Pokles cen za rozklíčování genomu možná změní medicínu

Místo deseti milionů za sekvenování běžného genomu v roce 2007 spadla cena během šesti let až k pár tisícům dolarů! Cílem, který se zdá blízko, je přitom jedna tisícovka. Pouhých 20 tisíc českých korun.

Genom, ilustrace, Richard Cortés | na serveru Lidovky.cz | aktuální zprávy Genom, ilustrace, Richard Cortés | foto: Česká pozice
Genom, ilustrace, Richard Cortés

Před deseti lety to byl neskutečně ambiciózní cíl – snížit cenu za rozklíčování (sekvenování) genomu jednoho člověka na pouhý tisíc dolarů. Tehdy stálo přečtení genomu, který obsahuje veškeré genetické informace zapsané v DNA, několik desítek milionů dolarů a věnovalo se mu jen několik specializovaných firem.

Jak ale dosáhnout toho, aby se sekvenování stalo rutinním nástrojem, třeba takovým, který mohou lékaři využít ke stanovení diagnózy? Tak nějak uvažovali tehdejší strůjci revolučního grantového programu, kteří tím spolu s dalšími přiblížili lidem budoucnost personalizovanější medicíny. Léčbu takřka na míru.

Americký program štědré podpory

Program je zjednodušeně nazýván „Genom 1000$“. Vyhlásil jej v roce 2004 americký ústav National Human Genome Research Institute (NHGRI), přičemž začal několikamilionovými granty oceňovat pokrok v sekvenovacích technologiích a postupech. Dosud rozdělil 97 grantů nejen akademickým výzkumníkům, ale i biotechnologickým firmám.

Americký program štědré podpory sekvenování je vesměs považován za „prototyp“ úspěšného stimulu inovací

Podporuje tedy jak základní, tak aplikovaný výzkum. Soutěž, do níž americká vláda vložila 230 milionů dolarů, stimulovala několik desítek soupeřících firem a firmiček, které pak do vývoje samy investovaly, zlákaly investory a rozvíjely spolupráci s nejlepšími vědci z těch nejšpičkovějších pracovišť.

Americký program štědré podpory sekvenování je vesměs považován za „prototyp“ úspěšného stimulu inovací. Časopis Nature jej uvádí jako příklad, jak „se dostat vpřed“. Klíčové je stanovit jasnou metu (genom za jeden tisíc), nastavit kritéria grantů vysoko, ale ne nedosažitelně, vytvářet diskusi a propojovat skupiny řešitelů.

  • Místo drahé metody Sangerova sekvenování tak přišlo rychlejší a levnější „čtení“ pomocí pyrosekvenování.
  • Místo takřka monopolní firmy Applied Biosystems se objevili menší dravci, jako je 454 Life Science, Illumina či Pacific Biosciences.
  • A místo deseti milionů za sekvenování běžného genomu v roce 2007 spadla cena během šesti let až někam k pár tisícům dolarů! Cílem, který se zdá už tak blízko, je přitom jedna tisícovka. Pouhých 20 tisíc českých korun.

Neuvěřitelný technologický pokrok

„Podobně jako dostupnost osobních počítačů změnila svět, dech beroucí vývoj genomických technologií revolučně mění biovědní výzkum. A může způsobit zásadní posuny v medicíně,“ uvádí ve svém březnovém čísle prestižní vědecký časopis Nature. Tempo snižování nákladů na rozklíčování jednoho genomu přirovnává k takzvanému Moorovu zákonu, dle nějž se výkon počítačů každých 18 měsíců zdvojnásobuje a cena klesá na polovinu. Je tu ovšem rozdíl – u sekvenování to „frčelo“ ještě rychleji.

„Technologický pokrok v takzvaném next generation sequencing (NGS) je neuvěřitelný a je náročné s ním držet krok. Pro mě je na tom nejzajímavější, že se stejným rozpočtem dokážeme získat mnohem více dat amůžeme řešit problémy, které by před pár lety byly nad rámec našich možností,“ řekl ČESKÉ POZICI Petr Svoboda z Ústavu molekulární genetiky Akademie věd ČR.

Tempo snižování nákladů na rozklíčování jednoho genomu bývá přirovnávané k takzvanému Moorovu zákonu

Dle ředitele uvedeného ústavu, profesora Václava Hořejšího, se v uplynulých letech nejvíce osvědčila metoda takzvaného pyrosekvenování, kdy jsou detekovány molekuly kyseliny fosforečné jako produktu používané klíčové chemické reakce. Metoda užívá kombinaci enzymových nanotechnologií a paralelního počítavého zpracování obrovské masy dat ze souběžně probíhajících chemických reakcí.

„Vysokou cenu potřebných přístrojů více než bohatě kompenzují nesrovnatelně nižší provozní náklady a rychlost provedení. Starší, mnohem pomalejší metody, za jejichž vývoj byla před 24 lety udělena Nobelova cena Fredericku Sangerovi, jsou ale většinou přesnější a spolehlivější,“ připomíná Hořejší.

V současnosti firmy vyvíjejí ještě rychlejší a potenciálně levnější metody založené na úplně jiných principech, znějících dle profesora Hořejšího „trochu jako science fiction“. Jednotlivé molekuly DNA se protahují nanopóry, přičemž se identifikují jejich jednotlivé báze, vlastně molekulární „genetická písmenka“.

Nové metody

„Cena sekvenování spadla za posledních deset let milionkrát. V dějinách ekonomie neexistuje žádné zboží, žádná služba ani žádný výrobek, které by za deset let milionkrát zlevnily. Z tohoto důvodu se předpokládá, že v nejbližších letech se kompletní sekvence genomu každého z nás stane standardní součástí elektronické zdravotní dokumentace,“ řekl ČESKÉ POZICI genetik a odborník na lékařskou etiku Marek Vácha z 3. lékařské fakulty Univerzity Karlovy (3. LF UK).

Velký význam pokroku sekvenačních metod spočívá rovněž v tom, že je možné porovnávat a analyzovat velké soubory individuálních lidských genomů. Podle Hořejšího se už pracuje i na projektu deseti tisíc genomů, což může odhalit dosud neznámé a vysoce signifikantní korelace s náchylnostmi k rozličným onemocněním a poruchám. Nové metody sekvenování přinášejí nejen stále nižší ceny, ale i vysokou citlivost pro detekci mutací v DNA. To může být využíváno v diagnostice nádorových onemocnění.

Velký význam pokroku sekvenačních metod spočívá rovněž v tom, že je možné porovnávat a analyzovat velké soubory individuálních lidských genomů

„Je však nutné si uvědomit, že znalost sekvence germinálního genomu nemusí jednotlivci přinést mnoho konkrétních informací. Zatím totiž máme ve většině případů nedostatečné poznatky o významu jednotlivých genetických alternativ v sekvenci DNA (mutací a polymorfismů) nalezených u konkrétních jedinců,“ říká Šárka Pospíšilová, vedoucí Centra molekulární medicíny brněnského vědeckého střediska CEITEC Masarykovy univerzity.

Omezená platnost předpovědí

Některé změny v sekvenci DNA už ale byly dobře dokumentovány a jejich vztah s určitým genetickým nebo nádorovým onemocněním je naprosto jednoznačný. „Například některé mutace v genech BRCA1/2 souvisejí se vznikem nádoru prsu a ovaria. V řadě případů však význam a závažnost změn v DNA zatím přesně interpretovat neumíme, i když v současnosti běží rozsáhlé mezinárodní projekty zaměřené na analýzu variability lidských genomů neboli analýzu jedinců zdravých i jedinců s určitými onemocněními,“ vysvětluje profesorka Pospíšilová.

A dodává, že přibývající informace umožní lépe popsat fyziologické a patologické změny v sekvenci DNA. To asi povede k lepšímu předvídání některých geneticky podmíněných onemocnění – včetně různých typů rakoviny. Navzdory tomu by však šlo jen o výpočet pravděpodobné hrozby.

Přibývající informace umožní lépe popsat fyziologické a patologické změny v sekvenci DNA

„V genetice lze spojit řadu vlastností a poruch s nějakou konkrétní oblastí genomu a podle nějakého matematického modelu spočítat riziko. Ale je nutné respektovat, že jde o kalkulaci míry rizika. Interpretace těchto výsledků by měla zůstat v rukou někoho, kdo tomu rozumí. V rukou amatéra se z toho stane taková astrologie, kde se hvězdy promění za geny,“ varuje před zjednodušujícími předpověďmi Petr Svoboda, jeden z nejúspěšnějších mladých vědců v České republice.

S jeho názorem souhlasí i profesor Václav Hořejší: „Náchylnost k naprosté většině častých onemocnění (kardiovaskulární, neurologická, nádorová, autoimunitní, alergická) je ale podmíněna nepříznivou souhrou mnoha genů, z nichž každý přispívá jen málo. Výsledkem tedy nejčastěji bude cosi jako sdělení: ,Po padesátce máte přibližně 40procentní pravděpodobnost vzniku toho či onoho onemocnění, zatímco průměrné riziko v populaci je 20 procent.‘ Taková informace nás sice může alespoň trochu přimět například k nějaké vhodné změně životosprávy, ale to je asi tak vše.“

Nepřesné slovo: nemocnice

Známým případem je postup americké herečky Angeliny Jolie, která si nechala kvůli výsledkům genetických testů, jež jí předpovídaly vysoké riziko rakoviny prsů, provést oboustrannou mastektomii. „Důležitým aspektem je, že v den operace byla v konvenčním slova smyslu zcela zdravá,“ upozorňuje Marek Vácha.

Změní se pravděpodobně celé paradigma medicíny. „Dříve do nemocnice chodili pacienti, lidé, které něco trápilo, měli horečky, bolesti. Zdá se, že přichází chvíle, kdy budou chodit víc a víc lidé v tu chvíli zdraví a budou žádat preventivní zásah, tak jako v případě Angeliny Jolie. Slovo nemocnice tak možná přestane být lingvisticky přesné,“ dodává Vácha.

Řada lidí si asi nechá v budoucnu za rozumný a výhledově snad i drobný peníz přečíst genom jen tak ze zvědavosti

Protože tento genetik a také vystudovaný teolog vyučuje o souvisejících tématech na 3. lékařské fakultě Univerzity Karlovy, koupil si i jeden z komerčně dostupných genetických profilů. U společnosti 23andme ho přišel na pouhých 99 dolarů plus poštovné. „Je úplnou novinkou, že si takový test můžete koupit bez jakéhokoli kontaktu s českým zdravotnictvím, je to doslova DTC (direct-to-consumer) model,“ říká Vácha.

Řada lidí si asi nechá v budoucnu za rozumný a výhledově snad i drobný peníz přečíst genom jen tak ze zvědavosti, aby ze zápisu dědičné informace zjistili více o svých předcích, odkud přišli a kde mají kořeny. Už dnes to funguje v případě placených analýz DNA, jenže s příchodem next generation sequencing to bude ještě podrobnější. Rozvoj zaznamenají nejspíše i výrobci sekvenačních přístrojů a souvisejícího softwaru.

Dobrá alternativa

„Prostor pro inovativní byznys v oblasti sekvenování lidských genomů je však mnohem menší, než by se na první pohled mohlo zdát. Je nutno uvážit, že ceny pohybující se kolem tisíce dolarů za genom lze dosáhnout pouze na některých nejmodernějších sekvenačních přístrojích, jejichž pořízení i provoz jsou velmi nákladné a pravděpodobně si je bude moci v nejbližší budoucnosti dovolit pouze několik velkých genomických center na celém světě,“ připomíná Pospíšilová.

Pro lékařské aplikace však většinou není nutné mít informace o celém genomu. Velmi dobrou alternativou je získání sekvence takzvaného exomu (sekvencí všech kódujících genů organismu) nebo sekvencí určitých, přesně definovaných úseků DNA, například vybraných genů.

Pro lékařské aplikace většinou není nutné mít informace o celém genomu

„Navzdory tomu je však velmi finančně i intelektuálně náročné tyto analýzy zavést do praxe a mohou to udělat pouze instituce disponující spektrem kvalitních odborníků z řad molekulárních biologů, bioinformatiků a lékařů genetiků, kteří by společným úsilím zvládli náročnou analýzu DNA, zpracování velkého objemu sekvenčních dat a především pak správnou interpretaci výsledků pacientovi,“ dodává profesorka Pospíšilová, která rovněž řídí Centrum molekulární biologie a genové terapie ve Fakultní nemocnici Brno.

Zájem lékařů a zdravotních pojišťoven

O sekvenování genomu (potenciálních) pacientů budou mít pochopitelně zájem lékaři a především zdravotní pojišťovny. „Varoval bych však před nadměrným očekáváním. Znalost pacientova genomu může lékaři pomoci při volbě optimální terapie u některých nemocí a pomůže upozornit na některá rizika různých rakovin a leukemií. V řadě případů ale znalost genetické informace lékařské péči – ve srovnání se současnou medicínskou praxí – dramaticky nepomůže,“ míní docent Petr Svoboda z Akademie věd ČR.

A dodává: „Next generation sequencing není třeba k tomu, aby lékař pacientovi doporučil přestat kouřit, omezit tučná jídla a alkohol, méně stresu a více pohybu... I když ho třeba next generation sequencing pomůže přesvědčit, aby to udělal – lékaře pacienti zdárně ignorují, ale budou stejně ignorovat i svoje geny?“ Velmi citlivé téma zneužití dat podle něho ošetří legislativa ještě dříve, než bude genom každého z nás běžně dostupný. Větším rizikem je prý neinformovaná veřejnost a její eventuální reakce na sekvenování lidského genomu.

Znalost pacientova genomu může lékaři pomoci při volbě optimální terapie u některých nemocí

„Dnešní věda nestíhá přenášet svoje poznatky mezi laiky, kteří se tak snadno stávají obětí různých fám a dezinformací, často úmyslně vypouštěných. S rostoucím množstvím znalostí se společnost bohužel nestává racionálnější a informovanější. Vzhledem k tomu, jaká hysterie se rozpoutala kolem genetických modifikací a klonování a jaké to mělo důsledky, považuji za největší riziko nezamýšlené účinky nějaké hysterické reakce na čtení genomů,“ říká akademik Svoboda.

Nová pravidla hry jsou nutná

„Nepochybně potřebujeme pořádnou debatu o ochraně soukromí, které zahrnuje i vlastní genetickou informaci. A potřebujeme v téhle nové situaci určit nová pravidla hry. Ale nejde o nic dramatického, co by volalo po další křížové výpravě proti genetice,“ míní Svoboda.

Každý máme právo na genetické soukromí: i ve vztahu k pojišťovně či zaměstnavateli

Nedočkáme se jednou doby, kdy bude – podobně jako ve vědeckofantastickém filmu Gattaca – geneticky nedostatečně „kvalitním“ jedincům něco zakazováno, například jejich vytoužené povolání? Marek Vácha z 3. lékařské fakulty Univerzity Karlovy, jenž se mimo jiné zabývá etickým rozměrem genetiky, si to nemyslí: „Ukazuje se, že neexistuje jeden vzorový, platónský lidský genom, jehož bychom my všichni byli více nebo méně dokonalými kopiemi. Mezi genomy nelze rozdíly klasifikovat ve smyslu lepší/horší.“

Co se týče legislativy, již Úmluva o lidských právech a biomedicíně z roku 1997 v článku 11 zakazuje „diskriminaci osoby na základě genetického dědictví“. Každý tedy máme právo na genetické soukromí: i ve vztahu k pojišťovně či zaměstnavateli. Snad to tak vydrží.

Počet příspěvků: 1, poslední 23.6.2014 06:05 Zobrazuji posledních 1 příspěvků.