Transcript Genetická revoluce 2014

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-medicalchoice.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 lacinější
během 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 Genomics
Francis Collins
Craig Venter
Nature,
únor 2001
V davu jsou fotografie Gregora
Mendela, Jamese Watsona a
Francise Cricka.
Science
únor 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: 35 000 – 120 000
 Regulační sekvence:  méně než informací
 Nekódující RNAs
kódující proteiny
(promotory a několk
enhancerů)
 několik klasických
typů (rRNA, tRNA, snoRNA
+ XIST, telomerase, 7SL, H19)
 Transposony
 Parasité, „junk
DNA“
 Geny kódující proteiny: 21 000
 Regulační sekvence:  mnohem VÍCE než
informací kódující
proteiny (poměr 5:1)
 Nekódující RNAs
 kolem 7 000
 Transposony
 symbionti (urychlující evoluci)
FILOSOFICKÉ DŮSLEDKY
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
Ve srovnání s ostatními druhy vykazují lidé
velmi malou genetickou variaci
p
p
1.4
0,4
1.2
0,3
0.8
0,2
0.6
0.4
0,1
0.2
Human
Chimpanzee
Gorilla
Human
Fish
Fly
Orang-utan
0
0
Pea*
Genetická variabilita (%)
1
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
GENOM ŠIMPANZE A
ČLOVĚKA
Kostra gorily a
člověka
Roger Fenton (1819-69), "Kostra
muže a samečka gorily"
okolo roku 1855
Fenton 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 Rodin
Žena kentaur (Mysl a tělo)
Auguste Rodin
Myšlenka
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 Project
www.personalgenomes.org
 formálně odstartoval a otevřel se pro
širokou veřejnost na Dni DNA, 25. dubna
roku 2009.
SELEKCE DÁRCŮ GAMET
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
PATENTOVÁNÍ GENŮ
Molekulární genetika
John Sulston
„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".

Craig Venter
 "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/12p
df/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 deklarace
o 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 deklarace
o 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.