar.

I 2009 annoncerede Complete Genomics of Mountain View , at det ville levere fuld genom -sekventering for $ 5.000 fra juni 2009. Dette vil kun være tilgængeligt for institutioner, ikke enkeltpersoner. Priserne forventes at falde yderligere i løbet af de næste par år gennem stordriftsfordele og øget konkurrence. Fra 2014 blev næsten fuldstændig exome -sekventering tilbudt af Gentle for mindre end $ 2.000, inklusive personlig rådgivning sammen med resultaterne. I slutningen af ​​2018 er over en million menneskelige genomer blevet næsten fuldstændigt sekventeret for så lidt som $ 200 pr. Person og endda under visse omstændigheder ultra-sikre personlige genomer for $ 0 hver. I disse to tilfælde reduceres de faktiske omkostninger, fordi dataene kan tjene penge på forskere.

De faldende omkostninger generelt ved genomisk kortlægning har gjort det muligt for genealogiske websteder at tilbyde det som en tjeneste, i det omfang man kan underkaste sit genom til publikumsfremstillede videnskabelige bestræbelser som OpenSNP eller DNA.land i New York Genome Center , som eksempler på borgervidenskab . Den Corpas familie, ledet af videnskabsmand Manuel Corpas , udviklet Corpasome projektet, og opmuntret af de lave priser i genom sekventering, var det første eksempel på borger videnskab menneskemængde indkøbt analyse af personlige genomer .

Åbningen af ​​genomiske medicinske klinikker på store amerikanske hospitaler har rejst spørgsmål om, hvorvidt disse tjenester udvider eksisterende uligheder i det amerikanske sundhedssystem, herunder fra praktiserende læger som Robert C. Green , direktør for Preventive Genomics Clinic på Brigham og Women's Hospital .

Etiske problemer

Genetisk diskrimination er forskelsbehandling på grundlag af oplysninger indhentet fra en persons genom. Genetiske ikke-diskrimineringslove er blevet vedtaget i nogle amerikanske stater og på føderalt niveau ved lov om genetisk information uden forskelsbehandling (GINA). GINA-lovgivningen forhindrer forskelsbehandling fra sundhedsforsikringsselskaber og arbejdsgivere, men gælder ikke for livsforsikring eller langtidsplejeforsikring. Vedtagelsen af ​​Affordable Care Act i 2010 styrket GINA-beskyttelsen ved at forbyde sundhedsforsikringsselskaber at nægte dækning på grund af patientens "allerede eksisterende forhold" og fjerne forsikringsudstedere mulighed for at justere præmieomkostninger baseret på visse faktorer såsom genetiske sygdomme. I betragtning af de etiske bekymringer omkring præ-symptomatisk genetisk test af mindreårige, er det sandsynligt, at personlig genomik først vil blive anvendt på voksne, der kan give samtykke til at gennemgå en sådan testning, selvom genom-sekventering allerede viser sig værdifuld for børn, hvis der er symptomer.

Der er også bekymringer vedrørende forskning i menneskelig genom i udviklingslande. Værktøjerne til at foretage hele genomanalyser findes generelt i lande med høj indkomst, hvilket nødvendiggør partnerskaber mellem udviklede og udviklingslande for at studere patienter ramt af visse sygdomme. De relevante værktøjer til deling af adgang til de indsamlede data er ikke lige tilgængelige i lande med lav indkomst og uden en fastlagt standard for denne type forskning er bekymringerne over retfærdighed over for lokale forskere uafklarede.

Andre spørgsmål

Genetisk privatliv

I USA er biomedicinsk forskning, der indeholder mennesker, styret af en grundlæggende standard for etik, kendt som The Common Rule , som har til formål at beskytte et persons privatliv ved at kræve, at "identifikatorer" som navn eller adresse fjernes fra indsamlede data. En rapport fra 2012 fra præsidentkommissionen for undersøgelse af bioetiske spørgsmål fastslog imidlertid, at "hvad der udgør 'identificerbare' og 'afidentificerede' data er flydende, og at teknologier i udvikling og den stigende tilgængelighed af data kan gøre det muligt at afidentificere data til blive genkendt. " Faktisk har forskning allerede vist, at det er "muligt at opdage en undersøgelsesdeltagers identitet ved at krydsreferere forskningsdata om ham og hans DNA-sekvens ... [med] genetisk slægtsforskning og offentlige registre-databaser." Dette har ført til opfordringer til beslutningstagere til at etablere konsekvente retningslinjer og bedste praksis for tilgængelighed og brug af individuelle genomiske data indsamlet af forskere.

Der er også uenighed om bekymringerne med virksomheder, der tester individuelt DNA. Der er spørgsmål såsom "utætte" oplysninger, retten til privatlivets fred og hvilket ansvar virksomheden har for at sikre, at dette ikke sker. Reguleringsregler er ikke klart fastlagt. Hvad der stadig ikke er fastlagt, er, hvem der juridisk ejer genominformationen: virksomheden eller den person, hvis genom er blevet læst. Der er blevet offentliggjort eksempler på, at personlig genominformation blev udnyttet. Yderligere bekymringer om privatlivets fred, relateret til f.eks. Genetisk diskrimination , tab af anonymitet og psykologiske konsekvenser, er i stigende grad blevet påpeget af det akademiske samfund såvel som offentlige instanser.

Yderligere spørgsmål opstår som følge af afvejningen mellem offentlige fordele ved forskningsdeling og udsættelse for dataudslip og genidentifikation. Den personlige Genome Project (startet i 2005) er blandt de få, til at gøre både genom sekvenser og tilsvarende medicinske fænotyper offentligt tilgængelige.

Personaliseret genomværktøj

Fuld genom -sekventering har et stort løfte i sundhedssektoren om potentialet i præcise og personlige medicinske behandlinger. Denne brug af genetisk information til at vælge passende lægemidler er kendt som farmakogenomik. Denne teknologi kan muliggøre behandling af individet og de bestemte genetiske dispositioner, de kan have (f.eks. Personlig kemoterapi). Blandt de mest effektive og anvendelige anvendelser af personlig genominformation er undgåelse af hundredvis af alvorlige enkeltgenetiske genetiske lidelser, der bringer omkring 5% af de nyfødte i fare (med omkostninger op til 20 millioner dollars), f.eks. Eliminering af Tay Sachs sygdom via Dor Yeshorim . Et andet sæt af 59 gener, der er undersøgt af American College of Medical Genetics and Genomics (ACMG-59), anses for at kunne fungere hos voksne.

På samme tid kan fuld sekvensering af genomet identificere polymorfismer, der er så sjældne og/eller milde sekvensændringer, at konklusioner om deres virkning er udfordrende, hvilket forstærker behovet for at fokusere på de pålidelige og anvendelige alleler i forbindelse med klinisk pleje. Den tjekkiske medicinske genetiker Eva Machácková skriver: "I nogle tilfælde er det svært at skelne mellem, om den påviste sekvensvariant er en kausal mutation eller en neutral (polymorf) variation uden nogen effekt på fænotype. Fortolkningen af ​​sjældne sekvensvarianter af ukendt betydning påvist i sygdom -at forårsage gener bliver et stadig vigtigere problem. " Faktisk estimerede forskere fra Exome Aggregation Consortium (ExAC) -projektet den gennemsnitlige person til at bære 54 genetiske mutationer, der tidligere blev antaget patogene, dvs. have 100% penetration, men uden nogen tilsyneladende negativ sundhedspræsentation.

Som med andre nye teknologier kan læger bestille genomiske tests, for hvilke nogle ikke er korrekt uddannet til at fortolke resultaterne. Mange er ikke klar over, hvordan SNP'er reagerer på hinanden. Dette resulterer i at præsentere klienten for potentielt vildledende og bekymrende resultater, som kan belaste det allerede overbelastede sundhedssystem. I teorien kan dette modvirke en person til at træffe uuddannede beslutninger såsom usunde valg af livsstil og ændringer i familieplanlægning. Negative resultater, der potentielt kan være unøjagtige, reducerer teoretisk livskvaliteten og psykisk helbred hos den enkelte (såsom øget depression og omfattende angst).

Direkte-til-forbruger genetik

Afspil medier

Brug af mikroarrays til genotypning. Videoen viser processen med at udtrække genotyper fra en menneskelig spytteprøve ved hjælp af mikroarrays som det gøres af de fleste store genetiske virksomheder direkte til forbruger.

Der er også tre potentielle problemer forbundet med gyldigheden af ​​personlige genomkits. Det første spørgsmål er testens validitet. Håndteringsfejl i prøven øger sandsynligheden for fejl, der kan påvirke testresultaterne og fortolkningen. Den anden påvirker den kliniske validitet, hvilket kan påvirke testens evne til at opdage eller forudsige tilhørende lidelser. Det tredje problem er den kliniske anvendelighed af personlige genomkits og tilhørende risici og fordelene ved at indføre dem i klinisk praksis.

Folk skal undervises i at fortolke deres resultater, og hvad de rationelt bør tage fra oplevelsen. Bekymringer om kunders fejlfortolkning af sundhedsoplysninger var en af ​​årsagerne til FDA's nedlukning i 2013 af 23 & Me's sundhedsanalysetjenester. Det er ikke kun den gennemsnitlige person, der har brug for at blive uddannet i dimensioner af deres egen genomiske sekvens, men også fagfolk, herunder læger og videnskabsjournalister, der skal forsynes med den viden, der kræves for at informere og uddanne deres patienter og offentligheden. Eksempler på sådanne bestræbelser omfatter personlige Genetik Education Project (pgEd), den Smithsonian samarbejde med NHGRI , og MedSeq, BabySeq og MilSeq projekter af genomer til mennesker, et initiativ fra Harvard Medical School og Brigham and Women 's Hospital .

En stor anvendelse af personlig genomik uden for sundhedsområdet er forfædreanalyse (se Genetisk slægtsforskning ), herunder evolutionær oprindelsesinformation, såsom neanderthalindhold.

Populær kultur

Science fiction-filmen GATTACA fra 1997 præsenterer et nært fremtidssamfund, hvor personlig genomik er let tilgængelig for alle og udforsker dens samfundsmæssige betydning. Perfekt DNA er en roman, der bruger Dr. Manuel Corpas 'egne erfaringer og ekspertise som genomforsker til at begynde at udforske nogle af disse enormt udfordrende spørgsmål.

Andre anvendelser

I 2018 anholdt politiet Joseph James DeAngelo, den hovedmistænkte for Golden State Killer eller East Area Rapist og William Earl Talbott II som hovedmistænkt i mordene på Jay Cook og Tanya Van Cuylenborg i 1987. Disse anholdelser var baseret på den personlige genomik uploadet til en open-source database, GEDmatch , som gjorde det muligt for efterforskere at sammenligne DNA, der blev genvundet fra gerningssteder, med det DNA, der blev uploadet til databasen af ​​pårørende til den mistænkte. I december 2018 ændrede FamilyTreeDNA sine servicevilkår for at give lovhåndhævelse mulighed for at bruge deres service til at identificere mistænkte for "en voldelig kriminalitet" eller identificere resterne af ofre. Virksomheden bekræftede, at det arbejdede med FBI i mindst en håndfuld sager, hvilket betyder, at GEDmatch ikke længere var den eneste, der gjorde det. Siden da er næsten 50 mistænkte for forbrydelser om overfald, voldtægt eller drab blevet anholdt ved hjælp af den samme metode.

Personal genomics har også givet efterforskere mulighed for at identificere tidligere ukendte kroppe ved hjælp af GEDmatch ( Buckskin Girl , Lyle Stevik og Joseph Newton Chandler III ).

Se også

Referencer

Bibliografi

• Dudley & Karczewski (2013). Udforskning af Personal Genomics . Oxford University Press. ISBN 978-0199644490. Arkiveret fra originalen den 1. december 2012.
• Søde K; Michaelis R (maj 2011). Den travle lægeguide til genetik, genomik og personlig medicin (1. udgave). Springer Scientific Press. ISBN 978-94-007-1147-1.
• Cadwalladr, Carole (8. juni 2013). "Hvad skete der, da jeg fik sekventeret mit genom" . Værgen . Hentet 10. juli 2013 .
• Manuel Corpas (2016). Perfekt DNA . CreateSpace Independent Publishing Platform. ISBN 978-1539783725. ASIN  1539783723 .