Quantumrun

MYNDAGREIÐSLA: Quantumrun

Nákvæm heilsugæsla notar erfðamengi þitt: Future of Health P3

David Tal, útgefandi, framtíðarfræðingur
@DavidTalWrites
LinkedIn

Þri, 09 - 15:2020

Við erum að ganga inn í framtíð þar sem lyf verða sérsniðin að DNA þínu og spáð verður fyrir um framtíðarheilsu þína við fæðingu. Velkomin í framtíð nákvæmnislækninga.

Í síðasta kaflanum í Future of Health seríunni okkar, könnuðum við ógnirnar sem mannkynið stendur frammi fyrir í formi alþjóðlegs sýklalyfjaónæmis og heimsfaraldurs í framtíðinni, sem og nýjungarnar sem lyfjaiðnaðurinn okkar vinnur að til að berjast gegn þeim. En gallinn við þessar nýjungar er í fjöldamarkaðshönnun þeirra - lyf sem eru hönnuð til að meðhöndla marga í stað þess að lækna þann eina.

Í ljósi þessa munum við fjalla um breytingar á sjó sem eiga sér stað í heilbrigðisiðnaðinum með þremur helstu nýjungum — sem byrjar með erfðafræði. Þetta er svið sem ætlað er að skipta um sjúkdómsdrepandi machetes með smásæjum skurðarhnífum. Þetta er líka svið sem mun einn daginn sjá meðalmanneskju fá aðgang að öruggari, öflugri lyfjum, auk heilsuráðs sem sérsniðin er að einstökum erfðafræði þeirra.

En áður en við vaðum út í djúpið, hvað er erfðafræði eiginlega?

Erfðamengi í þér

Erfðamengið er summan af DNA þínu. Það er hugbúnaðurinn þinn. Og það er að finna í (næstum) hverri frumu í líkamanum. Rúmlega þrír milljarðar stafa (grunnpör) mynda kóða þessa hugbúnaðar og þegar hann er lesinn stafar hann allt sem gerir þig, þig. Þetta felur í sér augnlit þinn, hæð, náttúrulega íþrótta- og greindarmöguleika, jafnvel líklega líftíma þinn.

Samt, eins grundvallaratriði og öll þessi þekking er, þá er það aðeins nýlega sem við höfum getað nálgast hana. Þetta táknar fyrsta stóra nýjungin sem við ætlum að tala um: The kostnaður við raðgreiningu erfðamengis (að lesa DNAið þitt) hefur lækkað úr $100 milljónum árið 2001 (þegar fyrsta erfðamengi mannsins var raðgreint) í minna en $1,000 árið 2015, þar sem margar spár spáðu því að það muni lækka enn frekar í smáaura árið 2020.

Erfðamengi raðgreiningarforrit

Það er meira við erfðamengisröðun en að geta skilið erfðafræðilega uppruna þinn eða hversu vel þú getur haldið áfenginu þínu. Eftir því sem erfðamengisraðgreining verður nógu ódýr, verða alls kyns læknismeðferðarmöguleikar í boði. Þetta felur í sér:

Hraðari prófun á genum þínum til að bera kennsl á stökkbreytingar, greina betur sjaldgæfa erfðasjúkdóma og þróa sérsniðin bóluefni og meðferðir (dæmi um þessa tækni bjargaði nýfætt barn árið 2014);
Ný form genameðferða sem geta hjálpað til við að lækna líkamlega skerðingu (rætt um í næsta kafla þessarar röð);
Að bera saman erfðamengi þitt við milljónir annarra erfðamengis til að skilja betur (gagnagrunn) hvað hvert gen í erfðamengi mannsins gerir;
Spáðu fyrir um næmni þína og tilhneigingu til sjúkdóma eins og krabbameins til að koma í veg fyrir þessar aðstæður árum eða áratugum áður en þú myndir annars upplifa þá, að mestu leyti með öruggari, öflugri lyfjum, bóluefnum og heilsuráðgjöf sem sérsniðin er að þínum einstöku erfðafræði.

Þetta síðasta atriði var munnfylli, en það er líka stórmálið. Það lýsir uppgangi spá- og nákvæmnislækninga. Þetta eru tvö skammtastökk í því hvernig við nálgumst heilsugæslu sem mun gjörbylta gæðum heilsu þinnar, rétt eins og uppgötvun pensilíns gjörbylti heilsu foreldra þinna og afa og ömmu.

En áður en við kafum dýpra í þessar tvær aðferðir, er mikilvægt að við ræðum aðra helstu nýjungina sem við gáfum í skyn áðan: tæknina sem gerir þessar læknisfræðilegar nýjungar mögulegar.

A CRISPR skoðun á genum

Langmikilvægasta nýjungin á sviði erfðafræðinnar hefur verið hin nýja genaskeðingartækni sem kallast CRISPR/Cas9.

First uppgötvaði árið 1987 er talið að Cas genin inni í DNA okkar (CRISPR-tengd gen) hafi þróast sem frumvarnarkerfi okkar. Þessi gen geta borið kennsl á og miðað á sérstakt, framandi erfðaefni sem getur verið skaðlegt og skorið þau út úr frumunum okkar. Árið 2012 upphugsuðu vísindamenn aðferð (CRISPR/Cas9) til að snúa við þessari aðferð, sem gerir erfðafræðingum kleift að miða á, síðan splæsa/breyta tilteknum DNA röðum.

Hins vegar, það sem er sannarlega leikbreytandi við CRISPR/Cas9 (köllum það bara CRISPR framvegis) er að það gerir okkur kleift að fjarlægja núverandi eða bæta nýjum genaröðum við DNA okkar á þann hátt sem er hraðari, ódýrari, auðveldari og nákvæmari en allar aðferðir sem notaðar voru áður.

Þetta tól er orðið einn af lykilbyggingarsteinunum fyrir spá- og nákvæmni heilsugæsluþróun sem nú er í pípunum. Það er líka fjölhæfur. Ekki aðeins er verið að nota það til að búa til a lækning við HIV, það er líka tæki sem nú er notað í landbúnaði til að framleiða erfðabreyttar plöntur og dýr, gegnir lykilhlutverki á ört vaxandi sviði gervilíffræði og gæti jafnvel verið notað til að byrja að breyta erfðamengi mannafósturvísa til að búa til hönnuð börn, Gattaca-stíl.

Milli óhreininda genaraðgreiningar og CRISPR tækni, sjáum við nú að DNA lestur og klippiverkfæri eru notuð til að leysa margs konar heilbrigðisvandamál. En hvorug nýsköpunin mun gefa af sér fyrirheit um forspár- og nákvæmnislækningar án þess að bæta við þriðju byltingarkennda nýjunginni.

Skammtatölvun afkóðar erfðamengið

Áður nefndum við hina gríðarlegu og hröðu lækkun kostnaðar sem fylgir erfðamengisraðgreiningu. Frá 100 milljónum Bandaríkjadala árið 2001 til 1,000 Bandaríkjadala árið 2015, er það 1,000 prósent lækkun á kostnaði, um það bil 5X lækkun kostnaðar á ári. Til samanburðar er kostnaður við tölvumál að lækka um 2X á ári þökk sé Law Moore. Sá munur er vandamálið.

Genaröðun lækkar í kostnaði hraðar en tölvuiðnaðurinn getur haldið í við, eins og sést á línuritinu hér að neðan (frá Viðskipti innherja):

Þetta misræmi leiðir til þess að fjall af erfðafræðilegum gögnum er safnað, en án jafns fjalls af tölvugetu til að greina þessi stóru gögn. Dæmi um hvernig þetta getur valdið vandamálum er í þróun erfðafræði undirsviðs með áherslu á örveruna.

Inni í okkur öllum er flókið vistkerfi með meira en 1,000 fjölbreyttum tegundum baktería (þar á meðal vírusa, sveppa og aðrar örverur) sem samanlagt tákna yfir þrjár milljónir gena, sem dvergar erfðamengi mannsins með 23,000 genum. Þessar bakteríur eru um það bil eitt til þrjú pund af líkamsþyngd þinni og má finna um allan líkamann, sérstaklega í þörmum.

Það sem gerir þetta bakteríuvistkerfi mikilvægt er að hundruð rannsókna eru að tengja örveruheilsu þína við heildarheilsu þína. Reyndar hafa frávik í örveru þinni verið tengd við fylgikvilla með meltingu, astma, liðagigt, offitu, fæðuofnæmi, jafnvel taugasjúkdómum eins og þunglyndi og einhverfu.

Nýjustu rannsóknir benda til þess að langvarandi útsetning fyrir sýklalyfjum (sérstaklega á unga aldri) geti skaðað heilbrigða starfsemi örveru þinnar varanlega með því að drepa helstu, heilbrigða þarmabakteríur sem halda vondu bakteríunum í skefjum. Þetta tjón gæti hugsanlega stuðlað að ofangreindum sjúkdómum.

Þess vegna þurfa vísindamenn að raða þremur milljónum gena örverunnar, skilja nákvæmlega hvernig hvert gen hefur áhrif á líkamann og nota síðan CRISPR verkfæri til að búa til sérsniðnar bakteríur sem geta skilað örveru sjúklings í heilbrigt ástand – hugsanlega læknað aðra sjúkdóma í ferlinu.

(Hugsaðu um það sem að borða eina af þessum hipster, probiotic jógúrtum sem segjast endurheimta þarmaheilbrigði þína, en í þessu tilfelli gerir það í raun.)

Og hér komum við aftur að flöskuhálsinum. Vísindamenn búa nú yfir tækninni sem þarf til að raða þessum genum og breyta þeim, en án tölvuhestöflanna til að vinna úr þessum genaröðum munum við aldrei skilja hvað þau gera og hvernig á að breyta þeim.

Sem betur fer fyrir völlinn er ný bylting í tölvuafli að fara inn í almenna strauminn um miðjan 2020: skammtatölvur. Nefnd í okkar Framtíð tölvunnar röð, og lýst í stuttu máli (og vel) í myndbandinu hér að neðan, gæti vinnandi skammtatölva unnið úr flóknum erfðafræðilegum gögnum í einn dag á nokkrum sekúndum, samanborið við mörg ár með því að nota bestu ofurtölvur nútímans.

Þessi vinnslukraftur á næsta stigi (ásamt því hóflega magni gervigreindar sem nú er til staðar) er sá fótleggur sem vantar til að koma forspár- og nákvæmnislækningum í almenna strauminn.

Loforðið um nákvæma heilsugæslu

Nákvæm heilsugæsla (áður kölluð persónuleg heilsugæsla) er fræðigrein sem miðar að því að skipta út „ein stærð passar öllum“ nálgun nútímans fyrir árangursríka læknisráðgjöf og meðferð sem er sniðin að erfðafræðilegum, umhverfis- og lífsstílsþáttum sjúklings.

Þegar þú varst almennur á seinni hluta 2020 gætirðu einn daginn heimsótt heilsugæslustöð eða sjúkrahús, sagt lækninum frá einkennum þínum, gefið upp blóðdropa (kannski jafnvel hægðasýni), svo eftir hálftíma bið myndi læknirinn koma aftur með fullri greiningu á erfðamengi þínu, örveru og blóðgreiningu. Með því að nota þessi gögn myndi læknirinn greina nákvæmlega sjúkdóminn (orsök) einkenna þinna, útskýra hvað um erfðafræði líkamans gerði þig viðkvæman fyrir þessum sjúkdómi og gefa þér síðan tölvugerða lyfseðil fyrir lyfi sem er sérhannað til að lækna sjúkdóminn þinn. á þann hátt sem hrósar einstöku ónæmiskerfi líkamans.

Á heildina litið, með fullri raðgreiningu á erfðamengi þínu, ásamt greiningu á því hvernig genin þín ráða heilsu þinni, mun læknirinn einn daginn ávísa öruggari, öflugri lyfjum og bóluefni, í nákvæmari skömmtum fyrir þína einstöku lífeðlisfræði. Þetta stig aðlögunar hefur meira að segja af sér nýtt fræðasvið—lyfjafræði— sem snýst um leiðir til að bæta upp erfðafræðilegan mun hjá sjúklingum sem valda mismunandi svörun við einu lyfi.

Að lækna þig áður en þú veikist

Í sömu ímynduðu heimsókn til verðandi læknis þíns, og með sömu greiningu á erfðamengi þínu, örveru og blóðvinnu, væri líka mögulegt fyrir lækninn að ganga lengra með því að mæla með sérhönnuðum bólusetningum og lífsstílstillögum með Markmiðið með því að koma í veg fyrir að þú verðir einn daginn með ákveðna sjúkdóma, krabbamein og taugasjúkdóma sem erfðafræði þín gerir þig tilhneigingu til.

Þessa greiningu er jafnvel hægt að gera við fæðingu og þar með styrkja barnalækninn þinn til að taka meira fyrirbyggjandi hlutverk í heilsu þinni sem gæti skilað arði langt fram á fullorðinsár þín. Og þegar til lengri tíma er litið getur það mjög vel gerst að komandi kynslóðir geti upplifað að mestu sjúkdómsfrítt líf. Á sama tíma, á næstunni, gæti spáð um veikindi og komið í veg fyrir hugsanleg dauðsföll hjálpað til við að spara allt að $20 milljarða árlega í heilbrigðiskostnaði (Bandaríkjakerfið).

Nýjungarnar og þróunin sem lýst er í þessum kafla ítarlega umskipti frá núverandi kerfi „sjúkra umönnunar“ yfir í heildstæðari ramma „heilbrigðisviðhalds“. Þetta er rammi sem leggur áherslu á að útrýma sjúkdómum og koma í veg fyrir að þeir komi með öllu upp.

Og samt er þetta ekki endirinn á Future of Health seríunni okkar. Vissulega geta forspár og nákvæm lyf hjálpað þér þegar þú veikist, en hvað gerist þegar þú slasast? Meira um það í næsta kafla okkar.