Kapphlaupið um 1000 dollara erfðamengið

X prize sjóðurinn stendur fyrir keppni með það markmið að raðgreina erfðamengi einstaklings fyrir innan við $1000 stykkið. Ástæðan er sú að þeir vilja hvetja til þróunar á tækjum og hugbúnaði til að raðgreina DNA á sem ódýrastan og nákvæmastan hátt, nokkuð sem gæti nýst í læknisfræði og líffræði. Til samanburðar tók það þúsundir manna 10 ár og 3 milljarða bandaríkjadala (360 milljarðar íslenskra króna á genginu 120) að útbúa fyrstu drög að erfðamengi mannsins. Gríðarlegar tækniframfarir hafa orðið síðan þá, en samfara erfðamengjaöldinni þurfum við einnig að takast á við spurningar um friðhelgi, rétt einstaklingsins og samfélagslega ábyrgð.

Við lifum á erfðamengjaöld.

Árið 1995 var fyrsta erfðamengi lífveru raðgreint, en það var litningur bakteríunnar Haemophilus influenzae (sem fylgir oft í kjölfar inflúensu sýkinga). Í kjölfarið voru erfðamengi margra baktería og nokkurra heilkjörnunga raðgreind. Ávaxtaflugan var raðgreind árið 2000 og stuttu síðar sama ár var tilkynnt að fyrstu drög að erfðamengi mannsins væru tilbúin. Árið 2004 birtist uppfærð útgáfa af erfðamengi mannsins (götum í menginu hafði fækkað niður í nokkur hundruð) og árið 2007 var birt heildar erfðamengi einstaklings (þar sem bæði litningar frá föður og móður voru raðgreind). Einnig hafa margir kortlagt breytileika í erfðamenginu, breytingar á einstökum bösum (A, C, G eða T á ákveðnum stað í erfðamenginu) og einnig breytileika í fjölda gena eða genabúta.  Til að mynda hefur komið í ljós að korn-maulandi ættbálkar eru (að meðaltali) með fleiri eintök af amýlasageninu en ættbálkar hirðingja. Amýlasi brýtur niður sterkju, augljóst er að tegund okkar hefur þróast í kjölfar breytinga á umhverfi og lifnaðarháttum. Mynd af breytileika í DNA - af vefnum Yonder biology. - sjá einnig DNA fyrir ofan arininn ...

Orsakir sjúkdóma og mismunar meðal manna

Innan allra samfélaga er mikill breytileiki milli einstaklinga, t.d. í hæð, sjúkdómsþoli og hlaupagetu. Aldur er einnig breytilegur, sumir deyja því miður mjög ungir, en aðrir ná háum aldri. Líffræðin og læknisfræðin hefur kannað rætur þessa breytileika, og ljóst er að kunnuglegir þættir skipta þar máli. Í fyrsta lagi skiptir tilviljum máli. Það kann að vera, fyrir helbera lukku, að einhver einstaklingur slapp heill úr öllum háska og slysum, tók allar réttu ákvarðanir (meðvitað eða ekki) og losnaði við meinsemdir hraðar en aðrir sambræður, og varð því að endingu elstur allra. Tilviljun getur bæði lengt líf okkar og stytt. Annar þáttur sem hefur áhrif á langlífi er umhverfið. Fæða, atlæti, hreinlæti og sýklaumhverfi skiptir mjög miklu máli um lífslíkur einstaklinga (og afkvæma þeirra). Þriðji þátturinn eru erfðir. Þær geta verið einfaldar (eins og banagen sem hindra þroskun fóstursins og/eða leiða til andláts mjög snemma á ævinni) eða flóknari (t.d. gen sem auka eða stytta líf um nokkrar mínútur eða daga að meðaltali). Til að flækja málin enn frekar er vitað að samspil gena skiptir einnig verulegu máli. Áhrif einnar stökkbreytingar sjást ekki nema þegar önnur stökkbreyting er til staðar í sama einstaklingi.

Breytingar á umhverfi og langlífi

Vandamál erfðafræðinga er að greina hlutfallslegt framlag þessara þriggja þátta fyrir hvern eiginleika (í ákveðnum stofni einhverrar lífveru). Fyrir lífslíkur manna á tuttugustu og fyrstu öldinni er greinilegt að umhverfi og erfðir hafa mest áhrif, en deilt eru um hlutfallslegt vægi þeirra (er það 35%-55% eða 60%-30%)?* Erfðafræðin sýnir líka að áhrif genanna velta á umhverfi. Stökkbreytingar sem eru einkennalausar við 37°C geta verið banvænar við 42°C. Ólíklegt er að sömu gen móti breytileika í lífslíkum í hinum vestræna heimi nútímans og höfðu áhrif á lífslíkur forfeðra okkar á steinöld. Meðalaldur hefur verið að hækka á vesturlöndum, aðallega vegna betra atlætis og hreinlætis (umhverfisþátta). En fræðin sýna líka, að þegar umhverfið er orðið mjög einsleitt, þá fara erfðaþættir að hafa hlutfallslega meiri áhrif (á breytileika á lífslíkum í stofninum). Þá kann að vera að við getum greint erfðaþætti sem skipta máli (allavega í viðkomandi stofni!).

Hvað græðum við á 100 erfðamengjum 100 ára einstaklinga?

Archon X prize keppnin nýtir sér erfðaefni úr 100 einstaklingum sem náð hafa 100 ára aldri. Hugmyndin er sú að þeir beri í sér útgáfur gena sem verndi gagnvart öldrun, hrörnun eða öðrum krankleika. Ef nægilega margir af þessum 100 bera í sér sömu stökkbreytingarnar (eða áþekkar í sömu genum), er mögulegt að greina erfðaþætti og líffræðileg ferli sem vernda okkur gegn öldrun. Í kjölfarið mætti reyna að hafa áhrif á þá líffræðilega þætti sem drægu úr öldrun eða hrörnun. Ef þetta hljómar kunnuglega, þá er það vegna þess að þessi hugmynd er í raun loforð mannerfðafræðinnar á seinni hluta síðustu aldar. Forsvarsmenn Íslenskrar erfðagreiningar gerðu þessa hugmynd að sinni kennisetningu, og erlendir vísindamenn hömpuðu henni einnig þegar mælt var fyrir auknum peningum í rannsóknir á erfðamengi mannsins og sameindalíffræði frumunnar. Hugmyndin er í sjálfu sér ekki vitlaus, en árangurinn hefur ekki verið mjög mikill (sjá t.d. umræðu í kjölfar raðgreiningu erfðamengis mannsins -10 ára erfðamengi). Með hliðsjón af dræmum árangri er ekki ástæða til að búast við því að keppni Archon afhjúpi æskubrunninn í erfðamengi okkar. En e.t.v. kann hún að staðfesta að langlífi manna ræðst af sömu ferlum og móta lífslíkur flugna, músa og orma (Hin nýja líffræði öldrunar).

Hvað græðum við á því að raðgreina erfðamengi á $1000?

Þessi spurning er víðtækari en hin fyrri. Mjög ódýr raðgreining erfðamengja getur mögulega nýst í mannerfðafræði og læknisfræði á nokkra vegu. 1) Kortlagning erfðaþátta sem hafa áhrif á tiltekna eiginleika eða sjúkdóma getur orðið auðveldari (óbjagaðari). 2) Það verður auðveldara að kanna erfðagalla í líkamsfrumum, sem geta tengst hrörnun líffæra eða krabbameinum. 3) Það kann að vera hægt að skilgreina arfgerðir sem þola (eða ekki) ákveðin lyf/meðferðir/matvæli – sem er hugmyndin um persónulega læknisfræði (personalized medicine). 4) Raðgreiningar nýtast til að skilgreina örverumengi einstaklinga, t.d. örveruflóru í þörmum, lungum, nefholi, o.s.frv., sem hefur áhrif á heilsu og líðan. 5) Það kann að vera hægt að spá fyrir um líkur á erfðasjúkdómum í nýfæddum (ófæddum eða ógetnum) einstaklingum.

            Ég vil aðeins staldra við þessa síðustu hugmynd, sem Steindór J. Erlingsson ræddi einnig vandlega í “Genin okkar”. Nú er viðtekið að skima fyrir alvarlegum genagöllum (sem hafa sterk áhrif), í nýfæddum börnum. Hins vegar finnst mér ekki verjanlegt að raðgreina ungabörn og reyna að meta væg áhrif tuga eða hundruða gena á einhverja sjúkdóma sem venjulega koma fram seint á ævinni. Fæstir hafa tölfræðilega reynslu til að geta metið slíkar upplýsingar, og einnig er spurning  hvort að þetta leiði ekki til þess að við séum að skilgreina fólk (jafnvel börn) sem sjúklinga áður en nokkur einkenni koma fram. Þetta er sérstaklega mikilvægt þegar rætt er um væga erfðaþætti, því þeir auka bara líkurnar á sjúkdómum (þeir eru engin Svarti-Pétur, sem dæmir mann til krankleika). Það er ekki verjandi að setja fólk á fyrirbyggjandi lyf vegna þess að það eru 50% meiri líkur á að þeir fái tiltekin sjúkdóm en meðalmaðurinn. Steindór ræddi slíkt tilfelli ítarlega í bók sinni, og þar er velt upp mörgum spurningum um sjúkdómsvæðingu, samábyrgð, einkarétt og friðhelgi. Þær spurningar þurfum við að takast á við sem fyrst, því að erfðamengjaöldin er komin til að vera.

Pistill þessi er byggður á spjalli við Guðmund Pálsson á Rás 2,

Leyndardómurinn um langlífi

og eftirtöldum heimildum.

BBC 24. júlí, 2012 Genetic entrepreneur to compete in Genomics X Prize

NY Times 24. júlí, 2012 A Contest for Sequencing Genomes Has Its First Entry in Ion Torrent

Todars textbook of bacteriology

Lúxus eða erfðafræði framtíðarinnar

Eyðilegging á erfðamenginu skóp einkenni mannsins

Archon X prize

Genin okkar

*Hér er gert ráð fyrir að tilviljun útskýrir líklega ekki nema 10% af breytileika í aldri%.