Inside Genomics Pioneer Craig Venters seneste produktion

Hos Human Longevity Inc. (HLI) i La Jolla, Californien, arbejder mere end to dusin maskiner døgnet rundt og sekventerer et menneskeligt genom hvert 15. minut til en pris på under $2.000 pr. genom. Hele operationen passer komfortabelt ind i tre rum. Tilbage i 2000, da dets grundlægger, J. Craig Venter, første gang sekventerede et menneskeligt genom (hans eget), kostede det 100 millioner dollars og tog en bygningsstørrelse, 50 millioner dollars computer ni måneder at færdiggøre.

Venters mål er at sekventere mindst en million genomer, noget der ser ud til at tage den største del af et årti, og bruge de data, der genereres fra dem – sammen med information om nogle af DNA-donorernes helbredshistorier og resultaterne af anden medicinsk tests - for at finde bedre måder at behandle og forebygge en række lidelser, der er almindelige blandt aldrende mennesker, fra kræft til hjertesygdomme.

Venter, 69, har rejst 300 millioner dollars fra investorer, som omfatter GE Ventures, biotekselskabet Celgene og Illumina, som leverer sekventeringsmaskinerne. Og HLI har partnerskaber med den britiske medicinalgigant AstraZeneca og det South San Francisco-baserede Roche-datterselskab Genentech, som begge bidrager med patientprøver til sekventering.

Illustration af Rebecca Clarke

Siddende bag sit skrivebord på sit kontor to etager over sekventeringslaboratoriet, hans røde puddel Darwin sover stille ved sine fødder, har Venter trukket billeder op på sin computer, der viser, hvordan HLI-forskere i et tidligt eksperiment var i stand til at sekventere 1.000 menneskers genomer og derefter rekonstruere deres ansigter udelukkende på basis af de genetiske data. Vi kan forudsige dit ansigt, din højde, dit body mass index, din øjenfarve, din hårfarve og tekstur, siger han og undrer sig over, hvor tæt et af de rekonstruerede ansigter matcher billedet af den faktiske undersøgelsesdeltager.

Men Venter siger, at evnen til at lave ansigter ud af genomer kun antyder genetikkens fulde kraft. Uanset om det er formen af ​​dit ansigt, eller en [syg] aorta eller en forsnævring af din rygmarv, vil vi gerne måle det, så vi kan være i stand til at forudsige disse tilstande i fremtiden ud fra den genetiske kode, siger han.

Forståelsen af ​​genomik er stadig i sin vorden, hvilket begrænser evnen til at trække faste forbindelser mellem gener og sygdomme. Selv gener, der har været velkarakteriseret, fører ikke altid forskere til medicinske gennembrud. For eksempel opdagede Venter, at han har en gunstig variant i et gen kaldet CETP (cholesteryl ester transfer protein), som tidligere havde været forbundet med naturligt sunde kolesterolniveauer og i forlængelse heraf en lavere risiko for hjerteanfald og slagtilfælde. I begyndelsen af ​​2000'erne forsøgte flere medicinalfirmaer at udvikle lægemidler til at sænke det dårlige kolesterolniveau ved at målrette mod en skadelig variant af genet, der fører til høje niveauer af usundt kolesterol. De fejlede alle sammen.

Det, der beviser, er, at simple sammenhænge ikke altid fungerer. Hele feltet lærer, der er kompleksitet med det her, siger han.

300 millioner dollars

Venturekapital investeret i Venteru2019s Human Longevity Inc.

Venter omfavner kompleksiteten og hævder, at kombination af genomisk information med andre sundhedsdata vil låse op for disse links. Under aftalen med AstraZeneca vil lægemiddelfirmaet dele 500.000 anonyme DNA-prøver fra patienter i sine kliniske forsøg med HLI, som vil sekventere og analysere patienternes DNA. Teknologien giver os mulighed for at læse hvert enkelt bogstav i genomet, men evnen til at opdage sekvensforskelle mellem hundredtusindvis af patienter vil have en enorm indflydelse på forståelsen af ​​både sygdom og lægemiddelrespons, siger Ruth March, der leder medicinalfirmaets initiativ om personaliseret. medicin og biomarkører. HLI har teknologien til at spotte mønstre i data og bygge videre på dem i stedet for blot at se på tilfældige gener.

For at forstå den sundhedsmæssige betydning af hvert af de omkring 20.000 gener i det menneskelige genom, er videnskabsmænd nødt til at sammenligne de genetiske data med andre oplysninger om de samme mennesker: data, der afslører, hvordan deres gener påvirkes af miljøfaktorer og adfærd, optegnelser, der viser, hvordan de har reageret på lægemidler, MR-billeder og andre resultater fra medicinske tests med mere. Kun ved at opdage mønstre blandt disse datapunkter, mener Venter, vil HLI få indsigt, som læger kan bruge til at praktisere præcisionsmedicin, skræddersy behandlingsvalg til den nøjagtige genetiske sammensætning af hver patient.

At korrelere petabytes af genetiske data med specifikke sundhedstilstande og derefter scanne efter mønstre blandt de millioner individer, hvis genomer HLI indsamler, er en enorm computerudfordring. Så Venter hyrede Franz Och, Googles tidligere maskinoversættelseschef, som er bedst kendt for at lede udviklingen af ​​Google Translate, software, der oversætter enhver hjemmeside i verden til engelsk så hurtigt som enhver flersproget person kan.

Udfordringen, siger Och, er at korrelere sundhedstilstande til de 6,4 milliarder bogstaver, der udgør den genetiske kode. Den kode kan opfattes som ét sprog, MR-billeder som et andet sprog og så videre.

For eksempel hos mennesker med Alzheimers krymper hippocampus ofte år, før de udvikler symptomer. Brug af maskinlæring til at sammenligne fulde genomer med hjernebilleder kan afsløre genetiske variationer, der er relateret til Alzheimers risiko. Det kan så give mål for nye lægemidler eller enheder til tidlig detektion. Eller, siger Och, det kunne afsløre, hvorfor nogle mennesker med visse kendte genetiske risikofaktorer ikke bliver syge. Der kan være andre genetiske ændringer, der er beskyttende, siger han.

Uanset om det er formen på dit ansigt ... eller en indsnævring af din rygmarv, vil vi gerne måle det, så vi kan forudsige disse tilstande.

Et af HLIs store mål er at lave kræftvacciner, der er skræddersyet til patienternes genetiske sammensætning og deres særlige kræftform. Ideen ville være at behandle patienter først, sekventere deres tumorer såvel som hele deres genomer og derefter give dem en vaccine, der ville forhindre deres sygdom i at komme tilbage, siger Ken Bloom, præsident for HLI og leder af dets onkologiske initiativ. Det ville prime immunsystemet og forberede det til endnu et angreb fra kræften, så det vil ikke gentage sig, forklarer Bloom.

Venter forestiller sig en dag, hvor vi alle vil være i stand til at få vores genom sekventeret og brugt til at forbedre vores sundhedspleje. Han lancerede en prototype af den model i oktober 2015, kaldet Health Nucleus. Patienter tilbringer en dag i virksomhedens La Jolla-hovedkvarter, hvor de får sekventeret deres genom og gennemgår medicinske tests. Health Nucleus-kunder, som betaler $25.000 for tjenesten, starter deres dag i en privat suite, pyntet med læderstole, diskuterer deres familiehistorie med en personalelæge i 90 minutter og får taget blodprøver. Derefter bliver de sat igennem et batteri af højteknologiske billeddiagnostiske tests, som normalt ikke ordineres til raske mennesker, såsom MR-scanninger af hele kroppen og 4-D ekkokardiografi, som tager tidsstemplede billeder, der afspejler hjertets fulde form over tid. De går hjem med et apparat på størrelse med plaster på brystet, der måler deres hjerterytme i to uger. Alle kunder får adgang til en mobilapp, hvor de kan klikke på en 3-D-avatar af sig selv for at lære, hvilke af deres gener, der korrelerer med potentielle helbredstilstande, der kan påvirke deres hjerte, hjerne og andre vitale organer. Omkring 220 patienter har indtil videre tilmeldt sig.

Den tilgang har bragt et væld af etiske og samfundsmæssige dilemmaer op, siger Arthur Caplan, professor i bioetik ved New York Universitys Langone Medical Center, som har kendt Venter i mange år og engang arbejdet som rådgiver på et af hans forehavender. Hvem skal betale for al denne test og personlig medicin? Er det overhovedet pengene værd? Caplan påpeger, at enhver, der ønsker genomsekventering i dag, skal betale ud af lommen, fordi forsikringsselskaber sjældent refunderer patienter for genetisk testning eller rådgivning. Så indtil videre er der i det mindste en økonomisk ulighed i adgangen til disse meget skræddersyede sundhedsregimer. Det er kun de rige, der lige nu kan betale for genomsekventering, siger Caplan.

Det kan være rigtigt for nu, men Venter har hyret aktuarer til at hjælpe med at bevise økonomien i HLIs personlige tilgang i håb om at få forsikringsselskaber med ombord. Selvom det koster 25.000 dollars pr. patient, siger han, slår det at bruge hundredtusindvis af dollars på kemoterapi og andre behandlinger, der i sidste ende ikke vil redde liv. Så $25.000 mod hundredtusindvis af dollars, 40 år tilbage at leve mod to år tilbage at leve, siger han. Hvor mange af disse tilfælde skal du sige, at det er mere økonomisk at forebygge sygdom i stedet for blot at behandle den?

skjule