Genetika a genomika

Genetika a zdravotní stav populace

Autor: doc. RNDr. Pavel Souček, CSc.

Vznik onemocnění velmi těsně souvisí s vlastnostmi organismu. I když existují onemocnění, která jsou považována za výhradně geneticky podmíněná, naprostá většina nemocí vzniká jako důsledek ovlivnění organismu prostředím, ve kterém existuje. Vznik nemoci pak závisí na dědičných vlastnostech organismu a charakteru expozice organismu škodlivému agens, např. cigaretovému kouři. Jinými slovy, podle současných představ, genetická výbava člověka do jisté míry určuje, jak bude na škodlivé agens reagovat a dojde-li ke vzniku nemoci. Současné možnosti molekulární biologie a epidemiologie umožňují vztahy mezi genetickou výbavou jedince a výskytem jednotlivých onemocnění studovat. Hlavním cílem studia je umožnit co nejširší využití genetických a genomických technologií v prediktivní a precisní medicíně (viz samostatný článek).

Konkrétně se této problematice věnuje Oddělení toxikogenomiky Centra toxikologie a zdravotní bezpečnosti, jehož pracovníci v řadě výzkumných projektů sledují interakce mezi faktory životního prostředí člověka a jeho genetickou výbavou. Jedním z cílů těchto studií je zjistit, pomocí analýz genomu a regulace genové exprese, které geny a jejich polymorfismy či mutace, případně ve spojení s expozicí potenciálně genotoxickým látkám, předurčují jedince ke vzniku poškození genetické informace a navozují tak podmínky pro rozvoj nádorových onemocnění. Rovněž jsou zde farmakogenomickými metodami (viz samostatný článek) sledovány vztahy mezi odpovědí na onkologickou léčbu a genetickou variabilitou pacientů se solidními nádory.

Prediktivní a precisní medicína

Současná medicína se většinou zabývá diagnózou a léčbou již rozvinutých onemocnění na základě symptomů, které jsou patrné obvykle na první pohled (bolesti, krvácení, apod.). Preventivní medicína, jako dynamicky se rozvíjející obor, staví na poznatcích genetiky a genomiky, avšak i na studiu dalších úrovní regulace genové exprese, např. transkriptomiky, epigenomiky, proteomiky a metabolomiky. Hlavním úkolem preventivní medicíny je předcházet nemocem. K tomu patří poznání patogenních mechanismů od molekulární po orgánovou úroveň. Některé zjištěné mechanismy a rizikové faktory je pak možné eliminovat nebo potlačit a snížit tak riziko vzniku onemocnění (primární prevence). Dále je možné identifikovat onemocnění před nástupem viditelných příznaků a předpovídat vývoj onemocnění u konkrétního jedince. Základní myšlenka vychází z předpokladu, že nástup onemocnění se projeví na molekulární úrovni dříve, než dojde ke klinicky měřitelným změnám v rámci celého orgánu či organismu. Takovéto molekulární faktory (biomarkery), pokud je bude možné spolehlivě detekovat, přispějí k včasné diagnóze i přesnějšímu stanovení prognózy onemocnění a větší šanci na jeho vyléčení (sekundární prevence). Dalším cílem oboru je předpovědět účinky dostupné léčby, resp. stanovit pro pacienta optimální způsob léčby, který maximalizuje léčebné a minimalizuje vedlejší účinky (terciární prevence a personalizace léčby). Nemocné buňky každého pacienta jsou z hlediska jeho genetické výbavy unikátní, a proto je třeba k jejich podrobné charakterizaci a využití informací k volbě léčby využít komplexního přístupu, který umožňuje právě genomika a další tzv. „omics“ technologie zmíněné výše. V současné době jsou rovněž často zmiňovány termíny precisní medicína a medicína založená na důkazu. Precisní medicína se zabývá právě výše zmíněnou personalizací diagnózy, prognózy a terapie syntézou jak klinických, tak molekulárních charakteristik nemocných buněk a orgánů. Medicína založená na důkazu je přístup, který vyžaduje, před využitím poznatků v klinické praxi, doložení vědecky validních informací o mechanismu účinku odhalených biomarkerů, léčiv, či navržených léčebných cílů.

Farmakogenomika a toxikogenomika

Farmakogenomika se zabývá studiem závislostí mezi léčebnou odpovědí pacienta na podaný lék a jeho genetickou informací. Kombinací přístupů farmakologie (nauka o účincích léčiv) a genomiky se vědci snaží nalézt maximálně účinné a přitom bezpečné dávkování léčivých přípravků, které bude doslova „ušité“ na míru genetickému profilu pacienta. Vážným problémem současného zdravotnictví je nadužívání léčiv, která jsou extrémně finančně náročná. Chybějící znalosti o vlivu individuální genetické výbavy na účinek a toxicitu léčiva jsou jedním z důvodů tohoto stavu. Na jedné straně jsou čistě na základě empirických zkušeností zbytečně předepisovány málo účinné nebo neúčinné léky a na straně druhé dochází k závažným nežádoucím účinkům, které mohou vést až k několikanásobně dražší hospitalizaci poškozeného pacienta. Již dnes je možné pomocí nejnovějších technologií, např. platformy DNA čipů nebo sekvenování nové generace volit typ a dávkování u některých skupin léků, např.: léčiva metabolizovaná cytochromy P450. Znalosti získané farmakogenomikou budou v budoucnu znamenat významný ekonomický přínos veřejnému zdravotnímu systému.

Toxikogenomika se zabývá studiem účinků chemických látek (především těch se známými nebo předpokládanými škodlivými účinky) v závislosti na genetické vnímavosti jedince. Tato vnímavost je do velké míry určena výskytem a funkcí polymorfismů v genech metabolismu a transportu cizorodých látek, opravy DNA, apoptosy a buněčného cyklu. Poznání těchto vztahů umožní prevenci výskytu profesionálních chorob a snížení civilizační zátěže eliminací rizikových faktorů nebo zapojením preventivních opatření (např.: zvýšený přísun antioxidantů u vnímavých jedinců).