State of Innovation 2021. Medicina genomică: secvențierea completă a genomului uman. Cum se va schimba practica medicală în următorii ani?
Centrul pentru Inovație în Medicină publică anual raportul „State of Innovation” – un rezumat al celor mai importante inovații ale anului la nivel internațional, inovații care au făcut diferența în materie de sănătate sau care se află în faza de concept / dezvoltare și au potențialul de a schimba practica medicală și înțelegerea organismului uman. Anual, în ultima săptămână a lunii septembrie, europenii celebrează avansurile biotehnologice – European Biotech Week. În 2021, Raportuldegardă.ro și Centrul pentru Inovație în Medicină marchează Săptămâna Europeană a Biotehnologiei printr-o serie de materiale desprinse din State of Innovation 2021, care va fi lansat oficial la finalul săptămânii în curs. În acest articol, continuăm seria inovațiilor anului și discutăm despre avansurile medicinei genomice.
Pentru un scurt istoric al evoluțiilor din ultimii 20 de ani, vă invităm să accesați: #BiotechWeek2020. Cum a evoluat domeniul genomicii și care sunt aplicațiile în practica medicală?
Medicina genomică este un domeniu emergent, care implică utilizarea informației genomice a unei persoane ca parte din asistența medicală de care are nevoie și care i se oferă în sistemul de sănătate (de exemplu, pentru diagnostic și pentru decizia terapeutică), în contextul evaluării rezultatelor terapeutice astfel obținute și a adaptării politicilor, pentru a asigura accesul tuturor celor care ar putea beneficia de această nouă abordare. Medicina genomică este considerată baza pentru inițiativele de implementare a principiilor medicinei de precizie.
Cercetarea genomică a evoluat de la descrierea componentelor fundamentale ale codului genetic până la înțelegerea modului în care acesta variază între oameni. Termenul „omics” se referă la studiul comprehensiv al rolului și relației dintre diferite tipuri de molecule care se regăsesc în celulele unui organism. Științele omice includ și transcriptomica (studiul setului complet de molecule de ARN dintr-o celulă sau organism), proteomica (analiza tuturor proteinelor), metabolomica (analiza moleculelor mici, implicate în procese metabolice). Peste 1.000 de abordări „omice” sunt explorate în redefinirea biologiei umane, a tot ceea ce numim sănătate sau boală.
Genomica este deja o sursă de date pentru multe discipline medicale, fiind un domeniul transversal care poate schimba practica medicală. În contextul COVID-19, s-a demonstrat valoarea analizei genomice la scară largă și a altor inovații care pot avea un impact și după pandemie. Acesta este probabil momentul oportun pentru a începe o discuție publică despre genomică, la nivel global.
Completarea genomului uman de referinţă
În prezent, platformele de secvențiere pot analiza până la 1000 de perechi de baze pe secundă, spre deosebire de cele din prima generație, din etapa Sanger, care aveau o capacitate de doar 1.000 de perechi de baze pe zi. Secvențierea unui genom a scăzut sub 1500$, după 2015. Tehnologiile disponibile astăzi permit secvențierea unui genom chiar și pentru 100$, iar până în 2030 secvențierea unui genom poate să ajungă la 10$. În țările dezvoltate se desfășoară deja proiecte de secvențiere completă a genomului pentru milioane de oameni, iar aplicațiile clinice sunt și ele în plină dezvoltare.
Publicarea genomului uman de referință a anunțat o etapă a explorării facile a materialului genetic uman, de la rezoluția unei singure gene până la studii la nivelul întregului genom. La momentul respectiv se credea că vom putea discuta despre un genom normal, al omului sănătos, cu care am putea compara alte genomuri pentru a distinge normalul, de patologic. Pe fiecare dintre cei 23 de cromozomi umani au rămas, însă, zone neexplorate. Abia după 20 de ani începem să realizăm importanța părților invizibile ale genomului. Datorită progreselor privind tehnicile de secvențiere și cele din domeniul bioinformaticii, astăzi pot fi studiate toate secvențele lipsă din genomul uman. În 2020, la 30 de ani de la HGP, a fost publicată pentru prima dată secvența completă a unui cromozom uman (cromozomul X). Deşi în anii precedenţi, genomul uman de referinţă a fost completat, nici un cromozom nu a mai fost secvenţiat de la un capăt la celălalt. Asamblarea cromozomului X a fost realizată de consorțiul T2T (Telomere-to-Telomere Consortium), fiind facilitată de tehnologiile dezvoltate în ultimii 6 ani.
Următorul cromozom a cărui secvenţă a fost descifrată complet este cromozomul 8, primul autozom pentru care s-a reușit acest obiectiv. Datele publicate în 2021 completează cu 3 milioane de baze structura genomică de referință. Utilizând secvențierea de tip nanopore, Pacific Bio și Pacific BioHiFi (secvențiere de generația a 3-a), consorțiul T2T a reușit să acopere 5 regiuni neexplorate de la nivelul cromozomului 8 și să obțină secvența completă cu o acuratețe de peste 99,99%. Secvențierea completă a cromozomului 8 oferă informații care ar putea contribui la înțelegerea factorilor care predispun anumite părți ale acestui cromozom la apariția microdelețiilor, care par a fi implicate în unele întârzieri de dezvoltare, în malformații cardiace și ale creierului și în tulburări autoimune.
Pe 27 mai 2021, Consorțiul T2T a anunțat finalizarea descifrării celor 3 miliarde de perechi de baze ale unui genom uman, reprezentând cea mai mare îmbunătățire adusă genomului uman de referință de la prima publicare, în 2001. Noua referință include toți cei 22 de autozomi complet secvențiati și cromozomul X, cu multe erori corectate și noi secvențe care însumează aproape 200 de milioane de perechi de baze.
De asemenea, la începutul anului 2021, un studiu publicat în Science raporta secvenţierea completă a genomurilor de la 64 de persoane, provenind din 25 de populaţii diferite. Asamblarea secvenţelor nu a fost bazată pe genomul uman de referinţă publicat anterior, astfel că acest set de date reflectă mai bine diversitatea populaţiilor globului. Rezultatele studiului vor permite realizarea unor investigaţii ale predispoziţiei genetice la boli specifice pentru o populaţie şi vor contribui la înțelegerea variației genetice.
În următorul articol: despre gemenii monozigoți și înțelegerea mecanismelor genomice.
Citește și:
- #BiotechWeek2020. Dr. Eric Green, pionier al Proiectului Genomului Uman: „Genomica a devenit parte din societate”
- #BiotechWeek2020. Dr. Benedikt Westphalen, expert în onco-genomică: „Oncologia de precizie este precum un puzzle. Avem toate piesele și datoria să le potrivim, pentru ca pacienții să poată beneficia de întregul potențial”
- #DecodămCancerul. De la descifrarea genomului uman la descifrarea genomului cancerului: răspunsurile și provocările pe care medicina genomică le aduce în oncologie