Richard Resnick: Witamy rewolucję genomową

W tej przystępnej prelekcji z konferencji TEDxBoston, Richard Resnick pokazuje jak tanie i szybkie sekwencjonowanie genomu wywróci do góry nogami opiekę zdrowotną (i ubezpieczenia, i politykę).

Panie i Panowie,

przedstawiam wam ludzki genom.

(Brawa)

Chromosom jeden, u góry od lewej.

Na dole od prawej chromosomy płci.

Kobiety mają dwie kopie dużego chromosomu X;

mężczyźni mają X

i oczywiście małą kopię małego Y.

Przykro mi, chłopcy, ale odróżnia was tylko jedna maciupeńka rzecz.

Więc jeśli się bliżej przyjrzeć temu genomowi,

to oczywiście widać podwójną helisę --

kod życia w postaci czterech biochemicznych liter,

lub zasad, bo i tak możemy je nazwać:

A, C, G oraz T.

Ile ich jest w ludzkim genomie? Trzy miliardy.

Czy to dużo?

Każdy może rzucać wielkimi liczbami.

Ale gdybym faktycznie chciał umieścić jedną zasadę

na każdym pikselu tego ekranu o rozdzielczości 1280 na 800,

potrzebowalibyśmy 3000 ekranów, żeby przyjrzeć się genomowi.

Więc to rzeczywiście całkiem dużo.

I może ze względu na jego rozmiar

grupa ludzi -- tak na marginesie, wszyscy z chromosomem Y -

postanowiła przeprowadzić sekwencjonowanie genomu.

(Śmiech)

Tak więc w sumie 15 lat i jakieś cztery miliardy dolarów później,

genom został zsekwencjonowany i opublikowany.

Końcową wersję opublikowano w 2003, a prace nad genomem nadal trwają.

To wszystko zostało dokonane za pomocą maszyny, która wygląda tak.

Jedna zasada kosztuje około dolara --

bardzo powolny sposób działania.

Otóż moi drodzy, jestem tutaj, żeby wam powiedzieć,

że świat całkowicie się zmienił,

a nikt z was o tym nie wie.

Więc teraz robimy tak, bierzemy genom,

robimy może 50 jego kopii,

tniemy wszystkie te repliki na malutkie 50-zasadowe fragmenty do analizy,

a potem je sekwencjonujemy, masowo równolegle.

Potem wprowadzamy to do programu komputerowego,

ponownie składamy w całość i mówimy wam, o co tu chodzi.

Żeby dać wam jakieś pojęcie o tym, jak to wygląda,

Human Genome Project: 3 miliardy zasad.

Jeden seria na jednej z tych maszyn:

200 miliardów zasad na tydzień.

Już tego lata to 200 zmieni się na 600,

i nic nie wskazuje na to, żeby to tempo miało zwolnić.

Tak więc cena zasady, sekwencjonowania zasady,

zmalała 100 milionów razy.

To odpowiednik tego, jakbyście zatankowali auto w roku 1998,

poczekali do 2011,

i teraz możecie pojechać dwa razy na Jowisz tam i z powrotem.

(Śmiech)

Liczba ludności na świecie,

liczba komputerów na świecie

archiwa całej literatury medycznej,

prawo Moore'a,

stary sposób sekwencjonowania, a tutaj wszystkie nowe rzeczy.

Ludzie, to jest skala logarytmiczna;

rzadko się widzi linie wznoszące się w ten sposób.

Tak więc w skali światowej możliwość sekwencjonowania ludzkich genomów

wynosi w tym roku jakieś 50 000 do 100 000 ludzkich genomów.

Wiemy to na podstawie rozmieszczenia maszyn do sekwencjonowania.

Oczekuje się, że liczba ta będzie wzrastać podwójnie, potrójnie a może nawet poczwórnie

każdego roku w dającej się przewidzieć przyszłości.

Jest zwłaszcza jedno laboratorium,

które reprezentuje 20 procent tej wydajności.

Jest to Instytut Genomiki w Pekinie.

A propos, Chińczycy zdecydowanie wygrywają ten wyścig na nowy księżyc.

Co to oznacza dla medycyny?

Jest sobie 37-letnia kobieta.

Ma raka piersi w II stopniu zaawansowania i dodatnimi receptorami.

Jest leczona chirurgicznie, przy pomocy chemioterapii i radioterapii.

Idzie do domu.

Dwa lata później wraca z rakiem jajnika w stopniu zaawansowania III C.

Niestety, znów leczy się ją chirurgicznie oraz za pomocą chemioterapii.

Wraca trzy lata później w wieku 42 lat

z bardziej zaawansowanym rakiem jajnika, więcej chemioterapii.

Sześć miesięcy później

wraca z ostrą białaczką szpikową.

Rozwija się u niej niewydolność oddechowa i osiem dni później umiera.

Więc po pierwsze, sposób leczenia tej kobiety już za jedynie 10 lat

będzie przypominać upuszczanie krwi.

To dzięki temu, że tacy ludzie jak mój kolega, Rick Wilson,

z Instytutu Genomu na Uniwersytecie Washington,

zdecydowali się przyjrzeć sekcji tej kobiety.

On zsekwencjonował, czyli najpierw pobrał komórki skóry, zdrowej skóry,

i rakowaty szpik kostny,

i zsekwencjonował całe genomy jednych i drugich

w ciągu paru tygodni. Nic takiego.

Potem porównał te dwa genomy przy pomocy oprogramowania,

i to co między innymi odkrył,

to delecja, pominięcie 2000 zasad

z trzech miliardów zasad

w pewnym genie o nazwie TP53.

Jeśli ma się taką złośliwą mutację w tym genie,

prawdopodobieństwo zachorowania na raka wynosi 90%.

Więc niestety, tej kobiecie już nic nie pomoże,

ale ma to poważne, czy jeśli wolicie, głębokie implikacje

dla jej rodziny.

Chodzi mi o to, że jeśli oni mają tę samą mutację,

i zrobią ten test genetyczny, i zrozumieją go,

mogą wtedy chodzić na regularne badania, i mogą wcześnie wychwycić raka,

i potencjalnie mają wtedy szanse na znacznie dłuższe życie.

Pozwólcie, że wam przedstawię bliźniacze rodzeństwo o nazwisku Beery,

u których zdiagnozowano porażenie mózgowe, kiedy mieli po dwa latka.

Ich mama jest bardzo dzielną kobietą,

która nie wierzyła, że objawy pasują do diagnozy,

i poprzez heroiczne wysiłki, i mnóstwo szperania w internecie,

udało jej się przekonać środowisko lekarskie,

że faktycznie mają coś innego.

Okazało się, że była to dystonia z dobrą odpowiedzią na L-dopę.

Tak więc podano im L-dopę,

i poprawiło im się,

ale całkiem bezobjawowi nie byli.

Pozostały znaczne problemy.

Okazuje się, że ten pan na zdjęciu to Joe Beery,

który na swoje szczęście był dyrektorem działu informatyki

przedsiębiorstwa o nazwie Life Technologies.

To jedna z dwóch firm,

które robią ogromne narzędzia do sekwencjonowania całych genomów.

Więc pierwsze co zrobił, to dał swoje dzieciaki do sekwencjonowania.

Znaleziono u nich serie mutacji w genie o nazwie SPR,

który jest odpowiedzialny między innymi za produkcję serotoniny.

Więc poza L-dopą podawano dzieciom prekursor serotoniny,

i mogą one teraz prowadzić normalne życie.

Moi drodzy, to nie mogłoby się zdarzyć bez sekwencjonowania całego genomu.

W tamtym czasie -- a było to kilka lat temu -- koszt wynosił 100 000 dolarów.

Dzisiaj wynosi 10 000 dolarów. W przyszłym roku wyniesie 1000 dolarów.

Rok później będzie to 100 dolarów, plus minus jeden rok.

Tak szybko to idzie.

Oto mały Nick --

lubi Batmana i pistolety na wodę.

Tak się składa, że Nick ląduje w szpitalu dla dzieci,

z brzuszkiem rozdętym jak u ofiary głodu.

I to nie dlatego, że nic nie je,

tylko dlatego, że kiedy je, jego jelito otwiera się,

a kał wlewa się do wnętrzności.

Więc jakieś sto operacji później,

patrzy na mamę i mówi: „Mamusiu,

proszę módl się za mnie. Tak bardzo mnie boli.”

Tak się składa, że jego pediatra ma przygotowanie z zakresu genetyki klinicznej,

i nie ma pojęcia, co się dzieje,

ale mówi: „Dajmy genom tego dzieciaka do sekwencjonowania.”

Tak znajdują mutację punktową

w genie odpowiedzialnym za kontrolowanie zaprogramowanej śmierci komórki.

Mamy więc teorię, że w jego organizmie zachodzi jakaś reakcja immunologiczna

na coś, co wchodzi w skład żywności

a jest to naturalna reakcja, która powoduje zaprogramowaną śmierć części komórek.

Ale gen, który to reguluje jest popsuty.

Jest to zatem wskazanie, poza innymi rzeczami oczywiście,

do kuracji w postaci przeszczepu szpiku kostnego, którą chłopiec przechodzi.

Po dziewięciu miesiącach wyczerpującego dochodzenia do siebie,

teraz może zajadać się stekami z sosem A1.

(Śmiech)

Perspektywa wykorzystania genomu

jako powszechnego narzędzia diagnostycznego

jest dziś realna.

Dzisiaj już tu jest.

A co to oznacza dla nas wszystkich,

że wszyscy na tej sali mamy szansę pożyć dodatkowe pięć, 10, 20 lat,

właśnie dzięki tej jednej rzeczy.

Co jest fantastyczną wiadomością,

dopóki nie pomyśli się o tym, jaki ślad ludzkość pozostawia na tej planecie

i naszych możliwościach podtrzymania produkcji coraz większej ilości żywności.

Okazuje się jednak,

że ta sama technologia

służy również do uprawy nowych odmian

kukurydzy, pszenicy, soi i innych roślin uprawnych,

które są wysoce odporne na suszę, powódź,

szkodniki i pestycydy.

Zrozumcie, że tak długo jak utrzymamy wzrost populacji,

nadal będziemy musieli uprawiać i jeść żywność modyfikowaną genetycznie,

i jest to jedyne stanowisko jakie dziś zajmuję.

Chyba że jest ktoś na tej sali,

kto chciałby się zgłosić na ochotnika i przestać jeść?

Nie ma nikogo.

Oto maszyna do pisania,

przez całe dziesięciolecia była podstawowym elementem na każdym biurku.

Ten przedmiot zasadniczo wykasował maszynę do pisania.

Następnie pojawiły się bardziej powszechne wersje edytora tekstu.

Ale ostatecznie to były tylko przerywniki.

Dopiero Bob Metcalfe i jego wynalazek Ethernetu,

i połączenie tych wszystkich komputerów

całkowicie zmieniły wszystko.

Nagle mieliśmy Netscape, Yahoo,

całą tę bańkę internetową.

(Śmiech)

Jednak nie ma się co martwić,

z pomocą szybko przyszły iPod, Facebook

a nawet Angry Birds.

(Śmiech)

Słuchajcie, oto gdzie dzisiaj jesteśmy.

Oto rewolucja genomowa dziś. Tutaj właśnie jesteśmy.

Więc chciałbym, żebyście zastanowili się:

Co to oznacza,

kiedy te punkty nie reprezentują indywidualnych zasad twojego genomu,

ale łączą się z genomami na całej planecie?

Ostatnio musiałem wykupić ubezpieczenie na życie.

Trzeba było zaznaczyć jedną z odpowiedzi:

A. Nigdy nie poddałem się testowi genetycznemu, B. Poddałem się takiemu testowi, proszę,

i C. Poddałem się, ale nie chcę ujawniać wyników.

Na szczęście mogłem wybrać A,

i mogę to uczciwie powiedzieć, na wypadek gdyby mój agent ubezpieczeniowy tego słuchał.

Ale co by było, gdybym wybrał C?

Zastosowanie genomiki dla klientów indywidualnych będzie wzrastać.

Chcesz zobaczyć, czy jesteś genetycznie kompatybilny

ze swoją dziewczyną? Jasne.

Sekwencjonowanie DNA przy pomocy własnego iPhone'a? Jest do tego aplikacja.

(Śmiech)

Ktoś ma ochotę na masaż genomowy dostosowany do indywidualnych potrzeb?

Już istnieje laboratorium,

które przeprowadza testy na allele 334 genu AVPR1,

tak zwanego genu oszustwa.

Zatem ci, którzy przyszli tu dziś w towarzystwie swoich partnerów,

po prostu odwróćcie się do nich, pobierzcie im wymaz z ust,

wyślijcie próbkę do laboratorium i wtedy będziecie mieć pewność.

(Śmiech)

Czy naprawdę chcecie wybrać prezydenta,

którego genom zapowiada kardiomiopatię?

Wyobraźcie sobie, że jest 2016

i wiodący kandydat ujawnia

nie tylko zeznania podatkowe za poprzednie cztery lata,

ale również swój indywidualny genom.

A ten wygląda naprawdę dobrze.

Następnie rzuca wyzwanie wszystkich rywalom, żeby zrobili to samo.

Myślicie, że nic takiego nie nastąpi?

Może myślicie, że to mogło pomóc Johnowi McCain?

(Śmiech)

Ile osób na widowni

nosi takie samo nazwisko jak ja, Resnick? Podnieście ręce.

Jest ktoś? Nie ma nikogo.

Zwykle jest jedna, dwie osoby.

Ojciec mojego ojca był jednym z 10 braci Resnick.

Wszyscy się wzajemnie nienawidzili.

Każdy z nich osiedlił się w innym miejscu na ziemi.

Jest więc prawdopodobne,

że jestem spokrewniony z wszystkimi Resnickami, jakich kiedykolwiek spotkałem, ale o tym nie wiem.

Ale wyobraźcie sobie, że mój genom został de-identyfikowany i siedzi sobie w oprogramowaniu,

a genom kuzyna trzeciego stopnia też tam siedzi,

i jest oprogramowanie, które może je oba porównać,

i skojarzyć ze sobą.

Nie trudno sobie wyobrazić. Moja firma ma oprogramowanie, które już to robi.

Więc wyobraźcie sobie jeszcze jedną rzecz:

że to oprogramowanie może poprosić obie strony o obopólną zgodę:

„Czy chciałbyś poznać swojego kuzyna trzeciego stopnia?”

I jeśli obaj mówimy tak,

voila! Witamy na chromosomowym Linkedln.

(Śmiech)

Czyli najprawdopodobniej to fajna sprawa, zgadza się?

Mamy większe zjazdy rodzinne i tak dalej.

Ale być może to również zły pomysł.

Ilu mamy ojców na tej sali? Podnieście ręce.

Okay, więc eksperci myślą, że jeden do trzech procent z was

nie jest tak naprawdę ojcem swojego dziecka.

(Śmiech)

Słuchajcie --

(Śmiech)

Te genomy, te 23 chromosomy,

w żaden sposób nie reprezentują jakości naszych relacji,

czy istoty naszego społeczeństwa -- przynajmniej na razie tak nie jest.

I jak z każdą nowa technologią,

tak naprawdę w rękach ludzkości leży

posłużenie się nią dla polepszenia sytuacji ludzkości albo nie.

Dlatego namawiam was wszystkich, abyście się obudzili, włączyli,

i wpływali na toczącą się wokół rewolucję genomową.

Dziękuję.

(Brawa)