Genomsequenzierung - wo stehen wir heute?

english summary: quick overview of where we are in genome sequencing - progress and promises

Liebe Hiver,

war das Human Genome Project (1), in dem erstmals ein ganzem humanes Genom durchsequenziert werden sollte, im Jahr 1990 noch ein Riesenunterfangen, das Mrd. an $ gekostet hatte, so sind seither die Kosten für Gensequenzierungen exponentiell gesunken. Heutzutage kann man bereits für 299$ sein komplettes Erbgut entschlüsseln lassen (2)!

zeitliche Entwicklung der Genomanalyse (6)

Wozu Erbgutanalyse?

Neben der Grundlagenforschung in Bereichen wie der Anthropologie (woher kommt der Mensch), der eigenen Ahnenforschung (woher kommen meine Vorfahren) oder der forensischen DNA-Analyse (wer war der Täter), besteht das größte Interesse von Seiten der Medizin, sind doch laut WHO über 10000 Krankheiten durch den Defekt eines einzigen Gens verursacht (3)! Leider sind wichtige Krankheiten wie Krebs, Diabetes, Asthma und Herzkreislauferkrankungen nicht so einfach zu knacken, weil die Ursache weit komplexer als ein einzelner Gendefekt ist und auch Umweltfaktoren eine Rolle spielen. Bei Krebs kommt noch zusätzlich das Problem hinzu, dass Tumorgewebe derzeit auf eine Weise entnommen wird, die nicht förderlich ist für eine genetische Analyse. Trotzdem ist es auch für die Bekämpfung dieser Geiseln der Menschheit wichtig, die Genomsituation zu kennen, da es individuelle genspezifische Konstellationen gibt, die eine Erkrankung begünstigen oder verhindern.

Speziell kann man mit Genomdatenbanken:

• eine epidemiologische Landkarte für eine bestimmte Krankheit erstellen, also beschreiben, welche Genvarianten welche Symptome oder Krankheitsverläufe bewirken, um (bei Kenntnis des individuellen Genoms) dann frühere Diagnosen und gezieltere Prognosen machen zu können
• bessere genetische Tests für bestimmte Krankheiten ermöglichen. Die Analyse der BRCA-Gene etwa lässt eine Vorraussage über die Brustkrebswahrscheinlichkeit zu. In UK sollen die kompletten Genome aller Neugeborenen bestimmt werden - 5 Mio. Genome sollen in den nächsten 5 Jahren sequenziert werden - um den neuen Erdenbürgern die "bestmögliche" medizinische Versorgung zu ermöglichen, auch als "predictive healthcare" bezeichnet. Gerade wer das UK-Gesundheitssystem kennt, wird aber bezweifeln, ob es primär um das Wohl der Bürger geht. Außerdem ist es ethisch höchst fragwürdig, den Eltern die Entscheidung zu überlassen, zu erfahren, ob ihr Kind einen möglicherweise fatalen, unheilbaren Gendefekt hat.
• die Behandlung von Krankheiten individualisieren, denn zunehmend stellt sich heraus, dass bestimmte Genotypen auf Medikamente unterschiedlich reagieren. Das könnte die "Präzisionsmedizin" enorm weiterbringen. Derzeit werden Medikamente noch relativ pauschal verschrieben und kein Arzt weiß, welcher Patient eine bestimmte Nebenwirkung haben wird. Durch Genotypenkataloge könnten Ärzte in Zukunft (bei Kenntnis des individuellen Genoms) Medikamente viel gezielter verordnen und so Nebenwirkungen reduzieren.
• natürlich auch die Suche nach neuen Medikamenten beschleunigen, durch genaue Kenntnis der Gene und der daraus erzeugten Proteine, aber auch durch gezieltere Auswahl von Patienten für klinische Studien. Von der Gentherapie selbst ganz zu schweigen (5).

Laut eines Berichts der Firma Iqvia vom Mai 2020 (6) gibt es derzeit 187 Genomprojekte bzw. -initiativen, mit öffentliche zugängliche Information darüber. Die meisten stammen aus den USA. In den anderen Regionen sind die meisten davon öffentlich finanziert, nur in den USA überwiegen die privaten. Trotzdem gibt es in den USA allein 31 öffentliche Genom-Projekte und damit fast doppelt so viele wie im EU-Raum (nur 17).

Regionale Verteilung und Art der Genomdatenbanken (6)

Genomerfassungsprojekte, die relativ oft in den Schlagzeilen sind aufgrund ihrer Verkaufskampagnen, z.B. 23andme oder MyHeritage, erfassen übrigens NICHT Dein komplettes Genom, sondern nur einzelne Gene. Ich halte sie daher für relativ nutzlos. Einzig der Nebula-Test um 299$ scheint sinnvoll zu sein.

Quelle

Andere, halb öffentliche, halb private Projekte wie Dubai Genomics haben das Ziel, alle Einwohner des Landes komplett durchzusequenzieren und mittels künstlicher Intelligenz Krankheiten vorauszusagen, bevor sie entstehen!
Am ambitioniertesten scheinen - wieder einmal - die Chinesen zu sein. Die "Chinese
Precision Medicines Initiative" hat verlautbart, bis 2030 das Genom von nicht weniger als 100 Mio. Chinesen dechiffrieren zu wollen (7).
Iqvia schätzt, dass bei derzeitiger Geschwindigkeit bis 2025 Daten von mehr als 50 Mio. Genomen verfügbar sein werden, 35 Mio. davon alleine aus den USA. Nicht alle davon aber komplett sequenziert. In Europa wird es viel weniger Datensets geben, aber mit höherer Rate an Vollständigkeit.

Der Schlüssel zu jeglicher Erkenntnis ist natürlich, eine Verbindung zwischen einem Genom und dem Phänotyp zu haben (also Alter, Geschlecht, welche Krankheiten der zugehörige Mensch hatte oder hat, etc). Aber nur von 42% aller Genomprojekte werden demographische oder sonstige Daten der Genomträger erfasst (von 50% weiß man allerdings nicht, was alles erfasst wird). Datenschutz ist übrigens auch in den USA ein zunehmend heißes Thema (in Europa ist es das ja schon länger) und reduziert die Verwertbarkeit der genomischen Daten - und könnte sich auch auf den Zulauf an Freiwilligen, ihr Genom analysieren zu lassen, auswirken. Die Konsumenten-Genomanalysen um 49€ haben aber ohnehin den geringsten wissenschaftlichen Wert.

Nicht alle Projekte sind gleich sinnvoll.

Die Qualität dieser 187 Datenbanken schwankt natürlich stark. Es gibt zwar Bestrebungen, hier Standards zu etablieren, aber von einem globalen Konsens (wie z.B. die USB-Schnittstelle einer ist), ist man noch weit entfernt. Generell gilt, je größer die (geplante) Kohorte, desto kleiner der Qualitätsanspruch.

Fazit

Viel passiert auf diesem Gebiet, vieles davon wird allerdings primär des Gewinns wegen und weniger des wissenschaftlichen Wertes gemacht. Die Versprechen der Fortschritte in der Medizin (Präzisionsmedizin, prädiktive Medizin) sind gewaltig, aber das Missbrauchspotential ist auch nicht zu vernachlässigen (Versicherungen, die Einblicke in die Genome haben, etc.).

Ein game changer könnte sein, wenn Patienten Zugang zu ihren eigenen Genomdaten haben und eine absolute Kontrolle, wer diese einsehen kann. Naheliegenderweise ein ideales Feld für Blockchainlösungen, von denen es bereits etliche gibt, meist als Startup (8). Und in der Tat verspricht auch Nebula Genomics, dass die Genomdaten ihrer Kunden blockchaingesichert sind:

Quelle

Quellen:

1. https://www.genome.gov/human-genome-project, nach 13 Jahren, im Jahr 2003 wurde eine zu 99% komplette Gensequenz eines Menschen veröffentlicht, mit einer angegebenen Genauigkeit von 99,99%. Die cDNAs von >70% aller menschlichen Gene konnten so bestimmt werden.
2. https://www.mobihealthnews.com/news/nebula-genomics-launches-299-direct-consumer-whole-genome-sequencing
3. https://www.who.int/genomics/public/geneticdiseases/en/index2.html, selbst wenn die Zahl 10000 übertrieben ist, so kann eine erhebliche Zahl vermutet werden
4. https://www.telegraph.co.uk/news/2019/11/05/children-receive-whole-genome-sequencing-birth-ambitions-laid/
5. Mehr über den Stand der Gentherapie in dieser Übersicht
6. https://www.iqvia.com/insights/the-iqvia-institute/reports/understanding-the-global-landscape-of-genomic-initiatives
7. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5894154/
8. https://www.wired.com/story/these-dna-startups-want-to-put-all-of-you-on-the-blockchain/