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Un día entre los genomas

Anonim

¿Cómo será el mundo cuando la secuencia del genoma cueste menos que un teléfono celular? Hace un par de días fui a Cambridge, Massachusetts para averiguarlo.

La ocasión fue una reunión llamada "Genoma, entornos y rasgos", o GET, para abreviar. La historia de la reunión se encuentra en los rangos superiores de mi lista de reuniones con historias extrañas. En 2006, el genetista de Harvard George Church (posiblemente el biólogo más inteligente e influyente del que nunca se haya enterado) decidió lanzar un nuevo tipo de proyecto de genoma humano. En ese momento, los científicos solo habían publicado la secuencia de un solo genoma humano, a un costo de $ 3 mil millones. Y por todo ese dinero, el genoma era en realidad un mosaico de varios individuos, y solo incluía el ADN de una copia de cada par de cromosomas. Church declaró que reunirá los genomas secuenciados de 100, 000 individuos, junto con información sobre su salud, y pondrá a disposición de los científicos toda esa información para aprender más sobre biología humana. Church emitió un tipo de manifiesto en Scientific American, llamado "Genomas para todos", que puede leer aquí (pdf) y también habló con Emily Singer de Technology Review aquí.

Para dar inicio a su Proyecto de Genoma Personal, Church secuenció su propio ADN, lo puso en línea y recibió rápidamente un mensaje de un médico al otro lado del país, informándole que debía ajustar su medicamento de colersterol. Church también persuadió a otras nueve personas para que se ofrecieran como voluntarios para que sus genomas fueran secuenciados y distribuidos en línea para que todos los vieran. Uno de esos diez primeros, el psicólogo Steven Pinker de Harvard, ayudó a correr la voz con este artículo que apareció en la revista New York Times en 2009.

Esas secuencias tempranas se reunieron de vez en cuando para hablar sobre el proyecto y sus propias experiencias y tener un genoma disponible para que todos lo vean. Este club genómico era íntimo al principio, pero su membresía ahora está explotando. Con cada mes que pasa, el costo de la secuenciación del genoma se está derrumbando, las compañías se están preparando para secuenciar genomas en una escala comercial, y los científicos están comenzando a pensar seriamente en considerar los genomas completos como una parte regular de la práctica clínica. Para la reunión de este año, Church decidió tratar de obtener la mayor cantidad posible de personas con genomas secuenciados en una sola habitación. Probablemente sería la última vez que tal ejercicio sería posible.

Me metí en la diversión cuando mi teléfono sonó hace un par de meses. En la línea estaba Robert Krulwich. Krulwich es el co-presentador del programa Radiolab, cubre la ciencia para NPR y ABC News, y también es el chico para entrevistas en vivo y en vivo con figuras destacadas de la ciencia. (Obsérvelo manejar tanto a EO Wilson como a James Watson a la vez, un poco como hacer malabares con antorchas mientras maneja un monociclo. No suda un poco).

Church le había pedido a Krulwich que fuera a la reunión y moderara una discusión de una docena de secuencias que ocuparían las primeras tres horas de la reunión. Krulwich decidió que esto era una operación de dos personas. Movimiento sabio Esto fue un trabajo pesado.

Sería absurdo tener a todos en el escenario todo el tiempo, así que se nos ocurrió un plan para mover a las personas rápidamente desde la primera fila de la audiencia al escenario, jugando un juego genómico de sillas musicales. El hecho de que tuviéramos tantos temas importantes, desde el desarrollo de la secuenciación de la próxima generación hasta la aplicación de la genómica a la genealogía a los problemas de privacidad que plantea la secuenciación del genoma, lo hizo aún más difícil.

Y luego estaba el asunto de la alineación. Cualquiera de los oradores podría haber sostenido el escenario por su cuenta durante una hora. Se sintió muy extraño al poner a Henry Louis Gates en el escenario y luego sacarlo de allí. Esto, después de todo, es un tipo que puede mantener unida toda una serie de televisión. En la reunión, habló sobre la secuenciación del genoma de su padre y el suyo, convirtiéndose en el primer equipo de padre e hijo en hacerlo. Una comparación de los dos genomas le permitió ver el cincuenta por ciento del genoma de su madre fallecida, una experiencia que se sintió como verla volver a la vida. Gates habló sobre la experiencia de ver tanto ADN europeo en su genoma. Si miras los resultados de mi laboratorio, dijo, soy un hombre blanco.

–Bueno, nos encantaría saberlo todo, profesor Gates, ¡pero tenemos que seguir adelante! Un aplauso para todos, ¡y movamos esas sillas!

Krulwich y yo también nos enfrentamos al desafío de hablar de genómica con personas que están tan obsesionadas con el tema que les han secuenciado sus genomas y de hablar con esas secuencias frente a una audiencia formada por científicos del genoma. gente del sector de la biotecnología, gente del capital de riesgo y otras personas variadas que, digamos, ya están en el tanque genómico. Ni Krulwich ni yo recibimos una tarifa por nuestra participación en la reunión, y no estábamos a punto de unirnos a las filas de esos miserables periodistas falsos que ves en los infomerciales a altas horas de la noche, lanzando softballs pre-escritos como: se convertirá en un gran éxito en el negocio del genoma personal ".

Krulwich y yo, por lo tanto, intentamos, cortésmente, empujar las secuencias fuera de su zona de confort. ¿Cómo demonios, me preguntaba, podría el análisis sofisticado de los genomas convertirse en una parte regular de la medicina cotidiana cuando la mayoría de los médicos tienen un consultorio lleno de documentos antiguos? ¿Era justo para los niños obtener sus secuencias de genomas cuando no había nada de inmediato en ellos? ¿De qué sirve obtener la secuenciación de su genoma si todo lo que obtiene es una larga lista de variaciones genéticas que tienen relaciones oscuras con todo tipo de enfermedades que puede o no tener? ¿Cómo puede haber un negocio en los genomas si, como predice Church, el costo de la secuenciación del genoma se reducirá a, esencialmente, gratis?

En muchos casos, los interrogadores y los que respondieron terminaron hablando uno al lado del otro. Krulwich le preguntó a James Watson qué pensaba acerca de las preocupaciones éticas sobre la secuenciación del genoma. Su respuesta: "Mierda". Las otras secuencias fueron más educadas cuando les hicimos preguntas que les parecían irrelevantes. Cuando Krulwich le preguntó a la secuencia Esther Dyson sobre los riesgos potenciales de la secuenciación de su genoma, el CEO de Novocell, John West, señaló que se estaba preparando para ir a la Estación Espacial. ¿Por qué nos obsesionábamos con los riesgos del genoma de Dyson, sin ninguna preocupación aparente de que estaba a punto de dispararse al espacio en la punta de un cohete?

Creo que las mejores respuestas fueron las deconstrucciones. Considere esto: la secuenciación generalizada del genoma permitirá hacer pruebas a los bebés para detectar genes asociados con la inteligencia. ¿No es eso una cosa horrible?

En la reunión, Church señaló que ya probamos los genes de inteligencia y que nadie se indigna en absoluto. A los bebés se les realiza una prueba de rutina para detectar un trastorno genético conocido como PKU, en el que los niños nacen incapaces de descomponer un aminoácido llamado fenilalanina. La fenilalanina se acumula hasta niveles tóxicos en el cuerpo, lo que lleva al retraso mental. Pero la mutación que causa la PKU no necesariamente causa la PKU. Los genes no son el destino. Si los niños mantienen una dieta baja en fenilalina, terminan con inteligencia normal. El conocimiento de nuestro genoma no es siniestro en este caso. Ignorar los hechos de la PKU sería algo siniestro.

La iglesia tiene razón, pero la historia de la PKU solo te lleva al futuro de la medicina genómica. La PKU es un trastorno raro que afecta a aproximadamente 1 niño de cada 13, 500 a 19, 000 nacimientos. También es inusual, ya que es causada por la falla de una sola enzima. Una sola mutación en un solo gen es suficiente para causarla. Y el hecho de que pueda tratarse tan fácilmente también es inusual. La fibrosis quística, por ejemplo, es otra enfermedad de un solo gen. A pesar del descubrimiento de su base genética hace 20 años, los médicos no tienen cura para ofrecer a los pacientes con FQ.

Las raíces genéticas de los trastornos comunes, como la presión arterial alta y la enfermedad de Alzheimer, han demostrado ser mucho más complejas. Es posible que el riesgo de algunas enfermedades comunes sea el resultado de variaciones en cientos de genes, con cada variación contribuyendo con una pequeña fracción del riesgo, y diferentes combinaciones capaces de causar la misma enfermedad. También es posible que el riesgo de algunas enfermedades se deba a mutaciones muy raras, cada una de las cuales tiene efectos muy fuertes. Puede haber muchas de estas raras mutaciones en la población mundial, lo que dificulta encontrarlos a todos y descubrir qué es lo que hacen.

Las secuencias en GET no evitaron esta desordenada realidad. De hecho, uno de ellos lo encarnó. James Lupski, un genetista de Baylor College of Medicine, padece una enfermedad hereditaria llamada enfermedad de Charcot Marie Tooth, en la cual el recubrimiento de los nervios largos en las extremidades comienza a deshilacharse. Ha tenido que operarse después de operarse los pies para tratar los síntomas. Lupski estudia la causa de la enfermedad y, recientemente, su genoma fue secuenciado para encontrar su origen. Resultó que tenía algunas mutaciones que se habían relacionado con la enfermedad de Charcot Marie Tooth anteriormente, pero él y sus colegas también encontraron un nuevo gen, con una mutación diferente en la copia de su madre y su padre. El descubrimiento no apuntó inmediatamente a una cura; en cambio, se sumó a la complejidad de la enfermedad. Lupski explicó su propia enfermedad y su difícil investigación sobre ella con detalles no sentimentales. La ciencia es difícil, dijo Lupski, y cualquiera que piense que no lo es, se está engañando a sí mismo.

Fue una lástima que la reunión no se celebrara la próxima semana en lugar de esta semana. Hoy, The Lancet publicó un artículo sobre el genoma que incluía entre sus coautores dos de las secuencias con las que hablamos: George Church y Steven Quake de Stanford. En la reunión, Quake explicó cómo él y sus colegas habían secuenciado su genoma el año pasado en cuestión de días. Esa fue la parte fácil, dijo. La parte difícil fue analizarlo e interpretar lo que significaba para la salud de Quake. Se refería oblicuamente al nuevo papel.

En el documento, Quake, Church y sus colegas hicieron un estudio detallado de la familia de Quake (que ha padecido varios tipos de enfermedades cardíacas) y luego revisaron la literatura científica por cada mención de las variantes que encontraron en Quake el genoma Consideraron los riesgos que estas variantes suponían para Quake en diversas condiciones, pero también tenían en cuenta otros tipos de complejidad. Por ejemplo, las enfermedades no ocurren aisladas unas de otras. Si se pone obeso, por ejemplo, aumenta el riesgo de diabetes tipo 2. Los científicos publicaron un maravilloso diagrama de las enfermedades que estudiaron en Quake, con el tamaño de cada nombre correspondiente al tamaño de su riesgo para cada uno.

El genetista Daniel Macarthur escribió esta noche sobre este nuevo artículo en su blog Genetic Future:

.

Hay las variantes que simplemente no pueden ser interpretadas. Esto incluye prácticamente todo lo que se ve fuera de las regiones codificantes de proteínas, y la mayoría de esas variantes se encuentran dentro de las regiones codificantes. Simplemente no entendemos la biología de la mayoría de los genes lo suficiente como para poder predecir con confianza si una variante novedosa tendrá un impacto importante en la forma en que opera ese gen; y tenemos una imagen aún menos completa de cómo los genes trabajan juntos para afectar el riesgo de enfermedad.

Como dijo Lupski, la ciencia es difícil.

Fui eliminado al final de la sesión de la mañana. Pensé que hicimos un buen trabajo, aunque todavía me sentía ambivalente. Aspiré a almorzar y luego me acomodé alegremente en la audiencia por la tarde. La mayoría de las conversaciones que escuché no se referían a humanos sino a microbios. El genoma de un microbio como E. coli es aproximadamente una milésima del tamaño de un genoma humano. Como resultado, los microbiólogos pueden secuenciar genomas como locos sin quebrar sus presupuestos. Ian Lipkin, de Columbia, ha buscado las causas de nuevos brotes, como el trastorno de colapso de colonias en las abejas, extrayendo nuevos tipos de ADN microbiano de huéspedes enfermos. Boom, boom, boom, una diapositiva tras otra documentaron el descubrimiento de otro patógeno. Los beneficios de la secuenciación del ADN fueron cegadores en la charla de Lipkin.

Pero incluso los microbios resultan tener una fantástica complejidad genómica. Puede que no haya muchos genes en cada microbio, pero juntos pueden contener una asombrosa cantidad de diversidad genética. Rob Knight, de la Universidad de Colorado, habló sobre las encuestas que él y sus colegas hicieron sobre el microbioma humano. Describió algunos de los trabajos que he publicado en el blog aquí en el telar, junto con otros resultados. Describió, por ejemplo, cómo los niños se revisten con las bacterias que viven en el canal de nacimiento de su madre cuando nacen. Las mujeres que tienen una cesárea les dan a sus hijos las bacterias que viven en su propia piel. Knight está investigando si los gérmenes del canal de parto proporcionan alguna protección especial a los niños. Diferentes personas desarrollan diferentes tipos de microbios a medida que envejecen, y sus experiencias, desde ganar peso hasta tomar antibióticos, pueden cambiar el ecosistema dentro de sus cuerpos. Queda mucho por descubrir acerca de las miles de especies que comparten nuestros cuerpos con nosotros, pero Knight planteó la posibilidad de un tipo diferente de medicina personalizada: usar la genómica para examinar los microbios en nuestros cuerpos y luego manipularlos para nuestro propio beneficio. .

Por otra parte, tal vez no deberías confiar en mí en este punto. Todo el mundo sabe que estoy en el tanque de microbios.

El día terminó con una charla de Anne West, la hija de 17 años de John West. The Times of London recientemente publicó la historia de cómo los West se convirtieron en la primera familia saludable en secuenciar su genoma. Esperaba una charla cálida y confusa sobre lo que su genoma significaba para ella, pero en cambio, ella pronunció una charla dura que hubiera encajado en una conferencia sobre genética. Analizó uno de sus genes involucrados en la coagulación sanguínea y determinó que tenía algunas mutaciones inofensivas de su madre y una dañina de su padre. Con una audiencia llena de ganadores de premios Nobel pasados ​​y futuros, barones de la biotecnología y otros adultos intimidantes, se mantuvo impresionantemente equilibrada y tranquila.

La audiencia estaba correctamente impresionada. Una científica bromeó diciendo que debería abandonar el 11º grado y conseguir un trabajo: terminar la escuela sería una pérdida de tiempo. Pero también tuve que recordarme el ambiente de invernadero en el que ella había hecho este trabajo y en el que estaba entregando sus resultados. Su padre había gastado más de $ 200, 000 en los genomas de la familia, según el Times . Este no era tu proyecto de feria de ciencias estándar. Y mientras West hablaba, pensé en los niños de una escuela secundaria pública local que habían asistido a la sesión de la mañana. Cuando Krulwich y yo le hicimos preguntas a la audiencia, una chica se puso de pie y preguntó cómo podía conseguir que su madre hiciera secuenciar los genomas de su familia, cuando su madre ni siquiera estaba segura de qué es un gen. Dos chicas: dos experiencias muy diferentes con los genomas. No es todo sobre el ADN.

[PS – Gracias a todos los Twitterers que actuaron como un colectivo para tomar notas. Su crónica reunida está aquí .]

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