DNA-internet skal kurere sjældne sygdomme

Af Amanda Lærke Laubjerg, stud.scient., alaubj13@student.aau.dk

Internet of DNA: Noah på fem år lider af en sjælden sygdom uden navn. Hans tilstand forværres, men lægerne kan intet stille op, fordi de ikke har nogen lignende tilfælde at sammenligne med, og derfor ikke kan diagnostisere ham. Men med den banebrydende opfindelse, Internet of DNA, kan lægerne nu sende Noahs DNA-oplysninger ud på Internettet og få svar på, om der findes andre som ham.

Noah kan næsten ikke snakke og må gå med gangstativ trods sin unge alder. Når en sjælden sygdom som hans opstår, analyserer lægerne fra børnehospitalet i Eastern Ontario i Canada på hans DNA for at finde ud af, hvad der er årsag til hans sygdom. Men at finde fejlen er ikke nok. For med mindre de finder et andet barn med de samme symptomer og en lignende DNA-fejl, kan lægerne ikke specificere, hvilke fejl i Noahs gener der er udslagsgivende for hans sygdom. Derfor arbejder et forskerhold i Toronto, ledet af ekspert i bioinformatik David Haussler, netop nu på at udvikle et online system, der kan bruges af hospitaler i hele verden til at udveksle information om patienternes DNA. Det skriver det anerkendte magasin MIT Technology Review. 

Ideen til Internet of DNA opstod i 2012, da forskere fra hele verden mødtes på en konference om DNA-sekventering. Her blev spørgsmål om behandling af sjældne sygdomme diskuteret, og det gik op for forskerne, at man i alle dele af verden kæmper med manglende viden om disse sygdomme, og at manglen på vidensdeling var katestrofal for patienterne. Forskerne kom derfor frem til idéen om Internet of DNA, en idé som er vokset hastigt siden.

Store teknologiske fremskridt skaber enorme mængder data
DNA er populært sagt livets alfabet. Det er den genetiske kode, der benyttes i udviklingen og opretholdelsen af alle kendte levende organismer og nogle vira. Siden successen med det internationale forskningsprojekt The Human Genome Project hen over årtusindskiftet har videnskaben været i stand til at sekventere hele menneskets genom ned til den enkelte baserækkefølge i DNA-molekylet.

Dengang tog det 13 år at sekventere et fuldt genom, men en forbløffende teknologisk udvikling har gjort, at man i dag kan bestemme et komplet genom med milliarder af baser på få timer. Det betyder, at mere end 200.000 mennesker i dag har fået deres genom sekventeret, et antal der forventes at stige kraftigt de kommende år og nå 5 millioner genomsekventeringer i 2020.

Kampen mod manglen på viden
Det er set i lyset af denne enorme mængde data om den menneskelige arvemasse, at Internet of DNA er muliggjort som et efterspurgt værktøj til at sammenligne sjældne sygdomme med. For selv om de er sjældne, er mange mennesker påvirket af dem. Sundhedsstyrelsen estimerer, at der alene i Danmark er op imod 50.000 mennesker, der lider af sygdomme så sjældne, at de ingen diagnose har, og det skaber store frustrationer.

Patienter med sjældne sygdomme kæmper nemlig mod den manglende viden, og de må ofte sammen med deres pårørende stå alene med sygdommens konsekvenser uden den nødvendige relevante indsats fra sundhedsvæsenet. Det er for mennesker som disse, der - ligesom Noah - måske har ét anormalt basepar i et DNA-molekyle, at Internet of DNA for alvor kan gøre en forskel.

Udfordringer på vejen til målet
Men selv om datagrundlaget er der, er Internet of DNA stadig et komplekst system at skulle igangsætte, og Haussler og hans forskerteam kæmper med udfordringer af teknisk karakter i udviklingen af systemet. Data fra de mange genomsekventeringer har indtil nu ligget lokalt i databaser hos de enkelte hospitaler rundt om i verden, og de store datamængder transporteres på lavpraktisk vis med FedEx lastbiler, der kører ud med dem gemt på maskiner.

- Jeg kan bruge mit betalingskort i hele verden, men biomedicinsk data er bare ikke på Internettet. Det er ufuldstændigt og gemt væk, siger Haussler til MIT Technology Review.

Udfordringerne ligger i at få datamængder så store, at de opgøres i petabytes, lagt online, især fordi den tekniske del af projektet ikke er særlig prestigefyldt, og det derfor er svært at finde virksomheder, der vil udføre opgaven og betale for den online plads.

Google har dog meldt sig på banen, og internet-giganten har i samarbejde med The Global Alliance for Genomics and Health, som Haussler står i spidsen for, skabt hjemmesiden ww.beaconnetwork.org, hvor hospitaler kan dele genomer og søge efter mutationer. Hjemmesiden er dog et absolut pilotprojekt, og kan kun svare ja eller nej til spørgsmål som "har nogen genomer et T i position 1.520.301 på kromosom 1?"

Forskere i hele verden kan på den måde kortlægge, om der er andre mennesker i verden med samme variant, eller om tilfældet er nyt.

Komplekse DNA-defekter
Men der er et stykke vej fra sådan et svar til et Internet of DNA, der for alvor kan hjælpe forskerne med at forstå den kompleksitet, DNA-molekylernes verden udgør. Det viser sig nemlig, at sygdomme ofte skyldes langt mere komplekse DNA-defekter end blot en enkelt fejl i en enkelt base i DNA-molekylerne. David Altshuler, der også er en af forskerne bag The Global Alliance for Genomics and Health, har forsket i de genetiske varianter, der ligger til grund for almindelige sygdomme som diabetes.

Ved at teste mennesker både med og uden sygdommen fandt han ud af, at det ikke er enkelte defekter i DNA-molekylerne, der koder for en sygdom, men derimod en kombination af hundredevis, hvis ikke tusindvis, af sjældne variationer i DNA-molekylerne. Det ser altså ud til, at svarene på, hvorfor en sygdom opstår, ikke nødvendigvis står og falder med én enkelt variation, og et Internet over DNA må således kunne arbejde med meget komplekse sammenligninger. Det er derfor en stor udfordring, forskerne står over for, når de vil samle alt genomdata og tilmed muliggøre sammenligningen af så mange led.

På nuværende tidspunkt har ingen akademisk institution adgang til nok information eller midler til at løse opgaven alene. The Global Alliance for Genomics and Health arbejder derfor på et peer-to-peer-netværk, der kan forene de spredte datamængder. På den måde lagres al information ikke et centraliseret sted men ude på de enkelte hospitaler, der i forvejen har data, og som så kan dele information via Internettet med et andet hospital efter anmodning.

Etiske aspekter er også en udfordring
De tekniske udfordringer er ikke de eneste, der følger med Internet of DNA. Arbejdet med at skabe et sådant online netværk og tilgængeliggøre og indsamle data af så personlig karakter åbner op for etiske dilemmaer, der ikke kan ignoreres. 

Genomsekventering alene medfører etiske dilemmaer, og sekventeringen af hele genomer har resulteret i diskussioner, litteratur og endda film, som behandler de etiske aspekter, der opstår, når så personlige data indsamles og måske ligefrem offentliggøres. Fordi genomet indeholder så mange oplysninger, for eksempel om personens styrker og svagheder eller sygdomsrisici, sætter denne information individet selv i en svær position.

For det første fordi oplysningerne kan skabe mere frygt end gavn. For hvad betyder det eksempelvis at have 20% risiko for at udvikle brystkræft? Skal der så tages forbehold, og skal man bekymre sig over denne femtedel sandsynlighed? Er det bedst at kende til risikoen, så man kan overveje at gøre noget ved den, eller skal man hellere leve i lykkelig uvidenhed?

Disse spørgsmål stiller ligeledes forskerne i et etisk dilemma, for på trods af at man ved genomsekventering har bedre chancer for at finde årsagen til en sygdom, så vil man uundgåeligt finde mutationer, som man ikke kan være sikker på betydningen af. Skal patienten i så fald informeres, eller vil det krænke retten til uvidenhed for den undersøgte? Den detaljerede viden om genomet risikerer desuden unødigt at belaste sundhedsbudgetterne, fordi den kan føre til overdiagnosticering og -behandling. Det vurderer Det Etiske Råd i en offentlig anbefaling om genomundersøgelser.

Det er nogle af disse etiske aspekter, der også skaber udfordringer for brugen af Internet of DNA, især set i lyset af, at projektet med en online offentliggørelse af genomdata i udpræget grad tilgængeliggør personfølsomme oplysninger. Et klassisk eksempel på, hvorfor denne information er så personfølsom, er forsikringsselskabernes mulighed for at differentiere mellem deres kunder og måske ligefrem gøre sundhedsforsikringer dyrere for kunder, der er specielt ramt af mutationer. Af sådanne grunde er der også en del lovgivning på området, som skaber udfordringer for arbejdet med Internet of DNA ud over de teknologiske. Forskerne er tilbageholdende med at dele data om DNA, da det på grund af retten til privatliv kan være risikabelt at lægge en persons genom på Internettet. Dette problem imødekommes dog af den peer-to-peer-model, som The Global Alliance for Genomics and Health på nuværende tidspunkt arbejder med at udvikle.

Ved at bruge et peer-to-peer-netværk i stedet for en online database, deles al information ikke online, men en forsker kan derimod sende forespørgsler til andre hospitaler, som selv kan vælge, hvilket niveau af oplysninger, der må sendes tilbage.

Forskere: Vidensdelingen kan redde liv
Selvom Internet of DNA møder udfordringer, argumenteres der fra flere sider for, hvor vigtigt det er at få denne vidensdeling op at stå. Et argument for at handle nu går på, at mængden af data om genomer stiger så intenst i disse år, at projektet kun bliver mere omfangsrigt at flytte fra de stationære servere til et online netværk, efterhånden som årene går.
Forskerne bag The Global Alliance for Genomics and Health mener desuden, at det potentiale, der er i Internet of DNA, er for stort til at ignorere, fordi de i dag utilgængelige genomdata potentielt kan redde liv. Forskerne påpeger, at de er nødt til at have et værktøj til at kunne gennemgå millioner af genomer for at hjælpe patienter som Noah med at finde de DNA-fejl, der er udslagsgivende for hans sygdom. Ligeledes kan et sådant værktøj hjælpe forskerne med at finde de lighedstræk, der gør sig gældende ved mere almindelige sygdomme, der involverer komplekse kombinationer af gener.

Flere muligheder for dataudveksling
Mulighederne stopper ifølge den amerikanske genforsker og kardiolog Eric Topol ikke ved deling af data om DNA. Han mener, at et værktøj som Internet of DNA har endnu større potentiale end hjælpen med at forstå sjældne eller almindelige sygdomme. For hvorfor har vi ikke en global, medicinsk kortlægning af alle individer, der ikke blot inkluderer DNA-sekvenser, men også resten af individernes biologiske data som information om anatomi, metabolisme, reaktionsmønstre ved medicinering og lignende?

Det skriver Topol i det videnskabelige tidsskrift Nature. ”Et medicinsk kort med mange lag over hvert individ kunne blive brugt i forening med hver persons behandling og udfaldet heraf og dermed generere mere data over sygdomme og behandlinger til brug for den næste patient med lignende symptomer. På den måde ville patienterne have fordelene af en behandling baseret på den bedst mulige information – ikke fra bøgerne eller dyreforsøg, men fra mennesker, der ligner dem selv meget.”

Udvekslingen af DNA og sundhedsoplysninger bringer store muligheder med sig, og kan forskerne lykkes med at skabe en etisk forsvarlig løsning, kan det blive en vigtig brik i fagpersonalets fremtidige kamp mod sjældne sygdomme.

Den forunderlige DNA

• DNA er en nukleinsyre, der indeholder de genetiske instruktioner til at bygge liv, og som udgør arvematerialet i alle levende organismer og i mange vira.
• Et DNA-molekyle består af såkaldte nukleotider, der blandt andet udgøres af kvælstofholdige baser som kaldes adenin, cytosin, guanin og thymin.
• Det er rækkefølgen af disse nukleotider, kaldet DNA-sekvensen, der afgør arveinformationen. Den komplette opbygning af instruktioner i en organismes DNA kaldes for genomet.
• Samlet set er der ca. 3 milliarder baser i menneskets arvemasse. DNA er en forkortelse for deoxyribonukleinsyre.