Rewolucja genomowa. Wojciech Makałowski Institute of Bioinformatics University of Muenster. w medycynie

Transkrypt

1 Rewolucja genomowa Wojciech Makałowski Institute of Bioinformatics University of Muenster w medycynie

2 60 lat genomiki Kto nastepny? Rekombinacja DNA Metody szybkiego sekwencjonowania DNA PC R Automaty do sekwencjonowania YACi ESTy Sekwencjonowanie shotgun Celera Sekwencery kapilarne Sekwencery nowej generacji Sekwencjonowanie genomu czlowieka zatwierdzone

3 Genom Człowiek (PP) Człowiek (Celera) Mysz Szczur Wół Makak Pawian Czas sekwencjonowania Koszt ($) Watson Venter? Myszak Projekt 1000 genomów Projekt raka piersi Screening genetyczny poniżej Indywidualne genomy poniżej 5 000

4 Fabryka genomowa ok. r. 2000

5 Fabryka genomowa ok. r. 2007

6 Sekwencery nowej generacji 454 XLR SOLEXA SOLiD

7 Fabryka genomowa dziś Centrum genomowe w Baylor College maszyn wydajność 200 Gb/month Solexa - 2 maszyny wydajność 30 Gb/month SOLiD - 6 maszyn wydajność 120 Gb/month Wydajność centrum 5 HGP s na miesiąc!!

8 It's sink or swim as a tidal wave of data approaches Nature 399: June 1999

9

10 Nadchodzące technologie ABI SOLiD GB na jeden cykl GB na jeden cykl GB na jeden cykl docelowo GB na jeden cykl

11 Nadchodzące technologie HELICOS sekwencjonowanie pojedyńczej cząsteczki DNA GB na jeden cykl 250 genomów bakteryjnych na miesiąc PACIFIC BIOSCIENCE sekwencjonowanie przy użyciu polimerazy nt na sekundę docelowo - 50 nt na sekundę system będzie dostępny w styczniu 2010

12 Fabryka genomowa ok. r. 2000

13

14 Genom człowieka

15 Pełno ludzi wszędzie, ale o człowieka trudno!

16

17 Samoświadomość?

18

19 70 mln 25 mln 6 mln 500 tys. lat temu Różnice w sekwencji 0,5%? 1,2% 7% 300 mln lat temu 33%

20 Glazko, G., Veeramachaneni, V., Nei, M., and Makalowski, W. (2005) Gene, 346:

21 Przyśpieszona ewolucja HAR1 u człowieka

22

23

24 Dwa pierwsze genomy 3,3 mln SNPów (18% nowych) 10 tys. niesynonimicznych 137 tys. indeli heterozyg. 85 tys. indeli homozyg. 345 indeli w sekwencjach kodujących białko 12,3 Mb różnych od genomu referencyjnego 3,2 mln SNPów (9% nowych) 54 tys. dłuższych subst. 290 tys. indeli heterozyg. 560 tys. indeli homozyg. 90 inwersji duplikacje genomowe 44% genów heterozyg.

25 Dwa pierwsze genomy - potencjalne choroby Retintis pigmentosa Evening preferency Myopathy Novelty seeking Usher syndrom Antysocial behavior Glycogen storage disease Substance abuse Mycobacterial infection Tobbaco addiction Nephrotic syndrome Hypertension, obesity Leukodystrophy Alzheimer disease

26 Badanie asocjacji Populacja z badaną cechą Populacja bez badanej cechy

27 Skala probelmu

28 Skala probelmu 9000 osobników x 500,000 SNPów x 1000 fenotypów x 2 serie ze względu na wiek x 4 modele genetyczne = 36,000,000,000,000 testów asocjacyjnych

29 Trzy formy asocjacji alleli Asocjacja bezpośrednia mutant albo 'podatny' polimorfizm badany allel ma wpływ na fenotyp Asocjacja pośrednia allel nie jest zaangażowany w tworzenie fenotypu lecz skorelowany z nim i leżący w pobliżu marker zmienia fenotyp Fałszywa asocjacja zaobserwowana asocjacja nie ma związku z etiologią choroby niestety najczęstszy wynik badań...

30

31

32 Identyfikacja podatnego wariantu Nowe obserwacje biologiczne Poprawa pomiarów etiologicznych Postępy kliniczne Medycyna zindywidualizowana Biomarkery Prewencja Nowe możliwości terapii Diagnostyka Zoptymalizowana terapia Prognostyka

33 Warianty niskiej częstości i podatność na choroby

34 Uzasadnienie: w genomie ludzkim jest ok 10 mln powszechnych SNPów Zbyt drogo byłoby używać ich wszystkich dla każdego badania asocjacji Ale można je skatalogować raz, a w badaniach asocjacji używać mniejszych zestawów Materiał 4 populacje, 270 osobników Genotypowanie 1-sza faza: średni odstęp 5kb 600 tys. SNPów 2-ga faza: średni odstęp 1kb 4 mln. SNPów

35 Komercyjne serwisy genomowe Liczba analizowanych SNPów Liczba analizowanych chorób Czas oczekiwania na wyniki Cena 23andMe 500 tys tyg. $399 decodeme 1 mln tyg. $985 Gene Essence 900 tys $1195 Navigenics 1,8 mln tyg. $2,499 Knome Cały genom $350,000 Complete Genomics Cały genom $5,000

36 Czy to działa? Pojedyncze (pierwsze) przykłady zastosowania medycyny zindywidualizowanej Brytyjski doktor zsekwencjonował DNA pacjenta chorego na raka i zauważył, że to jest inny rodzaj nowotworu niż myślał. Natychmiast zmienił leki w wyniku czego terapia poskutkowała zmniejszeniem się guza. 40-letni mężczyzna po użyciu komercyjnego testu dowiedział się, że jest nosicielem allelu zwiększającego ryzyko raka prostaty. Natychmiast poprosił o badanie które wykazało wczesne stadia choroby. Dzięki podjętym staraniom mężczyzna został całkowicie wyleczony.

37 Medycyna genomowa 20?? Zsekwencjonowanie genomu Analiza i interpretacja diagnostyka prognostyka terapia

38 Ale... czy jesteśmy na to gotowi?

39

40 Czy grozi nam nawrót eugeniki?

41 Genomowy McCarthyzm

42 Hacker genomów

43 Czy upublicznił(a)byś swój genom na Internecie? rs

44

45 Popular * rs sprinters vs endurance athletes * rs and rs can raise the risk of Alzheimer's disease * rs6152 can prevent baldness * rs333 resistance to HIV * rs in a dopamine receptor may influence the sense of pleasure * rs determines red hair and sensitivity to anesthetics * rs triggers obesity and type-2 diabetes * rs prevents weight gain from high fat diets * rs green eye color and rs for blue eye color

46 Now this is not the end. It is not even begining of the end. But it is, perheps, the end of the begining.