Het ontcijferen van de laatste 8% van het menselijk genoom kan duidelijk maken hoe veel ziekten zich ontwikkelen en waarom sommige mensen een groter risico lopen.
Wat betekent het volledig sequencen van het menselijk genoom voor de gezondheid?
Door Damian McNamara, MA
7 april 2022 Terwijl wetenschappers vieren dat de laatste stukjes van het menselijk genoom in elkaar zijn gezet - een belangrijke prestatie waar tientallen jaren aan is gewerkt - vraagt de rest van ons zich af wat deze doorbraak voor onze eigen gezondheid en welzijn kan betekenen.
Deskundigen verwachten dat dit nieuwe onderzoek zal leiden tot vooruitgang bij de diagnose en behandeling van kanker, ontwikkelingsstoornissen, onvruchtbaarheid en vele ziekten die door genetische veranderingen worden veroorzaakt.
"Hallelujah. We hebben eindelijk één menselijk genoom voltooid. Dit is het begin van een transformatie, niet alleen voor genomisch onderzoek maar ook voor klinische geneeskunde," zei Evan Eichler, PhD, die sprak op een media briefing gesponsord door het National Human Genome Research Institute.
"Dit gaat substantiële gevolgen hebben voor fundamenteel onderzoek en klinische genomica in de toekomst," zei Karen Miga, PhD, directeur van het Miga Lab aan de Universiteit van Californië, Santa Cruz.
Miga is een andere hoofdonderzoeker die betrokken is bij het onderzoek van het Telomere-to-Telomere (T2T) Consortium, dat honderden onderzoekers heeft samengebracht voor het project. De naam T2T is logisch omdat telomeren de eindkapjes van DNA-strengen zijn, en het in kaart brengen van het volledige menselijke genoom betekent dat onze genen van het ene uiteinde naar het andere moeten worden gerangschikt.
Naast het in kaart brengen van nieuwe segmenten van deze bouwstenen van het menselijk lichaam, brachten de onderzoekers ook DNA-segmenten in centromeren aan het licht. Centromeren bevinden zich waar de armen van de chromosomen in het midden zijn samengeknepen om een X-vorm te vormen.
De centromeergenen zijn belangrijk telkens als onze cellen zich delen en worden in verband gebracht met kanker, ontwikkelingsproblemen en onvruchtbaarheid," zei Miga.
Aandoeningen zoals kanker of het syndroom van Down zijn verbonden met deze gebieden van het genoom, zei Eichler, een senior auteur van een deel van het onderzoek dat als vijf studies tegelijk in het tijdschrift Science is gepubliceerd.
Dankzij de vooruitgang in de technologie kunnen wetenschappers nu voor het eerst langere delen van het genoom, die veel herhaalde, vergelijkbare delen bevatten, in elkaar passen. Een van de onderzoekers, Michael Schatz, PhD, gaf een analogie. Bijna 2 decennia geleden was het alsof je een puzzel van 1.000 stukjes in elkaar zette waarvan veel stukjes er hetzelfde uitzagen, zoals alleen blauwe lucht. Nu langere DNA-sequenties in kaart kunnen worden gebracht, is het meer als het in elkaar zetten van een kleuterpuzzel met reusachtige stukjes, waarop de blauwe lucht, wolken en bergen te zien zijn.
Op de vraag wanneer de nieuwe genoominformatie zal worden gebruikt om de geneeskunde te sturen, antwoordde Schatz, professor in computerwetenschappen en biologie aan de Johns Hopkins University in Baltimore: "Dat gebeurt nu al", zei hij tijdens de briefing.
Weten welke variant je hebt in genen die je van je ouders hebt geërfd en welke varianten in de kanker zitten "is ongelooflijk belangrijk voor de behandeling," zei hij. "Bij borstkanker, bijvoorbeeld, afhankelijk van de specifieke sets van mutaties die betrokken zijn, krijg je misschien een chemotherapie versus een andere."
"We zien dit nu al bij kanker en andere ziekten met een sterke genetische component," zei Schatz.
"Er zal ook een toekomst zijn waarin onze sequenties onze gesprekken met zorgverstrekkers diepgaand informeren en ons helpen meer kennis te vergaren over onze gezondheid en ons welzijn," zei Eric Green, MD, PhD, directeur van het National Human Genome Research Institute.
Contrasteren en vergelijken
Het hebben van een volledige kaart van een menselijk genoom betekent dat het kan worden gebruikt als een referentie en kan worden vergeleken met anderen.
"Een van de belangrijkste aanwijzingen die we hebben over welke genen en varianten klinisch relevant zijn, is een heel eenvoudige experimentele opzet. We nemen duizenden mensen die een ziekte hebben en duizenden mensen die de ziekte niet hebben en kijken systematisch door hun genomen," zei Schatz.
De volgende stap is uit te zoeken of mensen met de ziekte meer of minder kans hebben op bepaalde variaties, zei Schatz. Succes hangt echt af van het hebben van een compleet, uitgebreid en nauwkeurig beeld van de variaties, zei hij.
"Met dit nieuwe volledige genoom als referentie wordt het nu mogelijk om te begrijpen hoe variatie in deze technisch uitdagende sequenties bijdraagt aan menselijke eigenschappen en ziekten, en ook hoe ze gevormd zijn door de krachten van de evolutie in de loop van de menselijke geschiedenis," zei Rajiv McCoy, PhD.
Meer hersenen alstublieft
Nieuwere technologie die onderzoekers in staat stelt naar langere DNA-segmenten te kijken, brengt nieuwe inzichten aan het licht, ook voor mensen met borstkanker.
"We vinden varianten die nog nooit eerder zijn gezien," zei Schatz. "Ik kan nu niet zeggen dat deze nieuwe varianten causaal zijn, maar het feit dat er nieuwe varianten zijn die alleen toegankelijk zijn met deze nieuwe technologie is gewoon erg opwindend voor mij."
Zelfs met de potentiële voordelen voor de klinische geneeskunde, "is het interessantste voor mij dat deze regio's genen dragen die ons uniek menselijk maken," zei Eichler. Ongeveer de helft van de genen die ons grotere hersenen geven dan de apen, komen bijvoorbeeld specifiek uit deze gebieden, zei hij.
Verscheidenheid is de specerij van het leven?
Ook al klinkt 8% misschien als een klein percentage, zei Schatz, maar toen hij en zijn collega's 3.202 genomen vergeleken met deze nieuwe referentiekaart, ontdekten ze meer dan 1 miljoen meer varianten.
"Nu we het eerste menselijke genoom volledig hebben gesequeneerd en aan de volgende 100 beginnen, beginnen we ongelooflijke variatie te zien en variatie die grotendeels onverwacht was," zei Eichler.
De eerste toepassing zal zijn dat er minder fouten zullen zijn in de huidige klinische genetische tests en onderzoeken, zei McCoy, een assistent-professor biologie aan de Johns Hopkins University.
Verderop, zei McCoy, "is het waarschijnlijk dat wetenschappers genetische variatie zullen identificeren die bijdraagt aan zowel zeldzame als veel voorkomende ziekten in sommige van deze regio's die voorheen verborgen waren, wat de weg zou kunnen vrijmaken voor nieuwe diagnoses en therapieën".
Duiken in de menselijke diversiteit
Wetenschappers zijn ook van plan de sequentie te bepalen van honderden genomen van mensen uit verschillende bevolkingsgroepen over de hele wereld via het Human Pangenome Reference Consortium. Een van de doelstellingen is deze genomen te vergelijken met referentiegenen om de menselijke diversiteit beter te begrijpen.
"Deze prestatie zal ook de aanzet geven tot openhartige en zinvolle gesprekken over rechtvaardigheid in de gezondheidszorg en toegang, en over de vraag hoe we genomische hulpbronnen kunnen blijven opbouwen die vrij zijn van vooroordelen en ondervertegenwoordiging," zei Green. Historisch gezien zijn genetische studies bekritiseerd omdat ze niet representatief zouden zijn voor de wereldbevolking.
"Hoewel de mogelijkheden onbeperkt zijn, moet er nog veel werk worden verzet om te komen tot een toekomst waarin de voordelen van telomeer-tot-telomeer sequencing beschikbaar en toegankelijk zijn voor iedereen," voegde Green eraan toe.
De toekomst in
De tijdlijn voor andere manieren waarop de voltooiing zal worden toegepast op de geneeskunde is moeilijk te voorspellen, zei McCoy, maar het is "waarschijnlijk op de schaal van het komende jaar of twee."
Green voegde daaraan toe: "Het opwindende wat ik zie in hoe dit kan aansluiten op de gezondheid is deze toekomst van de geneeskunde, waar we geloven dat op een dag C en het begint al te gebeuren C artsen de genoomsequenties zullen gebruiken om de medische zorg van hun patiënten op maat te maken."
Dit is een eerste stap, zei hij, om artsen een "compleet blauwdrukbeeld van patiënten" te geven.
Binnen 10 jaar "wil ik dit zien als een routinetest van minder dan $1.000 waarmee je een kliniek binnen kunt lopen en je hele genoom kunt laten sequencen om deze precisiegeneeskunde mogelijk te maken," zei Adam Phillippy, PhD, hoofd van de afdeling genoominformatica van het National Human Genome Research Institutes.
Het doel is niet alleen de genen te catalogiseren, maar ook naar hun functie te kijken.
"Door genomische technologie in deze nieuwe ruimte te brengen en te proberen uit te zoeken hoe ze in gezondheid en ziekte worden gereguleerd, is een heel belangrijke volgende stap gezet," zei Miga.
"Zolang mensen iets weten over DNA en het belang ervan, is er een verlangen geweest om te weten wat de volledige gensequentie was, en nu hebben we die voor een enkel genoom," zei Schatz.
De effecten op grote schaal gaan verder dan de mens en betreffen al het leven op aarde, voegde hij eraan toe.
"Ik ben gewoon zo ongelooflijk enthousiast over de toepassingen in de menselijke gezondheid, het begrijpen van populaties, heel breed kijken over de boom van het leven naar alle planten, dieren, virussen, schimmels C alles op de planeet."
