2013 Marek Vácha. Analýza DNA  23andMehttps://www.23andme.com/  Navigenicshttp://www.navigenics.com/  deCODEhttp://www.decode.com/

Prezentace na téma: "2013 Marek Vácha. Analýza DNA  23andMehttps://www.23andme.com/  Navigenicshttp://www.navigenics.com/  deCODEhttp://www.decode.com/"— Transkript prezentace:

1 2013 Marek Vácha

2 Analýza DNA  23andMehttps://www.23andme.com/  Navigenicshttp://www.navigenics.com/  deCODEhttp://www.decode.com/

3 Analýza DNA  23andMehttps://www.23andme.com/https://www.23andme.com/  $ 399  vzorek slin do speciální zkumavky  Navigenicshttp://www.navigenics.com/http://www.navigenics.com/  $ 2499  vzorek slin do speciální zkumavky  deCODEhttp://www.decode.com/http://www.decode.com/  $ 985  buňky z ústní dutiny získané pomocí tampónu

4  sekvence DNA pacienta, vhodným způsobem zašifrovaná, se brzy stane obvyklou součástí elektronické lékařské dokumentace  Collins, F., (2010) The Language of Life. Profile Books LTD. London, GB.

5  Po staletí jsme vždy klasifikovali sami sebe jakožto zdravé až do chvíle, než se objevily symptomy nemoci. Jakmile byla jednou nemoc diagnostikována, ať již správně nebo nesprávně, obdrželi jsme standardizovanou léčbu. Ve shodě s tímto pohledem bylo lidské tělo v zásadě ignorováno, dokud nezačalo fungovat nespprávně.  Collins, F., (2010) The Language of Life. Profile Books LTD. London, GB. p. 34

6  nemáme „zdravotnictví“, máme spíše „nemocnictví“!  Collins, F., (2010) The Language of Life. Profile Books LTD. London, GB. p. 58

7 Úmluva o lidských právech a biomedicíně (Oviedo, 1997)  Kap 4. Lidský genom  Čl. 11Jakákoli forma diskriminace osoby z důvodu jejího genetického dědictví je zakázána

8

9 Three Stage Approach

10 Whole-genom shotgun approach Celera Genomics

11 Public Consortium and Celera

12 The Ethics of Genome Sequence Publications  as soon as the first sequences were published it became apparent that they could only be used if available in computer readable form  1980s  the European Molecular Biology Laboratory (EMBL)  the National Institute of Health (NIH)  Japanese National Institute of Genetics  these organizations later joined into an effective international collaboration to share data

13 The Ethics of Genome Sequence Publications  2003:  this community database (EMBL- bank/GenBank/DDBJ)  contains over 40 billion bp of sequence  from over 100 000 different organism  All three databases implemented a policy that was both courageous and foresighted: to make all of their data freely available to all (whether they be companies, academics or „John Smith“)

14 The Ethics of Genome Sequence Publications  By the late 1980s most reputable scientific journals were demanding deposition of sequence data in this database as a pre- condition for the publication of a scientific paper.  This immediately gave rise to a conflict: commercial companies (and some academics) saw their DNA sequence data as a intelectual property that might be turned into money. They were often reluctant to make their data freely available, since this might both compromise patent protection and reduce value of their „property“.

15 Etika publikování výsledků  ihned poté, co byly první výsledky publikovány bylo jasné, že tyto sekvence mohou být užitečné pouze pokud budou vystaveny na síti v elektroincky čitelné formě.  1980tá léta  the European Molecular Biology Laboratory (EMBL)  the National Institute of Health (NIH)  Japanese National Institute of Genetics  tyto organizace se později spojí a vytvoří efektivní mezinárodní spolupráci zaměřenou na sdílení dat

16 Etika publikování výsledků  2003:  vznikjí společné databáze (EMBL- bank/GenBank/DDBJ)  obsahuje přes 40 miliard pb  z více než 100 000 odlišných organismů  všechny tyto tři databáze zavádějí politiku, která je zároveň odvážná a předvídavá: nechť jsou všechna data volně přístupná všem (ať již to jsou firmy, akademičtí pracovníci nebo „pan Novák“)

17 Etika publikování výsledků  na konce 80. let nejprestižnější vědecké časopisy zavedly pravidlo, že publikování nasekvenovaných dat v jedné z těchto databází je vstupní podmínka pro publikování práce v časopise.  toto pravidlo okamžitě vyvolalo konflikty: komerční firmy (a někteří akademici) viděli v nasekvenovaných sekvencích DNA intelektuální vlastnictví, které může být konvertováno na peníze. Byli často velmi zdráhaví s publikováním dat na internetu, neboť to oslabovalo možnost získání patentové ochrany a zmenšovalo hodnotu jejich „vlastnictví“.

18 Bermudská dohoda 1996  = veškerá nasekvenovaná data z HGP budou uložena do veřejně přístupných databank  každá laboratoř bude na internet svá data umísťovat denně

19 Public Consortium x Celera Genomics Francis Collins Craig Venter

20

21 Genome Gallery

22 Galerie genomů

23 Genome Gallery

24

25

26 Nature, únor 2001 V davu jsou fotografie Gregora Mendela, Jamese Watsona a Francise Cricka.

27 Science february 2001

28

29 Projekt lidského genomu  přírodní vědy dosáhly působivých poznatků ve zkoumání external Universe, vnějšího světa  seriózně se mluví o 13 rozměrech a Hubbleův teleskop posílá fotografie i velmi vzdálených míst vesmíru  existuje ale doposud neprozkoumaný internal Universe, vesmír v nás, neméně rozsáhlý a neméně překvapivý

30 Lidský genom  má přibližnou velikost 3,2 Gb  z nichž je 2,95 Gb tvořeno euchromatinem.  28% sekvencí je transkribováno do RNA a z těchto 28% je pouhých 5% přepisováno do proteinů; což je 1,1%- 1,4% absolutní velikosti celého genomu člověka.  Přes 50% genomu je tvořeno repetitivními sekvencemi: 45% genomu je tvořeno jedním ze čtyř typů parazitických DNA elementů, 3% genomu tvoří repetice jen několika bází a 5% genomu je tvořeno recentními duplikacemi velkých segmentů DNA.  Většina parazitické DNA je tvořena reverzními transkripty z RNA.  Lidský genom tak z určitého úhlu pohledu připomíná moře repetitivních sekvencí s malou příměsí genů.

31 Human Genome Project  oficiálně zahájen 1990  projektu se účastnilo 20 sekvenčních center plus mnoho dalších laboratoří pracujících na menších projektech  projekt zakončen v roce 2003  sekvence každého chromosomu byla pečlivě analyzována a publikována v sérii článků; poslední se týkal chromosomu 1 a byl publikován v roce 2006

32 Pomocné projekty  vytvoření nových technologií  zlepšení technik umožňující fyzikální a genetické mapování  zlepšení technik sekvenování DNA  konstrukce databází  sekvenování genomu pěti modelových organismů  E.coli, Saccharomyces cerevisiae, Caenorhabditis elegans, Drosophila melanogaster a Mus musculus  ELSI: Etické, Legální, Sociální Implikace

33 Genom jádra a mitochondrií u člověka

34 Human Genome

35 Lidský genom

36  Sekvence DNA kódující proteiny nebo dávající vznik tRNA nebo rRNA tvoří pouhých 1,5% lidského genomu  tělo člověka se skládá z 78 000 druhů proteinů.  pokud bychom rovněž počítali introny a regulační sekvence asociované s geny, pak by celkové množství DNA, kódující i nekódující tvořilo přibližně 25 % genomu  jinak řečeno, pouhých 6 % (1,5 % z 25 %) z délky průměrného genu představuje finální genový produkt.

37  mutace (frameshift deletions) jsou v mezigenové DNA 70x častější než v genech

38

39  Jedinečná nekódující DNA  pseudogeny  genové fragmenty  malé nekódující RNA  geny, které produkují malé nekódující RNA tvoří nepatrnou část genomu; nacházejí se buď v intronech (20%), nebo v jedinečné nekódující DNA (15 %)

40 Dispersed repeats (Jobling, M.A., et al. (2004) Human Evolutionary Genetics. New York, Garland Science TřídaPočet kopií v haploidním genomu Frakce genomu Délka LINEs850 00021% 6 000 – 8 000 pb SINEs1 500 00013% 100 – 300 pb Retrovirus-like elements 450 0008% 6 000 – 11 000 pb Kopie DNA transpozonů 300 0003% 2 000 – 3 000 pb

41 Transposon movement copy-and-paste

42 Retrotransposon movement copy-and-paste

43  transpozabilní elementy a jim příbeuzné sekvence tvoří 25 % - 50 % savčích genomů a tvoří dokonce ještě mnohem vyšší podíl u genomů obojživelníků a mnoha rostlin  opbrovská velikost genomů mnoha rostlin není způsobena vyššícm počtem genů, nýbrž vyšším počtem transpozabilních elementů  takovéto sekvence mohou tvořit až 85% genomu kukuřice!

44 srovnání distribuce genů ve náhodně zvolené oblasti o velikosti 90 000 pb u různých organismů. Pro srovnání je uvedeno i 500 000 pb lidského chromosomu 21. Introny jsou naznačeny tence, šipky ukazují směr transkripce.

45 Human Genome

46

47 Discrepancies between Chromosome Number and Sequence Lenght Chromosome 21 is bigger than 22 Chromosomes 9,10,11 are also named in the wrong order

48 Neshody mezi číslem chromosomu a reálnou velikostí chromosomu Chromosóm 21 je větší než 22 Chromosómy 9,10,11 jsou také očíslovány v nesprávném pořadí

49 Nejmenší autosom u člověka je 21  chromosom 21 obsahuje asi jen 225 genů

50 Paradox hodnoty C  C = množství DNA organismus  Fritillaria assyriaca má genom 120 000 000 Mb  u obojživelníků se velikosti genomů pohybují mezi 700 – 100 000 Mb  genom pšenice (14 000 Mb) je 11x větší než genom rýže (430 Mb), ačkoliv obě obiloviny mají podobnou morfologii, podobný počet biochemických drah a fyziologických procesů  paradox hodnoty C = neúměra mezi složitostí organismu a velikostí genomu

51 údaje z 2010  Fritillaria assyriaca 124 billion bp  Polychaos dubia (jednobuněčná améba) 670 billion bp  Existují velké rozdíly ve velikosti genomů u protist, hmyzu, obojživelníků a u rostlin  a menší rozdíly u savců a plazů

52 Poučení ze sekvenování různých genomů Bacteria and Archea  genomy jsou „kompaktní“  velikost genomů je v korelaci s metabolickou diversitou  Mycoplasma genitalium – žije uvnitř eukaryotických buněk  velikost genomu 580 000 bp., 517 genů  Streptomyces coelicolor – půdní bakterie s velmi komplikovanými metabolickými drahami  velikost genomu 8,7 mil. bp., 7 846 genes

53 Poučení ze sekvenování různých genomů Bacteria and Archea  velká genetická diverzita mezi druhy  cca 15 % - 30 % genů je pro daný pro daný druh jedinečná!  laterální genový transfer  Thermatoga maritima – žije v horkých pramenech až 80 st. Celsia spolu s mnohými Archei  až 25 % jejích genů je velmi blízce příbuzných genům Archeí!  přenosy jsou způsobované viry, plasmidy a transpozony

54 Poučení ze sekvenování různých genomů Bacteria and Archea  geny způsobující virulenci u patogenních bakterií jsou často získány laterálním transferem.

55 Poučení ze sekvenování různých genomů Eucarya  velikost genů je o řády vyšší než u prokaryot  exony tvoří jen několik málo procent genomu  většina genomu jsou repetitivní sekvence

56 Rok 2001  Cca 50 organismů je buď zcela nebo téměř sekvenováno  Asi 10 archeí  E.coli  Saccharomyces cerevisiae  C. elegans  Arabidopsis thaliana

57 Rok 2010  1 200 genomů kompletních  1 000 of bacteria  80 archeal genomes  124 eucaryotic species

58 1980: jedna laboratoř 1000 pb za den. 2000: jedna laboratoř 1000 pb za vteřinu, 24 hodin denně, sedm dní v týdnu. první lidský genom: 13 let, cena 100 miliónů dolarů Genom Jamese Watsona: čtyři měsíce (2007), cena 1 milión dolarů 2010: 3 lidé, cena každého z genomů 4 400 doalrů 2011: sekvenování trvá jeden den, cena 1000 dolarů, celkem 1 000 lidí

59 2011  cena za sekvenování všech exonů: $ 600  22 550 sekvencí kódujících proteiny = 1% genomu  503 miRNA

60 Genom Craiga Ventera  3 milliónů SNPs  14 779 změn v sekvencích kódujících proteiny (SNPs)  20% z nich nikdy před tím nebylo zaznamenáno  2020 těchto změn změnilo sekvenci (nesynonymní aminokyselinové substituce)  u 12% předpovězena ztráta funkce proteinu  11% u genů způsobujících nemoc (disease- causing genes)

61 Neexistuje "The Human Genome"  platónská představa ideje lidského genomu zřejmě neodpovídá realitě  další značky musí být vymyšleny pro inzerce a delece

62 Etické otázky plynoucí z HGP  poznatky získané z HGP mohou vést ke konstrukci „standardního“ genomu člověka.  pokud se tak stane, je třeba se ptát, jak velké rozdíly v genomu bude společnost chápat jako substandardní nebo abnormální?

63

64 Sekvenování genomu neandertálce

65 Sekvenování genomu neandertálce http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/8660940.stm http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/8660940.stm  mezi 1% - 4% eurasijského genomu se zdá pocházet z neadrtálců Svante Paabo (na snímku s lebkou z neandrtálce), vůdce výzkumného týmu

66 Sekvenování genomu neandertálce http://www.eva.mpg.de/neandertal/index.html http://www.eva.mpg.de/neandertal/index.html  The Neandertal Genome Project  vzorky byly brány z neandertálců z Chorvatska, Španělska, Německa a Ruska

67

68 James Watson  ”Myslili jsme si, že náš osud je zapsán ve hvězdách. Nyní víme, že z velké části je zapsán v našich genech“

69 Francis Crick  Vývoj biologie v budoucnu do určité míry zničí naše tradiční základy pro etická přesvědčení a není snadné vidět, co bychom měli dát na jejich místo.

70 Člověk: periodická tabulka genů?  „Všechna známá hmota se ve své rozmanitosti skládá z těchto prvků. Podobně člověk, ve své rozmanitosti se dá redukovat na periodickou tabulku genů.“ (Strachan et al. 2004).

71  James Watson: ”Myslili jsme si, že náš osud je zapsán ve hvězdách. Nyní víme, že z velké části je zapsán v našich genech“  Walter Gilbert: „až budeme mít v ruce úplnou sekvenci lidského genomu, budeme vědět, co dělá člověka člověkem.“…  E.O.Wilson: Etika, jak já ji rozumím, je iluze, kterou nám podstrčily naše geny, aby nás přinutily kooperovat

72 E.O. Wilson (z knihy On Human Nature) „Otázka již dnes nestojí ve smyslu, zda je sociální chování člověka geneticky determinováno. Otázka dnes stojí do jaké míry. Máme stále víc pádných důkazů pro to, že o našem chování rozhoduje z veliké míry genetická složka člověka a geny rozhodují o našem chování víc, než si většina lidí, včetně genetiků samotných, uvědomuje. Půjdu dál, genetický vliv je rozhodující."

73 Zdroj:http://www.cnn.com/video/#/video/us/2007/10/19/todd.saudi.schools.cnn

74

75

76  „Tento triumf molekulární biologie vedl k široce rozšířenému přesvědčení, že všechny biologické funkce lze vysvětlit v pojmech molekulární struktury a molekulárních mechanismů. A tak se z většiny biologů stali zanícení redukcionisté, zaměření na molekulární detaily. Z molekulární biologie, původně malé odnože věd o životě, se nyní stal všeprostupující a výlučný způsob myšlení, který vede k silné deformaci biologického výzkumu.“ (Capra 2004)

77 Salvador Luria: “Bude tu nacistický program na vyhlazení Židů nebo jinak podřadných genů masovými vraždami transformován na laskavější a jemnější program dokonalého lidského jedince tím, že se něčí genom zkoriguje ve smyslu ideálního, bílého, židovsko- křesťanského, ekonomicky prosperujícího genotypu?” HGP

78 Robert Weinberg  Co uděláte, když zjistíte z čipu DNA vašehod dítěte, že dítě bude pravděpodobně velmi dobré na jazyky, pravděpodobně mu příliš nepůjde matematika, bude velmi úzkostnou a obsesivní osobností, bude mít obtíže se spřátelit se spolužáky a pravděpodobně zemře v 45ti letech na infarkt? Jak tyto informace ovlivní vztah k této osobě, vašemu dítěti?

79 Personalizovaná medicína  od terapie již rozvinuté choroby snaha k preventivní medicíně, založené na znalosti rizika konkrétního člověka  ovšem jen málo chorob je způsobeno nesprávnou funkcí jediného genu, většinou jedná o multifaktoriální choroby

80 Projekt lidského genomu  problémy konstrukce genetické mapy člověka  člověka dost dobře nelze křížit  jen málokdy můžeme studovat rodokmeny s genetickou chorobou tak dobře, že jsme schopni vytvořit genetickou mapu člověka (VIZ drosophily s černým tělem a zakrnělými křídly)

81 Personální genomika tento slide vznikl v roce 2006...  Projekt HGP stál tři miliardy dolarů  v roce 2007/8 by sekvenování genomu zájemce mělo stát 50 000 dolarů  v reálu stálo mnohem méně  Do deseti let (2016) by sekvenování genomu nemělo stát víc než plochá televize  …čímž zřejmě nastanou „orgie sebediagnóz“ za pomocí domácích PC.  orgie sebediagnóz nenastaly, sekvenování ale bude určitě stát mnohem méně

82 Personální genomika  v roce 2011 je odhadováno, že do roku 2014 bude cena za sekvenování genomu kohokoli z nás pod 1 000 dolarů  2012: již se tak stalo: 1000 dolarů a jeden den  Erik Lander: cena sekvenování je nyní sto tisíckrát až miliónkrát nižší než v počátcích

83 HGP  Někteří pozorovatelé mají za to, že problém HGP neleží ani tak v tom, že by se zneužívalo informací v narušení genetického soukromí člověka, ani v tom, že by stát využíval informací pro nějakou formu negativní eugeniky, jako spíše v informací samotných:  Dnes rodiče používají informací k tomu, že eliminují dítě s Tay-Sachsovou chorobou nebo cystickou fibrosou, a spokojí se s tím, že požadují, aby narozené dítě bylo zdravé.  V budoucnu budou možná rodiče v pokušení ovlivnit nejen pohlaví dítěte, ale rovněž jeho schopnosti, tělesnou výšku, atletické dovednosti, inteligenci, krásu – ať slovo krása znamená cokoliv. Již dnes rodiče chtějí volit pohlaví dítěte a u dětí, které považují za příliš malé požadují léčbu STH. ( v Indii na některých klinikách až 90% potratů jsou holčičky)

84 HGP  Někteří pozorovatelé mají za to, že problém HGP neleží ani tak v tom, že by se zneužívalo informací v narušení genetického soukromí člověka, ani v tom, že by stát využíval informací pro nějakou formu negativní eugeniky, jako spíše v informací samotných:  Dnes rodiče používají informací k tomu, že eliminují dítě s Tay-Sachsovou chorobou nebo cystickou fibrosou, a spokojí se s tím, že požadují, aby narozené dítě bylo zdravé.  V budoucnu budou možná rodiče v pokušení ovlivnit nejen pohlaví dítěte, ale rovněž jeho schopnosti, tělesnou výšku, atletické dovednosti, inteligenci, krásu – ať slovo krása znamená cokoliv. Již dnes rodiče chtějí volit pohlaví dítěte a u dětí, které považují za příliš malé požadují léčbu STH. ( v Indii na některých klinikách až 90% potratů jsou holčičky)

85

86 Projekt lidského genomu  3-5% z ročního rozpočtu jde na ELSI (=Ethical, Legal, Social Issues), etické, právní, sociální otázky  Vznikl tak největší etický projekt v historii planety  Právo na genetické soukromí – před pojišťovnami a zaměstnavateli  Opačný problém: zruinování pojišťoven díky tomu, že klient zná svůj genom a volí optimální pojišťovací strategii

87  "All men are created equal"  = morální a politická rovnost“  pojišťovací společnosti: „měli byste platit podle rizika, která v sobě nosíte“  větší risk – musíte zaplatit víc  ale týká se to také genetických predispozicí?

88  genetická vyjímečnost (genetic exceptionalism)  = genetická informace není jako jakákoli jiná informace  genetické proroctví - DNA dokáže věci předpovědět  genetická informace ovlivňuje další osoby  genetická informace má historii stigmatizace

89 Convention on Human Rights and Biomedicine (Oviedo Convention) 1997  Zásah, směřující ke změně lidského genomu, lze provádět pouze pro preventivní, diagnostické nebo léčebné účely, a to pouze tehdy, pokud není jeho cílem jakákoliv změna genomu některého z potomků Article 13 – Interventions on the human genome

90 ELSI  si stanovila 4 hlavní priority:  fairness – svoboda od diskriminace na bázi genotypu .privacy – kontrola jedince nad znalostí genotypu a jeho odhalení nebo neodhalení ostatním lidem  delivery of health care – týká se praxe lékařů a zdravotnického personálu s genetickými daty. Informace o genomu se nesmí stát motivem pro přijetí, propuštění či povýšení zaměstnance  education – pomoc veřejnosti si být vědom nových znalostí a možností, které tvoří

91 Obavy z HGP  Pro klienta: pokud pojišťovna zná jeho stav, může odmítnout pojistit  Pro pojišťovny: Pojišťovny žijí z odhadu risku. pokud klient zná svůj stav, a pojišťovna ne, může se nechat pojistit na vysokou částku, a využít tak pojišťovnu, která následně musí zvednout pojistné všem – tedy ostatní pojištěnci tak přispívají na tyto high-risks  evoluce dnes na euroamerické populaci příliš neprobíhá. Dětí je málo, přežijí všechny. Potom několik generací rodin s mnoha potomky se mohou rozšířit. Příkladem je necharakteristické rozšíření genu pro Huntingtonovu chorobu – rodiny mají větší množství potomků a geny se šíří.

92 Spory ohledně pojišťoven:  na jedné straně se pojištěnci obávají, že pojišťovna může chtít znát jejich genetické testy a buď pojištění odmítnout, nebo žádat příplatek  na straně druhé se obávají pojišťovny, že pokud se např. pojištěnci dozví, že mají gen pro later-onset nemoc, pojistí se a částky pojistného budou s věkem zvyšovat. Jiný pojištěnec zjistí, že jeho risk je malý a pojistí se pouze malou částkou

93 Spory ohledně pojišťoven:  pojišťovna bere v potaz fakt, zda je pojištěnec kuřák či  zda měl v minulosti srdeční infarkt  …bylo by tedy méně etické brát v potaz známou genetickou chorobu pojištěnce?

94 Etické otázky HGP  je identifikováno čím dál tím víc lidských genů  pokud budou objeveny geny, které indikují náchylnost ke kriminalitě, inteligenci nebo homosexualitě, jak by na to měla společnost reagovat?  genetika versus kriminalita: když u zločinců manipulujeme prostředí vězením, nemohli bychom též manipulovat jejich genomem?

95 Etické otázky  Smíme provádět genovou terapii nejen na somatických,ale i na zárodečných buňkách? (zatím je zakázáno Úmluvou o lidských právech a biomedicíně Rady Evropy z Ovieda 1997)  Srpkovitá anémie by se tím ale vyřešila nejen pro pacienta, ale i pro celý jeho rod  Nebezpečí novodobé eugeniky  Evoluční hledisko: variabilita je zdrojem novinek – VIZ balancovaný polymorfismus

96 Etické otázky plynoucí z HGP  Kdo bude mít přístup k osobním informacím o složení genomu jedince a jak budou tyto informace využívány?  Kdo je majitelem informace o genomu jedince?  Jak ovlivní informace o složení genomu jedince sebechápání daného člověka a jak tato informace ovlivní přijetí tohoto jedince společností?  Jak informace o genomech jedinců ovlivní přijetí minoritních skupin společností?  Jak připravíme lékaře na nástup „nové genetiky“ a jak připravíme na nástup nové genetiky veřejnost?  Jak připravíme veřejnost, aby byla schopna uvážlivě a kvalifikovaně provést informovanou volbu?

97 Etické otázky plynoucí z HGP  Jak společnost vyváží nutná vědecká omezení a sociální risk s dlouhodobým prospěchem?  Mělo by se provádět genetické testování, pokud neexistuje terapie?  Měli by mít rodiče právo nechat testovat děti na nemoc, která propukne až v dospělosti?  Jsou genetické testy spolehlivé a interpretovatelné lékařskou komunitou?  Způsobují geny, že se lidé chovají určitým způsobem?  Mohou lidé vždy kontrolovat své chování?  Kde se nachází linie mezi léčbou a vylepšením?  Kdo vlastní geny a další sekvence lidské DNA?  Bude patentování sekvencí DNA omezující pro jejich nedostupnost a zbrzdí se tím vývoj užitečných produktů?

98 Etické otázky plynoucí z HGP  1. Vzrůstající informovanost a genetické konstituci jedince a celých populací vede k otázce, kdo by měl kontrolovat získávání těchto informací a kde by tyto informace měly být přístupné. Do této otázky spadají otázky týkající se presymptomatického testování, screening přenašečů, genetický screening prováděný zaměstnavatelem za účelem zjištění vhodnosti uchazeče k dané práci atd.  2. V nedaleké budoucnosti budu zcela jistě možné manipulovat genom embryí za účelem změny genotypu i fenotypu  3. Vzrůstající informovanost obhledně genetického základu behaviorálních projevů zřejmě změní naše sebepochopení a ovlivní sociální instituce.[1][1]  [1] Murray, T.H., (1991) Ethical issues in human genome research FASEB Journal 5,55-60 [1]

99

100 Patentování genů  v 80. letech se spojují European Molecular Biology Laboratory (EMBL) a National Institutes of Health (NIH) a vytvářejí databázi pro známé sekvence. Později se přidává i Japanese National Institute of Genetics  v roce 2003 tato databáze obsahovala přes 40 miliard pb ze 100 000 druhů organismů  tyto tři instituce zakládají filosofii, která předběhla dobu: chtějí, aby byly sekvence veřejně přístupné všem firmám, organizacím i soukromníkům  na konci 80. letech požadují časopisy jako prerekvizitu uveřejnění práce vložení sekvencí do této databáze  farmaceutické firmy i jednotliví akademici si však již na konci 80. let uvědomují, že sekvence je možné proměnit za peníze a zdráhají se je uveřejňovat

101 Patentování genů  celá situace je zhoršena tím, že sekvencery v HGP projektu chrlí data a trvá měsíce a někdy i roky než dojde k jejich analýze  v únoru 1996 vzniká „Bermuda Agreement“ – vše musí být do 24 hodin na síti  v květnu 1998 přichází Celera  okamžitě vzniká otázka, zda by sekvence of „the“ human genome měla být vlastněna soukromou firmou  spíše by se mělo jednat o majetek celého lidstva – jako je třeba kalendář

102 Patentování genů  původním záměrem bylo publikovat obě práce v Science  kvůli protestům, že Celera své výsledky nezveřejnila nakonec veřejné konsortium publikuje v Nature

103 Patentování genů  lidský genom by měl být majetkem celého lidstva  podobně jako Mendělejevova tabulka prvků  není to komodita, která by se dala prodávat jako jablka nebo pomeranče  věda je „public knowledge“ a vědecké výsledky přece nemají být utajovány  databáze poslouží nejlépe, pokud budou veřejné a nefragmentované  moderní genomika by nemohla fungovat, kdyby sekvence byly roztříštěny do stovek databází  v této perspektivě udělala Science velkou chybu, když Celeře umožnila publikovat článek bez zveřejnění svých dat  (Jobling, M.A., Hurles, M.E., Tyler-Smith, C., (2004) Human Evolutionary Genetics. Garland Publisher, New York, p. 27)

104 Patentování genů člověka  patentování genů silně brzdí výzkum  farmaceutické firmy: do vývoje technologií, izolaci genů a jejich sekvenování jsme vložili velké částky, peněz, které by se nám patentováním měly vrátit  proti: patentovat lze vynález (parní stroj), nikoli objev (Archimédův zákon)  izolované geny ani jejich pročištěné proteinové produkty se však nikdy nevyskytují „přirozeně“ mohly by tedy být patentovány  nikdo nemá ownership of human life, obecně je tlak proti prodávání částí lidských těl (viz bezplatné dárcovství krve atd)

105 Patentování lidských genů genetický výzkum by měl být kooperativním úsilím, při kterém se snažíme objevit nové poznatky a neměl by se stát sebestředným hledáním zisku. jakmile by se jednou patentování dostalo do popředí zájmu, výzkumníci by se mohli víc a více zdráhat podílet se o nové informace a předávat poznatky mezi jednotlivými laboratořemi.

106 Patentování lidských genů  kdyby farmaceutické firmy neplatily výzkum, žádný by skoro nebyl  patentování výsledků tohoto výzkumu však případnou terapii činí nedostupnou pro jednotlivce a často i pro celé společnosti

107 Patentování genů (Richards, J.E., Hawley, R.S., (2005) The Human Genome. Burlington, Elsevier Academic Press)  současná situace je nepřehledná:  nelze patentovat gen „jen tak“  lze patentovat gen s návrhem, jak by danou sekvenci bylo možno využít pro blaho lidstva (the gene can be patented if there is an idea regarding some use that could be made of that gene for a particular purpose, such as screening people to find out if they are at risk for a particular disease)

108 Patentování genů (Richards, J.E., Hawley, R.S., (2005) The Human Genome. Burlington, Elsevier Academic Press)  Problémy:  na jedné straně potřebují farmaceutické firmy finanční ochranu pro výzkum dané sekvence, výrobu léku a jeho dodání na trh  na druhé straně, pokud je sekvence zamčena v patentu a nikdo ji nezkoumá, prohráváme všichni  a i když je sekvence genu zkoumána - co když by někdo přišel s lepším nápadem, jak gen využít?

109 Molekulární genetika John SulstonCraig Venter „Z domova jsem si odnesl myšlenku, že se věci nedělají kvůli penězům. Zač by stál lidský život, kdybychom se v něm nepokusili objevit něco nového?“ sekvenování genomů pro komerční zisk je "totally immoral and disgusting". "Speed matters - discovery can´t wait!" Věda je forma podnikání Informace je třeba proměnit na peníze snaha o patentování genů člověka za účelem zisku peněz z patentů

110  výroba nového léku od nápadu po marketingový produkt trvá 10 – 15 let  a stojí cca 800 milionů dolarů

111  technicky vzato je gen chemikálie popsatelná chemickým vzorcem  objev nové chemikálie byl dříve považován za nepatentovatelný objev  dnes je možno novou chemikálii patentovat  obecně dnes lze patentovat metodologii, postup, kterým jsme k informaci dospěli  a rovněž lze patentovat způsob, kterým informaci použijeme např. k výrobě léku  http://www.vesmir.cz/clanek/objev-nebo-vynalez http://www.vesmir.cz/clanek/objev-nebo-vynalez

112 V současnosti neexistují standardy pro uchovávání genetické informace - v některých státech USA forenzní laboratoře uchovávají genetický fingerprints usvědčených zločinců, kteří by mohli být usvědčeni později – díky krvi nebo spermatu - The Defense Department prohlásilo, že bude od každého vojáka uchovávat vzorek tkáně pro pozdější identifikaci pomocí DNA  vědecké laboratoře uchovávají data rodokmenů

113

114 Rasismus je mrtvý  1,5 milionu pb - rozdíl mezi matkou a dítětem  2,25 milionů pb - rozdíl mezi babičkou a vnučkou  3 miliony pb - rozdíl mezi dvěma náhodnými lidmi na Zemi

115

116 Humans show little genetic variation compared with other species Genetická variabilita (%)  

117

118

119  moderní populační genetika učinila koncept „rasy“ biologicky bezesmyslným, i když je stále sociálně explozívní.  polští židé se geneticky více podobají polským non-jews než židům např. ve Španělsku

120 Out of Africa a multiregionální model

121 Dvě teorie vzniku moderního člověka (multiregionální model a „out of Africa“)

122 Jak moc jsme geneticky jedineční?  96% genomu sdílíme s šimpanzem  80% s myší  50 % s drosophilou  40% s C. elegans  30% s S. cerevisiae

123 Genom šimpanze a člověka

124

125  mezi 3 miliardami písmen DNA člověka a šimpanze je rozdíl na 40 miliónech místech.  pokud bychom měřili změny v genetickém kódu, lidé se od šimpanzů odlišují 10x více než mezi sebou.

126 Evoluce na dvou úrovních u Člověka a Šimpanze  odlišnost na úrovni oragnismu mezi člověkem a šimpanzem spočívá... zejména ve změnách v několika málo regulačních systémech, zatímco aminokyselinová substituce je jen velmi vzácně klíčovým faktorem v adaptivních změnách. (Mary- Claire King and Alan Wilson)  Jinými slovy, alelická substituce genů, které kódují proteiny – které jsou víceméně stejné u člověka i u šimpanze – nejsou příliš důležité. Důležitým rozdílem je, kde, kdy, a jak mnoho jsou geny aktivovány.  cit. v Gilbert, S.F., Epel, D., (2009) Ecological Developmental Biology. Sinauer Associates, Inc. Sunderland, MA. USA, p. 325

127  Z genomu zatím nejsme schopni vyčíst, proč se tak mnoho odlišujeme od šimpanze. Část tajemství je určitě ukryta v genomu, ale zatím tomuto tajemství příliš nerozumíme.  Svante Paabo  Le Fanu, J., (2009) Why us? How Science Rediscovered the Mystery of Ourselves. Pantheon Books, New York.

128 Studium a srovnávání genů  Genom šimpanze je z 98,77% shodný s genomem člověka. V průměru se typický lidský, protein-kódující gen liší od svého šimpanzího ortologu substitucí pouhých dvou aminokyslin; přibližně třetina lidských genů se přepisuje do zcela shodných proteinů jako u šimpanzích ortologů.  hlavním rozdílem mezi oběma genomy je lidský chromosom 2, který vznikl fúzí šimpanzích chromosomů 12 a 13.

129 Human and Chimpanzee chromosomes

130 Chromosomy člověka a šimpanze  chromosomy 12 a 13 u předků člověka zfúzovaly a vytvořily lidský chromosom 2  centromera původního chromosomu 12 zůstala funkční na lidském chromosomu 2, zatímco centromera z původního chromosomu 13 je nefunkční.

131

132 Kreacionismus je mrtvý Tento „strom života“ vznikl POUZE na základě podobností sekvence DNA, nebylo přihlíženo ke stávajícícm zoologickým systémům či vnější podobě organismů Collins, F., (2006) The Language of God. Free Press, New York, p. 128)

133

134 HGP  HGP ukázal, že všichni lidé si jsou nápadně podobni co se týče jejich genů a že lidé sdílí překvapivé množství genetického materiálu s ostatními organismy  Výslednice debat nature-nurture v 60. a 70. letech ukázala, že jsme produktem  Genů našich biologických rodičů  Prostředí  Developmentálního šumu  Filosofie: krom toho ještě máme svobodu

135 HGP  HGP ukázal, že všichni lidé si jsou nápadně podobni co se týče jejich genů a že lidé sdílí překvapivé množství genetického materiálu s ostatními organismy  Výslednice debat nature-nurture v 60. a 70. letech ukázala, že jsme produktem  Genů našich biologických rodičů  Prostředí  Developmentálního šumu

136 Budoucnost HGP  1. katalog všech lidských genů, kterých je přibližně 25 000 a zjistit, ve kterých buňkách, v jaké fázi ontogenetického vývoje a v jakém množství se tyto geny exprimují.  2. Dále bude třeba zjistit, jaká je přesná funkce těchto genů. Hovoří se o tzv. funkční anotaci (functional annotation)  3. Následnou fází bude pokus stanovit proteom člověka, tedy pokusit se vytvořit úplný katalog lidských proteinů a stanovit, ve kterých buňkách kterých tkání a v jaké developmentální fázi se daný protein a v jakém množství vytváří a jaká je jeho funkce.

137 Filosofické důsledky HGP  1. Biologická neudržitelnost rasismu. HGP zcela potvrdilo závěry plynoucí z porovnávání mtDNA - lidstvo je relativně mladé a současných 6 miliard lidí na Zemi jsou si kupodivu více příbuzní než si jsou navzájem příbuzní šimpanzi z rezervace Gombe. Díky SNPs víme, že jacíkoli dva lidé na Zemi si jsou geneticky na 99,9% podobní.

138 Filosofické důsledky HGP  2. Podle dnes již všeobecně přijímané endosymbiotické teorie byly kdysi mitochondrie samostatně se vyskytující prokaryontní organismy, které kdysi byly jiným prokaryotickým organismem pohlceny a uvnitř jeho těla přežily a nakonec se ustanovila mutualistická symbiosa. Naše tělo se sestává z přibližně 10 14 buněk, ve kterých se ovšem nachází desetkrát více mitochondrií. Tyto mitochondrie již nejsou schopny samostatné existence, jsou součástmi nás samých, nebo ještě jinak řečeno – my jimi jsme.

139 Filosofické důsledky HGP  3. Asi 45% naší jaderné DNA jsou pravděpodobně pozůstatky virů či jim podobných organismů, které se v blízké či vzdálené minulosti staly součástmi naší jaderné DNA a od té doby se s každou novou mitózou předávají dál. Otázka „co je člověk?“ se tak filosoficky komplikuje z nečekaného pohledu – jsme složitá stavebnice poskládaná v té či oné formě nyní v nás přežívajících pozůstatků či částí kdysi samostatných bytostí.

140 Zisk z HGP  U nemocí monogenně determinovaných chorob bude díky znalosti sekvence lidského genomu bude existovat možnost prenatální či presymptomatické diagnózy.  Znalost lidského genomu povede rovněž k hlubšímu porozumění jak konkrétní gen pracuje a jak je regulován.  Uvažuje se rovněž o zavedení nových terapií, které budou založeny na znalosti práce jednotlivých genů. Od léčby rozběhlé nemoci bude možno přikročit k prevenci propuknutí onemocnění. Někdy se zavádí termín personalizovaná medicína – léčba by měla spíše směřovat k prevenci nemoci založené na znalosti konkrétního genomu konkrétního pacienta. V této souvislosti se objevují obavy z nové eugeniky, neboť lze si snadno představit, jak pomocí personalizované medicíny budou mít možnost léčby pouze finančně silné skupiny.

141 Geny a chování otázka odpovědnosti  Vliv genetiky na chování: tak, jako geny odpovídají za blond nebo tmavé vlasy, tak odpovídají i za tvorbu chemikálií v mozku a tím i za chování. Individuální rozdíly v chování mezi jednotlivci nebo i mezi skupinami mohou mít genetický podklad

142 GATTACA  1997  podtitulek filmu: „There is no gene for the human spirit“ … ale je to pravda?

143 Prostředí WWalter Gilbert: „až budeme mít v ruce úplnou sekvenci lidského genomu, budeme vědět, co dělá člověka člověkem.“… …… zdá se že nebudeme.

144