Персональная геномика

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, онкогеномику 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]

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 появления новых методов секвенирования, отличных от метода Сенгера.[5]

Стоимость секвенирования генома человека стремительно понижается, в связи с постоянным развитием новых, быстрых и дешёвых 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 2009 г. и 1.000$ к 2014 г.[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$. Также должны быть приняты во внимание затраты на закупку, служебный персонал и обработку данных. Стоимость секвенирования генома человека в 2008 г. составляла приблизительно в 300 000$.

В 2009 году Complete Genomics of Mountain View объявила об услуге полного секвенирования генома за 5000$ с июня 2009 г.[9] Услуга была доступна только для научных исследований, но не для частных клиентов.[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 2010 г.) 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 трёх 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]

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.

• 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]
• Gene by Gene предлагает услуги полногеномного секвенирования от $6995 до $7595, и другие варианты.
• Life Technologies
• Genotek — поставщик услуг секвенирования на территории СНГ в научных и диагностических целях, оказание услуг по выявлению предрасположенностей к заболеваниям и определению статуса носителя рецессивных генетических заболеваний.

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 Генетической 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.[41]

Полное секвенирование генома может определить однонуклеотидные замены (полиморфизмы), а также делеции и инсерции, 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 ".[42] 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.[43]

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.[44] 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.[45] Также как и гос. учреждениями, академическим сообществом всё чаще отмечаются дополнительные вопросы о конфиденциальности[46], связанные, например, с генетической дискриминацией, нарушениями анонимности и психологическими воздействиями.[47] Наоборот, секвенирование генома будет разрешено для большего количества персональных медицинских процедур с использованием фармакогеномики; использования генетической информации для выбора соответствующих препаратов.[48] Процедуры могут назначаться индивидуально и они могут иметь различные генетические особенности (например персональная химиотерапия).

• Персонализированная медицина