Pangenom, czyli o przełomie w nauce o DNA

Jakie są szan­se zacho­ro­wa­nia na cho­ro­bę wień­co­wą ser­ca lub nowo­twór? Jaki rodzaj lecze­nia był­by naj­sku­tecz­niej­szy? Odpo­wie­dzi na te pyta­nia praw­do­po­dob­nie znaj­du­ją się w naszym DNA. Jed­nak to nie na jed­nost­ko­wym DNA naukow­cy opie­ra­li swo­je dotych­cza­so­we bada­nia, a na „geno­mie refe­ren­cyj­nym”, któ­ry został zło­żo­ny z frag­men­tów mate­ria­łu gene­tycz­ne­go kil­ku osób, głów­nie pocho­dzą­cych z Euro­py i Afry­ki. Aktu­al­nie naukow­cy idą o krok dalej, pra­cu­jąc nad „pan­ge­no­mem”, któ­ry jest zbio­rem wszel­kich moż­li­wych sekwen­cji gene­tycz­nych ludzi z całe­go świa­ta. To daje narzę­dzie do głęb­sze­go pozna­nia nas samych i ma real­ny wpływ na roz­wój pre­cy­zyj­nych tera­pii. Już w tym roku pozna­my wię­cej danych, a medy­cy­na zro­bi wiel­ki krok w stro­nę lecze­nia szy­te­go na mia­rę. 

Cho­ciaż więk­szość nasze­go DNA jest wspól­na dla wszyst­kich ludzi, to wła­śnie nie­wiel­kie róż­ni­ce gene­tycz­ne, sta­no­wią­ce zale­d­wie 0,1% nasze­go geno­mu, decy­du­ją o naszej uni­kal­no­ści. To one odpo­wia­da­ją za róż­no­rod­ność wyglą­du, pre­dys­po­zy­cji do cho­rób, a nawet zacho­wań.
Pan­ge­nom uwzględ­nia róż­no­rod­ność gene­tycz­ną wszyst­kich popu­la­cji, włą­cza­jąc w to rzad­kie i uni­ka­to­we warian­ty genów, któ­re mogą wystę­po­wać tyl­ko w pew­nych gru­pach etnicz­nych lub geo­gra­ficz­nych. Dzię­ki temu umoż­li­wia lep­sze zro­zu­mie­nie dzie­dzi­cze­nia gene­tycz­ne­go, ryzy­ka cho­rób, a tak­że odpo­wie­dzi na lecze­nie w róż­nych popu­la­cjach ludz­kich. Ma to ogrom­ne zna­cze­nie dla per­so­na­li­zo­wa­nej medy­cy­ny i badań nad zdro­wiem publicz­nym, ponie­waż pozwa­la na bar­dziej pre­cy­zyj­ne podej­ście do dia­gno­zo­wa­nia i lecze­nia cho­rób w róż­nych gru­pach lud­no­ści.

Jesteśmy blisko przełomu?

Pierw­szy ludz­ki pan­ge­nom, opra­co­wa­ny przez Natio­nal Human Geno­me Rese­arch Insti­tu­te (NHGRI), został utwo­rzo­ny z sekwen­cji gene­tycz­nych 47 róż­nych osób, co sta­no­wi zna­czą­cy krok w kie­run­ku repre­zen­ta­cji glo­bal­nej róż­no­rod­no­ści gene­tycz­nej. NHGRI pra­cu­je nad dal­szym roz­wo­jem pan­ge­no­mu, do poło­wy 2024 roku​​​​ ma on zawie­rać dane z 350 geno­mów.
— Ana­li­za 350 geno­mów przy­nie­sie prze­łom w gene­ty­ce mole­ku­lar­nej, uka­zu­jąc ogra­ni­cze­nia obec­nej refe­ren­cyj­nej sekwen­cji ludz­kie­go geno­mu, któ­ra opar­ta jest na nie­wiel­kiej licz­bie osób i nie odzwier­cie­dla peł­nej róż­no­rod­no­ści gene­tycz­nej. Każ­dy czło­wiek posia­da uni­kal­ny genom, dla­te­go opie­ra­nie się na jed­nym, ogra­ni­czo­nym wzor­cu może pro­wa­dzić do nie­rów­no­ści w dia­gno­zo­wa­niu i lecze­niu, szcze­gól­nie w przy­pad­ku osób o odmien­nym pocho­dze­niu gene­tycz­nym. Luki w obec­nej sekwen­cji refe­ren­cyj­nej, wyni­ka­ją­ce z bra­ku danych w powta­rzal­nych i trud­nych do odczy­ta­nia obsza­rach, ogra­ni­cza­ją naszą zdol­ność do peł­ne­go zro­zu­mie­nia gene­tycz­nych pod­staw wie­lu cho­rób — tłu­ma­czy dr Urszu­la Korot­ko, lider­ka zespo­łu bio­in­for­ma­tycz­ne­go w IMAGENE.ME.
Zda­niem eks­pert­ki, dzię­ki pan­ge­no­mo­wi, uwzględ­nia­ją­ce­mu róż­no­rod­ność genów z całe­go świa­ta, będzie­my mogli dokład­niej prze­wi­dy­wać ryzy­ko cho­rób gene­tycz­nych o wciąż nie­zna­nym pod­ło­żu i opra­co­wy­wać bar­dziej sper­so­na­li­zo­wa­ne tera­pie.
— To sta­no­wi zna­czą­cy krok ku zrów­no­wa­żo­nej i sku­tecz­nej opie­ce zdro­wot­nej na ska­lę glo­bal­ną. Dzię­ki wyko­rzy­sta­niu pan­ge­no­mu, jako geno­mu refe­ren­cyj­ne­go w ana­li­zach bio­in­for­ma­tycz­nych, wykry­wa­nie nie­któ­rych zmian gene­tycz­nych będzie znacz­nie dokład­niej­sze. Będzie moż­li­we wykry­wa­nie zmian struk­tu­ral­nych, o któ­rych ist­nie­niu nie mie­li­śmy dotąd poję­cia, co może pozwo­lić na wykry­wa­nie nowych cho­rób gene­tycz­nych. Wyko­ny­wa­nie badań bazu­ją­cych na wyso­ko­prze­pu­sto­wym sekwen­cjo­no­wa­niu następ­nej gene­ra­cji NGS, jak bada­nia geno­mo­we (WGS) czy eks­o­mo­we (WES) będzie znacz­nie pre­cy­zyj­niej­sze u osób o innym pocho­dze­niu etnicz­nym, niż euro­pej­skie. Dzię­ki temu zwięk­szy się dostęp­ność tego typu badań i zmniej­szą nie­rów­no­ści o cha­rak­te­rze etnicz­nym w zakre­sie pre­cy­zyj­ne­go pro­fi­lo­wa­nia gene­tycz­ne­go – zazna­cza dr Korot­ko.
Tra­dy­cyj­ny ludz­ki genom refe­ren­cyj­ny, na któ­rym opar­to wie­le wcze­śniej­szych badań, bazo­wał na DNA nie­wiel­kiej licz­by osób, głów­nie o euro­pej­skim pocho­dze­niu. Ta ogra­ni­czo­na repre­zen­ta­cja nie odzwier­cie­dla­ła całe­go spek­trum ludz­kiej róż­no­rod­no­ści gene­tycz­nej. Co cie­ka­we, pan­ge­nom ma rów­nież zasto­so­wa­nia poza medy­cy­ną, na przy­kład w rol­nic­twie, gdzie może pomóc w iden­ty­fi­ka­cji genów odpo­wia­da­ją­cych za cechy agro­no­micz­ne, takie jak odpor­ność na cho­ro­by czy wydaj­ność upraw. To poka­zu­je, że pra­ca nad pan­ge­no­mem sty­mu­lu­je roz­wój nowych tech­no­lo­gii i metod badaw­czych w gene­ty­ce, co może pro­wa­dzić do inno­wa­cji i postę­pu w wie­lu dzie­dzi­nach nauki.

Nowy wymiar wiedzy o genomie

Choć na pierw­szy rzut oka ludzie wyda­ją się być do sie­bie bar­dzo podob­ni, to bada­nia nad pan­ge­no­mem ujaw­nia­ją znacz­nie więk­szą róż­no­rod­ność gene­tycz­ną. Te dzia­ła­nia mają rów­nież aspekt spo­łecz­ny i etycz­ny, poma­ga­jąc zmniej­szyć dys­pro­por­cje w opie­ce zdro­wot­nej wyni­ka­ją­ce z nie­rów­ne­go repre­zen­to­wa­nia róż­nych grup etnicz­nych w bada­niach gene­tycz­nych. Jest to o tyle cie­ka­we, że dzię­ki pra­cy naukow­ców już teraz wie­my, że pew­ne seg­men­ty wystę­pu­ją­ce w ludz­kim geno­mie mogą doty­czyć wyłącz­nie wybra­nej popu­la­cji. W tym świe­tle zasto­so­wa­nie jed­ne­go spo­so­bu tera­pii do wszyst­kich ludzi na świe­cie wyda­je się więc nie tyle cięż­kie do zre­ali­zo­wa­nia, co nie­moż­li­we.
— Bada­nia nad pan­ge­no­mem ujaw­ni­ły, że nie­któ­re warian­ty gene­tycz­ne, któ­re mogą wpły­wać na ryzy­ko roz­wo­ju cho­rób, jak np. cukrzy­cy typu 2 czy nie­któ­rych nowo­two­rów, zależ­nie od popu­la­cji wystę­pu­ją z róż­ną czę­sto­ścią. Widocz­ne są tak­że róż­ni­ce zwią­za­ne z meta­bo­li­zmem leków. Takie odkry­cia poka­zu­ją, jak róż­no­rod­ność gene­tycz­na może wpły­wać na odpo­wiedź orga­ni­zmu na lecze­nie i jak waż­ne jest uwzględ­nie­nie tych róż­nic pod­czas opra­co­wy­wa­nia tera­pii — doda­je dr Karo­li­na Chwiał­kow­ska, lider­ka zespo­łu bio­tech­no­lo­gicz­ne­go w IMAGENE.ME.
Pan­ge­nom ludz­ki to prze­łom w dzie­dzi­nie gene­ty­ki, któ­ry ma poten­cjał zmie­nić spo­sób, w jaki rozu­mie­my ludz­kie zdro­wie i cho­ro­by. Jego roz­wój i zasto­so­wa­nie będą mia­ły dłu­go­fa­lo­we skut­ki dla nauki i spo­łe­czeń­stwa, umoż­li­wia­jąc bar­dziej zrów­no­wa­żo­ne i sku­tecz­ne podej­ście do badań gene­tycz­nych i opie­ki zdro­wot­nej.