ANALIZĂ. Rolul datelor genomice în practică și cercetare. Care sunt cele mai importante resurse de genomuri umane complete disponibile?
Sute de mii de genomuri umane complete, reprezentând populații diverse, au fost secvențiate până în prezent, în cadrul a două programe diferite: All of us şi UK Biobank. Eforturile de descifrare a informaţiilor înscrise în ADN-ul uman au presupus o colaborare între instituții guvernamentale, din sectorul privat și ONG-uri. Datorită diversităţii şi numărului mare de date, noi boli vor putea fi identificate şi definite, iar multiple noi variante genetice ar putea fi utilizate pentru a calcula riscul de boală sau răspunsul la tratament. În contextul publicării în revista Science, pe 1 aprilie, a lucrării despre actualizarea genomului uman de referinţă prin obţinerea celei mai recente şi complete secvenţe a genomului, aceste progrese vor transforma înţelegerea asupra conceptelor de sănătate şi boală.
Dacă avem deja un genom uman de referinţă complet, de ce trebuie să mai colectăm seturi uriaşe de date genomice?
Mai mult de 90% dintre participanţii la studiile ample de genomică desfăşurate până în prezent au reprezentat populaţia europeană, iar genomul uman de referinţă a fost, de asemenea, construit pe baza probelor de la persoane din Europa. Această lipsă de diversitate a avut un impact important asupra populaţiilor al căror genom a fost mai puţin studiat, acestea neputând beneficia la acelaşi nivel de progresele genomicii şi medicinei de precizie.
O parte importantă a acestor noi seturi de date genomice reprezintă populaţii non-europene, putând explica modul în care diferă frecvenţa, tipul şi consecinţele funcționale ale variantelor genetice de la un grup populaţional la altul. Cu ajutorul acestor date va putea fi înţeleasă importanţa unor variante genetice atunci când sunt depistate în context clinic la un pacient.
De asemenea, funcțiile regiunilor genomului uman care sunt transpuse în proteine au fost intens studiate și descrise până în prezent. ADN-ul non-codant, însă, reprezintă 98-99% din genomul uman, iar rolul său în patogenia bolilor nu a fost încă înţeles. Prin WGS (whole genome sequencing) sunt analizate şi aceste regiuni care nu codifică proteine, dar care ar putea avea numeroase funcţii relevante pentru sănătatea umană.
„Datele de acest tip și cantitatea disponibilă vor revoluționa capacitatea noastră de a identifica și caracteriza secvențe intergenice de importanță pentru diversitatea umană, fie că este vorba despre riscul de boală și răspunsul la tratament sau alte atribute”, a afirmat Kari Stefansson, fondator şi director executiv deCODE Genetics.
Prin analiza rezultatelor secvenţierii, împreună cu datele clinice și legate de stilul de viață, se poate explica de ce unele persoane dezvoltă anumite boli și de ce unele afecţiuni se pot agrava în timp la anumiți pacienţi. Poate fi, de asemenea, evaluată stratificarea pacienților prin identificarea subgrupurilor de persoane care ar putea să nu răspundă la o anumită terapie sau care pot să dezvolte efecte adverse la unele medicamente.
Aceste date genomice pot contribui şi la accelerarea dezvoltării medicamentelor, permițând identificarea unor noi ținte terapeutice. Existenţa unor ținte ale medicamentelor care sunt susținute de dovezi genetice se asociază cu o şansă dublă ca terapiile să fie eficace.
UK Biobank – o resursă importantă pentru a înțelege genomul uman și implicațiile clinice ale secvenței ADN-ului
200.000 de genomuri umane din UK Biobank au fost secvenţiate complet prin WGS (whole genome sequencing) în cadrul deCODE Genetics şi Wellcome Sanger Institute. Datele obţinute au fost încărcate pe Research Analysis Platform, pentru a putea fi utilizate anonim de către cercetătorii din domeniu. Pentru 150.000 dintre aceste genomuri, a fost realizată o analiză complexă, ale cărei rezultate au fost publicate în Nature. UK Biobank a recrutat aproximativ 500.000 de persoane cu vârste între 40 şi 69 de ani pentru a colecta informaţii cu caracter medical, precum şi probe biologice, acestea fiind utilizate în cercetarea medicală. De la formarea UK Biobank, aceasta a reprezentat o resursă valoroasă pentru studiul geneticii umane, cercetătorii putând accesa datele stocate în mod anonim.
Deşi regiunile genomului care codifică proteine au fost evaluate pentru majoritatea probelor din UK Biobank, aceasta este prima dată când are loc secvenţierea întregului genom pentru o proporţie importată a participanţilor, astfel fiind descrise şi regiunile non-codante. Setul de date genomice oferă posibilitatea de a studia diversitatea genomului uman, precum şi efectul structurii acestuia asupra fenotipurilor. Au fost identificate peste 585 milioane de polimorfisme uninucleotidice (single nucleotide polymorphisms, SNPs), peste 58 milioane de mutaţii de tip deleţie sau inserţie, aproape 900.000 de variante structurale şi peste 2,5 milioane de microsateliţi. Cele mai multe variante identificate sunt rare.
Majoritatea datelor UK Biobank sunt de origine europeană, însă există şi o cohortă de 10.000 de persoane din sudul Asiei şi o altă cohortă de 10.000 de participanţi din Africa. Deoarece genomul uman de referință a fost stabilit pe baza ADN-ului persoanelor de origine europeană, la populațiile non-europene au fost identificate mai multe variante genetice.
Programul All of us țintește secvențierea unui milion de genomuri umane
100.000 de genomuri umane au fost secvențiate complet până în prezent în cadrul programului All of us, care aparține National Institutes of Health (NIH), Statele Unite. Programul All of Us are scopul de a contribui la accelerarea progreselor ştiinţifice în domeniul medicinei de precizie, prin construirea unei baze cu date relevante din punct de vedere medical, incluzând populații diverse. Centrele incluse în program realizează secvenţierea şi analiza a 5.000 de noi probe de ADN în fiecare săptămână, astfel că în scurt timp vor fi disponibile din ce în ce mai multe date genomice. Aproape jumătate dintre genomurile secvenţiate în cadrul programului All of Us provin de la oameni care au declarat că fac parte dintr-o minoritate rasială sau etnică, astfel fiind construită o bază de date extrem de diversă, atenuând diferenţele provenite din lipsa de reprezentare a populaţiilor minoritare în marile studii de genomică. Înrolarea participanţilor a început în urmă cu 4 ani.
Participanţii la studiu au primit rezultatele referitoare la descendenţa genetică şi caractere, derivate din secvenţierea şi analiza propriului ADN. Este în curs de implementare şi transmiterea informaţiilor obţinute prin analiza genomului legate de riscul de boli ereditare şi interacţiunile între medicamente şi gene.
Deoarece pe baza acestor informaţii colectate se pot derula mii de studii, a fost asigurată accesibilitatea datelor genomice prin intermediul platformei Researcher Workbench. Platforma conţine, de asemenea, şi informaţii cu privire la istoricul medical al pacientului, date colectate cu ajutorul dispozitivelor Fitbit, precum şi răspunsurile la diverse chestionare. Toate datele care pot identifica participanţii la studiu au fost îndepărtate. Pentru a oferi mai multe detalii despre comunităţile din care provin participanţii la studiu, plaforma este conectată cu U.S. Census Bureau’s American Community Survey.
Până în prezent, peste 1.500 de cercetători din Statele Unite au dobândit acces la Researcher Workbench prin instituţiile la care sunt afiliaţi, după participarea la un training şi exprimarea angajamentului de a respecta regulile stricte de utilizare a datelor cuprinse pe platformă. Pe baza datelor cuprinse pe platformă, unii dintre aceşti cercetători au realizat deja studii care contribuie la dezvoltarea medicinei de precizie, obţinând informaţii cu impact important în mediul clinic, spre exemplu noi descoperiri cu privire la prevenirea pierderii vederii la pacienţii cu glaucom.
Accesul la datele genomice ridică și o serie de probleme etice
Statele Unite, Marea Britanie şi alte ţări au creat baze de date mari cu informaţii genetice şi de sănătate provenite de la sute de mii de oameni. Colectarea și utilizarea informațiilor genetice necesită considerarea unor probleme etice, precum consimţământul informat şi confidenţialitatea. Protecţia persoanelor ale căror date sunt incluse în bazele de date genomice şi asigurarea simultană a accesului cercetătorilor la aceste informaţii, pentru a contribui la aprofundarea înţelegerii genomului uman şi patogeniei bolilor, reprezintă o dificultate în prezent.
De exemplu, Guvernul chinez a clasificat recent datele genetice drept resursă strategică națională şi interzice transmiterea informaţiilor genetice ale cetăţenilor chinezi în străinătate, fiind inaccesibile şi entităţilor private. Contextul acestor reglementări este unul care ridică mai multe semne de întrebare în lumea științifică, prin lipsa existenţei unui consimţământ adevărat din partea persoanelor care îşi predau datele genetice asupra cărora guvernul va avea acces şi control total. La polul opus, Uniunea Europeană a făcut recent primul pas major către o nouă abordare a datelor privind sănătatea cetățenilor săi, prin lansarea Spațiului European de Date pentru Sănătate (EHDS), care va permite persoanelor să fie în controlul absolut al propriilor date privind sănătatea.
Citeşte şi:
- Prima secvențiere completă a genomului uman a fost realizată în cadrul consorțiului Telomere-to-Telomere
- State of Innovation 2021. Medicina genomică: secvențierea completă a genomului uman. Cum se va schimba practica medicală în următorii ani?
- INFOGRAFIC. Momente cheie în dezvoltarea genomicii