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Die Veröffentlichung ist unter https://www.gov.uk/ Government/publications/genomics-beyond-health/genomics-beyond-health-full-report-accessible-webpage verfügbar.
DNA ist die Grundlage allen biologischen Lebens und wurde erstmals 1869 vom Schweizer Chemiker Friedrich Miescher entdeckt.Ein Jahrhundert schrittweiser Entdeckungen veranlasste James Watson, Francis Crick, Rosalind Franklin und Maurice Wilkins 1953 zur Entwicklung des heute berühmten „Doppelhelix“-Modells, das aus zwei ineinander verschlungenen Ketten besteht.Mit dem endgültigen Verständnis der Struktur der DNA dauerte es weitere 50 Jahre, bis das gesamte menschliche Genom im Jahr 2003 vom Human Genome Project sequenziert wurde.
Die Sequenzierung des menschlichen Genoms zur Jahrtausendwende ist ein Wendepunkt in unserem Verständnis der menschlichen Biologie.Endlich können wir den genetischen Bauplan der Natur lesen.
Seitdem haben sich die Technologien, mit denen wir das menschliche Genom lesen können, rasant weiterentwickelt.Die Sequenzierung des ersten Genoms dauerte 13 Jahre, was dazu führte, dass sich viele wissenschaftliche Studien nur auf bestimmte Teile der DNA konzentrierten.Das gesamte menschliche Genom kann nun an einem Tag sequenziert werden.Fortschritte in dieser Sequenzierungstechnologie haben zu großen Veränderungen in unserer Fähigkeit geführt, das menschliche Genom zu verstehen.Umfangreiche wissenschaftliche Forschung hat unser Verständnis der Beziehung zwischen bestimmten Teilen der DNA (Genen) und einigen unserer Merkmale und Merkmale verbessert.Der Einfluss von Genen auf verschiedene Merkmale ist jedoch ein sehr komplexes Rätsel: Jeder von uns verfügt über etwa 20.000 Gene, die in komplexen Netzwerken operieren und unsere Merkmale beeinflussen.
Bisher lag der Fokus der Forschung auf Gesundheit und Krankheit, und wir haben teilweise erhebliche Fortschritte erzielt.Hier wird die Genomik zu einem grundlegenden Instrument für unser Verständnis von Gesundheit und Krankheitsverlauf.Dank seiner weltweit führenden Genomik-Infrastruktur steht das Vereinigte Königreich im Hinblick auf Genomdaten und -forschung an der Spitze der Welt.
Dies wurde während der gesamten COVID-Pandemie deutlich, wobei Großbritannien bei der Genomsequenzierung des SARS-CoV-2-Virus führend war.Die Genomik ist auf dem besten Weg, die zentrale Säule des zukünftigen britischen Gesundheitssystems zu werden.Es soll zunehmend zur Früherkennung von Krankheiten und zur Diagnose seltener genetischer Erkrankungen beitragen und dazu beitragen, die Gesundheitsversorgung besser auf die Menschen abzustimmen.
Wissenschaftler verstehen besser, wie unsere DNA mit einer Vielzahl von Merkmalen in anderen Bereichen als der Gesundheit verknüpft ist, beispielsweise in der Beschäftigung, im Sport und in der Bildung.Diese Forschung hat sich die für die Gesundheitsforschung entwickelte genomische Infrastruktur zunutze gemacht und unser Verständnis davon verändert, wie ein breites Spektrum menschlicher Merkmale gebildet und entwickelt wird.Während unser genomisches Wissen über ungesunde Merkmale zunimmt, bleibt es weit hinter gesunden Merkmalen zurück.
Die Chancen und Herausforderungen, die wir in der Gesundheitsgenomik sehen, wie etwa die Notwendigkeit einer genetischen Beratung oder wenn Tests genügend Informationen liefern, um ihren Einsatz zu rechtfertigen, öffnen ein Fenster in die potenzielle Zukunft der Nicht-Gesundheitsgenomik.
Neben der zunehmenden Nutzung genomischen Wissens im Gesundheitssektor werden immer mehr Menschen durch private Unternehmen, die Dienstleistungen direkt an den Verbraucher anbieten, auf das genomische Wissen aufmerksam.Gegen eine Gebühr bieten diese Unternehmen Menschen die Möglichkeit, ihre Abstammung zu studieren und genomische Informationen über eine Reihe von Merkmalen zu erhalten.
Wachsende Erkenntnisse aus der internationalen Forschung haben die erfolgreiche Entwicklung neuer Technologien ermöglicht und die Genauigkeit, mit der wir menschliche Eigenschaften anhand der DNA vorhersagen können, nimmt zu.Unverständlich ist es mittlerweile technisch möglich, bestimmte Gene zu bearbeiten.
Während die Genomik das Potenzial hat, viele Aspekte der Gesellschaft zu verändern, kann ihr Einsatz mit ethischen, Daten- und Sicherheitsrisiken verbunden sein.Auf nationaler und internationaler Ebene wird der Einsatz der Genomik durch eine Reihe freiwilliger Richtlinien und allgemeinere Regeln geregelt, die sich nicht speziell auf die Genomik beziehen, wie beispielsweise das Allgemeine Datenschutzgesetz.Da die Macht der Genomik zunimmt und ihre Nutzung zunimmt, stehen Regierungen zunehmend vor der Entscheidung, ob dieser Ansatz die Genomik weiterhin sicher in die Gesellschaft integrieren wird.Um die vielfältigen Stärken des Vereinigten Königreichs in den Bereichen Infrastruktur und Genomforschung zu nutzen, sind koordinierte Anstrengungen von Regierung und Industrie erforderlich.
Wenn Sie feststellen könnten, ob Ihr Kind im Sport oder in der Schule hervorragende Leistungen erbringen könnte, würden Sie das tun?
Dies sind nur einige der Fragen, mit denen wir in naher Zukunft wahrscheinlich konfrontiert werden, da uns die Genomwissenschaft immer mehr Informationen über das menschliche Genom und die Rolle liefert, die es bei der Beeinflussung unserer Merkmale und Verhaltensweisen spielt.
Informationen über das menschliche Genom – seine einzigartige Desoxyribonukleinsäure (DNA)-Sequenz – werden bereits verwendet, um einige medizinische Diagnosen zu stellen und die Behandlung zu personalisieren.Aber wir beginnen auch zu verstehen, wie das Genom die Eigenschaften und Verhaltensweisen von Menschen über die Gesundheit hinaus beeinflusst.
Es gibt bereits Hinweise darauf, dass das Genom nichtgesundheitsbezogene Merkmale wie Risikobereitschaft, Substanzbildung und -konsum beeinflusst.Je mehr wir darüber erfahren, wie Gene Merkmale beeinflussen, desto besser können wir anhand der Genomsequenz vorhersagen, wie wahrscheinlich und in welchem Ausmaß jemand diese Merkmale entwickeln wird.
Dies wirft mehrere wichtige Fragen auf.Wie werden diese Informationen verwendet?Was bedeutet das für unsere Gesellschaft?Wie müssen möglicherweise Richtlinien in verschiedenen Sektoren angepasst werden?Brauchen wir mehr Regulierung?Wie werden wir die aufgeworfenen ethischen Fragen angehen und die Risiken von Diskriminierung und potenziellen Bedrohungen der Privatsphäre angehen?
Während einige der potenziellen Anwendungen der Genomik kurz- oder sogar mittelfristig möglicherweise nicht realisiert werden, werden heute neue Wege zur Nutzung genomischer Informationen erforscht.Dies bedeutet, dass es jetzt an der Zeit ist, den zukünftigen Einsatz der Genomik vorherzusagen.Wir müssen auch die möglichen Konsequenzen berücksichtigen, wenn Genomdienstleistungen der Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden, bevor die Wissenschaft wirklich bereit ist.Dies wird es uns ermöglichen, die Chancen und Risiken, die diese neuen Anwendungen der Genomik mit sich bringen können, richtig abzuwägen und zu bestimmen, was wir als Reaktion darauf tun können.
Dieser Bericht führt Laien in die Genomik ein, untersucht, wie sich die Wissenschaft entwickelt hat, und versucht, ihre Auswirkungen auf verschiedene Bereiche zu berücksichtigen.Der Bericht untersucht, was jetzt und in Zukunft passieren könnte, und untersucht, wo die Macht der Genomik möglicherweise überschätzt wird.
Genomik ist nicht nur eine Frage der Gesundheitspolitik.Dies könnte sich auf ein breites Spektrum politischer Bereiche auswirken, von Bildung und Strafjustiz bis hin zu Beschäftigung und Versicherungen.Dieser Bericht konzentriert sich auf die nicht gesundheitsbezogene menschliche Genomik.Er erforscht auch die Nutzung des Genoms in der Landwirtschaft, Ökologie und synthetischen Biologie, um die Breite seiner potenziellen Nutzung in anderen Bereichen zu verstehen.
Das meiste, was wir über die menschliche Genomik wissen, stammt jedoch aus der Forschung, die ihre Rolle bei Gesundheit und Krankheit untersucht.Gesundheit ist auch ein Ort, an dem viele potenzielle Anwendungen entwickelt werden.Hier beginnen wir und die Kapitel 2 und 3 stellen die Wissenschaft und Entwicklung der Genomik vor.Dies liefert den Kontext für den Bereich der Genomik und stellt das technische Wissen bereit, das erforderlich ist, um zu verstehen, wie sich die Genomik auf nicht gesundheitsbezogene Bereiche auswirkt.Leser ohne technische Vorkenntnisse können diese Einführung getrost zu den Kapiteln 4, 5 und 6 überspringen, in denen der Hauptinhalt dieses Berichts vorgestellt wird.
Der Mensch ist seit langem von unserer Genetik und der Rolle, die sie bei unserer Entstehung spielt, fasziniert.Wir wollen verstehen, wie genetische Faktoren unsere körperlichen Eigenschaften, unsere Gesundheit, unsere Persönlichkeit, unsere Eigenschaften und Fähigkeiten beeinflussen und wie sie mit Umwelteinflüssen interagieren.
4 Milliarden Pfund, 13 Jahre Kosten und Zeit für die Entwicklung der ersten menschlichen Genomsequenz (inflationsbereinigte Kosten).
Genomik ist die Untersuchung der Genome von Organismen – ihrer vollständigen DNA-Sequenzen – und der Art und Weise, wie alle unsere Gene in unseren biologischen Systemen zusammenarbeiten.Im 20. Jahrhundert beschränkte sich die Erforschung von Genomen im Allgemeinen auf die Beobachtung von Zwillingen, um die Rolle von Vererbung und Umwelt bei körperlichen und Verhaltensmerkmalen (oder „Natur und Erziehung“) zu untersuchen.Die Mitte der 2000er Jahre war jedoch geprägt von der ersten Veröffentlichung des menschlichen Genoms und der Entwicklung schnellerer und kostengünstigerer Genomtechnologien.
Mit diesen Methoden können Forscher endlich den genetischen Code direkt und zu wesentlich geringeren Kosten und Zeitaufwand untersuchen.Die Sequenzierung des gesamten menschlichen Genoms, die früher Jahre dauerte und Milliarden von Pfund kostete, dauert heute weniger als einen Tag und kostet etwa 800 Pfund [Fußnote 1].Forscher können nun die Genome von Hunderten von Menschen analysieren oder sich mit Biobanken verbinden, die Informationen über die Genome von Tausenden von Menschen enthalten.Infolgedessen werden große Mengen genomischer Daten für die Verwendung in der Forschung gesammelt.
Bisher wurde die Genomik hauptsächlich im Gesundheitswesen und in der medizinischen Forschung eingesetzt.Zum Beispiel die Identifizierung des Vorhandenseins fehlerhafter genetischer Varianten, wie etwa der BRCA1-Variante, die mit Brustkrebs assoziiert ist.Dies ermöglicht möglicherweise eine frühere präventive Behandlung, die ohne Kenntnis des Genoms nicht möglich wäre.Da sich jedoch unser Verständnis der Genomik verbessert hat, wird immer deutlicher, dass der Einfluss des Genoms weit über Gesundheit und Krankheit hinausgeht.
In den letzten 20 Jahren hat die Suche nach dem Verständnis unserer genetischen Struktur erhebliche Fortschritte gemacht.Wir fangen an, die Struktur und Funktion des Genoms zu verstehen, aber es gibt noch viel zu lernen.
Wir wissen seit den 1950er Jahren, dass unsere DNA-Sequenz der Code ist, der die Anweisungen dafür enthält, wie unsere Zellen Proteine herstellen.Jedes Gen entspricht einem separaten Protein, das die Merkmale eines Organismus bestimmt (z. B. Augenfarbe oder Blütengröße).DNA kann Merkmale durch verschiedene Mechanismen beeinflussen: Ein einzelnes Gen kann ein Merkmal bestimmen (z. B. die Blutgruppe ABO), mehrere Gene können synergistisch wirken (z. B. Hautwachstum und Pigmentierung) oder einige Gene können sich überlappen und so den Einfluss verschiedener Gene maskieren Gene.Gene.andere Gene (wie Haarausfall und Haarfarbe).
Die meisten Merkmale werden durch die gemeinsame Wirkung vieler (vielleicht Tausender) verschiedener DNA-Segmente beeinflusst.Aber Mutationen in unserer DNA verursachen Veränderungen in Proteinen, die zu veränderten Merkmalen führen können.Es ist der Haupttreiber der biologischen Variabilität, Diversität und Krankheit.Mutationen können einem Individuum einen Vor- oder Nachteil verschaffen, neutrale Veränderungen sein oder überhaupt keine Wirkung haben.Sie können in Familien weitergegeben werden oder durch die Empfängnis entstehen.Wenn sie jedoch im Erwachsenenalter auftreten, begrenzt dies normalerweise ihre Exposition gegenüber einzelnen Personen und nicht gegenüber ihren Nachkommen.
Variationen in Merkmalen können auch durch epigenetische Mechanismen beeinflusst werden.Sie können steuern, ob Gene ein- oder ausgeschaltet sind.Im Gegensatz zu genetischen Mutationen sind sie reversibel und teilweise umweltabhängig.Das bedeutet, dass es beim Verständnis der Ursache eines Merkmals nicht nur darum geht, herauszufinden, welche genetische Sequenz jedes Merkmal beeinflusst.Es ist notwendig, die Genetik in einem breiteren Kontext zu betrachten, um Netzwerke und Interaktionen im gesamten Genom sowie die Rolle der Umwelt zu verstehen.
Mithilfe der Genomtechnologie kann die genetische Sequenz eines Individuums bestimmt werden.Diese Methoden sind mittlerweile in vielen Studien weit verbreitet und werden zunehmend von kommerziellen Unternehmen für Gesundheits- oder Abstammungsanalysen angeboten.Die Methoden, mit denen Unternehmen oder Forscher die genetische Sequenz einer Person bestimmen, variieren, aber bis vor kurzem wurde am häufigsten eine Technik namens DNA-Microarraying verwendet.Microarrays messen Teile des menschlichen Genoms, anstatt die gesamte Sequenz abzulesen.In der Vergangenheit waren Mikrochips einfacher, schneller und kostengünstiger als andere Methoden, ihre Verwendung weist jedoch einige Einschränkungen auf.
Sobald die Daten gesammelt sind, können sie mithilfe genomweiter Assoziationsstudien (oder GWAS) in großem Maßstab untersucht werden.Diese Studien suchen nach genetischen Varianten, die mit bestimmten Merkmalen verbunden sind.Allerdings haben selbst die größten Studien bisher nur einen Bruchteil der genetischen Auswirkungen aufgedeckt, die vielen Merkmalen zugrunde liegen, verglichen mit dem, was wir von Zwillingsstudien erwarten würden.Gelingt es nicht, alle relevanten genetischen Marker für ein Merkmal zu identifizieren, wird es als Problem der „fehlenden Erblichkeit“ bezeichnet.[Fußnote 2]
Die Fähigkeit von GWAS, verwandte genetische Varianten zu identifizieren, verbessert sich jedoch mit zunehmender Datenmenge, sodass das Problem der mangelnden Erblichkeit möglicherweise gelöst wird, wenn mehr Genomdaten gesammelt werden.
Da die Kosten weiter sinken und sich die Technologie weiter verbessert, verwenden außerdem immer mehr Forscher anstelle von Microarrays eine Technik namens Gesamtgenomsequenzierung.Dadurch wird direkt die gesamte Genomsequenz und nicht nur Teilsequenzen gelesen.Durch die Sequenzierung können viele der mit Microarrays verbundenen Einschränkungen überwunden werden, was zu umfangreicheren und aussagekräftigeren Daten führt.Diese Daten tragen auch dazu bei, das Problem der Nichterblichkeit zu verringern, was bedeutet, dass wir beginnen, mehr darüber zu erfahren, welche Gene zusammenarbeiten, um Merkmale zu beeinflussen.
Ebenso wird die umfangreiche Sammlung ganzer Genomsequenzen, die derzeit für Zwecke der öffentlichen Gesundheit geplant ist, umfangreichere und zuverlässigere Datensätze für die Forschung liefern.Dies kommt denjenigen zugute, die gesunde und ungesunde Eigenschaften untersuchen.
Wenn wir mehr darüber erfahren, wie Gene Merkmale beeinflussen, können wir besser vorhersagen, wie verschiedene Gene für ein bestimmtes Merkmal zusammenarbeiten könnten.Dies geschieht durch die Kombination mutmaßlicher Effekte mehrerer Gene zu einem einzigen Maß für die genetische Verantwortung, dem so genannten polygenen Score.Polygene Scores sind tendenziell genauere Prädiktoren für die Wahrscheinlichkeit einer Person, ein Merkmal zu entwickeln, als einzelne genetische Marker.
Polygene Scores erfreuen sich derzeit zunehmender Beliebtheit in der Gesundheitsforschung mit dem Ziel, sie eines Tages als Leitfaden für klinische Interventionen auf individueller Ebene einzusetzen.Polygen-Scores werden jedoch durch GWAS begrenzt, sodass viele ihre Zielmerkmale noch nicht sehr genau vorhergesagt haben und polygene Scores für Wachstum nur eine Vorhersagegenauigkeit von 25 % erreichen.[Fußnote 3] Dies bedeutet, dass sie bei einigen Anzeichen möglicherweise nicht so genau sind wie andere Diagnosemethoden wie Blutuntersuchungen oder MRT.Mit der Verbesserung der Genomdaten dürfte sich jedoch auch die Genauigkeit der Polygenitätsschätzungen verbessern.Polygene Scores könnten in Zukunft früher als herkömmliche Diagnoseinstrumente Informationen über das klinische Risiko liefern und auf die gleiche Weise zur Vorhersage nichtgesundheitlicher Merkmale verwendet werden.
Aber wie jeder Ansatz hat auch dieser seine Grenzen.Die größte Einschränkung von GWAS ist die Vielfalt der verwendeten Daten, die nicht die Vielfalt der Bevölkerung als Ganzes widerspiegelt.Studien haben gezeigt, dass bis zu 83 % der GWAS in Kohorten ausschließlich europäischer Herkunft durchgeführt werden.[Fußnote 4] Dies ist eindeutig problematisch, da es bedeutet, dass GWAS nur für bestimmte Bevölkerungsgruppen relevant sein kann.Daher kann die Entwicklung und Verwendung von Vorhersagetests, die auf Ergebnissen der GWAS-Bevölkerungsverzerrung basieren, zu einer Diskriminierung von Personen außerhalb der GWAS-Bevölkerung führen.
Für nicht gesundheitsrelevante Merkmale sind Vorhersagen auf der Grundlage polygener Scores derzeit weniger aussagekräftig als verfügbare nicht-genomische Informationen.Beispielsweise sind polygene Scores zur Vorhersage des Bildungsniveaus (einer der aussagekräftigsten verfügbaren polygenen Scores) weniger aussagekräftig als einfache Messungen der elterlichen Bildung.[Fußnote 5] Die Vorhersagekraft polygener Scores wird zwangsläufig zunehmen, wenn der Umfang und die Vielfalt der Studien sowie der Studien, die auf Daten zur Sequenzierung des gesamten Genoms basieren, zunehmen.
Die Genomforschung konzentriert sich auf die Genomik von Gesundheit und Krankheit und hilft dabei, Teile des Genoms zu identifizieren, die das Krankheitsrisiko beeinflussen.Was wir über die Rolle der Genomik wissen, hängt von der Krankheit ab.Bei einigen Einzelgenkrankheiten, wie etwa der Huntington-Krankheit, können wir die Wahrscheinlichkeit, dass eine Person an der Krankheit erkrankt, anhand ihrer Genomdaten genau vorhersagen.Bei Krankheiten, die durch viele Gene in Kombination mit Umwelteinflüssen verursacht werden, wie beispielsweise koronare Herzkrankheit, war die Genauigkeit genomischer Vorhersagen viel geringer.Je komplexer eine Krankheit oder ein Merkmal ist, desto schwieriger ist es oft, sie genau zu verstehen und vorherzusagen.Allerdings verbessert sich die Vorhersagegenauigkeit, je größer und vielfältiger die untersuchten Kohorten werden.
Das Vereinigte Königreich steht an der Spitze der Gesundheitsgenomikforschung.Wir haben eine riesige Infrastruktur für Genomtechnologie, Forschungsdatenbanken und Rechenleistung entwickelt.Das Vereinigte Königreich hat einen großen Beitrag zum globalen Genomwissen geleistet, insbesondere während der COVID-19-Pandemie, als wir bei der Genomsequenzierung des SARS-CoV-2-Virus und neuer Varianten eine Vorreiterrolle spielten.
Genome UK ist die ehrgeizige Strategie Großbritanniens für die genomische Gesundheit. Der NHS integriert die Genomsequenzierung in die routinemäßige klinische Versorgung zur Diagnose seltener Krankheiten, Krebs oder Infektionskrankheiten.[Fußnote 6]
Dies wird auch zu einem deutlichen Anstieg der Zahl der für die Forschung verfügbaren menschlichen Genome führen.Dies soll eine breitere Forschung ermöglichen und neue Möglichkeiten für die Anwendung der Genomik eröffnen.Als globaler Marktführer in der Entwicklung genomischer Daten und Infrastruktur hat das Vereinigte Königreich das Potenzial, weltweit führend in der Ethik und Regulierung der Genomwissenschaft zu werden.
Direct Consumption (DTC)-Gentestkits werden ohne Beteiligung von Gesundheitsdienstleistern direkt an Verbraucher verkauft.Speichelabstriche werden zur Analyse verschickt und ermöglichen Verbrauchern innerhalb weniger Wochen eine personalisierte Gesundheits- oder Herkunftsanalyse.Dieser Markt wächst schnell, und Dutzende Millionen Verbraucher auf der ganzen Welt reichen DNA-Proben zur kommerziellen Sequenzierung ein, um Einblicke in ihre Gesundheit, Abstammung und genetische Veranlagung für Merkmale zu erhalten.
Die Genauigkeit einiger genombasierter Analysen, die Direktdienste für den Verbraucher bereitstellen, kann sehr gering sein.Durch den Datenaustausch, die Identifizierung von Angehörigen und mögliche Lücken in den Cybersicherheitsprotokollen können sich Tests auch auf die Privatsphäre auswirken.Kunden verstehen diese Probleme möglicherweise nicht vollständig, wenn sie sich an ein DTC-Prüfunternehmen wenden.
Genomische Tests von DTCs auf nichtmedizinische Merkmale sind ebenfalls weitgehend unreguliert.Sie gehen über die Gesetzgebung zu medizinischen Genomtests hinaus und stützen sich stattdessen auf die freiwillige Selbstkontrolle der Testanbieter.Viele dieser Unternehmen haben ihren Sitz auch außerhalb des Vereinigten Königreichs und sind im Vereinigten Königreich nicht reguliert.
DNA-Sequenzen haben in der Forensik eine einzigartige Fähigkeit, unbekannte Personen zu identifizieren.Grundlegende DNA-Analysen sind seit der Erfindung des DNA-Fingerabdrucks im Jahr 1984 weit verbreitet und die britische National DNA Database (NDNAD) enthält 5,7 Millionen Personenprofile und 631.000 Tatortaufzeichnungen.[Fußnote 8]
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 14. Februar 2023