Natančna zdravstvena nega posega v vaš genom: prihodnost zdravja P3

Vstopamo v prihodnost, kjer bodo zdravila prilagojena vaši DNK in bo vaše prihodnje zdravje napovedano ob rojstvu. Dobrodošli v prihodnosti natančne medicine.

V zadnjem poglavju naše serije Prihodnost zdravja smo raziskali grožnje, s katerimi se človeštvo trenutno sooča v obliki globalne odpornosti na antibiotike in prihodnje pandemije, ter inovacije, ki jih pripravlja naša farmacevtska industrija za boj proti njim. Toda slaba stran teh inovacij je njihova množična tržna zasnova – zdravila, namenjena zdravljenju mnogih, namesto da bi ozdravila enega.

V luči tega bomo razpravljali o velikih spremembah, ki se dogajajo v zdravstveni industriji s tremi velikimi inovacijami – začenši z genomiko. To je področje, ki naj bi nadomestilo mačete za ubijanje bolezni z mikroskopskimi skalpeli. To je tudi področje, na katerem bo nekega dne povprečen človek dobil dostop do varnejših in močnejših zdravil ter zdravstvenih nasvetov, prilagojenih njihovi edinstveni genetiki.

Toda preden zabredemo v globoke vode, kaj sploh je genomika?

Genom v tebi

Genom je vsota vaše DNK. To je vaša programska oprema. In najdemo ga v (skoraj) vsaki celici vašega telesa. Nekaj ​​več kot tri milijarde črk (baznih parov) sestavljajo kodo te programske opreme in ko jo preberete, pove vse, kar pomeni vas, vi. To vključuje vašo barvo oči, višino, naravni atletski in inteligenčni potencial, celo vašo verjetno življenjsko dobo.  

Kljub temu, da je vse to znanje temeljno, smo šele pred kratkim lahko dostopali do njega. To predstavlja prvo večjo novost, o kateri bomo govorili: The stroški sekvenciranja genomov (branje vaše DNK) je padel s 100 milijonov dolarjev leta 2001 (ko je bil sekvenciran prvi človeški genom) na manj kot 1,000 dolarjev leta 2015, pri čemer številne napovedi napovedujejo, da bo do leta 2020 padel še na peni.

Aplikacije za sekvenciranje genoma

Sekvenciranje genoma je več kot samo sposobnost razumevanja vašega genetskega izvora ali tega, kako dobro vzdržujete alkohol. Ko sekvenciranje genoma postane dovolj poceni, postane na voljo cela vrsta medicinskih možnosti zdravljenja. To vključuje:

• Hitrejše testiranje vaših genov za prepoznavanje mutacij, boljše diagnosticiranje redkih genetskih bolezni ter razvoj cepiv in zdravljenj po meri (primer te tehnike rešil novorojenčka leta 2014);

• Nove oblike genskih terapij, ki lahko pomagajo pri zdravljenju telesnih okvar (razpravljamo v naslednjem poglavju te serije);

• Primerjava vašega genoma z milijoni drugih genomov, da bi bolje razumeli (podatkovni rudnik), kaj počne vsak gen v človeškem genomu;

• Napovedovanje vaše dovzetnosti in nagnjenosti k boleznim, kot je rak, za preprečevanje teh stanj leta ali desetletja, preden bi jih sicer izkusili, predvsem z varnejšimi, močnejšimi zdravili, cepivi in ​​zdravstvenimi nasveti, prilagojenimi vaši edinstveni genetiki.

Ta zadnja točka je bila zalogaj, vendar je tudi bistvena. Predstavlja vzpon napovedne in natančne medicine. To sta dva kvantna skoka v našem pristopu k zdravstveni oskrbi, ki bosta spremenila kakovost vašega zdravja, tako kot je odkritje penicilina spremenilo zdravje vaših staršev in starih staršev.

Toda preden se poglobimo v ta dva pristopa, je pomembno, da razpravljamo o drugi veliki inovaciji, ki smo jo nakazali prej: o tehnologiji, ki omogoča te medicinske inovacije.

CRISPR pogled na gene

Daleč najpomembnejša novost na področju genomike je bila nova tehnika spajanja genov, imenovana CRISPR/Cas9.

prva odkril leta 1987 naj bi se geni Cas v naši DNK (geni, povezani s CRISPR) razvili kot naš prvotni obrambni sistem. Ti geni lahko prepoznajo in ciljajo na specifičen tuj genetski material, ki je lahko škodljiv, ter ga izločijo iz naših celic. Leta 2012 so znanstveniki razvili metodo (CRISPR/Cas9) za obratni inženiring tega mehanizma, ki genetikom omogoča ciljanje in nato spajanje/urejanje specifičnih zaporedij DNK.

Toda tisto, kar resnično spreminja igro pri CRISPR/Cas9 (v prihodnje ga imenujemo samo CRISPR), je to, da nam omogoča, da odstranimo obstoječa ali dodamo nova genska zaporedja naši DNK na način, ki je hitrejši, cenejši, lažji in natančnejši od vse prej uporabljene metode.

To orodje je postalo eden ključnih gradnikov napovednih in natančnih trendov zdravstvenega varstva, ki so trenutno v pripravi. Je tudi vsestransko uporaben. Ne samo, da se uporablja za ustvarjanje zdravilo za HIV, je tudi orodje, ki se zdaj uporablja v kmetijstvu za proizvodnjo gensko spremenjenih rastlin in živali, igra ključno vlogo na hitro rastočem področju sintetične biologije in bi se lahko celo uporabljalo za začetek urejanja genomov človeških zarodkov v ustvarite dizajnerske dojenčke, v slogu Gattaca.

Med umazano poceni sekvenciranjem genov in tehnologijo CRISPR zdaj vidimo, da se orodja za branje in urejanje DNK uporabljajo za reševanje širokega spektra zdravstvenih izzivov. Toda nobena inovacija ne bo prinesla obljube napovedne in natančne medicine brez dodane tretje prelomne inovacije.

Kvantno računalništvo dešifrira genom

Prej smo omenili ogromen in hiter padec stroškov, povezanih s sekvenciranjem genoma. S 100 milijonov dolarjev leta 2001 na 1,000 dolarjev leta 2015 je to 1,000-odstotno znižanje stroškov, približno 5-kratno znižanje stroškov na leto. Za primerjavo, stroški računalništva se zaradi Moorov zakon. Ta razlika je problem.

Stroški določanja genskega zaporedja padajo hitreje, kot jim lahko sledi računalniška industrija, kot je razvidno iz spodnjega grafa (iz Poslovni Insider):

To neskladje vodi do zbiranja gore genetskih podatkov, vendar brez enake gore računalniške moči za analizo teh velikih podatkov. Primer, kako lahko to predstavlja težavo, je podpodročje razvijajoče se genomike, ki se osredotoča na mikrobiom.

V vseh nas leži zapleten ekosistem več kot 1,000 različnih vrst bakterij (vključno z virusi, glivami in drugimi mikroorganizmi), ki skupaj predstavljajo več kot tri milijone genov, kar pritlikava človeški genom s svojimi 23,000 geni. Te bakterije predstavljajo približno en do tri funte vaše telesne teže in jih je mogoče najti po vsem telesu, zlasti v črevesju.

Zaradi česar je ta bakterijski ekosistem pomemben, je to, da na stotine študij povezuje zdravje vašega mikrobioma z vašim splošnim zdravjem. Pravzaprav so nenormalnosti v vašem mikrobiomu povezane s prebavnimi zapleti, astmo, artritisom, debelostjo, alergijami na hrano, celo nevrološkimi motnjami, kot sta depresija in avtizem.

Najnovejše raziskave kažejo, da lahko dolgotrajna izpostavljenost antibiotikom (zlasti v zgodnjem otroštvu) trajno poškoduje zdravo delovanje vašega mikrobioma, saj uniči ključne zdrave črevesne bakterije, ki nadzorujejo slabe bakterije. Ta škoda bi lahko prispevala k zgoraj omenjenim boleznim.  

Zato morajo znanstveniki določiti zaporedje treh milijonov genov mikrobioma, natančno razumeti, kako vsak gen vpliva na telo, nato pa uporabiti orodja CRISPR za ustvarjanje prilagojenih bakterij, ki lahko pacientov mikrobiom vrnejo v zdravo stanje – in pri tem morda pozdravijo druge bolezni.

(Pomislite na to, kot da bi jedli enega od tistih hipsterskih, probiotičnih jogurtov, ki trdijo, da vam povrnejo zdravje črevesja, vendar v tem primeru dejansko.)

In tukaj se vrnemo k ozkemu grlu. Znanstveniki imajo zdaj tehnologijo, potrebno za zaporedje teh genov in njihovo urejanje, vendar brez računalniške moči za obdelavo teh genskih zaporedij ne bomo nikoli razumeli, kaj počnejo in kako jih urejati.

Na srečo za to področje bo nov preboj v računalniški moči kmalu vstopil v mainstream do sredine 2020-ih: kvantni računalniki. Omenjeno v našem Prihodnost računalnikov serije in na kratko (in dobro) opisano v spodnjem videoposnetku, bi lahko delujoči kvantni računalnik v enem dnevu obdelal kompleksne genomske podatke v nekaj sekundah, v primerjavi z leti uporabe današnjih vrhunskih superračunalnikov.

Ta naslednja stopnja procesorske moči (v kombinaciji s skromno količino umetne inteligence, ki je zdaj na voljo) je manjkajoča noga, ki je potrebna za postavitev napovedne in natančne medicine v mainstream.

Obljuba natančnega zdravstvenega varstva

Natančna zdravstvena oskrba (prej imenovana personalizirana zdravstvena oskrba) je disciplina, katere cilj je nadomestiti današnji pristop »ena velikost za vse« z učinkovitim medicinskim svetovanjem in zdravljenjem, ki je prilagojeno pacientovim genetskim, okoljskim in življenjskim dejavnikom.

Ko so se v poznih 2020. letih prejšnjega stoletja uveljavili, bi lahko nekega dne obiskali kliniko ali bolnišnico, zdravniku povedali svoje simptome, se odpovedali kapljici krvi (morda celo vzorcu blata), nato pa bi po pol ure čakanja zdravnik prišel nazaj s popolno analizo vašega genoma, mikrobioma in analizo krvi. Z uporabo teh podatkov bi zdravnik diagnosticiral natančno bolezen (vzrok) vaših simptomov, razložil, zakaj ste zaradi genetike vašega telesa dovzetni za to bolezen, in vam nato izdal računalniško ustvarjen recept za zdravilo, ki je po meri oblikovano za zdravljenje vaše bolezni. na način, ki dopolnjuje edinstveni imunski sistem vašega telesa.

Na splošno bo zdravnik s popolnim določanjem zaporedja vašega genoma, skupaj z analizo tega, kako vaši geni narekujejo vaše zdravje, nekega dne predpisal varnejša, močnejša zdravila in cepiva, v natančnejših odmerkih za vašo edinstveno fiziologijo. Ta raven prilagajanja je celo ustvarila novo študijsko področje –farmakogenologija— ki se ukvarja z načini kompenzacije genetskih razlik pri bolnikih, ki povzročajo različne odzive na posamezno zdravilo.

Zdravi te, preden zboliš

Med tem istim hipotetičnim obiskom pri vašem bodočem zdravniku in z uporabo iste analize vašega genoma, mikrobioma in preiskave krvi bi bilo mogoče, da bi zdravnik šel še več, tako da bi priporočil prilagojena cepljenja in predloge za življenjski slog z Cilj je preprečiti, da bi nekega dne doživljali nekatere bolezni, raka in nevrološke motnje, h katerim vas predispozira vaša genetika.

To analizo je mogoče opraviti celo ob rojstvu in s tem omogočiti vašemu pediatru, da prevzame bolj proaktivno vlogo pri vašem zdravju, kar bi se lahko obrestovalo tudi v vaši odrasli dobi. Dolgoročno pa se lahko zgodi, da bodo prihodnje generacije preživele večinoma brez bolezni. Medtem bi lahko v kratkem napovedovanje bolezni in preprečevanje morebitnih smrti pomagalo prihraniti do $20 milijard letno v stroških zdravstvenega varstva (sistem ZDA).

Inovacije in trendi, opisani v tem poglavju, podrobno opisujejo prehod od našega trenutnega sistema »bolniške oskrbe« k bolj celovitemu okviru »vzdrževanja zdravja«. To je okvir, ki poudarja odpravljanje bolezni in preprečevanje njihovega popolnega pojava.

In vendar to ni konec naše serije Prihodnost zdravja. Seveda vam lahko napovedna in natančna medicina pomaga, ko zbolite, toda kaj se zgodi, ko se poškodujete? Več o tem v našem naslednjem poglavju.

Serija Prihodnost zdravja

Zdravstveno varstvo pred revolucijo: Prihodnost zdravja P1

Jutrišnje pandemije in super zdravila, zasnovana za boj proti njim: Prihodnost zdravja P2

Konec trajnih telesnih poškodb in invalidnosti: prihodnost zdravja P4

Razumevanje možganov za izbris duševnih bolezni: Prihodnost zdravja P5

Doživljanje jutrišnjega zdravstvenega sistema: Prihodnost zdravja P6

Odgovornost za vaše kvantificirano zdravje: Prihodnost zdravja P7