CHYTRÉHO CHLAPEČKA S MODRÝMA OČIMA, ZN. BEZ NEMOCÍ: aneb k čemu nám je/bude/(ne)má být genomika

V přechozím článku jsem popsal pokrok, který věda učinila v poznání lidského genomu a ve vývoji sekvenačních technologií, které umožňují přečíst genetickou informaci jednotlivce v krátkém čase a za přijatelnou cenu. V dnešním příspěvku doplním, jaké mohou mít tyto poznatky využití (kromě toho, že dramaticky proměnily bio-medicínský výzkum) a kde všude se s nimi můžeme (a budeme moci) setkat v běžném životě. Zároveň se pokusím upozornit i na některé eticko-právní otázky s tím spojené. Pro zájemce pak přidám tip, jak si lze už nyní za necelé dva tisíce korun prozkoumat svůj vlastní genom.

Úvodem stručné připomenutí: většina aspektů biologie člověka (včetně nemocí) má kromě složky ovlivněné prostředím a životním stylem i složku genetickou, která je zakódována v sekvenci 2x3 miliard bazí DNA (pro zjednodušení opomíjím tzv. epigenom). DNA získáváme od rodičů (od každého jednu kopii) , může však být ještě pozměněna mutací v zárodečných buňkách (každý máme asi 100 variant, které se nevyskytují u žádného z rodičů) a dále pak i v průběhu života v důsledku nedokonalých oprav poškození v jednotlivých buňkách (což se může projevit nekontrolovaným dělením a vznikem rakoviny). Dva různí lidé sdílí asi 99,9% sekvence DNA . V těch 0,1% jsou skryty jednak přirozené (nepatologické) rozdíly mezi rasami a individualitami, a dále pak predispozice, případně přímo příčiny, nejrůznějších onemocnění.

Znalost sekvence konkrétního člověka nám teoreticky umožní všechny tyto dědičné vlastnosti určit. Je však nutno podotknout, že jsme stále na začátku a k úplnému pochopení máme stále daleko . Význam většiny variací tak zatím neumíme vysvětlit čistě na základě znalosti biologických procesů a v interpretaci se opíráme o tzv. studie genomové asociace. V nich se typicky srovnávají dvě skupiny lišící se určitou vlastností (např. zdraví a nemocní) a sleduje se, zda je některá genetická varianta významně více přítomna v jedné ze skupin, což může znamenat, že daná část genomu s touto vlastností (nemocí) nějak souvisí . Návazné experimenty pak mohou určit, zda se jedná o kauzální příčinu a jak mechanismus funguje. Do jaké míry je tento postup úspěšný souvisí s tím, jak komplexně je daná vlastnost geneticky podmíněna: jednodušší tam, kde souvisí s jediným genem, složitější pokud se podílí genů více a navíc i faktory prostředí. V tom druhém případě pak třeba zjišťujeme, že přítomnost dané mutace zvyšuje riziko, že se u vás nemoc rozvine z 15% na 17% (jakkoliv vědecky zajímavé, pro většinu lidí nepříliš informativní). Bohužel v novinách se často objevují senzační titulky, třeba že vědci objevili gen způsobující obezitu, jejichž mylná interpretace pak vrhá špatné světlo na celý obor (to kolik případů obezity mutace vysvětluje obvykle titulky neuvádí). Přesto i v těchto případech bude nejspíš genetické podmínění nakonec plně objasněno, vyžádá si to ale více času a mnohem větší množství ukončených studií.

Nyní ale již pojďme k jednotlivým aplikacím. Rozdělil jsem je do několika oblastí:

Aplikace v medicíně

K nejrozšířenějším onemocněním patří různé virové a bakteriální infekce. Zde samozřejmě hraje dědičná složka pouze minoritní roli (i když i zde lze vysledovat, proč je třeba někdo k infekcím více/méně náchylný než ostatní). Domnívám se však, že právě u těchto onemocnění začne být sekvenace DNA masově užívána v klinickém prostředí jako první. I mikroorganismy totiž mají DNA a pro jejich analýzu tak můžeme použít stejné technologie. Ze vzorku infikované tkáně bude sekvenací možné určit nejen typ přítomných mikroorganismů, ale i konkrétní kmen (např. zda se jedná o patogení mutaci) a případně i rozsah resistence na antibiotika - to vše ve velice krátkém čase (bude tak často možné nahradit zdlouhavé kultivace a množství jednotlivých testů). Právě správná diagnostika přitom bývá u těchto chorob klíčem k úspěšné léčbě (např. volbou vhodných antibiotik).
Sekvenace je zde užívána již nyní, byť ještě ne přímo v ordinacích běžných lékařů. Jeden úspěšný případ například proběhl nedávno v Británii. Nemocnice Rosie v Cambridge byla sužována výskytem infekcí způsobených MRSA (kmen zlatého stafylokoka resistentní k řadě antibiotik). I přes důkladnou sterilizaci celého oddělení se případy neustále opakovaly. Průlom přišel až právě s použitím sekvenační technologie, kdy se zjistilo, že bakterie ze všech případů byly blízce příbuzné a pocházely z jediného zdroje. Následnou analýzou vzorků personálu se pak opravdu podařilo odhalit jako zdroj nákazy jednoho z pracovníků (který fungoval jako přenašeč). Po jeho „vyléčení“ infekce z nemocnice vymizela.
Související využití lze kromě medicíny očekávat i v hygieně a potravinářství (pro určení konkrétních kontaminací).

Jak jsem již zmínil v úvodu, genetická analýza je již nyní velice úspěšná při diagnostice závažných genetických syndromů , které jsou způsobené mutací jednotlivých genů. Nástup nových sekvenačních technologií diagnostiku ještě zefektivní . Takových nemocí je v současnosti známo asi přes 5000, i když většina z nich se vyskytuje jen zřídka. Patří sem například cystická fibróza, haemofilie a mnoho dalších. Problémy se obvykle projeví již od narození (i když některé mají pozdější nástup) a ovlivnění vnějším prostředím bývá minimální. Genetické syndromy bohužel zatím obvykle nemají efektivní způsob jak je vyléčit, byť do budoucna mohou být nadějí různé formy genové terapie (které umožní cíleně DNA v buňkách dospělého člověka změnit). Zatím tak přínosem správné diagnostiky bývá převážně volba vhodné „udržovací“ léčby či poskytnutí rady pacientům nebo jejich rodičům, co se týče prognózy vývoje či plánování dalších potomků.

Řada bežných nemocí, jako je vysoký krevní tlak, onemocnění srdce či cukrovka, spadá do kategorie komplexních (multi-faktorálních) chorob, což znamená že se na jejich vzniku může podílet kombinace mnoha genů, životní styl i faktory prostředí. Zde obvykle nenajdeme jednu mutaci, která sama o sobě nemoc způsobí – hovoříme spíše o určitých predispozicích. Např. víme, že u 60% žen s mutací v genu BRCA1 se vyvine během života rakovina prsu. Tato znalost může být relevantní v tom, že pomůže zařadit jedince do určité rizikové skupiny s odpovídající preventivní péčí.
Stejná diagnóza může mít často mnoho různých molekulárních příčin. Klasickým příkladem je rakovina, kde různé nádory mají společné jen to, že mutace které je způsobují, vedou v důsledku k nekontrolanému buněčnému dělení (proto mimochodem ani nelze u rakoviny v budoucnu očekávat jednu univerzální léčbu).
V souvislosti se sekvenačními technologiemi (a s pokrokem dalších diagnostických metod) se často hovoří o tzv. personalisované medicíně. Ta přizpůsobuje léčbu kokrétnímu člověku. V preventivním případě může lékař predikovat, k jakým nemocem je jedinec náchylný a pokusit se minimalizovat jejich dopady či jim zcela zabránit. V případě onemocnění pak personální charakterizace jedince (případně postižených tkání) může vést k výběru efektivních léků s nejlepší odezvou pro daného pacienta (např. lék Herceptin má smysl užít pouze v těch případech rakoviny prsu, kdy je overexprimován protein HER2 ... ).

Závěrem této části ještě připomenu, že vzhledem k tomu že řada léků je dnes již vyvíjena na základě znalosti konrétních molekulárních mechansimů, přispívají genomické techniky k pokroku medicíny i nepřímo, srkze základní výzkum a pokrok v pochopení fungování buňěčných procesů, který umožnily.

Aplikace v plánovaném rodičovství

Aplikace v této oblasti se obecně zaměřují identifikaci a zamezení závažných genetických syndromů u potomků. Lze je rozdělit do tří kategorií:

Diagnostika před početím umožňuje párům z rizikových skupin (nebo i ostatním zájemcům) určit, zda jim hrozí, že jejich potomstvo bude postižené nějakým ze známých genetických syndromů (v současnosti se komerčně nabízí testy na více než 100 genetických poruch).

Cílem prenatální diagnostiky je odhalit potencionální vývojové vady dítěte v raných stádiích těhotenství a dát šanci rodičům se rozhodnout, jak dále postupovat. Dosud se testy na specifické syndromy provádí v případě určitých rizikových faktorů pomocí analýzy buňek z plodové vody (odběr je invazivní procedura nesoucí určité riziko). Sekvenační technologie nejen výrazně rozšíří množství genetických poruch, jež bude možné naráz testovat, ale díky vysoké citlovosti umožní analýzu provádět i z malého množství DNA dítěte, které se vyskytuje v krvi matky. Takový test nabízí například společnost Sequenom, byť se zatím zaměřuje jen na detekci Downova syndromu. Je pravděpodobné, že v budoucnu bude možné pomocí neinvazivní sekvenace testovat v podstatě všechny známé genetické poruchy (a nejen poruchy – viz. níže) a že se tato diagnostika stane stejně běžnou jako třeba dnes ultrazvuk.

Při umělém oplodnění je „ve zkumavce“ oplodněno obvykle několik vajíček a po vyvinutí do raného embryonálního stádia jsou pak jen některá implantována do dělohy matky. Tzv. pre-implantační selekce vybírá embrya určená k implantaci na základě jejich genotypové analýzy. Takto je možné hned na začátku vybrat pouze ta embrya, která netrpí žádným vážným syndromem, a zabránit tak nutnosti předčasného ukončení těhotenství v pozdějším stádiu. Tato aplikace se však setkává s velkou kontroverzí, neboť je zde blízko k positivní selekci (kdy není cílem pouze zabránit vážným vývojovým vadám, ale dosáhnout predispozic k určitým požadovaným vlastnostem) a k moderní formě eugeniky (viz. níže).

Ostatní aplikace

Již řadu let se v kriminalistice užívá srovnání DNA ze vzorku z místa činu s podezřelou osobou či údaji v databázích. Použití sekvenace (namísto dosavadní analýzy „tandemových repetic“) však může kromě případného testu „shody“ poskytnout i dodatečné informace o neznámém pachateli – např. jeho rasu, barvu očí či vlasů nebo dokonce rekonstrukci určitých obličejových rysů. Policie by takové informace určitě ocenila (do jaké míry má k jejich využití právní mandát nevím - bylo mi řečeno, že například v Německu by byl takový postup v současnosti nelegální).

Kromě predispozicí k nemocem, existuje řada genetických variant, které jsou sice dobře chrakterizovány, nicméně predikují vlastnosti, jejichž znalost není skoro k ničemu užitečná. Protože však lidská kuriozita nezná mezí, je dost dobře možné, že právě v téhle oblasti „genomiky drobností“ leží (alespoň zpočátku) výnosný business. Místo strachování se o to, jaký je váš risk Alzheimera, se totiž ze své DNA můžete dozvědět třeba jakou máte barvu očí (přiznávám, to lze určit i jinak), jaký je typ vašeho ušního mazu (určitě velice praktické), zda budete cítit zápach moči když sníte asparagus, zda máte tendenci kýchnout, když se podíváte do slunce případně zda máte tendenci zčervenat po alkoholu ;-).

Pokud byste se o svém genomu chteli dozvědět více a jste ochotni na to věnovat necelé 2 tisíce korun (99 dolarů), můžete dnes využít služeb americké společnosti 23andMe. Ta už skoro pět let nabízí určení genotypu jedince na komerční bázi a za tu dobu zpracovala data od více než sto tisíc lidí. Nejedná se sice zatím o plnou sekvenaci (byť i to už je možné u jiných společností), ale o určení mutací na asi milionu známých variabilních pozic genomu pomocí tzv. microarray technologie, což bylo zatím mnohem levnější a lépe vyhodnotitelné než celý genom. Po odeslání vzorků slin se vám vrátí seznam vašich genetických variant i s rozsáhlou interpretací (jejíž rozsah se stále zvyšuje). Kromě „zbytečností“ zmíněných výše, vám sdělí i zajímavé informace o vašich předcích (pomohou vám i lokalizovat potencionální ztracené příbuzné), náchylnosti k chorobám (většinou nebude příliš informativní, ledaže jste nositelem některé ze známých monogenních poruch – např. ona BRCA) ale i nutriční konzultace či další geneticky podmíněné vlastnosti. Může to být zajímavá zkušenost a určitě se při tom o genomice hodně dozvíte. Pouze varování – můžete se dozvědět i něco, co byste raději nevědeli (a ne všechno je zcela rigorózně podloženo - další studie mohou některé interpretace změnit).

Mimochodem nemusí se nutně jednat o testování sebe sama. Co takhle si třeba hned ze začátku proklepnout genom svého potencionálního partnera (nějaký ten vzorek slin nebo jiných tělesných tekutin se snad sežene ;-)). Švýcarská společnost GenePartner dokonce nabízí využití genetických dat pro test „biologické partnerské shody“ v online seznamkách.

Genetická etika a právní regulace

Něco jsem již naznačil výše, zde se však pokusím ještě jednou připomenout ty oblasti aplikací genomiky, které osobně považuji za nejproblematičtější z hlediska etiky a nutnosti regulace. Protože se však sám v právním prostředí příliš neorientuji, rád se nechám poučit od expertů. Pro ostatní bych doporučil třeba „právní blog“ www.genomicslawreport.com

Jedním z klasických problémů, je variace na známou otázku každého lékaře: jakou informaci pacientům poskytnout? Oproti současné medicíně přináší genomika dvojí komplikaci: 1) množství genetických variant spojených s nějakou nemocí je obrovské, většina asociací je však poměrně slabá (případně ne dostatečně ověřená) a u většiny zatím neexistuje ověřená terapeutická intervence 2) typickou vlastností testů založených na sekvenačních technologiích je to, že téměř vždy dostanete více dat než jen to, co vás původně zajímá.
Výzkumníci a genetičtí konzultanti se s tím potýkají již nyní. Vezměme si případ, kdy jsou sekvenovány vzorky členů rodiné triády (rodiče +dítě), aby se diagnostikovala určitá nová genetická porucha u dítěte. Klasicky citovaným „vedlejším produktem“ je případné zjištění, že otec není biologický otec (kupodivu, navzdory představám o promiskuitě populace, se to nestává moc často - maminky, které něco tuší, asi na testy nakonec nejdou). Častěji se však stává, že se u jednoho z rodičů objeví mutace, která je spojena s pre-dispozicí ke vzniku určité nemoci (např. mutace v genu BRCA1). Má být dotyčný informován? A co v případě, že je asociace poměrně slabá? Kde je hranice? Obvyklou praxí (alespoň v Evropě) zatím bývá , že dotyční předem podepíší seznámení s faktem, že se žádné dodatečné informace nedozví. Nicméně pokud se stanou sekvenační technologie běžnou součástí našeho života, bude muset být asi i tato otázka nějak standartizována.

Problém je ještě výraznější u genetických služeb, které cílí přímo na zákazníka (např. 23andMe). Zde se data dostávají přímo do rukou nepoučených laiků, bez možnosti potvrzení a interpretace odborníkem, např. lékařem, který je na poskytování citlivých informací školen . Snadno tak může dojít k misinterpretaci, která může mít negativní dopad na psychologický stav a kvalitu života daného jedince. Není proto divu, že regulace takovýchto služeb se zatím v různých zemích výrazně liší (někde jsou zcela zakázány, jinde, včetně UK, téměř bez regulce).

Další velkou oblastí je ochrana osobních údajů. Genom máte na doživotí – jakmile ho někdo neoprávněně získá, nemůžete si ho vyměnit, tak jako třeba klíče. Přestože v současné době je stále množství informace, které se dá z vašeho genomu získat, omezené, je nutno mít na paměti, že se to už brzo může změnit. Kromě řady nemocí mají určitou genetickou podmíněnost téměř všechny vaše vlastnosti. A přestože jeden gen pro inteligenci, vytrvalost či psychickou labilitu neexistuje, určitou predikci bude možné z kombinace různých variant učinit.
Určitě se tak najdou skupiny, které by váš genom mohl zajímat. K těm prvním bude nejpíš patřit vaše pojišťovna, které by se určitě líbilo, kdyby vám mohla předepsat výši pojistného podle rizika, které máte vepsané ve svých genech. A co třeba váš zaměstnavatel? Zdravotní prohlídky či psychotest jsou již dnes běžné, tak proč si vás neproklepnou i jinak.
Navíc se přidává další problém, a to že informace o vašich genech nemusí být nutně získány jen s vaším vědomím, případně uniknout z databáze vašeho lékaře. Pokud by se například DNA začala běžně užívat k identifikaci jedince (nejen zločinců), byla by dostupná na mnoha místech. Navíc ji je teoreticky možné určit i z malého množství buňek, které každý za sebou zanechává, aniž by o tom věděl. Vím, je to zatím přehnané, ale možná si už brzo začnete rozmýšlet, jestli u pracovního pohovoru podáte paní z osobního ruku (bez rukavic).

Je zřejmé, že v případě rozšíření genetického testování je obava z diskriminace (ať už otevřené či skryté) namístě a bude se muset řešit. V Americe na to zatím mají Genetic Information Nondiscrimination Act z roku 2008. Do jaké míry je dostatečný neumím posoudit, ale myslím že tato témata ještě do budoucna zaměstnají značné množství právníků.

Konečně asi nejvíce kontroverních otázek se týká zmíňovaného genetického testování (a selekce) nenarozených potomků, které se může posunout k moderní formě eugeniky . V současné pre-natální diagnostice jsou rodiče obvykle postaveny před volbu buď v již existujícím těhotenství pokračovat nebo ho uměle přerušit. Protože se jedná o velice invazivní zásah, testuje se obvykle jen na ty nejvážnější syndromy (málokdo by šel na potrat jen proto, že dítě může trpět například plešatostí). Jinak tomu však je u pre-implantační selekce u umělého oplodnění. Zde je opravdu na výběr, jaké embryo z mnoha použít k implantaci do matčiny dělohy. Lze tedy očekávat, že kromě snahy o vyloučení závažných genetických poruch se mohou rodiče chtít vyvarovat i problémů méně závažných, připadně že (až naše znalost postoupí) budou vyžadovat přítomnost určitých pozitivních rysů (varianty související s resistencí proti onemocněním, vyšší vytrvalostí, inteligencí,...). Kromě morálního problému, zda „máme právo hrát si na boha“ to přináší i další rizika. Jedním z nich je nebezpečí ohrožení populace snížením diversity lidského genomu (některé mutace známé pro svůj „negativní“ efekt se totiž ukázují jako prospěšné za určitých specifických podmínek – např. mutace způsobující chudokrevnost zároveň snižuje riziko nakažení malárií). Obrovský ekonomicko-sociálním problémem by pak bylo zvýšení rozdílů mezi těmi, kdo si takový výběr budou moci dovolit, a těmi kdo nikoliv.
Protože služby klinik umělého oplodnění nejsou nutně vázány hranicemi jednotlivých států, bude navíc zřejmě pro účinnou regulaci v této oblasti nutná celosvětová shoda.

Závěrem se sluší podotknout, že jako u mnoha jiných nových technologií, určitě existuje řada aplikací sekvenace DNA, o kterých dosud ještě nikdo neuvažoval a přesto se třeba nakonec stanou tak samozřejmou součástí našeho života, jako třeba mobily. Pamatuji si, že ještě před pár lety jsem se na film GATTACA (doporučuji) díval jako na čisté sci-fi (byť vědou inspirované) – nyní jsem přesvědčen, že jsme se opravdu velice přibližili. A od společnosti popsané v tomto filmu nás neochrání technická omezení, ale jedině naše vlastní regulace. A na to, kde nastavit jaké hranice, bychom se měli všichni podílet.