Genomics Beyond Health – Пълен доклад (достъпен онлайн)

Бихме искали да зададем допълнителни бисквитки, за да разберем как използвате GOV.UK, да запомним вашите настройки и да подобрим държавните услуги.
Вие сте приели допълнителни бисквитки.Вие сте се отказали от незадължителните бисквитки.Можете да промените настройките си за бисквитки по всяко време.
Освен ако не е отбелязано друго, тази публикация се разпространява под Open Government License v3.0.За да видите този лиценз, посетете nationalarchives.gov.uk/doc/open-government-licence/version/3 или пишете на Information Policy, The National Archives, Kew, London TW9 4DU, или изпратете имейл: psi@nationalarchives.gov.ВЕЛИКОБРИТАНИЯ.
Ако научим за информация за авторски права на трети страни, ще трябва да получите разрешение от съответния собственик на авторските права.
Публикацията е достъпна на https://www.gov.uk/government/publications/genomics-beyond-health/genomics-beyond-health-full-report-accessible-webpage.
ДНК е в основата на целия биологичен живот и е открита за първи път през 1869 г. от швейцарския химик Фридрих Мишер.Век на постепенни открития накара Джеймс Уотсън, Франсис Крик, Розалинд Франклин и Морис Уилкинс през 1953 г. да разработят сега известния модел на „двойна спирала“, състоящ се от две преплетени вериги.С окончателното разбиране на структурата на ДНК бяха необходими още 50 години, преди пълният човешки геном да бъде секвениран през 2003 г. от проекта за човешкия геном.
Секвенирането на човешкия геном в началото на хилядолетието е повратна точка в нашето разбиране за човешката биология.Най-накрая можем да разчетем генетичния план на природата.
Оттогава технологиите, които можем да използваме за разчитане на човешкия геном, напреднаха бързо.Отне 13 години, за да се секвенира първият геном, което означаваше, че много научни изследвания се фокусираха само върху определени части от ДНК.Целият човешки геном вече може да бъде секвениран за един ден.Напредъкът в тази технология за секвениране доведе до големи промени в способността ни да разбираме човешкия геном.Мащабните научни изследвания подобриха нашето разбиране за връзката между определени части на ДНК (гени) и някои от нашите черти и черти.Влиянието на гените върху различни черти обаче е много сложен пъзел: всеки от нас има около 20 000 гена, които работят в сложни мрежи, които влияят на нашите черти.
Към днешна дата фокусът на изследванията е върху здравето и болестите и в някои случаи сме постигнали значителен напредък.Това е мястото, където геномиката се превръща в основен инструмент в нашето разбиране за здравето и прогресията на болестта.Водещата световна геномна инфраструктура на Обединеното кралство го поставя в челните редици на света по отношение на геномни данни и изследвания.
Това е очевидно по време на пандемията от COVID, като Обединеното кралство е водещо в секвенирането на генома на вируса SARS-CoV-2.Геномиката е на път да се превърне в централен стълб на бъдещата здравна система на Обединеното кралство.Той трябва да осигурява все повече ранно откриване на заболявания, диагностициране на редки генетични заболявания и да помага за по-доброто приспособяване на здравните грижи към хората.
Учените разбират по-добре как нашето ДНК е свързано с широк набор от характеристики в области, различни от здравето, като заетост, спорт и образование.Това изследване е използвало геномната инфраструктура, разработена за здравни изследвания, променяйки нашето разбиране за това как се формират и развиват широк спектър от човешки черти.Въпреки че нашето геномно познание за нездравословните черти нараства, то изостава далеч от здравите черти.
Възможностите и предизвикателствата, които виждаме в здравната геномика, като необходимостта от генетично консултиране или когато тестването предоставя достатъчно информация, за да оправдае използването му, отварят прозорец към потенциалното бъдеще на нездравната геномика.
В допълнение към увеличеното използване на геномни познания в сектора на здравеопазването, все по-голям брой хора се запознават с геномните знания чрез частни компании, които предоставят услуги директно на потребителите.Срещу заплащане тези компании предлагат на хората възможността да изучават своя произход и да получат геномна информация за набор от черти.
Нарастващите знания от международни изследвания позволиха успешното развитие на нови технологии и точността, с която можем да предвидим човешките характеристики от ДНК, се увеличава.Отвъд разбирането, сега е технически възможно да се редактират определени гени.
Въпреки че геномиката има потенциала да трансформира много аспекти на обществото, използването й може да доведе до етични рискове, рискове за данните и сигурността.На национално и международно ниво използването на геномика се регулира от редица доброволни насоки и по-общи правила, които не са специално за геномиката, като Общия закон за защита на данните.Тъй като силата на геномиката нараства и нейното използване се разширява, правителствата все повече се изправят пред избора дали този подход ще продължи да интегрира сигурно геномиката в обществото.Използването на разнообразните силни страни на Обединеното кралство в изследванията на инфраструктурата и геномиката ще изисква координирани усилия от правителството и индустрията.
Ако бихте могли да определите дали детето ви може да бъде отличник в спорта или академичните среди, бихте ли го направили?
Това са само част от въпросите, с които вероятно ще се сблъскаме в близко бъдеще, тъй като геномната наука ни предоставя все повече и повече информация за човешкия геном и ролята, която той играе при влияние върху нашите черти и поведение.
Информацията за човешкия геном - неговата уникална последователност на дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК) - вече се използва за поставяне на някои медицински диагнози и персонализиране на лечението.Но също така започваме да разбираме как геномът влияе върху чертите и поведението на хората извън здравето.
Вече има доказателства, че геномът влияе върху нездравословни черти като поемане на риск, образуване и употреба на вещества.Докато научаваме повече за това как гените влияят върху чертите, можем по-добре да предвидим колко е вероятно и до каква степен някой ще развие тези черти въз основа на тяхната геномна последователност.
Това повдига няколко важни въпроса.Как се използва тази информация?Какво означава това за нашето общество?Как може да се наложи да се коригират политиките в различните сектори?Имаме ли нужда от повече регулация?Как ще се справим с повдигнатите етични въпроси, като се справим с рисковете от дискриминация и потенциалните заплахи за неприкосновеността на личния живот?
Докато някои от потенциалните приложения на геномиката може да не се материализират в краткосрочен или дори средносрочен план, днес се проучват нови начини за използване на геномна информация.Това означава, че сега е моментът да се предвиди бъдещото използване на геномиката.Трябва също така да разгледаме възможните последствия, ако геномните услуги станат достъпни за обществеността, преди науката наистина да е готова.Това ще ни позволи да разгледаме правилно възможностите и рисковете, които тези нови приложения на геномиката могат да представят и да определим какво можем да направим в отговор.
Този доклад представя геномиката на неспециалисти, изследва как се е развила науката и се опитва да разгледа нейното въздействие върху различни области.Докладът разглежда какво може да се случи сега и какво може да се случи в бъдеще и изследва къде силата на геномиката може да бъде надценена.
Геномиката не е само въпрос на здравна политика.Това може да засегне широк набор от области на политиката, от образование и наказателно правосъдие до заетост и застраховка.Този доклад се фокусира върху нездравословната човешка геномика.Той също така изследва използването на генома в селското стопанство, екологията и синтетичната биология, за да разбере широчината на потенциалните му приложения в други области.
Повечето от това, което знаем за човешката геномика обаче, идва от изследвания, изследващи нейната роля в здравето и болестите.Здравето също е място, където се разработват много потенциални приложения.Оттам ще започнем и глави 2 и 3 представят науката и развитието на геномиката.Това осигурява контекст за областта на геномиката и предоставя техническите познания, необходими за разбиране как геномиката засяга областите, които не са свързани със здравето.Читателите без технически познания могат спокойно да пропуснат това въведение към глави 4, 5 и 6, които представят основното съдържание на този доклад.
Хората отдавна са очаровани от нашата генетика и ролята, която тя играе в нашето формиране.Ние се стремим да разберем как генетичните фактори влияят на нашите физически характеристики, здраве, личност, черти и умения и как те взаимодействат с влиянията на околната среда.
£4 милиарда, 13 години разходи и време за разработване на първата последователност от човешки геном (разходи, коригирани спрямо инфлацията).
Геномиката е изследване на геномите на организмите – техните пълни ДНК последователности – и как всичките ни гени работят заедно в нашите биологични системи.През 20-ти век изследването на геномите обикновено се ограничава до наблюдения на близнаци, за да се изследва ролята на наследствеността и околната среда във физическите и поведенчески черти (или „природа и възпитание“).Въпреки това, средата на 2000-те години беше белязана от първото публикуване на човешкия геном и развитието на по-бързи и по-евтини геномни технологии.
Тези методи означават, че изследователите най-накрая могат да изследват генетичния код директно, на много по-ниска цена и време.Секвенирането на целия човешки геном, което преди отнемаше години и струваше милиарди лири, сега отнема по-малко от ден и струва около £800 [бележка под линия 1].Сега изследователите могат да анализират геномите на стотици хора или да се свързват с биобанки, съдържащи информация за геномите на хиляди хора.В резултат на това геномните данни се натрупват в големи количества за използване в научни изследвания.
Досега геномиката се използва главно в здравеопазването и медицинските изследвания.Например идентифициране на наличието на дефектни генетични варианти, като варианта BRCA1, свързан с рак на гърдата.Това може да позволи по-ранно превантивно лечение, което не би било възможно без познаване на генома.Въпреки това, тъй като нашето разбиране за геномиката се подобри, става все по-ясно, че влиянието на генома се простира далеч отвъд здравето и болестта.
През последните 20 години търсенето на разбиране на нашата генетична структура напредна значително.Започваме да разбираме структурата и функцията на генома, но има още много да научим.
От 50-те години на миналия век знаем, че нашата ДНК последователност е кодът, който съдържа инструкциите за това как нашите клетки произвеждат протеини.Всеки ген съответства на отделен протеин, който определя чертите на даден организъм (като цвят на очите или размер на цветето).ДНК може да повлияе на черти чрез различни механизми: един ген може да определи черта (например кръвна група ABO), няколко гена могат да действат синергично (например растеж на кожата и пигментация) или някои гени могат да се припокриват, маскирайки влиянието на различни гени.гени.други гени (като плешивост и цвят на косата).
Повечето черти се влияят от комбинираното действие на много (може би хиляди) различни ДНК сегменти.Но мутациите в нашата ДНК причиняват промени в протеините, които могат да доведат до променени черти.Това е основният двигател на биологичната променливост, разнообразие и болести.Мутациите могат да дадат на индивида предимство или недостатък, да бъдат неутрални промени или да нямат никакъв ефект.Те могат да се предават в семейства или да идват от зачеването.Въпреки това, ако се появят в зряла възраст, това обикновено ограничава излагането им на индивиди, а не на тяхното потомство.
Вариациите в чертите също могат да бъдат повлияни от епигенетични механизми.Те могат да контролират дали гените са включени или изключени.За разлика от генетичните мутации, те са обратими и отчасти зависят от околната среда.Това означава, че разбирането на причината за дадена черта не е просто въпрос на научаване коя генетична последователност влияе върху всяка черта.Необходимо е генетиката да се разглежда в по-широк контекст, за да се разберат мрежите и взаимодействията в целия геном, както и ролята на околната среда.
Геномната технология може да се използва за определяне на генетичната последователност на индивида.Тези методи сега се използват широко в много проучвания и все повече се предлагат от търговски компании за анализ на здравето или произхода.Методите, използвани от компании или изследователи за определяне на нечия генетична последователност, варират, но доскоро най-често се използваше техника, наречена ДНК микрочипове.Микрочипове измерват части от човешкия геном, вместо да четат цялата последователност.В исторически план микрочиповете са били по-прости, по-бързи и по-евтини от други методи, но тяхното използване има някои ограничения.
След като данните се натрупат, те могат да бъдат изследвани в мащаб, като се използват проучвания за асоцииране в целия геном (или GWAS).Тези изследвания търсят генетични варианти, свързани с определени черти.Към днешна дата обаче дори най-големите проучвания са разкрили само малка част от генетичните ефекти, лежащи в основата на много от чертите, в сравнение с това, което бихме очаквали от проучванията на близнаци.Неуспехът да се идентифицират всички релевантни генетични маркери за черта е известен като проблем с „липсващата наследственост“.[бележка под линия 2]
Въпреки това способността на GWAS да идентифицира свързани генетични варианти се подобрява с повече данни, така че проблемът с липсата на наследственост може да бъде разрешен, когато се съберат повече геномни данни.
Освен това, тъй като разходите продължават да падат и технологията продължава да се подобрява, все повече и повече изследователи използват техника, наречена секвениране на целия геном, вместо микрочипове.Това директно чете цялата последователност на генома, а не частични последователности.Секвенирането може да преодолее много от ограниченията, свързани с микрочипове, което води до по-богати и по-информативни данни.Тези данни също така помагат за намаляване на проблема с ненаследимостта, което означава, че започваме да научаваме повече за това кои гени работят заедно, за да повлияят на чертите.
По същия начин масивната колекция от последователности на цели геноми, планирана в момента за целите на общественото здраве, ще осигури по-богати и по-надеждни набори от данни за изследвания.Това ще бъде от полза за тези, които изучават здравословни и нездравословни черти.
Докато научаваме повече за това как гените влияят върху чертите, можем по-добре да предвидим как различните гени могат да работят заедно за определена черта.Това се прави чрез комбиниране на предполагаеми ефекти от множество гени в една мярка за генетична отговорност, известна като полигенен резултат.Полигенните резултати обикновено са по-точни предиктори за вероятността човек да развие черта, отколкото отделните генетични маркери.
Полигенните резултати в момента набират популярност в здравните изследвания с цел един ден да бъдат използвани за насочване на клинични интервенции на индивидуално ниво.Полигенните резултати обаче са ограничени от GWAS, така че много от тях все още не са предсказали своите целеви черти много точно, а полигенните резултати за растеж постигат само 25% точност на прогнозиране.[Бележка под линия 3] Това означава, че за някои признаци те може да не са толкова точни, колкото други диагностични методи, като кръвни изследвания или ЯМР.Въпреки това, тъй като геномните данни се подобряват, точността на оценките на полигенността също трябва да се подобри.В бъдеще полигенните резултати могат да предоставят информация за клиничния риск по-рано от традиционните диагностични инструменти и по същия начин могат да се използват за прогнозиране на нездравословни черти.
Но като всеки подход, той има ограничения.Основното ограничение на GWAS е разнообразието на използваните данни, което не отразява разнообразието на населението като цяло.Проучванията показват, че до 83% от GWAS се извършват в кохорти с изключително европейски произход.[Бележка под линия 4] Това очевидно е проблематично, защото означава, че GWAS може да бъде от значение само за определени групи от населението.Следователно разработването и използването на прогнозни тестове, базирани на резултатите от пристрастията на популацията на GWAS, може да доведе до дискриминация срещу хора извън популацията на GWAS.
За нездравословни черти прогнозите, базирани на полигенни резултати, в момента са по-малко информативни от наличната негеномна информация.Например полигенните резултати за прогнозиране на образователните постижения (един от най-мощните налични полигенни резултати) са по-малко информативни от обикновените мерки за родителско образование.[Бележка под линия 5] Прогностичната сила на полигенните резултати неизбежно ще нарасне с нарастването на мащаба и разнообразието на изследванията, както и проучванията, базирани на данни за секвениране на целия геном.
Изследването на генома се фокусира върху геномиката на здравето и болестта, като помага да се идентифицират части от генома, които влияят върху риска от заболяване.Това, което знаем за ролята на геномиката, зависи от заболяването.За някои едногенни заболявания, като болестта на Хънтингтън, можем точно да предвидим вероятността дадено лице да развие болестта въз основа на техните геномни данни.За заболявания, причинени от много гени, съчетани с влияние на околната среда, като коронарна болест на сърцето, точността на геномните прогнози е много по-ниска.Често, колкото по-сложна е една болест или черта, толкова по-трудно е да се разбере и предвиди точно.Въпреки това, точността на прогнозиране се подобрява, тъй като изследваните кохорти стават по-големи и по-разнообразни.
Обединеното кралство е в челните редици на изследванията на здравната геномика.Ние сме разработили масивна инфраструктура в областта на геномната технология, изследователски бази данни и изчислителна мощност.Обединеното кралство има голям принос към глобалното познаване на генома, особено по време на пандемията COVID-19, когато бяхме водещи в секвенирането на генома на вируса SARS-CoV-2 и нови варианти.
Genome UK е амбициозната стратегия на Обединеното кралство за геномно здраве, като NHS интегрира секвенирането на генома в рутинни клинични грижи за диагностика на редки заболявания, рак или инфекциозни заболявания.[бележка под линия 6]
Това също ще доведе до значително увеличаване на броя на наличните за изследване човешки геноми.Това трябва да даде възможност за по-широки изследвания и да отвори нови възможности за прилагане на геномиката.Като световен лидер в разработването на геномни данни и инфраструктура, Обединеното кралство има потенциала да стане световен лидер в етиката и регулирането на геномната наука.
Комплектите за генетични тестове за директна консумация (DTC) се продават директно на потребителите без участието на доставчици на здравни услуги.Тампоните от слюнка се изпращат за анализ, предоставяйки на потребителите персонализиран анализ на здравето или произхода само за няколко седмици.Този пазар се разраства бързо, като десетки милиони потребители по целия свят изпращат ДНК проби за търговско секвениране, за да получат представа за тяхното здраве, родословие и генетично предразположение за черти.
Точността на някои анализи, базирани на генома, които предоставят услуги директно към потребителите, може да бъде много ниска.Тестовете могат също така да повлияят на личната поверителност чрез споделяне на данни, идентифициране на роднини и потенциални пропуски в протоколите за киберсигурност.Клиентите може да не разбират напълно тези проблеми, когато се свързват с компания за тестване на DTC.
Геномното тестване на DTC за немедицински характеристики също е до голяма степен нерегулирано.Те надхвърлят законодателството, уреждащо медицинските геномни тестове, и вместо това разчитат на доброволното саморегулиране на доставчиците на тестове.Много от тези компании също са базирани извън Обединеното кралство и не са регулирани в Обединеното кралство.
ДНК последователностите имат уникална сила в съдебната медицина да идентифицират неизвестни лица.Базовият ДНК анализ е широко използван след изобретяването на ДНК пръстови отпечатъци през 1984 г., а Националната ДНК база данни на Обединеното кралство (NDNAD) съдържа 5,7 милиона лични профила и 631 000 записа от местопрестъпления.[бележка под линия 8]