Sekvenavimas (kitaip sakant, DNR sekoskaita) – dar visai nauja ir jautri tema medicinos pasaulyje. Ši procedūra tapo tokia pigi ir paprasta, kad jos naudojimas nėštumo metu, siekiant išsiaiškinti būsimam kūdikiui gresiančias ligas, atrodo neišvengiamas.
Rašydamas savo knygą „Optimisto kelionė į ateitį“ („Tyto alba“, 2014) britas futurologas Markas Stevensonas aplankė genetikos profesorių George’ą Churchą ir diskutavo, kaip žmogaus sveikatą lemia genai ir kokią įtaką daro gyvenimo būdas ir kasdieniai įpročiai, tokie kaip mityba.
Lrytas.lt pateikia knygos „Optimisto kelionė į ateitį“ ištrauką.
***
Konkretaus genų derinio (ar konkrečių genų mutacijų) turėjimas retai kada reiškia, kad būtinai susirgsite: jis tik pakeičia tikimybę susirgti – kartais ją padidina, kartais sumažina.
Kiek žmogaus sveikatą lemia genai?
Dažniausiai savo vaidmenį atlieka keli genai: kiekvienas iš jų būna tarsi nauja korta žaidime Texas Hold ’Em. Visai kaip pokeryje, labai retai pasitaiko, kad žaidėjui tekusios kortos visiškai nulemtų žaidimo eigą; bet jos viena ar kita linkme smarkiau arba silpniau pakeičia žaidėjo šansus.
Jūsų aplinka ir gyvensena irgi yra šio žaidimo kortos. Vegetarams, gaunantiems per mažai kalcio, padidėja osteoporozės tikimybė. Kita vertus, yra ir tokia tendencija: vengiantys mėsos rečiau serga storosios žarnos vėžiu, nes nevartoja gyvulinių riebalų.
Tai turi įtakos ir jūsų kūno požymiams. Egzistuoja labai nedaug atvejų, kai konkretus genas vienareikšmiškai atitinka tam tikrą požymį (dvi iš nedaugelio reikšmingų išimčių – skruostų duobutės ir kraujo grupė). Pavyzdžiui, jūsų ūgis priklauso nuo kelių genų sąveikos ir (dar kartą) mitybos.
Norint perprasti genomo ir gyvensenos sąveiką, svarbiausia nustatyti, kiek kartų ląstelė pasinaudoja skirtingais genome glūdinčiais receptais – įvyksta, kaip sako biologai, „genų raiška“. Jei panaudojus keturis šimtus recepto A kopijų kaskart panaudojamos trys recepto B kopijos, iš to galima kai ką nustatyti – pavyzdžiui, kad kuo nors užsikrėtėte, ir ar tai rimta. (Taip yra todėl, kad ląstelių dėmesį lengvai patraukia svetima DNR – šios joms suleidžia virusai. Šį procesą George’as vėliau apibendrins taip: „Ei, ei, žiūrėkite štai ten! Gryna DNR! Mėgstu gryną DNR!“) Taip pat pagal šią informaciją galima nustatyti, kad jums gresia pavojus susirgti tam tikra liga.
Pavyzdžiui, receptų-genų rūšies, vadinamos „onkogenais“, raiškos padidėjimas didina tikimybę susirgti vėžiu. Onkogenai skatina ląsteles dalytis ir daugintis, ir tai naudinga, jei jūs – vaikas ir norite augti, bet ne taip naudinga, jei turite auglį, taip pat norintį augti.
Jei genas yra baltymo receptas, tada „geno raiška“ – tai maisto porcijų skaičius, ir, visai kaip kalbant apie maistą, jei kai kurių dalykų padauginsite ar pamažinsite, tai jums gali pakenkti. Prigimtis ir patirtis. Genai ir „genų raiška“, apsiviję vienas apie kitą lyg tango šokėjų pora, šoka vingrų gyvybės šokį, – vieno be kito neįmanoma suprasti arba įvertinti. (Natalie Angier knygoje „Kanonas: nuostabūs mokslo pagrindai“ (The Canon: the Beautiful Basics of Science), elegantiškai supažindinančioje su moksliukų pasaulio pagrindais, taikliai perteikia šią mintį: „Prigimties ir patirties negali atsieti, lygiai kaip negali atsieti stačiakampio ilgio ir pločio.“)
Craigas Venteris žurnalui Der Spiegel pasakė, kad Žmogaus genomo projekto nauda medicinai kol kas „beveik lygi nuliui“, ir kad „iš tikrųjų iš genomo nesužinojome nieko, išskyrus tikimybes“. Todėl Asmeninio genomo projektas toks svarbus: tikimasi, kad jis atskleis kai kuriuos sunkiau apčiuopiamus mūsų genetinės sandaros ir gyvensenos sąveikos ypatumus, o tada galėsime šiuos sudėtingus dalykus iš dalies suvaldyti.
George’ą Churchą mažiau domina sunkiai sergantieji, nes jam neatrodo savaime aišku, kad „mechanizmas, lemiantis, jog jūs sunkiai susergate, reikšmingas daugumai žmonijos atstovų“.
Asmeninio genomo projekto pagrindinis tikslas iš tikrųjų nėra gelbėti beviltiškus ligonius (nors jis bus naudingas įveikiant ir jų ligas). Juo siekiama, kad dauguma mūsų niekada neatsidurtų tokioje padėtyje.
Tai tikriausiai ambicingiausias ir svarbiausias medicininis tyrimas istorijoje: ateityje jis gali turėti įtakos tūkstančių ligų gydymui ir padėti įgyti naujų žinių apie tai, kuo gyva mašina, vadinama Homo sapiens. Kalbant apie genetikos teorijos ir žemiškos medicinos praktikos tikruosius ryšius, medicinos ateitis gimsta čia, Harvardo medicinos mokykloje.
Jei dalyvautumėte šiame tyrime (o George’as nori, kad dalyvautumėte), nepamirškite: ne tik bus sekvenuotos pagrindinės jūsų genomo dalys, bet ir būsite ištirtas miriadais būdų (bus užregistruoti jūsų požymiai), turėsite atsakyti į galybę įvairiausių itin asmeniškų klausimų apie gyvenseną, ir jus paragins atskleisti visą savo ligos istoriją.
Iš jūsų paims odos ląstelių, ir George’as, pritaikęs apgrąžos inžineriją, pavers jas kamieninėmis ląstelėmis. O tada jūsų paprašys pasidalyti visais šiais duomenimis su visais norinčiais.
Priežastis paprasta: kuo daugiau žmonių galės naudotis visais duomenimis, tuo labiau tikėtina, kad atsiras kas nors, kas aptiks mūsų genetinės sandaros ir gyvensenos sąsajas. Projekto rezultatas bus milžiniškas informacijos kiekis, ir George’as nori, kad ją kuo greičiau gautų kuo daugiau žmonių.
Jis mano, kad jei kokia viena institucija (net jei tai Harvardo medicinos mokykla) nepasidalytų turimais duomenimis, kiltų grėsmė, kad naujos žinios bus geriausiu atveju įgytos po ilgo laiko, o blogiausiu – apskritai nebus įgytos.
– Niekada nežinai, kokiam ekspertui pavyks ką nors suprasti, – sako jis. – Tai gali būti koks Indijos kompiuterininkas ar mokytojas iš Bangladešo. Nenoriu būti policininkas ir sakyti: „Oi, jūs negalite spręsti šios problemos. Neturite reikiamo leidimo.“ Kuo daugiau žmonių ją nagrinės, tuo geriau.
Vaistų kainos kristų
Galbūt yra ryšys tarp Churcho irito, vėžlių auginimo ir konkretaus geno? Gali būti, kad norint tai išsiaiškinti, tereikia Asmeninio genomo projekte sekvenuoti dar vieno iritu sergančio vėžlių augintojo DNR, o būsimasis biologijos Einsteinas, galbūt plušantis kitiems nežinant, dabar iš interneto gaus raktus nuo duomenų lobyno.
Toks laisvas naudojimasis duomenimis medicinos tyrimuose beveik neturi precedento, tačiau, kaip sako George’as, „Asmeninio genomo projektas daug kuo skiriasi nuo įprastinio verslo“.
– Vienas svarbiausių dalykų – rasti žmonių, turinčių tokius pačius alelius, – aiškina jis, turėdamas omenyje tas „dominuojančiųjų“ ir „recesyviųjų“ receptų poras. – Jei pavyksta rasti vieną ligos atvejį ir vieną sveiką žmogų, tada tikriausiai skiriasi aplinka. Galima susekti aplinkos veiksnius, ir tikslas pasiektas! Tada jums reikės pakeisti gyvenseną ar mitybą, ir pasitaisysite.
Iš esmės tai nesiskiria nuo metimo rūkyti tam, kad išvengtum kraujagyslių ligos ar plaučių vėžio, bet, dar kartą, George’ui rūpi aptikti sunkiau apčiuopiamas sąveikas, ir Asmeninio genomo projektas gali padėti jas atskleisti.
– Galėtume sakyti: „Patariame jums štai tokią aplinką, o štai vaistai, kuriuos jūs turėtumėte ir kurių neturėtumėte vartoti. Ei, o šių vaistų neturėtumėte vartoti kartu.“
Kalbant apie vaistus, tokie tyrimai kaip Asmeninio genomo projektas gali išjudinti visą laviną jau egzistuojančių, bet šiuo metu neprieinamų vaistų, galinčių išgelbėti gyvybę. Jau dabar pasaulyje „marinuojama“ gausybė naudingų vaistų, niekada neišvydusių dienos šviesos.
2001 metais Tuftso vaistų tobulinimo tyrimų centro (Tufts Center for the Study of Drug Development) atliktas tyrimas rodo, kad JAV Federalinė vaistų agentūra žmonėms vartoti patvirtina tik vieną iš penkių tūkstančių pasiūlytų vaistų. Net jei vaistai pasiekia bandymų su žmonėmis etapą, tik rečiau nei vienu iš keturių atvejų juos pradedama pardavinėti pagal receptą.
Priežastis – nors tie vaistai gali būti naudingi daugeliui žmonių, jie gali būti pavojingi ar net mirtini nedaugeliui kitų. Ne visada žinoma, kaip nustatyti, kam vaistai bus naudingi, o kam pavojingi, todėl neišvengiama, kad vaistai tvirtinami atsargiai.
Kaip pavyzdys tinka neseniai nutikę įvykiai su Vioxx, populiaria skausmą malšinančio vaisto rofekoksibo rūšimi. Šis vaistas dažnai išrašomas ligoniams, kenčiantiems chronišką skausmą, pavyzdžiui, sergantiems artritu. Vienas tyrimas parodė, kad vartojant šį vaistą aštuoniolika mėnesių ar ilgiau padidėja širdies ligų rizika (maždaug du kartus: nuo 0,75 iki 1,5 procento). Dėl to vaisto buvo atsisakyta, ir šis atvejis susilaukė didelio žiniasklaidos dėmesio.
Šie faktai turi ekonominių padarinių: dėl vaistų, niekada neišvystančių dienos šviesos, tyrimų ir dėl bandymų gauti patvirtinimą susidariusias išlaidas turi padengti rinką pasiekiančių vaistų kainos. Tai reiškia, kad patvirtintas vaistas vaistų bendrovei dažnai atsieina milijardą dolerių (o kartais ir dukart tiek), ir tai yra viena iš priežasčių, lemiančių dideles kai kurių vaistų kainas. Asmeninė genomika gali visa tai pakeisti.
– Dabar vaistai atmetami dėl to, kad jie blogai veikia vieną procentą žmonių, – sako George’as. – Remiantis genomų duomenimis, galima nustatyti, kas sudaro tą vieną procentą, ir duoti vaistą likusiems devyniasdešimt devyniems procentams.
Taip būtų galima išgelbėti milijonus gyvybių, be to, numušti vaistų kainas, nes daugiau jų galėtų patekti į rinką.
Tačiau, norint pasiekti šiuos rezultatus, reikia greičiau pradėti naudotis tinkama technologija.
Išradimais dalijasi veltui
Ar įvyks asmeninės genomikos revoliucija, priklauso nuo to, ar žmogaus DNR sekoskaita bus pigi, tinkama masinei rinkai.
– Iš tikrųjų tai kainos klausimas, – sako Churchas. – Turėjome mažinti DNR sekoskaitos kainas, kad ji taptų įperkama. Tuo ir užsiėmiau trisdešimt dvejus metus.
Pavyzdžiui, todėl George’o DNR sekoskaitos įrenginio Polonator G.007 projektas prieinamas visiems. Ši mašina, vertinant pagal sąnaudų ir našumo santykį, smarkiai pranoko varžoves, taigi jis kaip dovaną įteikė kitiems savo komercinį pranašumą.
Niekas negali sukliudyti kitiems šią mašiną nukopijuoti ir pradėti pardavinėti tikslią jos kopiją arba panaudoti George’o projektą kitokiai konstrukcijai kurti. Tačiau Churchui tai nesvarbu. Kuo greičiau DNR sekoskaita taps įprasta, tuo greičiau bus išgelbėtos gyvybės. Todėl George’as konsultuoja tiek daug konkuruojančių firmų ir net jas steigia. Jį skatina spartesnės pažangos, o ne pinigų siekis.
Todėl padrąsina žinios, kad DNR sekoskaitos kainos ne smunka, o visu greičiu krenta. Kainos ir našumo santykis didėja vis greičiau, visai kaip kompiuterių srityje, kur jo didėjimas jau nustojo stebinti.
– Pirmą kartą sekvenuoti visą žmogaus genomą Craigui Venteriui atsiėjo šimtą milijonų dolerių, o prieš tai dar trys milijardai valstybės lėšų buvo išleista konkuruojančiam projektui, – sako George’as.
Tačiau dabar, kai rašau, 2010-ųjų viduryje, bendrovė Knome (George’as Churchas – vienas iš jos steigėjų) už žmogaus genomo sekvenavimą iš jūsų paimtų truputį mažiau nei šimtą tūkstančių dolerių.
Devynios grupės iš viso pasaulio šiuo metu varžosi dėl Archon X Prize genomikos apdovanojimo – dešimties milijonų dolerių, teksiančių grupei, „sekvenuosiančiai 100 žmonių genomus per 10 dienų arba greičiau“ už „ne daugiau nei 10 000 dolerių vienam genomui“. (Nereikia nė sakyti, kas vadovauja grupei, daugumos nuomone, turinčiai laimėti.)
Tačiau šio apdovanojimo ambicijos jau gali pasirodyti pasenusios. 2009 metais Kalifornijoje įsikūrusi bendrovė Complete Genomics (taip, Churchas irgi yra jos konsultantas) paskelbė, kad gali sekvenuoti visą žmogaus genomą vos už penkis tūkstančius dolerių, ir tikisi, kad bus surastas būdas padaryti tai už tūkstantį (nors kol kas komercinio pasiūlymo dar nėra).
Jau kalbama ir apie genomą už šimtą dolerių. Palaukite – Davidas Weitzas iš Harvardo tikisi padaryti tą patį už 30 dolerių. Jei DNR sekoskaita ir toliau taip progresuos, netrukus galėsime sekvenuoti visą genomą už dešimt dolerių, o paskui greitai ir už dolerį.
– Nuo aštuntojo dešimtmečio DNR sekoskaitos kainos maždaug kas aštuoniolika mėnesių sumažėdavo dvigubai (kaip ir kompiuterio įrangos), – sako Churchas. – Bet per pastaruosius penkerius metus jos dukart sumažėdavo kas keturi mėnesiai.
(Tai tik vienas iš įspūdingų „didėjančios grąžos dėsnio“ pavyzdžių. Su šiuo dėsniu savo kelionėse susidursiu daug kartų, ir jis turės tam tikrų įdomių pasekmių mums visiems.)
Nepersūdysime pasakę, kad esame per plauką nuo genomų duomenų lavinos, sukelsiančios medicinoje perversmą. Asmeninio genomo projektas yra milžiniškas užmojis – mėginama sukurti šimto tūkstančių asmenų duomenų bazę.
Bet įsivaizduokite pasaulį, kur visi turime rankose savo genomo dokumentą, arba kur galimybė sekvenuoti konkrečiose ląstelėse glūdinčius genomus ir juos palyginti (kaip buvo padaryta Sangerio instituto novatoriškame vėžio tyrime) tapo kasdienybe?
Galėtume tikėtis nebe tokių diagnozių, kaip „Pone Stevensonai, gaila, bet turiu jums pranešti, kad sergate vėžiu“, o „Pone Stevensonai, turiu malonią naujieną: sekvenavome jūsų vėžį ir dėl to turime jums asmeninį gydymo procedūrų rinkinį“. Tikiuosi, daugelio ligų apskritai galėsiu išvengti, nes užbėgsiu joms už akių.
„Įsivaizduokite, jog vieną dieną judu su savo gydytoju kartu peržiūrėsite jūsų asmeninio genomo kopiją“, – sakoma Archon X Prize anotacijoje. „Ši gyvybiškai svarbi informacija apie jūsų biologinę sandarą leis jūsų gydytojui nustatyti, kokioms ligoms esate imlūs, kokiais būdais geriausia palaikyti jūsų sveikatą ir kaip išvengti būsimų ligų arba sumažinti jų poveikį.“
Tame pačiame Sundzi „Karo meno“ skyriuje, aiškinančiame asmeninių žinių svarbą kovoje, taip pat sakoma: „Pavergti priešo kariauną be kovos – štai tikra meistriškumo viršūnė.“
Johnas Wayne’as būtų galėjęs pasakyti: „Užkirskime joms kelią.“
Štai kur eina medicina. O George’as Churchas čia nesustoja, nes jo užmojai platūs. Jis nori ne tik skaityti gyvybės kodą, bet ir jį rašyti.
