Персонализированная геномика
Персонализированная геномика -это исследование генетики человека , изучаемое анализом и интерпретацией индивидуальной генетической информации путем секвенирования генома для идентификации генетических вариаций по сравнению с библиотекой известных последовательностей. Международные генетические сообщества не избавили от прошлого усилий и постепенно сотрудничали для преследования исследовательских проектов для определения последовательностей ДНК генома человека с использованием методов секвенирования ДНК. Методы, которые наиболее часто используются, - это секвенирование целого экзома и секвенирование целого генома . Оба подхода используются для идентификации генетических вариаций. Секвенирование генома со временем стало более экономически эффективным и применимо в области медицины, что позволило ученым понять, какие гены связаны с конкретными заболеваниями.
Персонализированная медицина является новой практикой в медицине, которая разрабатывает конкретные лечения пациента, основанную на генетическом профиле человека. Лечение позволяет пациентам испытывать максимизированную терапевтическую эффективность и минимизировать побочные эффекты. Персонализированная медицина была широко принята, и в будущем изменяются в политике и инфраструктуре по всему миру, чтобы легко принять в другие области.
История
[ редактировать ]Усилия по изучению генов и наследственности были продлены более 100 лет. Из Грегора Менделя исследований наследования , [ 1 ] Многие исследователи посвятили себя научному развитию с помощью новых открытий и изобретений, таких как DNA Double Helix , обнаруженная Розалиндой Франклин и секвенированием Сэнгера [ 2 ] изобретено Фредериком Сэнгером . Распознавание хромосомных расстройств, таких как трисомия в 1959-1960 гг. [ 3 ] побудил ученых понять, что гены связаны с фенотипическими отличительными заболеваниями. Он побудил ученых провести несколько проектов вместе, чтобы понять человеческий геном.

Проект генома человека
[ редактировать ]Проект генома человека (HGP) [ 4 ] это исследовательский проект, проведенный университетами и исследовательскими центрами в шести странах с основной целью определения полной последовательности оснований всего генома человека и выявления полного набора человеческих генов. Этот проект также хранил генетическую информацию в общедоступных базах данных и играл роль в улучшении инструментов для анализа данных. Группа анонимных человеческих добровольцев, набранных из разнообразных групп населения, была секвенирована. Создание HGP ускорило отслеживание происхождения человека путем обнаружения генетических мутаций и построив генетические карты. Кроме того, это помогло запустить другие исследовательские проекты по всему миру.
Международный проект HAPMAP
[ редактировать ]Международный проект HAPMAP [ 5 ] является международным исследовательским проектом, облегчающим идентификацию корреляции генотипа-фенотипа с помощью исследования ассоциации по всему геному (GWAS). Это исследование создало карту гаплотипа генома человека, чтобы найти генетические вариации, которые влияют на заболевание человека из 11 глобальных групп населения. Проект был сосредоточен в основном на отдельных нуклеотидных полиморфизмах (SNP), распределенных внутри и между популяциями, и разработал массивы SNP высокой плотности для скрининга на полиморфизмы, позволяя исследователям искать гены, участвующие в общих заболеваниях человека.
Эти проекты были завершены с помощью методов секвенирования ДНК, которые позволяют идентифицировать генетические вариации в каждом геноме, таким образом, лично диагностируя генетические заболевания.
Анализ генома
[ редактировать ]
Персонализированная геномика включает анализ генома людей. [ 2 ] Чтобы проанализировать геном, базовое знание генетики требуется . Есть строительные блоки ДНК, которые называются нуклеотидами, и эти нуклеотиды отожжены, чтобы сформировать прядь. Две прядей ДНК суперкнуты в двойной спиральной форме, и это то, о чем люди думают первым, когда представляют структуру ДНК. Эти ДНК очень важны, поскольку они содержат генетическую информацию. Порядок нуклеотидов определяет геномику людей, а у людей есть разные геномики. [ 2 ] Поэтому у людей есть разные характеристики, такие как цвет глаз. Не только характеристики могут быть выявлены с помощью ДНК, но и различные причины уникальных заболеваний могут быть идентифицированы путем определения порядка нуклеотидов посредством секвенирования ДНК .
Секвенирование всего экзома и генома
[ редактировать ]Для анализа личной геномики необходима методика, называемая секвенированием ДНК, и используется для определения любых нарушений или полиморфизмов в последовательностях ДНК. Существует два метода для проведения секвенирования ДНК, секвенирование целого экзома (WES) [ 2 ] и секвенирование целого генома (WGS). [ 6 ] Формальный способ секвенирования, техника Sanger имела некоторые ограничения, что это было дорого и трудоемким. Недавняя разработка секвенирования следующего поколения (NGS) [ 7 ] Драмально исправил недостатки секвенирования Сэнгера.
NGS позволила секвенировать большие нагрузки ДНК. [ 7 ] Есть кусочки генов, которые транскрибируют белки. Эти кусочки гена дают инструкции по изготовлению взаимодополняющих белков и называются экзонами. Известно, что экзоны составляют 1 процент генома человека. [ 2 ] Все экзоны в геноме вместе называются экзомом. Секвенирование целого экзома - это метод последовательности всех экзонов в геномике. Поскольку белки, продуцируемые экзонами, имеют решающее значение для метаболизма человека и эндосомальной среды, если мутации происходят в экзонах, это приведет к критическому генетическому заболеванию. Следовательно, большинство мутаций, которые вызывают известные генетические заболевания, возникают в области экзона. WES является эффективным способом последовательности возможных мутаций, вызывающих заболевание.
WGS, с другой стороны, буквально обозначает метод, который последовательно послужил каждому нуклеотиду ДНК человека и может обнаружить любые вариации в любом месте в геноме. [ 6 ] Исследователи обнаружили, что мутации за пределами экзоновских областей также могут влиять на транскрипцию генов и продукцию белка. [ 8 ] Другими словами, изменение ДНК в области неэксон может вызвать генетические нарушения, которые WES не может обнаружить. Следовательно, существуют исследования, которые проводят как WES, так и WGS вместе, чтобы повысить качество геномных данных для идентификации генетических нарушений. [ 9 ]
При WES и WGS можно наблюдать различные генетические вариации по сравнению с секвенированием избранного гена, но значимость информации, полученной в результате секвенирования всего масштаба, в основном неизвестно. Это связано с тем, что между генетическими вариациями и здоровьем нет 100% причинно -следственной связи. [ 2 ] Есть некоторые мутации, которые не влияют на здоровье человека и не вызывают заболевания. Нельзя сделать вывод, что идентифицированное генетическое изменение является индуцирующим фактором интересующего заболевания. Следовательно, необходимо проанализировать большой размер выборки для выявления причинных вариантов. Тем не менее, использование секвенирования следующего поколения революционизировало индивидуальные схемы здравоохранения, используемые для лечения редких заболеваний с использованием персонализированной медицины.
Приложения
[ редактировать ]Генетическая медицина
[ редактировать ]
Генетическая медицина относится к применению генетики к медицинской помощи при обнаружении и лечении нескольких фенотипических редких наследственных расстройств, и эта дисциплина включает в себя развивающуюся область в медицине, таких как персонализированная медицина.
Персонализированная медицина
[ редактировать ]Персонализированная медицина - это тип индивидуального лечения для характеристик отдельных пациентов, основанных на их ожидаемой реакции или устойчивости к заболеваниям. В то время как традиционная медицина следует подходу « универсал » [ 10 ] Этот препарат предназначен для лечения большой популяции пациентов, персонализированная медицина назначается группе пациентов, организованных молекулярными диагностическими и аналитическими методами, связанными с их генетической информацией, чтобы минимизировать побочные эффекты и максимизировать эффективность лечения.
Необходимость
[ редактировать ]Необходимость персонализированной медицины становится особенно очевидной с снижением терапевтической эффективности существующей медицины. В интервью BBC News с Алленом Д. Розсом , бывшим старшим вице -президентом GlaxoSmithkline [ 11 ] утверждал, что 90% лекарств оказывают терапевтическое влияние только на 30-50% пациентов. Пациенты испытывали различные показатели успеха от лекарств, распределенных на рынке, с низким уровнем эффективности 50% или ниже. [ 11 ] Он подчеркнул, что различная генетическая информация способствует изменчивости в ответе на лекарство между пациентами. В качестве примера раковых клеток была обнаружена гетерогенность опухоли , связанную с клиническим исходом иммунотерапии рака , [ 12 ] Таким образом, диагностические методы с высокой точностью должны быть использованы.
Биомаркер
[ редактировать ]Точный диагноз обстоятельств пациентов должен быть выполнен для обнаружения биомаркеров , которые являются биологическими показателями медицинского состояния, которые могут быть измерены объективно и точно. Прогностическая подпись, разработанная Biomarker Discovery, является прогнозирующей прогрессированием заболевания и ответом пациентов на вмешательство лекарств. Следовательно, его можно использовать в разработке новых фармацевтических препаратов и при выборе подходящих пациентов, которые, как ожидается, будут лечиться определенными лекарствами. Например, технология одномолекулярной массивы [ 13 ] простаты обнаружил изменения в уровнях антигена между каждой раковой клеткой простаты. Более того, волокнистые микрочипы [ 13 ] были поданы в качестве мультиплексированной диагностической платформы для выявления потенциальных биомаркеров муковисцидоза , включая интерлейкин-8 , [ 14 ] сосудистый эндотелиальный фактор роста , [ 15 ] эпидермальный фактор роста , [ 13 ] индуцируемый интерферон-гамма белок, [ 13 ] и матричная металлопептидаза-9 . [ 13 ] Эти сигнатуры биомаркера позволили пациентам дифференцироваться в подгруппы в зависимости от тяжести их заболевания.
Примеры
[ редактировать ]Интеграция диагностических методов и секвенирования генома сыграла жизненно важную роль в обеспечении реализации персонализированной медицины на рынке. Например, варфарин [ 16 ] может привести к острой сердечной недостаточности , кровоизлиянию , некрозу и остеопорозу в зависимости от генетических изменений в CYP2C9 , [ 16 ] и ген Vkorc1 . [ 16 ] Поскольку доза рецепта для варфарина варьируется примерно в 10 раз в зависимости от генетического изменения каждого пациента, Управления по пищевым и лекарствам США (FDA) [ 16 ] Рекомендует, чтобы дозировка варфарина была назначена после проведения генетического тестирования. Кроме того, гефитиниб , ингибитор эпидермального рецептора фактора роста (EGFR) - тирозинкиназы , обладает терапевтической эффективностью только при раке молочной железы. [ 17 ] или немелкоклеточный рак легкого . [ 18 ] Сообщалось, что генетические вариации в гене EGFR связаны с чувствительностью пациентов с раком легких к гефитинибу. [ 19 ] Пациенты с раком молочной железы, экспрессирующим активированный HER2/NEU, выиграли от терапевтических эффектов гефитиниба. [ 20 ] FDA одобрено [ 21 ] Гифитиниб должен быть предоставлен для лечения пациентов с раком легких молочной железы или немелкового рака.
Будущие тенденции
[ редактировать ]Стоимость секвенирования
[ редактировать ]
Цена секвенирования ДНК была очень дорогой до недавнего времени. WGS стоит около 20 000 долларов в 2010 -х годах. [ 22 ] WGS и WES являются относительно недавними технологиями в клинической практике. Текущие данные экономических данных здравоохранения для поощрения использования WES и WGS в клинических исследованиях ограничены. Следовательно, не хватает исследований, которые тщательно оценивают и указывают на экономическую эффективность этих технологий и компонентов, которые включены в оценки затрат. Однако развитие искусственного интеллекта (ИИ) и знания больших данных и машинного обучения, [ 13 ] позволяет исследователям анализировать массовые нагрузки секвенирования ДНК быстрее и эффективно. Теперь цена на WGS упала до самого низкого, 1500 долларов. Одиночные тесты на WES варьируются от 555 до 5169 долларов США и для WGS от 1 906 до 24 810 долларов. [ 23 ] Это уменьшается с разработкой технологий. В настоящее время, из -за заметного снижения стоимости, страны, кроме развитых стран, планируют выполнять WGS уникальных пациентов или проводя совместное исследование, чтобы получить основу для формирования больших данных об генетике популяции.
Сдвиг в инфраструктуре
[ редактировать ]Важность инженерии и вычислений была доведена до сведения клиник и рынка в соответствии с их включением в медицинскую область и растущий общественный спрос на индивидуальные медицинские услуги. Компьютерные аналитические платформы с использованием искусственного интеллекта, [ 13 ] и машинное обучение [ 13 ] практически используются для использования в клинических испытаниях. Они смогли определить специфическую для пациента оптимальную терапию на основе субпопуляционных стратификаций, классифицированных по секвенированию генома. Согласно исследованию, руководствуясь платформой ИИ, [ 24 ] Рецепты иммунодепрессанта по трансплантации печени были успешно рекомендованы в зависимости от генетической информации пациента, и это подтвердило, что было меньше меж пациентов в рекомендации, полученных в области AI-A-A-A-A-AIN, по сравнению с пациентами с контрольной когортой. Вычислительные аналитические платформы предсказывали реакцию пациентов на лекарства и повысили процесс воссоздания медицинских препаратов и валидации устройств. [ 13 ] Интеграция компьютерного программирования и персонализированной медицины позволяет большому количеству пациентов получать личную помощь в течение короткого периода времени с большей эффективностью.
Политические изменения
[ редактировать ]Медицинское сообщество следует за растущей тенденцией перевода традиционной медицины в персонализированную медицину, и давняя политика регулирования-это препятствия для разрешения для его публичного использования. Соединенные Штаты приняли меры в результате принятия Закона о лечении 21 -го века в 2016 году. [ 13 ] Это правоприменение оказало финансовую помощь Управлению по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA), [ 13 ] позволяя ускорить появление вновь персонализированных продуктов, таких как клеточная терапия и медицинские устройства на рынке. Кроме того, Национальные институты здравоохранения (NIH) выиграли от распределения ресурсов. Многие страны ввели законодательство о улучшении персонализированной медицины. В Сингапуре, ИИ Сингапур, национальная инициатива ИИ, поддерживаемая Национальным исследовательским фондом, [ 13 ] смог расширить национальные возможности ИИ в развитии лекарств и уходе за пациентом. Кроме того, Инициатива по инновационным лекарствам (IMI) [ 13 ] Был создан между Европейским Союзом и фармацевтическими компаниями с целью разработки медицинских устройств, лекарств и вакцин для решения серьезных проблем, которые будут подвергнуты делу ЕС.
Смотрите также
[ редактировать ]- Точная медицина
- Генетическая конфиденциальность
- Генетика популяции
- Справочный геном
- Фармакогеномика
- Персонализированная Onco-Genomics
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Мендель как отец генетики :: ДНК с самого начала» . www.dnaftb.org . Получено 2022-04-17 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон «Что такое секвенирование целого экзома и секвенирование всего генома?: MedlinePlus Genetics» . medlineplus.gov . Получено 2022-04-17 .
- ^ Passarge E (июль 2021 г.). «Происхождение человеческой генетики. Личная перспектива» . Европейский журнал человеческой генетики . 29 (7): 1038–1044. doi : 10.1038/s41431-020-00785-7 . PMC 8298510 . PMID 33542497 .
- ^ Фатима Т., Эбертц А (2020-11-02). «Путешествие по истории секвенирования ДНК» . Блог DNA Universe . Получено 2022-04-17 .
- ^ Международный консорциум HAPMAP (декабрь 2003 г.). «Международный проект HAPMAP» . Природа . 426 (6968): 789–796. doi : 10.1038/nature02168 . HDL : 2027.42/62838 . PMID 14685227 . S2CID 8151693 .
- ^ Jump up to: а беременный Schlundt J (2021). «Секвенирование всего генома» . В Гу Д, Dupre Me (ред.). Энциклопедия геронтологии и старения населения . Cham: Springer International Publishing. С. 5424–5433. doi : 10.1007/978-3-030-22009-9_943 . ISBN 978-3-030-22008-2 Полем S2CID 244848479 . Получено 2022-03-29 .
- ^ Jump up to: а беременный «Секвенирование по всему геному для необъяснимых нарушений развития или множественных врожденных аномалий: оценка технологий здравоохранения» . Серия оценки технологий здоровья Онтарио . 20 (11): 1–178. 2020. PMC 7080457 . PMID 32194879 .
- ^ Накагава Х., Фуджита М (март 2018 г.). «Анализ секвенирования целого генома для геномики рака и точной медицины» . Наука о раке . 109 (3): 513–522. doi : 10.1111/cas.13505 . PMC 5834793 . PMID 29345757 .
- ^ Kars Me, Başak AN, Onat Oe, Bilguvar K, Choi J, Itan Y, et al. (Сентябрь 2021 г.). «Генетическая структура турецкой популяции выявляет высокий уровень вариации и примеси» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 118 (36): E2026076118. Bibcode : 2021pnas..11826076K . doi : 10.1073/pnas.2026076118 . PMC 8433500 . PMID 34426522 .
- ^ Jobes Da, Chalker SA (сентябрь 2019 г.). «Один размер не подходит всем: комплексный клинический подход к снижению суицидальных мыслей, попыток и смерти» . Международный журнал экологических исследований и общественного здравоохранения . 16 (19): 3606. DOI : 10.3390/ijerph16193606 . PMC 6801408 . PMID 31561488 .
- ^ Jump up to: а беременный «Наркотики« не работают над многими людьми » . 2003-12-08 . Получено 2022-03-29 .
- ^ Vitale I, Shema E, Loi S, Galluzzi L (февраль 2021 г.). «Внутренняя гетерогенность в прогрессировании рака и реакции на иммунотерапию». Природная медицина . 27 (2): 212–224. doi : 10.1038/s41591-021-01233-9 . PMID 33574607 . S2CID 231899309 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин час я Дж k л м Ho D, Quake Sr, McCabe ER, Chng WJ, Chow EK, Ding X, et al. (Май 2020). «Включение технологий для персонализированной и точной медицины» . Тенденции в биотехнологии . 38 (5): 497–518. doi : 10.1016/j.tibtech.2019.12.021 . PMC 7924935 . PMID 31980301 .
- ^ Nie S, Zhang H, Mayer KM, Oppenheim FG, Little FF, Greenberg J, et al. (2015). «Корреляции биомаркеров слюны с клиническими оценками у пациентов с муковисцидозом» . Plos один . 10 (8): E0135237. BIBCODE : 2015PLOSO..1035237N . doi : 10.1371/journal.pone.0135237 . PMC 4530931 . PMID 26258476 .
- ^ Nie S, Benito-Peña E, Zhang H, Wu Y, Walt Dr (октябрь 2013 г.). «Мультиплексированное профилирование слюнного белка для пациентов с респираторными заболеваниями с использованием волокон-оптических пучков и микрочипов на основе флуоресцентных антител» . Аналитическая химия . 85 (19): 9272–9280. doi : 10.1021/ac4019523 . PMC 3845663 . PMID 23972398 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Дин Л (2012). «Терапия варфарином и генотип VKORC1 и CYP» . В Pratt VM, Scott SA, Pirmohamed M, Esquivel B (Eds.). Резюме медицинской генетики [Интернет] . Bethesda (MD): Национальный центр информации о биотехнологии (США). PMID 28520347 . Получено 2022-04-20 .
- ^ Ye J, Tian T, Chen X (октябрь 2020 г.). «Эффективность добавок гефинибов для рака молочной железы: метаанализ рандомизированных контролируемых исследований» . Лекарство . 99 (43): E22613. doi : 10.1097/md.0000000000022613 . PMC 7581042 . PMID 33120749 .
- ^ «Гефитиниб (Иресса) | Информация о раке | Рак исследований в Великобритании» . www.cancerresearchuk.org . Получено 2022-04-20 .
- ^ Pao W, Miller V, Zakowski M, Doherty J, Politi K, Sarkaria I, et al. (Сентябрь 2004 г.). «Мутации генов рецептора EGF распространены при раке легких от« никогда не курильщиков »и связаны с чувствительностью опухолей к гефитинибу и эрлотинибу» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (36): 13306–13311. BIBCODE : 2004PNAS..10113306P . doi : 10.1073/pnas.0405220101 . PMC 516528 . PMID 15329413 .
- ^ Piechocki MP, Yoo GH, Dibbley SK, Lonardo F (июль 2007 г.). «Рак молочной железы, экспрессирующий активированный HER2/NEU, чувствителен к гефитинибу in vitro и in vivo и приобретает устойчивость через новую точечную мутацию в HER2/Neu». РАНКА . 67 (14): 6825–6843. doi : 10.1158/0008-5472.can-07-0765 . PMID 17638894 .
- ^ Kazandjian D, Blumenthal GM, Yuan W, He K, Keegan P, Pazdur R (март 2016 г.). «FDA одобрение гефитиниба для лечения пациентов с метастатическим мутационным мутационным раком немелкоклеточного рака легких». Клиническое исследование рака . 22 (6): 1307–1312. doi : 10.1158/1078-0432.ccr-15-2266 . PMID 26980062 . S2CID 7308065 .
- ^ «Личный тест на геном будет продаваться по новой низкой цене в 250 долларов» . Scientific American . Получено 2022-03-29 .
- ^ Schwarze K, Buchanan J, Taylor JC, Wordsworth S (октябрь 2018 г.). «Подходят ли подходы к секвенированию целого экзома и всего генома? Систематический обзор литературы» . Генетика в медицине . 20 (10): 1122–1130. doi : 10.1038/gim.2017.247 . PMID 29446766 . S2CID 195332299 .
- ^ Blasiak A, Khong J, Kee T (апрель 2020 г.). «Curate.ai: оптимизация персонализированной медицины с искусственным интеллектом» . SLAS Technology . 25 (2): 95–105. doi : 10.1177/2472630319890316 . PMID 31771394 . S2CID 208319569 .