Геномика общественного здравоохранения – это использование геномной информации на благо общественного здравоохранения . Это визуализируется как более эффективная профилактика и лечение заболеваний с большей специфичностью , адаптированное к генетической структуре каждого пациента. [1] По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний (США), геномика общественного здравоохранения — это новая область исследований , которая оценивает влияние генов и их взаимодействия с поведением, питанием и окружающей средой на здоровье населения. [2]
Этой области геномики общественного здравоохранения существует менее десяти лет. Ряд аналитических центров, университетов и правительств (включая США, Великобританию и Австралию) начали проекты геномики общественного здравоохранения. Исследования генома человека порождают новые знания, которые меняют программы и политику общественного здравоохранения. Достижения в области геномных наук все чаще используются для улучшения здоровья, профилактики заболеваний, обучения и подготовки кадров общественного здравоохранения, других поставщиков медицинских услуг и граждан.
Государственная политика защищает людей от генетической дискриминации , определяемой в Циклопедическом медицинском словаре Табера (2001) как неравное обращение с людьми с известными генетическими отклонениями или наследственной предрасположенностью к заболеваниям; генетическая дискриминация может оказать негативное влияние на возможности трудоустройства, возможности страхования и другие социально-экономические переменные. Государственная политика в США , защищающая отдельных лиц и группы людей от генетической дискриминации, включает Закон об американцах-инвалидах 1990 года , Исполнительный указ 13145 (2000 года), который запрещает генетическую дискриминацию на рабочем месте для федеральных служащих [3] и Закон о недискриминации генетической информации. 2008 года .
Основные опасения общественности в отношении геномной информации связаны с конфиденциальностью, неправомерным использованием информации планами медицинского страхования, работодателями и практикующими врачами, а также правом доступа к генетической информации . Также существуют опасения по поводу справедливого использования геномики в общественном здравоохранении, и необходимо обратить внимание на то, чтобы внедрение геномной медицины не усугубляло проблемы социальной справедливости. [4]
Одним из многих аспектов геномики общественного здравоохранения является биоэтика . Это было подчеркнуто в исследовании 2005 года, проведенном компанией Cogent Research, которое показало, что, когда американских граждан спросили, что, по их мнению, является самым серьезным недостатком использования генетической информации, они назвали «неправомерное использование информации / вторжение в частную жизнь» единственной наиболее важной проблемой. [5] В 2003 году Совет Наффилда по биоэтике опубликовал отчет « Фармакогенетика: этические проблемы» . Авторы документа исследуют четыре широкие категории этических и политических вопросов, связанных с фармакогенетикой : информация, ресурсы, справедливость и контроль. Во введении к отчету авторы четко заявляют, что развитие и применение фармакогенетики зависят от научных исследований , но что политика и администрация должны обеспечивать стимулы и ограничения для обеспечения наиболее продуктивного и справедливого использования этой технологии. [6] Вовлечение общественности в этический надзор и другие способы могут повысить общественное доверие к геномике общественного здравоохранения, а также приемлемость инициатив и обеспечить справедливый доступ к преимуществам геномных исследований. [7]
Однонуклеотидные полиморфизмы (SNP) представляют собой отдельные основания в последовательности гена , которые отличаются от консенсусной последовательности этого гена и присутствуют в подмножестве популяции. SNP могут не влиять на экспрессию генов или могут полностью изменить функцию гена. Результирующие изменения экспрессии генов могут в некоторых случаях приводить к заболеванию или предрасположенности к заболеванию (например, вирусной или бактериальной инфекции).
Некоторые текущие тесты на генетические заболевания включают: муковисцидоз , болезнь Тея-Сакса , боковой амиотрофический склероз (АЛС), болезнь Хантингтона , высокий уровень холестерина , некоторые редкие виды рака и наследственную предрасположенность к раку. Некоторые из них рассматриваются ниже.
Поскольку область геномики принимает во внимание весь геном организма , а не только его отдельные гены, изучение латентной вирусной инфекции попадает в эту область. Например, ДНК латентного герпесвируса интегрируется в хромосому хозяина и распространяется посредством репликации клеток , хотя она не является частью генома организма и не присутствовала при рождении человека.
Пример тому можно найти в исследовании, опубликованном в журнале Nature , которое показало, что мыши со скрытой инфекцией герпевируса были менее восприимчивы к бактериальным инфекциям. Мышиных мышей заражали мышиным гаммагерпесвирусом 68, а затем заражали бактерией Listeria monocytogenes . Мыши, у которых была латентная инфекция вируса, имели повышенную устойчивость к бактериям, но у мышей с нелатентным штаммом вируса не было изменений в восприимчивости к бактериям. В ходе исследования были протестированы мыши с мышиным цитомегаловирусом , членом подсемейства бетагерпесвирусов , которые дали аналогичные результаты. Однако заражение вирусом простого герпеса человека типа 1 (ВПГ-1), представителем подсемейства альфагерпесвирусов , не привело к повышению устойчивости к бактериальной инфекции. Они также использовали Yersinia pestis ( возбудитель «черной смерти ») для заражения мышей латентной инфекцией гаммагерпесвируса 68 и обнаружили, что у мышей действительно была повышенная устойчивость к бактериям. Предполагаемая причина этого заключается в том, что перитонеальные макрофаги у мышей активируются после латентной инфекции вируса герпеса, а поскольку макрофаги играют важную роль в иммунитете , это обеспечивает мыши более сильную и активную иммунную систему во время бактериального заражения. Было обнаружено, что латентный вирус герпеса вызывает повышение уровня интерферона-гамма (IFN-γ) и фактора некроза опухоли-альфа (TNF-α), цитокинов , которые одновременно приводят к активации макрофагов и устойчивости к бактериальной инфекции. [8]
Вариации в геноме человека можно изучить, чтобы определить восприимчивость к инфекционным заболеваниям. Изучение вариаций микробных геномов также необходимо будет оценить для использования геномики инфекционных заболеваний в общественном здравоохранении. Возможность определить, имеет ли человек большую восприимчивость к инфекционному заболеванию, будет полезна для определения того, как лечить заболевание, если оно присутствует, или предотвратить заражение человека. Некоторые инфекционные заболевания показали связь между генетикой и восприимчивостью, заключающуюся в том, что семьи, как правило, имеют наследственные признаки заболевания.
В течение прошлого [ когда? ] пандемии гриппа и нынешняя [ когда? ] эпизоотии гриппа имеются свидетельства семейных кластеров заболеваний. Кандун и др. обнаружили, что семейные группы в Индонезии в 2005 году привели к легким, тяжелым и смертельным случаям среди членов семьи. Результаты этого исследования поднимают вопросы о генетической или другой предрасположенности и о том, как они влияют на восприимчивость человека к заболеваниям и их тяжесть. Потребуются дальнейшие исследования для определения эпидемиологии инфекции H5N1 и того, способствуют ли генетические, поведенческие, иммунологические факторы и факторы окружающей среды кластеризации случаев. [9]
Генетические факторы хозяина играют важную роль в определении дифференциальной восприимчивости к основным инфекционным заболеваниям человека. Инфекционные заболевания у людей кажутся высокополигенными, со многими вовлеченными локусами , но лишь немногие из них убедительно реплицируются. [10] С течением времени люди подвергались воздействию таких организмов, как микобактерия туберкулеза . Вполне возможно, что человеческий геном частично развился в результате воздействия M.tuberculosis . [11] Исследования на животных моделях и полногеномный скрининг могут использоваться для выявления потенциальных участков гена, которые свидетельствуют о предрасположенности к туберкулезу. В случае с M.tuberculosis исследования на животных моделях использовались для подтверждения наличия локуса , коррелирующего с восприимчивостью. Были проведены дальнейшие исследования, чтобы доказать связь между предполагаемым локусом и восприимчивостью. Генетические локусы, которые были идентифицированы как связанные с предрасположенностью к туберкулезу , включают HLA-DR , INF-γ, SLC11A1 , VDR , MAL/ TIRAP и CCL2 . [10] Потребуются дальнейшие исследования для определения генетической восприимчивости к другим инфекционным заболеваниям и способов, которыми чиновники общественного здравоохранения могут предотвращать и тестировать эти инфекции, чтобы улучшить концепцию персонализированной медицины .
Термин «геномика», относящийся ко всему геному организма, также используется для обозначения генной информатики или сбора и хранения генетических данных, включая функциональную информацию, связанную с генами, и анализа данных в виде комбинаций, закономерностей и сетей. по компьютерным алгоритмам. Системная биология и геномика являются естественными партнерами, поскольку развитие геномной информации и систем естественным образом облегчает анализ вопросов системной биологии, включающих взаимоотношения между генами, их вариантами (SNP) и биологическими функциями. Такие вопросы включают исследование сигнальных путей , эволюционных деревьев или биологических сетей , таких как иммунные сети и пути. По этой причине геномика и эти подходы особенно подходят для исследований в области иммунологии. Изучение иммунологии с использованием геномики, а также протеомики и транскриптомики (включая профили генов, как геномные, так и профили мРНК экспрессируемых генов ), получило название иммуномики .
Точное и чувствительное прогнозирование заболевания или его обнаружение на ранних стадиях заболевания может позволить предотвратить или остановить развитие заболевания, когда методы иммунотерапии станут доступными. Были идентифицированы маркеры диабета 1-го типа , связанные с предрасположенностью к заболеванию, например, варианты гена HLA класса II, однако наличие одного или нескольких из этих геномных маркеров не обязательно приводит к заболеванию. Отсутствие прогрессирования заболевания, вероятно, связано с отсутствием триггеров окружающей среды , отсутствием других генов восприимчивости, наличием защитных генов или различиями во временной экспрессии или присутствии этих факторов. Комбинации маркеров также были связаны с предрасположенностью к диабету 1 типа, однако их присутствие не всегда может предсказать развитие заболевания, и наоборот, заболевание может присутствовать без группы маркеров. Потенциальные варианты генов (SNP) или маркеров, которые связаны с заболеванием, включают гены цитокинов, мембраносвязанных лигандов , инсулина и гены иммунной регуляции.
Мета-анализ позволил выявить дополнительные связанные гены [12] путем объединения ряда больших наборов генных данных. Это успешное исследование иллюстрирует важность составления и обмена большими базами данных генома. Включение фенотипических данных в эти базы данных будет способствовать обнаружению генов-кандидатов, а добавление данных об окружающей среде и времени должно способствовать углублению знаний о путях прогрессирования заболевания. HUGENet, созданный по инициативе Центров по контролю и профилактике заболеваний (США), осуществляет интеграцию этого типа информации с данными генома в форме, доступной для анализа. [13] Этот проект можно рассматривать как пример « метагеномики », анализа генома сообщества, [14] но для человека, а не для микробного сообщества. Целью этого проекта является содействие международному обмену данными и сотрудничеству, а также создание стандарта и структуры для сбора этих данных.
Вариации в геноме человека изучаются с целью определения предрасположенности к хроническим и инфекционным заболеваниям. По данным Эйлин Кеннесон и Колин Бойл, около шестой части населения США имеет ту или иную степень потери слуха . [15] Недавние исследования связали варианты гена щелевого соединения бета 2 ( GJB2 ) с несиндромальной прелингвальной сенсоневральной тугоухостью . GJB2 представляет собой ген, кодирующий коннексин , белок, обнаруженный в улитке . Ученые обнаружили более 90 вариантов этого гена, и вариации последовательности могут составлять до 50% несиндромальной потери слуха. Варианты GJB2 используются для определения возраста начала , а также тяжести потери слуха.
Очевидно, что следует учитывать и экологические факторы. Такие инфекции, как краснуха и менингит , а также низкий вес при рождении и искусственная вентиляция легких являются известными факторами риска потери слуха, но, возможно, знание этого, а также генетическая информация помогут в раннем вмешательстве.
Информация, полученная в результате дальнейших исследований роли вариантов GJB2 в потере слуха, может привести к необходимости скрининга новорожденных на их наличие. Поскольку раннее вмешательство имеет решающее значение для предотвращения задержки развития у детей с потерей слуха, возможность проверить восприимчивость у маленьких детей будет полезной. Знание генетической информации может также помочь в лечении других заболеваний, если пациент уже находится в группе риска.
Необходимы дальнейшие исследования, особенно для определения роли вариантов GJB2 и факторов окружающей среды на популяционном уровне, однако первоначальные исследования показывают многообещающие результаты при использовании генетической информации наряду со скринингом новорожденных.
Всемирная организация здравоохранения определила фармакогеномику как исследование вариаций последовательностей ДНК, связанных с различными реакциями человека на лекарства, т. е. использование геномики для определения реакции человека. Фармакогеномика относится к использованию генотипирования на основе ДНК для нацеливания фармацевтических агентов на определенные группы пациентов при разработке лекарств. [6] [16]
По текущим оценкам, ежегодно 2 миллиона пациентов больниц страдают от побочных реакций на лекарства, а побочные реакции на лекарства являются четвертой по значимости причиной смерти. Эти побочные реакции на лекарства приводят к экономическим потерям в размере 136 миллиардов долларов в год. Полиморфизмы (генетические вариации) у людей влияют на метаболизм лекарств и, следовательно, на реакцию человека на лекарство. Примеры того, как генетика может влиять на реакцию человека на лекарства, включают: переносчики лекарств, метаболизм и взаимодействие лекарств . Фармакогенетика может быть использована в ближайшем будущем практикующими врачами для определения лучших кандидатов на определенные лекарства, тем самым уменьшая большую часть догадок при назначении лекарств. Такие действия могут повысить эффективность лечения и уменьшить побочные эффекты от приема лекарств. [17]
Питание очень важно для определения различных состояний здоровья. Область нутригеномики основана на идее, что все, что попадает в организм человека, влияет на геном человека. Это может происходить либо путем повышения, либо понижения экспрессии определенных генов, либо с помощью ряда других методов. Хотя эта область довольно молода, существует ряд компаний, которые продают продукцию непосредственно населению и пропагандируют эту проблему под прикрытием общественного здравоохранения. Тем не менее, многие из этих компаний заявляют, что они приносят пользу потребителю, а проведенные тесты либо неприменимы, либо часто приводят к рекомендациям, основанным на здравом смысле. Такие компании способствуют распространению недоверия общества к будущим медицинским тестам, которые могут проверить более подходящие и применимые агенты.
Примером роли питания может служить путь метилирования с участием метилентетрагидрофолатредуктазы (MTHFR). Человеку с SNP может потребоваться увеличение приема витамина B12 и фолата , чтобы преодолеть эффект варианта SNP. Повышенный риск дефектов нервной трубки [18] и повышенный уровень гомоцистеина [19] связаны с полиморфизмом MTHFR C677T .
В 2002 году исследователи из Школы общественного здравоохранения Блумберга Джонса Хопкинса определили схему генов и ферментов в организме, которые позволяют сульфорафану , соединению, содержащемуся в брокколи и других овощах, предотвращать рак и удалять токсины из клеток. Открытие было сделано с помощью « генного чипа », который позволяет исследователям отслеживать сложные взаимодействия тысяч белков во всем геноме, а не по одному. Это исследование стало первым анализом генного профиля средства, предотвращающего рак, с использованием такого подхода. [20] [21] Исследователь из Университета Миннесоты Сабрина Петерсон в октябре 2002 года вместе с Джоанной Лампе из Онкологического исследовательского центра Фреда Хатчинсона в Сиэтле стала соавтором исследования, в котором изучалось химиопротекторное действие овощей семейства крестоцветных (например, брокколи, брюссельской капусты). Результаты исследования, опубликованные в «Журнале питания» , описывают метаболизм и механизмы действия компонентов крестоцветных овощей, обсуждают исследования на людях, проверяющие влияние крестоцветных овощей на системы биотрансформации , и обобщают эпидемиологические и экспериментальные данные о влиянии генетического полиморфизма (генетических вариаций) на эти виды. ферментов в ответ на потребление крестоцветных овощей. [22]
Представители общественности постоянно задаются вопросом, какую пользу им принесет получение генетического проекта и почему они обнаруживают, что более восприимчивы к болезням, от которых нет лекарств .
Исследователи обнаружили, что почти все расстройства и болезни, поражающие людей , отражают взаимодействие между окружающей средой и их генами; однако мы все еще находимся на начальных стадиях понимания конкретной роли генов в распространенных расстройствах и заболеваниях. [23] Например, хотя в новостях может сложиться иное впечатление, в большинстве случаев рак не передается по наследству. Поэтому вполне вероятно, что недавний рост заболеваемости раком во всем мире можно, по крайней мере частично, объяснить увеличением количества синтетических и других токсичных соединений, обнаруженных сегодня в нашем обществе. Таким образом, в ближайшем будущем геномика общественного здравоохранения и, в частности, здоровье окружающей среды, станут важной частью будущих вопросов, связанных со здравоохранением.
Потенциальные выгоды от открытия генома человека будут в большей степени сосредоточены на выявлении причин заболеваний, а не на их лечении посредством: усовершенствованных методов диагностики, более раннего выявления предрасполагающих генетических вариаций, фармакогеномики и генной терапии . [24]
Для каждого человека опыт открытия и познания своей генетической структуры будет разным. Некоторым людям будет предоставлена уверенность в том, что они не заболеют заболеванием в результате семейных генов, в которых их семья имеет сильную историю, а некоторые смогут искать более эффективные лекарства или методы лечения уже имеющегося у них заболевания. Другие обнаружат, что они более восприимчивы к болезни, от которой нет лекарства. Хотя эта информация может быть болезненной, она даст им возможность предотвратить или отсрочить возникновение этого заболевания посредством: более широкого информирования о заболевании, внесения изменений в образ жизни , поиска профилактических методов лечения или выявления экологических триггеров заболевания. Поскольку мы продолжаем добиваться успехов в изучении генетики человека, мы надеемся однажды включить их в повседневную практику здравоохранения. Понимание собственной генетической программы может дать вам возможность играть активную роль в укреплении собственного здоровья. [25]
Геномика и понимание восприимчивости к заболеваниям могут помочь утвердить инструмент семейного анамнеза для использования практикующими врачами и общественностью. МОМ проводит валидацию инструмента семейного анамнеза для шести распространенных хронических заболеваний (рак молочной железы, яичников, колоректальный рак, диабет, болезни сердца, инсульт) (Инициатива МОМ). Проверка экономически эффективных инструментов может помочь восстановить важность основных медицинских практик (например, семейного анамнеза) по сравнению с высокотехнологичными исследованиями. [2]
Важным набором явлений, которые связывают воедино различные аспекты медицинских вмешательств, таких как скрининг чувствительности к лекарствам, скрининг предрасположенности к раку или аутоиммунным заболеваниям, распространенность инфекционных заболеваний и применение фармакологической или диетической терапии, является системная биология иммунного ответа. Например, эпидемия гриппа 1918 года, а также недавние случаи гибели людей из-за H5N1 (птичий грипп) иллюстрируют потенциально опасную последовательность иммунных реакций на этот вирус. Также хорошо документирован единственный случай спонтанного «иммунитета» к ВИЧ у людей, который, как было показано, обусловлен мутацией поверхностного белка Т-клеток CD4, основных мишеней ВИЧ. Иммунная система действительно является сторожевой системой организма, в результате чего здоровье и болезнь тщательно уравновешиваются модулированной реакцией каждой из ее различных частей, которые затем также действуют согласованно как единое целое. Высокий уровень аллергических и реактивных респираторных заболеваний, аутоиммунных заболеваний и рака, особенно в промышленно развитых и быстро развивающихся странах, также частично связан с аберрантными иммунными реакциями, которые возникают, когда геномы сообществ сталкиваются с быстро меняющейся средой. Причины нарушений иммунных реакций охватывают весь спектр взаимодействий генома и окружающей среды из-за диеты, пищевых добавок, воздействия солнца, воздействия на рабочем месте и т. д. Геномика общественного здравоохранения в целом потребует строгого понимания меняющегося характера иммунных реакций.
Опыт скрининга новорожденных служит для многих людей введением в геномику общественного здравоохранения. Если они не проходили пренатальное генетическое тестирование , то, когда их новорожденному ребенку делают операцию по взятию небольшого количества крови, это может стать первым случаем, когда человек или пара сталкиваются с генетическим тестированием. Генетический скрининг новорожденных является многообещающей областью геномики общественного здравоохранения, которая, по-видимому, может извлечь выгоду из цели общественного здравоохранения по профилактике заболеваний в качестве основной формы лечения.
Большинство заболеваний, на которые проводится скрининг, представляют собой чрезвычайно редкие моногенные заболевания, которые часто являются аутосомно-рецессивными состояниями и не могут быть легко идентифицированы у новорожденных без таких типов тестов. Поэтому часто лечащий врач никогда не видел пациента с этим заболеванием или состоянием, и поэтому семье необходимо немедленное направление в специализированную клинику.
Большинство состояний, выявленных при скрининге новорожденных, представляют собой метаболические нарушения , которые включают: i) отсутствие фермента или способности метаболизировать (или расщеплять) определенный компонент диеты, например фенилкетонурию, ii) аномалии некоторых компонентов крови, особенно белок гемоглобина или iii) изменение какого-либо компонента эндокринной системы , особенно щитовидной железы. Многие из этих расстройств, однажды выявленные, можно лечить до того, как появятся более серьезные симптомы, такие как умственная отсталость или задержка роста .
Генетический скрининг новорожденных – это область огромного роста. В начале 1960-х годов единственным тестом был тест на фенилкетонурию . В 2000 году примерно две трети штатов США проверяли новорожденных на наличие 10 или менее генетических заболеваний. Примечательно, что в 2007 году 95% штатов США проверяли новорожденных на более чем 30 различных генетических заболеваний. Тем более, что затраты снизились, генетический скрининг новорожденных предлагает «отличную отдачу от расходов на здравоохранение». [23]
Поскольку риски и преимущества секвенирования генома для новорожденных до сих пор не до конца понятны, проект BabySeq, возглавляемый Робертом К. Грином из Brigham and Women's Hospital и Аланом Х. Беггсом из Бостонской детской больницы (BCH), собирает критические исследования новорожденных. секвенирование с 2015 года в рамках консорциума по секвенированию новорожденных в геномной медицине и общественном здравоохранении (NSIGHT), который получил пятилетний грант в размере 25 миллионов долларов США от Национального института здоровья детей и развития человека (NICHD) и Национального института исследований генома человека. (НХГРИ). [26] [27] [28]
Геномика поможет развить понимание практик, которые развивались на протяжении веков в старых цивилизациях и которые подкреплялись наблюдениями (презентациями фенотипов) из поколения в поколение, но которым не хватает документации и научных доказательств. Традиционные целители связывали определенные типы телосложения с устойчивостью или восприимчивостью к определенным заболеваниям в определенных условиях. Современная наука еще не провела валидацию и стандартизацию этих знаний/практик. Геномика, связывая генотипы с фенотипами, на которых основывались эти практики, могла бы предоставить ключевые инструменты для продвижения научного понимания некоторых из этих традиционных практик лечения. [29]
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )