Персональная геномика

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Персональная геномика является разделом геномики, связанным с секвенированием и анализом генома человека. Стадия генотипирования использует различные методы, включая однонуклеотидно полиморфные (МНП) анализирующие чипы (как правило, составляющие 0,02% генома), а также частичное или полное секвенирование генома. После расшифровки генотипа его можно проанализировать при помощи опубликованной литературы для определения вероятности риска заболеваний. Автоматизированное секвенирование увеличило скорость и понизило себестоимость, что сделало возможным предложение генетического тестирования потребителям.

Использование персональной геномики в предиктивной и прецизионной медицине[править | править вики-текст]

Предиктивная медицина – это медицина, использующая информацию, предоставляемую персональной геномикой при выборе медицинских процедур, необходимых для конкретного человека. Прецизионная медицина основана же на «новой систематике человеческих болезней, базирующейся на молекулярной биологии».[1]

Примеры использования предиктивной и точной медицины включают медицинскую генетику, онкогенимику и фармакогеномику. В фармакогеномике генетическая информация может быть использована для выбора наиболее подходящего лекарственного препарата, назначающегося пациенту. Препарат должен выбираться с максимальной возможностью получения желаемого результата и сведением к минимуму побочных эффектов у пациента. Генетическая информация может позволить врачам подстраивать процедуры под конкретного пациента, в целях повышения эффективности препарата и сведения к минимуму побочных эффектов. На октябрь 2012 г. существует 167 пар генов полезных для медицины, информация о которых является полезной в настоящее время, и это число стремительно растёт. [2]

Риск заболеваний может быть рассчитан на основе генетических маркеров и полногеномного поиска ассоциаций для распространённых заболеваний, которые являются множественно наследуемыми и при оценке которых нужно учитывать взаимодействие генов с окружающей средой. Редкие заболевания, носящий индивидуальный характер (число пострадавших менее одного человека на 200,000 [3]), тем не менее, в совокупности являются довольно значимыми (затрагивают примерно 8-10% населения США). Свыше 2500 этих болезней (включая наиболее распространенные из них) имеют большое значения для предиктивной генетики, для которых рекомендуется провести медицинские исследования для отдельных генов (и секвенирования генома в целом) и их количество в год возрастает на 200 новых заболеваний. [4]

Стоимость секвенирования генома человека[править | править вики-текст]

Обычная стоимость секвенирования человеческого генома по логарифмической шкале. Обратите внимание на резкий скачок графика стоимости вниз (более быстрый, чем по закону Мура), начавшийся в январе 2008 г., после того как начался использоваться метод секвенирования Сенгера в онлайн-центрах секвенирования. [5]

Стоимость секвенирования генома человека стремительно понижается, в связи с постоянным развитием новых, быстрых и дешевых технологий секвенирования ДНК, таких как «новое поколение ДНК секвенирования».

Национальный Научно-Исследовательский Институт Генома Человека, являющийся частью Национального Института Здоровья США, поставил перед собой задачу быть готовым к секвенированию генома человеческого размера стоимостью 100.000$ к 2009г. и 1.000$ к 2014г. [5][6]

В диплоидном геноме человека находится 6 миллиардов пар оснований. Статистический анализ показывает, что покрытие приблизительно в 10 раз требует получения покрытия обоих аллелей 90% человеческого генома с чтением 25 основных пар при помощи беспорядочного секвенирования методом дробовика.[7] Это значит, что в общей сложности должно быть секвенировано 60 миллиардов пар оснований. Секвенирующие машины компаний Applied Biosystems SOLid, Illumina или Helicos [8] могут секвенировать от 2 до 10 миллиардов пар оснований, при этом стоимость секвенирования варьируется от 8.000$ до 18.000$. Также должны быть приняты во внимания затраты на закупку, служебный персонал и обработку данных. Sequencing a human genome cost approximately $300,000 in 2008. Стоимость секвенирования генома человека в 2008г. обошлась приблизительно в 300.000$.

В 2009 году Complete Genomics Mountain View В 2009 году Complete Genomics of Mountain View объявила об обеспечении полного секвенирования генома за 5000$ с июня 2009г.[9] Это будет доступно только для научных исследований, но не для общего применения.[10]

Принимая во внимание этические вопросы пресимптоматического генетического тестирования несовершеннолетних[11][12][13][14], сначала, возможно персональная геномика будет применяться на совершеннолетних, которые могут дать согласие на проведение подобного исследования.

В июне 2009 Illumina анонсировала запуск личного Full Genome Sequencing покрытием 30Х стоимостью 48.000$ за геном[15] И лишь через год (в 2010г.) они урезали стоимость на 60% до 19.500 $.[16] Ближайшие несколько лет будет ожидаться понижение цен за счет эффекта масштаба и возрастанием конкуренции.[17][18] Knome ставит цель секвенирования в целом[19], вместо чтения узлов по отдельности в целой эухроматической части человеческого генома (около трех миллиардов узлов). Пока это значительно дороже, чем чиповое SNP генотипирование. Этот подход предоставляет значительно больше данных, отождествляя новейшие и уже известные варианты секвенирования, некоторые из которых могут иметь особое значение в попытках понять здоровье человека и его родословную. [20]

Сравнительная геномика[править | править вики-текст]

Сравнительный геномный анализ изучает различия и сходства между целыми геномами. Он может применяться к обоим геномам различных особей и видов, или к особям того же вида, что по стоимости ниже, нежели секвенирование с нуля.

Проекты и уже доступные услуги[править | править вики-текст]

  • Генографический проект — проект Национального Географического Общества и IBM, собирающих образцы ДНК для воспроизведения моделей исторических миграций человека. Он был принят в 2005 г. (с 500,000 участников по состоянию на декабрь 2012 г.), что помогло создать доступную для потребителя (DTC) тестовую генетическую промышленность.
  • Персональный Геномный Проект (PGP) — долгосрочная большая компания, основанная в Гарвардской Медицинской Школе, поставившая перед собой цель секвенирования и публикации готовых геномов и медицинских документов 100,000 добровольцев, чтобы направить исследования на персональную геномику и персональную медицину.
  • SNPedia — это вики, собирающая и распространяющая информацию о последствиях вариаций ДНК, и через соответствующую программу Promethease каждый, кто получил ДНК данные о себе (от любой компании) может получить свободный, независимый отчет, содержащий оценку рисков и связанную с ней информацию.
  • deCODEme.com[21] берёт 1100$ для проведения генотипирования около 1 млн SNP, и предоставляет оценки риска для 47 болезней и анализ родословной.
  • Existence[22] Genetics предоставляет услуги генетического тестирования через здравоохранительные органы и организации здорового образа жизни по стоимости, начиная от $ 299[23].Эта компания обеспечивает тестирование более 1200 распространенных и редких заболеваний и характерных для них свойств, включая заболевания сердца, рак, аутоиммунные заболевания, ожирение, нутригеномику, фармакогеномика, фитнес и спортивные показатели, предотвращающих внезапную сердечную смерть, и очень опасную гипертермию[24] . Existence Genetics обеспечивает центры генетического тестирования результатов в фитнесе и спорте для Equinox Fitness.[25]
  • Navigenics[26] начали предлагать SNP на основе геномной оценки риска по состоянию на апрель 2008 года. Navigenics подчеркивает роль врачей в расшифровке генетических и медицинских результатов. Генотипы Affymetrix Genome-Wide Human SNP Array 6.0 состоят из 900, 000 SNP.[27]
  • Pathway Genomics[28] проводят анализ свыше 100 генетических маркеров для выявления риск генетических заболеваний, таких как меланома, рак предстательной железы и ревматоидного артрита.
  • 23andMe продают комплекты для SNP генотипирования по почте.[29] Информация хранится в профиле пользователя и используется для оценки риска 178 генетических заболеваний пациента и анализирования родословной. 23andMe использует массивы ДНК производства Illumina.
  • Knome[30] предлагает услуги полногеномного секвенирования (98 % генома) за 4,998$ за целое геномное секвенирование и его расшифровку пациентам[31], или по стоимости 29,500$ за полное секвенирование генома и анализы исследований, в зависимости от требования.[10][32][33][34]
  • meragenome.com Организация, работающая по направлению персональной Геномики и Совместных Исследований в Индии.[35]
  • Mapmygenome.in — компания в области персональной геномики, специализирующаяся на геномах индийцев.[36]
  • HelloGene and HelloGenome — сервисы персональной геномной информации, описывающие генотипы и полное генотипное секвенирование, пришедшие в действие Терагеном в Корее. HelloGenome является первым коммерческим центром полного секвенирования генома в Азии, в то время как HelloGene является первым в Корее. HelloGene использует SNP чипы Affymetrix, в то время как HelloGenome использует машины Solexa.
  • Illumina, Oxford Nanopore Technologies, Sequenom, Pacific Biosciences, Complete Genomics, и 454 Life Sciences извлекают коммерческую прибыль из полного секвенирования генома, но не проводят генетический анализ или консультации.[37][38][39][40][41]
  • Gene by Gene предлагает услуги полногеномного секвенирования от $6995 до $7595, и другие варианты.
  • Life Technologies

Этические вопросы[править | править вики-текст]

Генетическая дискриминация- это дискриминация на основе информации, полученной из генома человека. Генетические антидискриминационные законы были приняты в некоторых штатах Америки и на федеральном уровне Антидискриминационным Актом Генетичиской Информации(GINA). Законодательство GINA предотвращает дискриминацию со стороны медицинского страхования и работодателей, но не касается страхования жизни или долгосрочной страховки. Пациенты должны быть осведомлены о расшифровке их результатов, чтобы в дальнейшем, с опытом, они смогли рационально их интерпретировать. Это касается не только обычного человека, нуждающегося в расшифровке секвенирования их собственных геномов, но также и специалистов, включая медиков и научных журналистов, которые должны быть обеспечены необходимыми знаниями для информирования и обучения их пациентов и публики. [42]

Другие вопросы[править | править вики-текст]

Полное секвенирование генома может определить полиморфизмы, которые настолько редки, что о них не могут быть сделаны какие-либо выводы об их влиянии на здоровье, создавая некую неопределенность в анализе индивидуальных геномов, особенно в контексте клинической помощи. Чешский медицинский генетик Ева Мачакова пишет: "В некоторых случаях трудно отличить, является ли обнаруженный секвенированный вариант причиной мутации или нейтральной (полиморфной) вариацией без каких либо влияний на фенотип. "Расшифровка редких вариантов секвенированния неизвестного значения, обнаруженных в болезнетворных генах, становится всё более важной проблемой ".[43] Существуют серьёзные дискуссии насчёт того, как сделать значимыми результаты набора персональных геномов; понесёт ли за собой серьёзные последствия осведомленность о болезни и стоит ли это потенциального психологического стресса. Также существуют три потенциальные проблемы, связанные с законностью персонального комплекта геномов. Первый вопрос - это обоснованность исследования. Обработка ошибок образцов увеличивает вероятность ошибок, которые могли бы повлиять на результаты исследований и их интерпретацию. Второе влияет на клинические действия, которые могли бы повлиять на возможность исследования выявить или прогнозировать связанные нарушения. Третья проблема – это клиническое приложение персонального набора геномов и связанных с ними рисков и польза от их внедрения в клиническую практику.[44]

В настоящее время врачи проводят исследования, для которых некоторые из них не обучены корректно расшифровывать результаты. Многие даже не имеют понятия, как SNP реагируют друг с другом. Эти результаты впоследствии могут ввести пациента в заблуждение, что повлечет за собой нагрузку на и без того перегруженную нервную систему.[45] Это может способствовать принятию человеком неграмотного решения, вроде принятия нездорового образа жизни и изменений в планировании семьи. Кроме того, отрицательные результаты, которые могут оказаться неточными, теоретически снижают качество жизни и ухудшают психическое здоровье личности (повышая вероятность депрессии и тревоги). Также существуют разногласия, связанные с компаниями, исследующими индивидуальные ДНК. Есть вопросы, связанные с «утечкой» информации, правом на конфиденциальность и несением ответственности компанией, в случае, если это не будет выполнено. Установленные правила ещё неясно изложены. До сих пор ещё не было установлено, кто законно владеет геномной информацией: компания или тот, чей геном был прочитан. Были опубликованы образцы используемой геномной информации.[46] Также как и гос. учреждениями, академическим сообществом всё чаще отмечаются дополнительные вопросы о конфиденциальности[47], связанные, например, с генетической дискриминацией, нарушениями анонимности и психологическими воздействиями.[48] Наоборот, секвенирование генома будет разрешено для большего количества персональных медицинских процедур с использованием фармакогеномики; использования генетической информации для выбора соответствующих препаратов. [49] Процедуры могут назначаться индивидуально и они могут иметь различные генетические особенности (например персональная химиотерапия).

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Toward Precision Medicine: Building a Knowledge Network for Biomedical Research and a New Taxonomy of Disease. — The National Academies Press.
  2. The Pharmacogenomics Knowledgebase. Архивировано из первоисточника 19 мая 2013.
  3. NIH Office of Rare Disease Research. Архивировано из первоисточника 19 мая 2013.
  4. Gene Tests.
  5. 1 2 Wetterstrand, Kris DNA Sequencing Costs: Data from the NHGRI Large-Scale Genome Sequencing Program. Large-Scale Genome Sequencing Program. National Human Genome Research Institute (21 мая 2012). Проверено 24 мая 2012. Архивировано из первоисточника 19 мая 2013.
  6. Coming Soon: Your Personal DNA Map?. News.nationalgeographic.com (28 октября 2010). Проверено 19 октября 2011. Архивировано из первоисточника 19 мая 2013.
  7. JDW-genome-supp-mat-march-proof.doc (PDF). Проверено 19 октября 2011. Архивировано из первоисточника 19 мая 2013.
  8. True Single Molecule Sequencing (tSMS): Helicos BioSciences(недоступная ссылка — история). Helicosbio.com. Проверено 19 октября 2011. Архивировано из первоисточника 23 ноября 2007.
  9. Karow, Julia Complete Genomics to Offer $5,000 Human Genome as a Service Business in Q2 2009 | In Sequence | Sequencing. GenomeWeb. Проверено 19 октября 2011. Архивировано из первоисточника 19 мая 2013.
  10. 1 2 Lauerman, John Complete Genomics Drives Down Cost of Genome Sequence to $5,000. Bloomberg (5 февраля 2009). Проверено 19 октября 2011. Архивировано из первоисточника 19 мая 2013.
  11. McCabe LL, McCabe ER (June 2001). «Postgenomic medicine. Presymptomatic testing for prediction and prevention». Clin Perinatol 28 (2): 425–34. DOI:10.1016/S0095-5108(05)70094-4. PMID 11499063.
  12. Nelson RM, Botkjin JR, Kodish ED, et al. (June 2001). «Ethical issues with genetic testing in pediatrics». Pediatrics 107 (6): 1451–5. DOI:10.1542/peds.107.6.1451. PMID 11389275.
  13. Borry P, Fryns JP, Schotsmans P, Dierickx K (February 2006). «Carrier testing in minors: a systematic review of guidelines and position papers». Eur. J. Hum. Genet. 14 (2): 133–8. DOI:10.1038/sj.ejhg.5201509. PMID 16267502.
  14. Borry P, Stultiens L, Nys H, Cassiman JJ, Dierickx K (November 2006). «Presymptomatic and predictive genetic testing in minors: a systematic review of guidelines and position papers». Clin. Genet. 70 (5): 374–81. DOI:10.1111/j.1399-0004.2006.00692.x. PMID 17026616.
  15. Individual genome sequencing – Illumina, Inc. Everygenome.com. Проверено 19 октября 2011. Архивировано из первоисточника 19 мая 2013.
  16. Illumina Cutting Personal Genome Sequencing Price by 60% | GPlus.com. Glgroup.com (4 June 2010). Проверено 19 октября 2011.
  17. [1](недоступная ссылка)
  18. Illumina launches personal genome sequencing service for $48,000 : Genetic Future(недоступная ссылка — история). Scienceblogs.com. Проверено 19 октября 2011. Архивировано из первоисточника 14 июня 2009.
  19. Karow, Julia. Knome Adds Exome Sequencing, Starts Offering Services to Researchers, GenomeWeb (19 May 2009). Проверено 24 февраля 2010.
  20. Harmon, Katherine. Genome Sequencing for the Rest of Us, Scientific American (28 June 2010). Проверено 13 августа 2010.
  21. Amy Doneen, Nurse Practitioner read our customer stories. deCODEme, unlock your DNA. Decodeme.com (15 октября 2011). Проверено 19 октября 2011. Архивировано из первоисточника 19 мая 2013.
  22. Domain Names | The World’s Largest Domain Name Registrar — GoDaddy.com
  23. Existence Genetics l Rare Disease Screen l Comprehensive Rare Disease Genetic Testing & Analysis(недоступная ссылка — история). Existence Genetics. Проверено 27 декабря 2011. Архивировано из первоисточника 22 ноября 2011.
  24. Panels l Predictive Medicine(недоступная ссылка — история). Existence Genetics. Проверено 19 октября 2011. Архивировано из первоисточника 10 июня 2010.
  25. Existence Genetics l Optimizing Athletic Performance & Fitness(недоступная ссылка — история). Existence Genetics. Проверено 27 декабря 2011. Архивировано из первоисточника 22 ноября 2011.
  26. Personalized genetic health services. Navigenics. Проверено 19 октября 2011. Архивировано из первоисточника 19 мая 2013.
  27. Aaron, Internet entrepreneur. Navigenics – How it works(недоступная ссылка — история). Navigenics.com. Проверено 19 октября 2011. Архивировано из первоисточника 5 сентября 2012.
  28. Genetic DNA Reports | Pathway Genomics. Pathway.com. Проверено 19 октября 2011. Архивировано из первоисточника 19 мая 2013.
  29. 23andMe — Our Service: How the Process Works(недоступная ссылка)
  30. Knome homepage. Knome.com. Проверено 19 октября 2011. Архивировано из первоисточника 19 мая 2013.
  31. Knome Special Pricing. Knome.com (5 октября 2011). Проверено 19 октября 2011. Архивировано из первоисточника 19 мая 2013.
  32. Herper, Matthew. Your Genome is Coming, Forbes (3 June 2010). Проверено 13 августа 2010.
  33. Knome FAQ(недоступная ссылка — историякопия)
  34. Harmon, Amy The DNA Age: Gene Map Becomes a Luxury Item. The New York Times (4 марта 2008). Проверено 19 октября 2011. Архивировано из первоисточника 19 мая 2013.
  35. meragenome.com website. Архивировано из первоисточника 19 мая 2013.
  36. Mapmygenome.in. Архивировано из первоисточника 19 мая 2013.
  37. January 2009+BW20090112 Illumina and Oxford Nanopore Enter into Broad Commercialization Agreement, Reuters (12 January 2009). Проверено 23 февраля 2009.
  38. http://www..com/sequenom-licenses-nanopore-technology-harvard-develop-third-generation-sequencer
  39. Single Molecule Real Time (SMRT) DNA Sequencing, Pacific Biosciences. Архивировано из первоисточника 2 июня 2008. Проверено 23 февраля 2009.
  40. Complete Human Genome Sequencing Technology Overview, Complete Genomics. Архивировано из первоисточника 31 октября 2008. Проверено 23 февраля 2009.
  41. http://files.shareholder.com/downloads/CRGN/0x0x53381/386c4aaa-f36e-4b7a-9ff0-c06e61fad31f/211559.pdf
  42. Lunshof, Jeantine, Mardis, Elaine. [Retrieved from http://www.future-science-group.com/_img/pics/Mardis_-_Foreward.pdf Navigenics – How it works]. Future Medicine Magazine. Проверено 30 марта 2012.
  43. Machácková, Eva (2003). «Disease-causing mutations versus neutral polymorphism: Use of bioinformatics and DNA diagnosis». Cas Lek Cesk (Ceskoslovenska Lekarska Spolecnost) 142 (3): 150–153. PMID 12756842.
  44. Hunter DJ, Khoury MJ, Drazen JM (January 2008). «Letting the genome out of the bottle—will we get our wish?». N. Engl. J. Med. 358 (2): 105–7. DOI:10.1056/NEJMp0708162. PMID 18184955.
  45. Lea DH, Skirton H, Read CY, Williams JK (March 2011). «Implications for educating the next generation of nurses on genetics and genomics in the 21st century». J Nurs Scholarsh 43 (1): 3–12. DOI:10.1111/j.1547-5069.2010.01373.x. PMID 21342419.
  46. Gurwitz D, Bregman-Eschet Y (July 2009). «Personal genomics services: whose genomes?». Eur. J. Hum. Genet. 17 (7): 883–9. DOI:10.1038/ejhg.2008.254. PMID 19259127.
  47. De Cristofaro, E. (2012). «Whole Genome Sequencing: Innovation Dream or Privacy Nightmare?». ArXiv Repository.
  48. Presidential Commission for the Study of Bioethical Issues (2012). «Privacy and Progress in Whole Genome Sequencing».
  49. Blow N (October 2007). «Genomics: the personal side of genomics». Nature 449 (7162): 627–30. DOI:10.1038/449627a. PMID 17914399.