Genetická revoluce:Jak znalost lidského genomu ovlivní medicínu příštích let.

Marek Vácha

3. LF UK Praha

24. června 2014

Angelina Jolie si nechala provést preventivní oboustranou mastektomii

Jolie si testy nechala udělat u Myriad Genetics.

http://www.nytimes.com/2013/05/14/opinion/my-medical-choice.html?_r=0

Angelina Jolie mutace je přítomna a risk rakoviny prsu byl v jejím

případě 87 % a risk rakoviny vaječníku 50 %. V květnu 2013 zveřejnila Angelina Jolie

prohlášení, že si nechala z preventivních důvodů provést oboustrannou mastektomii právě kvůli mutaci v BRCA 1 genu čímž riziko rakoviny prsu dostala pod 5% a velmi

pravděpodobně si prodloužila život o desítky let. Slovo „nemocnice“ tak přestává být

lingvisticky přesné.

Po staletí jsme vždy klasifikovali sami sebe jakožto zdravé až do chvíle, než se objevily symptomy nemoci. Jakmile byla jednou nemoc diagnostikována, ať již správně nebo nesprávně, obdrželi jsme standardizovanou léčbu. Ve shodě s tímto pohledem bylo lidské tělo v zásadě ignorováno, dokud nezačalo fungovat nespprávně.

Collins, F., (2010) The Language of Life. Profile Books LTD. London, GB. p. 34

Historie

Projekt lidského genomu

přírodní vědy dosáhly působivých poznatků ve zkoumání external Universe, vnějšího světa

seriózně se mluví o 13 rozměrech a Hubbleův teleskop posílá fotografie i velmi vzdálených míst vesmíru

existuje ale doposud neprozkoumaný internal Universe, vesmír v nás, neméně rozsáhlý a neméně překvapivý

Lidský genom

má přibližnou velikost 3,2 Gb z nichž je 2,95 Gb tvořeno euchromatinem. 28% sekvencí je transkribováno do RNA a z těchto 28% je

pouhých 5% přepisováno do proteinů; což je 1,1%-1,4% absolutní velikosti celého genomu člověka. toto v roce 2012 již není pravda, přepisuje se do RNA snad až 90%

genomu v roce 2013 se předpokládá že někdy a nějak se přepíše do RNA

100% genomu Přes 50% genomu je tvořeno repetitivními sekvencemi: 45%

genomu je tvořeno jedním ze čtyř typů parazitických DNA elementů, 3% genomu tvoří repetice jen několika bází a 5% genomu je tvořeno recentními duplikacemi velkých segmentů DNA.

Většina parazitické DNA je tvořena reverzními transkripty z RNA.

Lidský genom tak z určitého úhlu pohledu připomíná moře repetitivních sekvencí s malou příměsí genů.

Pomocné projekty

vytvoření nových technologií zlepšení technik umožňující fyzikální a genetické

mapování zlepšení technik sekvenování DNA konstrukce databází

sekvenování genomu pěti modelových organismů E.coli, Saccharomyces cerevisiae, Caenorhabditis

elegans, Drosophila melanogaster a Mus musculus

ELSI: Etické, Legální, Sociální Implikace

Miliónkrát lacinějšíběhem posledních deseti let

1980: jedna laboratoř 1000 pb za den. 2000: jedna laboratoř 1000 pb za vteřinu, 24

hodin denně, sedm dní v týdnu.

první lidský genom: 13 let, cena 3 miliardy dolarů

Genom Jamese Watsona: čtyři měsíce (2007), cena 1 milión dolarů

2010: 3 lidé, cena každého z genomů 4 400 dolarů

2011: sekvenování trvá jeden den, cena 1000 dolarů, celkem 1 000 lidí

Veřejné consortium a Celera

Veřejné Consortium x Celera GenomicsFrancis Collins Craig Venter

Nature,únor 2001

V davu jsou fotografie Gregora Mendela, Jamese Watsona a Francise Cricka.

Scienceúnor 2001

2014

sekvenovat všechny organismy na světě vyhynulé organismy

sekvenovat všechny lidi

Sekvence naší DNA, vhodně zašifrovaná, se zanedlouho stane standardní součástí naší elektronické zdravotní dokumentace.

Collins, F., (2010) The Language of Life. Profile Books LTD. London, GB.

Pohled roku 2001

Geny kódující proteiny:

Regulační sekvence:

Nekódující RNAs

Transposony

35 000 – 120 000

méně než informací kódující proteiny (promotory a několk enhancerů)

několik klasických typů (rRNA, tRNA, snoRNA + XIST, telomerase, 7SL, H19)

Parasité, „junk DNA“

Geny kódující proteiny: Regulační sekvence:

Nekódující RNAs

Transposony

21 000 mnohem VÍCE než

informací kódující proteiny (poměr 5:1)

kolem 7 000

symbionti (urychlující evoluci)

Rasismus je mrtvý

1,5 milionu pb - rozdíl mezi matkou a dítětem 2,25 milionů pb - rozdíl mezi babičkou a

vnučkou 3 miliony pb - rozdíl mezi dvěma náhodnými

lidmi na Zemi

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Pe

a*

Fly

Fis

h

Hu

ma

n

Ve srovnání s ostatními druhy vykazují lidé velmi malou genetickou variaci

Gen

etic

ká

varia

bilit

a (%

)

0

0,1

0,2

0,3

0,4

Ora

ng-uta

n

Go

rilla

Chim

panze

e

Hum

an

Rasismus je mrtvý

moderní populační genetika učinila koncept „rasy“ biologicky bezesmyslným, i když je stále sociálně explozívní.

Dvě teorie vzniku moderního člověka (multiregionální model a „out of Africa“)

Počet zděděných mutací, které se dostávaly do genomu, jak se lidstvo rozšiřovalo po světě, ukazuje, že: mužský strom má svůj kořen v centrální Africe

před 100 000 lety.

Eva může být vystopována stejným způsobem. Eva žila před méně než 200 000 lety, dlouho

před Adamem

časová mezera vznikla díky rozdílům ve tvarech mužského a ženského stromu. pokud někteří muži monopolisovali mnoho žen, pak

se mnozí muži rozmnožovali méně než je průměr. To znamená, že mužská populace je v reálu menší než ženská.

to vedlo k rychlejším ztrátám Y chromosomů ve srovnání s mitochondriemi a kratší cestu strojem času k Adamovi než k Evě.

Jones, S., (2013) The Serpent´s Promise. The Bible Retold as Science. Hachette Digital. London (loc 697)

Neexistuje "The Human Genome" platónská představa ideje lidského

genomu zřejmě neodpovídá realitě

další značky musí být vymyšleny pro inzerce a delece

Kostra gorily a člověka

Roger Fenton (1819-69), "Kostra muže a samečka gorily"

okolo roku 1855Fenton byl oficiální fotograf britského muzea, které bylo v té době správcem sbírek, které dnes vlastní the Natural History Museum. Fotografována 4

roky před vydáním "O původu druhů" , gorilí kostra je nastavena ve

vzpřímenější pozici, než by byla přirozeně, aby vynikly podobnosti mezi

gorilou a člověkem. Levá horní končetina gorily vykazuje známky

rozdrcení lvími zuby.

Auguste RodinŽena kentaur (Mysl a tělo)

Auguste RodinMyšlenka

Genetická revoluce

23andMe https://www.23andme.com/ $ 399 vzorek slin do speciální zkumavky

Navigenics http://www.navigenics.com/ $ 2499 vzorek slin do speciální zkumavky

deCODE http://www.decode.com/ $ 985 buňky z ústní dutiny získané pomocí tampónu

23andMe https://www.23andme.com/ $ 99 vzorek slin do speciální zkumavky

Navigenics http://www.navigenics.com/ vzorek slin do speciální zkumavky

deCODE http://www.decode.com/ buňky z ústní dutiny získané pomocí tampónu

Sekvenování všech lidí...

Kolekce dat by měla být otevřená pro všechny výzkumníky, pro všechny badatele, kteří by ji chtěli využít k jakémukoli účelu, buď pro vytváření hypotéz, testování, stanovit nebo falsifikovat korelace na jakékoli úrovni nebo k čemukoli jinému.

Znamená to volné publikování genomu jedince na internetu, aby data byla přístupná komukoli.

Church, G., Regis, E., (2012) Regenesis. How Synthetic Biology Will Reinvent Nature and Ourselves. Basic Books. A Member of the Perseus Books Group. New York. p. 210)

Personal Genome Projectwww.personalgenomes.org

formálně odstartoval a otevřel se pro širokou veřejnost na Dni DNA, 25. dubna roku 2009.

 FAMILY TRAITS INHERITANCE CALCULATOR

patent na „selekci dárce gamet“  Patent #8,543,339 garantuje firmě

23andMe exklusivní práva na genetické a počítačové technologie, které umožní budoucím rodičům vybrat dárce spermií či oocytů tak, aby vzniklo dítě s žádanými rysy.

Patent firmy 23andMe jde ovšem za pouze lékařské využití.

Usnadňuje volbu rodiče i v řadě rysů, které nejsou spojeny s nemocemi, jako je pohlaví, výška, váha, barva očí, „osobnostní charakteristiky“ jako je vřelost či smysl pro humor, spolu s pravděpodobností nárůstu svalů, což by mohlo dítěti pomoci být dobrým atletem.

http://www.nature.com/gim/journal/v15/n12/full/gim2013164a.htm

Na tiskové konferenci (2013) oznamující přijetí patentu, 23andMe oznámila, že od doby, kdy zažádala o patent v roce 2008, se její strategický záměr změnil a že společnost již více nemá v úmyslu implementovat technologii do center asistované reprodukce jako nástroj pro vybrání vhodného dárce.

Epigenetika

endokrinní disruptor vinclozolin, methoxychlor a Bisfenol A mají schopnost změnit vzorec metylace DNA v linii zárodečných buněk, čímž způsobují nemoci a predispozici k nemocem u „vnuků“ myší, které byly těmto chemikáliím vystaveny in utero.

... = změněný chromatin, jak jednou vznikne, může být děděn z jedné generace do druhé.

environmentální faktor může navodit transgenerační změnu epigenomu, která ovlivní sexuální selekci a může mít impakt na životaschopnost populace a evoluci celého druhu.

... koncept epialelické dědičnost přináší zpět do evoluční biologie pojem dědičnosti získaných vlastností.

další překvapení: pro většinu genetických variant hrajících roli při vzniku nemoci není problém ve zmutovaném proteinu; problém je spíše v tom, že gen není v odpovídající poloze „off“ nebo „on“ ve správném čase nebo se nepřepisuje ve správném množství.

Collins, F., (2010) The Language of Life. Profile Books LTD. London, GB. p. 138

Evoluce není ani tak výsledkem genetické variace ve smyslu mutací

je spíše výsledkem toho, kdy a kde se jednotlivé geny zapínají a vypínají v individuálním vývoji organismu.

Ayala, F., Arp, R., (eds.) (2010) Contemporary Debates in Philosophy of Biology. Blackwell Publishing, Ltd. Chichester. UK. p. 196

Molekulární genetika

John Sulston Craig Venter

„Z domova jsem si odnesl myšlenku, že se věci nedělají kvůli penězům. Zač by stál lidský život, kdybychom se v něm nepokusili objevit něco nového?“

sekvenování genomů pro komerční zisk je "totally immoral and disgusting".

"Speed matters - discovery can´t wait!"

Věda je forma podnikání Informace je třeba

proměnit na peníze snaha o patentování

genů člověka za účelem zisku peněz z patentů

Patentování genů

lidský genom by měl být majetkem celého lidstva podobně jako Mendělejevova tabulka prvků

není to komodita, která by se dala prodávat jako jablka nebo pomeranče

věda je „public knowledge“ a vědecké výsledky přece nemají být utajovány

databáze poslouží nejlépe, pokud budou veřejné a nefragmentované moderní genomika by nemohla fungovat, kdyby sekvence

byly roztříštěny do stovek databází v této perspektivě udělala Science velkou chybu, když

Celeře umožnila publikovat článek bez zveřejnění svých dat (Jobling, M.A., Hurles, M.E., Tyler-Smith, C., (2004) Human Evolutionary

Genetics. Garland Publisher, New York, p. 27)

BRCA

přibližně 12% žen onemocní během svého života rakovinou prsu

55% - 65% žen, které jsou nositelky mutace v BRCA1, onemocní rakovinou do 70. roku věku

45% žen, které jsou nositelkami mutace v BRCA2 onemocní rakovinou prsu do 70. roku věku.

BRCA

BRCA 1 je tumor-supresorový gen BRCA1 a BRCA2 dohromady odpovídají

za 20% - 25% dědičné rakoviny prsu a přibližně za 5% - 10% všech rakovin

prsu navíc mutace v BRCA1 a BRCA2

odpovídají za 15% všech rakovin ovarií  

BRCA 1 a BRCA 2

1990: laboratoř v Berkeley ohlásila, že se zdařilo vystopovat umístění genu BRCA 1 někde na chromosomu 17.

Nastaly transatlantické závody za účelem objevu přesné pozice genu

jedním z hlavních řešitelů byl Mark Skolnick, genetik z the University of Utah a spoluzakladatel společnosti Myriad Genetics.

Mark Skolnick

BRCA 1 (1994) a BRCA 2 (1995)

Skolnick a jeho kolegové v těchto závodech zvítězili v roce 1994, když nalezli gen BRCA 1, a izolovali jej od ostatní DNA i od proteinového lešení chromosomu 17.

V roce 1995, vědci z Myriad rovněž identifikovali a izolovali BRCA 2, který se nachází na chromosomu 13.

Objev nebo Vynález?

Produkty přírody tedy, jako jsou chemické prvky periodické tabulky, organismy které žijí na zemi, protože nejsou na světě nové a nejsou vytvořeny člověkem se nemohou stát patentovatelnou matérií.

Nepatentovatelné jsou nepsaně objevené přírodní zákonitosti přírodní úkazy abstraktní ideje myšlenky

Žalobci:

 DNA není nic než typ chemikálie. I když je v isolované podobě, obsahuje přírodní

uskladnění genetické informace a schopnost projevit zákony přírody.

geny nejsou pouze speciálním produktem přírody; každý z nich je dále jedinečný ve svém složení a funkci. nikdo nemůže vynalézt nové BRCA 1 a BRCA 2 podobně

jako nikdo nemůže vynalézt nový vodík nebo kyslík.

Žalobci:

James Watson: „Instrukce Života by neměla být kontrolována právnickými monopoly vytvořenými z vrtochu Kongresu nebo soudů.“

John Sulston

„Mojí první odpovědí je, že sekvence genomu je objev, nikoli vynález. Jako hora nebo řeka je gen přírodní objekt který zde byl když už ne dávno před tím, než jsme přišli my, tak určitě dávno před tím, než jsme si začali být vědomi jeho existence.“

„Nemůžete ani říct, že vlastníte gen, protože to byste vlastnili také jeden z mých vlastních genů“. Sulston, J., Ferry, G., (2003) The Common Thread. A Story of Science, Politics, Ethics and the Human Genome. Gorgi Books, London

Francis Collins

„Po té, co jsme se dozvěděli tyto principy, se moje vlastní laboratoř a laboratoř Lap-Chee Tsui rozhodla a trváme na to, že objev CF genu v roce 1989 bude volně přístupný všem laboratořím, které by měly zájem nabídnout testování.

Mnoho badatelů v oblasti práva zdůraznilo, že tento přístup je mnohem lepší pro zajištění obecného prospěchu všech.

John Sulston

Patenty (tak jsem vždycky věřil) by měly chránit vynálezy. Existují tři nezbytná kritéria pro definici vynálezu: musí to být něco nového (nikdo předtím ještě

myšlenku nepublikoval) užitečného (tedy musí to být použitelné v

komerčním využití) a ne-samozřejmého

ESTs nesplňují ani jedno z těchto kritérií

June 13, 2013

Rozsudek: Přirozeně se vyskytující DNA je produktem přírody a nemůže být patentovatelnou entitou jen proto, že byla isolována. cDNA je patentovatelnou entitou, neboť se nevyskytuje přirozeně. cDNA není „produktem přírodyů, je tedy

patentovatelná podle §101. http://www.supremecourt.gov/opinions/

12pdf/12-398_8njq.pdf

13. červen 2013

“Nejvyšší soud rozhodl velmi správně,“ “Je to skvělé rozhodnutí pro pacienty, skvělé

rozhodnutí pro vědu a věřím že je to skvělé rozhodnutí i pro biotechnologický průmysl.“ (Eric Lander)

Často se připomíná, že patenty ochraňují 4 000 lidských genů, neboli 20% genomu, což znamená, že rozhodnutí má velký dopad.

Kasuistiky

Nic Volker

žije v Madison, Wisconsin začal mít gastrointestinální problémy

těsně před svými druhými narozeninami. lékařům se nezdařilo určit definitivní

diagnózu byla provedena víc než stovka chirurgických

zákroků před Nicovými čtvrtými narozeninami. nemoc ale stále progredovala

Nic Volker

Gastroenterolog Dr. Alan Mayer, pozval gentické experty Howarda Jacoba a Elizabeth Worthley, kteří celý Nicův genom sekvenovali.

během následných čtyř měsíců Jacob identifikoval gen, odpovědný za nemoc jednalo se vzácnou chorobu, která by se mohla

léčit transplantací kostní dřeně v červnu 2010 byly použity kmenové buňky kostní

dřeně odebrané z pupečníkové krve zdravého kompatibilního donora a Nic se uzdravil.

Nic Volker

Dr. Mayer: „V podstatě jsme provedli to, že jsme jeho defektní imunitní systém nahradili jiným imunitním systémem, který byl bez defektu.“

Church, G., Regis, E., (2012) Regenesis. How Synthetic Biology Will Reinvent Nature and Ourselves. Basic Books. A Member of the Perseus Books Group. New York. p. 216)

2012: Nicholas má nyní sedm let

Timothy Ray Brown

42 let, žije v Berlíně, trpí zároveň leukémií a AIDS. Gero Hütter, hematolog v berlínské Berlin´s Charité

nemocnici, nalezl donora, který nejen byl kompatibilní, nýbrž měl i deleci v CCR5 genu.

Po transplantaci již Brown nemá ani leukémii, ani AIDS a žije bez antivirotik poslední čtyři roky.

jedná se vlastně o prvního člověka zcela vyléčeného z AIDS. Church, G., Regis, E., (2012) Regenesis. How Synthetic Biology Will Reinvent Nature and Ourselves. Basic Books. A Member of the Perseus Books Group. New York. p. 220)

Závěr

Všeobecná deklaraceo lidském genomu a lidských právech(UNESCO 11. listopadu, 1997)

A. Lidská důstojnost a lidský genom

Článek 1 Lidský genom představuje základní

jednotu všech členů rodiny lidstva, stejně jako uznání jejich nezadatelné důstojnosti a diverzity. V symbolickém smyslu představuje dědictví lidstva.

Všeobecná deklaraceo lidském genomu a lidských právech(UNESCO 11. listopadu, 1997)

Článek 2 a) Každý má právo, aby byla

respektována jeho důstojnost a jeho práva bez ohledu na jeho genetickou výbavu.

b) Tato důstojnost vyžaduje, aby jednotlivci nebyli redukováni na jejich genetickou výbavu, a aby byla respektována jejich jedinečnost a diverzita.