211service.com
Inside Genomics-pionjären Craig Venters senaste produktion
På Human Longevity Inc. (HLI) i La Jolla, Kalifornien, arbetar mer än två dussin maskiner dygnet runt och sekvenserar ett mänskligt genom var 15:e minut till en kostnad av under 2 000 USD per genom. Hela verksamheten ryms bekvämt i tre rum. Tillbaka år 2000, när dess grundare, J. Craig Venter, först sekvenserade ett mänskligt genom (sitt eget), kostade det 100 miljoner dollar och tog en byggnadsstorlek, 50 miljoner dollar dator nio månader att färdigställa.
Venters mål är att sekvensera minst en miljon genom, något som sannolikt kommer att ta större delen av ett decennium, och använda data som genereras från dem – tillsammans med information om några av DNA-donatorernas hälsohistoria och resultaten av annan medicinsk tester – för att hitta bättre sätt att behandla och förebygga en rad sjukdomar som är vanliga bland åldrande människor, från cancer till hjärtsjukdomar.
Venter, 69, har samlat in 300 miljoner dollar från investerare som inkluderar GE Ventures, bioteknikföretaget Celgene och Illumina, som levererar sekvenseringsmaskinerna. Och HLI har partnerskap med den brittiska läkemedelsjätten AstraZeneca och det South San Francisco-baserade Roche-dotterbolaget Genentech, som båda bidrar med patientprover för sekvensering.
Illustration av Rebecca Clarke
Sittande bakom sitt skrivbord på sitt kontor två våningar ovanför sekvenslabbet, hans röda pudel Darwin sover tyst vid sina fötter, har Venter dragit upp bilder på sin dator som visar hur HLI-forskare i ett tidigt experiment kunde sekvensera 1 000 människors genom och sedan rekonstruera deras ansikten enbart på basis av genetiska data. Vi kan förutsäga ditt ansikte, din längd, ditt kroppsmassaindex, din ögonfärg, din hårfärg och struktur, säger han och förundras över hur nära ett av de rekonstruerade ansiktena matchar fotot av den faktiska studiedeltagaren.
Men Venter säger att förmågan att göra ansikten av genom bara antyder genetikens fulla kraft. Oavsett om det är formen på ditt ansikte, eller en [sjuk] aorta, eller en förträngning av din ryggmärg, vill vi mäta det så att vi kan förutsäga dessa tillstånd i framtiden från den genetiska koden, säger han.
Förståelsen av genomik är fortfarande i sin linda, vilket begränsar förmågan att dra fasta kopplingar mellan gener och sjukdomar. Även gener som har karakteriserats väl leder inte alltid forskare till medicinska genombrott. Till exempel upptäckte Venter att han har en gynnsam variant i en gen som kallas CETP (kolesterylesteröverföringsprotein) som tidigare hade associerats med naturligt hälsosamma kolesterolnivåer och, i förlängningen, en lägre risk för hjärtinfarkt och stroke. I början av 2000-talet försökte flera läkemedelsföretag utveckla läkemedel för att sänka nivåerna av det onda kolesterolet genom att rikta in sig på en skadlig variant av genen som leder till höga nivåer av ohälsosamt kolesterol. De misslyckades alla.
Vad som bevisar är att enkla korrelationer inte alltid fungerar. Hela fältet lär sig det finns komplexitet med det här, säger han.
300 miljoner dollar
Riskkapital investerat i Venteru2019s Human Longevity Inc.
Venter omfamnar komplexiteten och hävdar att kombination av genomisk information med andra hälsodata kommer att låsa upp dessa länkar. Enligt överenskommelsen med AstraZeneca kommer läkemedelsföretaget att dela 500 000 anonyma DNA-prover från patienter i sina kliniska prövningar med HLI, som kommer att sekvensera och analysera patienternas DNA. Tekniken gör att vi kan läsa varje bokstav i arvsmassan, men förmågan att upptäcka sekvensskillnader mellan hundratusentals patienter kommer att göra en enorm inverkan på förståelsen av både sjukdom och läkemedelssvar, säger Ruth March, som leder läkemedelsföretagets initiativ om personlig medicin och biomarkörer. HLI har teknologin för att upptäcka mönster i data och bygga vidare på dem, snarare än att bara titta på slumpmässiga gener.
För att förstå hälsobetydelsen av var och en av de cirka 20 000 generna i det mänskliga genomet måste forskare jämföra genetiska data med annan information om samma personer: data som avslöjar hur deras gener påverkas av miljöfaktorer och beteende, register som visar hur de har svarat på droger, MR-bilder och andra resultat från medicinska tester med mera. Endast genom att upptäcka mönster bland dessa datapunkter, tror Venter, kommer HLI att få insikter som läkare kan använda för att utöva precisionsmedicin, skräddarsy behandlingsval till den exakta genetiska sammansättningen av varje patient.
Att korrelera petabyte av genetisk data med specifika hälsotillstånd och sedan skanna efter mönster bland de miljoner individer vars genom HLI samlar in är en enorm datorutmaning. Så Venter anställde Franz Och, Googles tidigare chef för maskinöversättning, som är mest känd för att ha lett utvecklingen av Google Translate, programvara som översätter alla webbplatser i världen till engelska så snabbt som alla flerspråkiga personer kan.
Utmaningen, säger Och, är att koppla hälsotillstånd till de 6,4 miljarder bokstäver som utgör den genetiska koden. Den koden kan ses som ett språk, MR-bilder som ett annat språk och så vidare.
Till exempel, hos personer med Alzheimers, krymper hippocampus ofta år innan de utvecklar symtom. Att använda maskininlärning för att jämföra hela genom med hjärnbilder kan avslöja genetiska variationer som är relaterade till Alzheimers risk. Det kan då ge mål för nya läkemedel eller utrustning för tidig upptäckt. Eller, säger Och, det kan avslöja varför vissa människor med vissa kända genetiska riskfaktorer inte blir sjuka. Det kan finnas andra genetiska förändringar som är skyddande, säger han.
Oavsett om det är formen på ditt ansikte ... eller en förträngning av din ryggmärg, vill vi mäta det så att vi kan förutsäga dessa tillstånd.
Ett av HLI:s stora mål är att göra cancervacciner som är skräddarsydda för patienternas genetiska sammansättning och deras specifika cancer. Tanken skulle vara att behandla patienter först, sekvensera deras tumörer såväl som hela deras genom och sedan ge dem ett vaccin som skulle förhindra att deras sjukdom kommer tillbaka, säger Ken Bloom, ordförande för HLI och chef för dess onkologiinitiativ. Det skulle prima immunsystemet och förbereda det för ytterligare ett angrepp av cancern, så det kommer inte att upprepas, förklarar Bloom.
Venter föreställer sig en dag då vi alla kommer att kunna få våra genom sekvenserade och använda för att förbättra vår hälsovård. Han lanserade en prototyp av den modellen i oktober 2015, kallad Health Nucleus. Patienter tillbringar en dag på företagets La Jolla-huvudkontor, får sitt genom sekvenserat och genomgår medicinska tester. Health Nucleus-kunder, som betalar 25 000 USD för tjänsten, börjar sin dag i en privat svit, dekorerad med läderstolar, diskuterar sin familjehistoria med en personalläkare i 90 minuter och tar blodprover. Sedan genomgår de ett batteri av högteknologiska avbildningstester som vanligtvis inte ordineras för friska människor, såsom MRI-skanningar av hela kroppen och 4-D ekokardiografi, som tar tidsstämplade bilder som återspeglar hjärtats fulla form över tid. De går hem med en plåsterstorlek på bröstet som mäter deras hjärtrytm i två veckor. Alla kunder får tillgång till en mobilapp, där de kan klicka på en 3D-avatar av sig själva för att lära sig vilka av deras gener som korrelerar med potentiella hälsotillstånd som kan påverka deras hjärta, hjärna och andra vitala organ. Omkring 220 patienter har anmält sig hittills.
Det tillvägagångssättet har väckt en mängd etiska och samhälleliga problem, säger Arthur Caplan, professor i bioetik vid New York Universitys Langone Medical Center, som har känt Venter i många år och en gång arbetat som rådgivare på ett av hans företag. Vem ska betala för alla dessa tester och personlig medicin? Är det ens värt pengarna? Caplan påpekar att alla som vill ha genomsekvensering idag måste betala ur fickan, eftersom försäkringsbolag sällan ersätter patienter för genetisk testning eller rådgivning. Så för nu, åtminstone, finns det en ekonomisk skillnad i tillgång till dessa mycket skräddarsydda hälsokurer. Det är bara de rika som kan betala just nu för genomsekvensering, säger Caplan.
Det kan vara sant för nu, men Venter har anlitat aktuarier för att hjälpa till att bevisa ekonomin i HLI:s personliga tillvägagångssätt, i hopp om att få försäkringsbolag ombord. Även om det kostar $25 000 per patient, säger han, slår det att spendera hundratusentals dollar på kemoterapi och andra behandlingar som i slutändan inte kommer att rädda liv. Så $25 000 mot hundratusentals dollar, 40 år kvar att leva kontra två år kvar att leva, säger han. Hur många av dessa fall behöver du säga att det är mer ekonomiskt att förebygga sjukdomar snarare än att bara behandla den?