Hver er ég? Og hvernig mun mér vegna í framtíðinni? Verð ég snemma á sóttarsæng eða mun ég eiga langa og heilbrigða ævi? Erfðafræðin er nú fyrir alvöru að verða persónuleg. Um þessar mundir bjóðast mörg fyrirtæki til að opinbera innsta eðli okkar – dna erfðamassans – og leggja það fram.

Nú er hægt að panta á netinu innstu leyndarmál frumna okkar sem jafnan eru tryggilega geymd inni í frumukjarnanum, og þetta má öðlast fyrir tæpa 1.000 dali og tvær strokur úr munnholi. Það sem þótti fyrir áratug síðan fjarlægð framtíðarsýn er nú raunveruleiki: Háþróuð líftækniverkfæri er þegar að finna á rannsóknarstofum. Við getum nú fengið uppfærða þekkingu um hvað genin segja til um hættu okkar á að verða t.d. offitu, krabba eða Alzheimer að bráð.

Þessi mikla þróun í tölvu -, nanó- og erfðatækni hefur opnað dyr að nýjum heimi þar sem milljarði af dna-bösum erfðamassans er hægt að afkóða hratt og ódýrt þannig að allir geta fengið erfðaefnið sitt kortlagt. Þar með opnast nýr veruleiki þar sem heilbrigðisyfirvöld standa frammi fyrir nýrri byltingu. Það mun verða alvanalegt að draga fram lítið örgjafakort með öllu erfðaefninu sínu þegar maður fer til læknis. Út frá þessu erfðafræðisniði getur læknirinn gefið lyf sem eru hönnuð fyrir persónulegar þarfir sjúklingsins, virka betur og hafa færri aukaverkanir en í dag, þar sem allir fá sömu lyfin óháð því hvort þeir eru karlmenn, konur, feitir, grannir, hvítir eða dökkir.

269 manns teiknuðu manneskjuna

Fyrir einungis 8 árum stóð þáverandi forseti Bandaríkjanna, Bill Clinton, frammi fyrir heimspressunni og kynnti til sögunnar erfðamengi manna; „erfðafræðilega vinnuteikningu til að skapa manneskju“, eins og hann lýsti því. Þetta var brautryðjandi augnablik í sögunni og lokastig áratuga vinnu sem hafði kostað 3 milljarði dala. Erfðamengið var grundvallað á erfðaefni úr 269 mönnum og stóð fyrir meðaltal mennskunnar.

Ólíkt því sem þá var stöndum við nærri því að sérhver maður geti öðlast sína eigin erfðaefniskortlagningu. Árið 2000 snérust spurningarnar um hvað það fæli í sér að vera manneskja – í hverju liggja hin smávægilegu erfðafræðilegu frávik sem aðgreina okkur frá nánasta ættingja okkar, simpansanum. Í dag spyrja menn: Hvers vegna er ég ég? Hvar liggja þessi litlu erfðafrávik sem aðgreina mig frá öllum öðrum mönnum og gera mig einstakan? Þar sem fræðimenn ferðuðust áður aftur í tímann og lásu stórbrotna sögu manneskjunnar, er förinni í dag haldið inn í hinn einstaka mann.

Þrjú fyrirtæki, deCODE, 23andme og Navigenics bjóðast til að vera leiðsögumenn okkar í þessum efnum. Það eina sem við þurfum að gera er að senda þeim prufu af dna okkar. Fyrir tæplega 1.000 til 2.500 dollara greina þau erfðafræðilega samsetningu hverrar manneskju og segja okkur hvað til þessa er vitað um þá milljarði af dna-bösum sem mynda persónulegan genatískan kóða okkar og móta hver við erum.

Útbreidd stökkbreyting getur t.d. sagt okkur að við búum yfir erfðafráviki sem hjálpar við að melta mjólk á fullorðinsaldri. Við höfum kannski afbrigði af geni sem felur í sér að við finnum lykt af afar litlu magni af sameind úr sperglum, sem skilst út með þvaginu. Og svo eru að sjálfsögðu allir þeir bútar af dna sem tengja má við sjúkdóma hvers konar.

Hið íslenska deCODEme hefur til þessa fundið minnst 26 útbreidda sjúkdóma, þar með talda sykursýki, brjóst- , blöðruháls-, og ristilkrabba, alzheimer og astma á listanum, en móðurfyrirtækið deCODE hefur um áratuga skeið kortlagt gen íslensku þjóðarinnar í leitinni að erfðafræðilegum bakgrunni sjúkdóma. Þegar það hefur tekið á móti DNA okkar getum við eftir um tvær vikur séð niðurstöðurnar á heimasíðu þeirra. Þetta er í fyrstu óþægileg upplifun en deCODEme undirstrikar að þetta eru tölfræðileg líkindi og á engan máta læknisfræðileg greining eða útskurður.

Það genamengi sem Clinton tilkynnti árið 2000 var (næstum) fullgerð kortlagning á hverjum einasta af þrem milljörðum dna-bösum manneskjunnar. Það sem deCODEme og hin fyrirtækin bjóða getur maður hins vegar kallað eins konar létt-útgáfu af genamenginu. Í stað þess að kortleggja hvern bókstaf í erfðamassanum kortleggja fyrirtækin langa röð af mismunandi kennimörkum (1 milljón í tilviki deCODEme) sem dreifast jafnt yfir allan erfðamassann. Þessi kennimörk eru nú viðfangsefni fræðimanna um heim allan sem greina þau með tilliti til allra mögulegra mismunandi sjúkdóma og annarra sérkenna eins og greind, atferli, skaphöfn, útlit og fleira. Kennimörkin eru nefnilega ákaflega öflug aðferð til að skilja flókna drætti og sjúkdóma.

Fyrir flest okkar er það mjög freistandi að einfalda genafræðina og álíta beint samband milli eins gens og tiltekins sjúkdóms en þannig er málum í raun afar sjaldan háttað. Fyrir helstu sjúkdóma sem hrjá mannkyn eins og t.d. krabbamein, sykursýki, hjartveiki o.s.frv. er um samspil margra gena að ræða, ásamt umhverfisþáttum og hendingu, og hið sama á við um flókna eiginleika eins og greind og atferli. En með verkefni nokkru er nefnist HapMap sem var fullgert árið 2005 geta vísindamenn nú í fyrsta sinn öðlast frekari innsýn í dulmagn genanna.

Vegvísar slúðra um genafrávik

HapMap verkefnið hefur kortlagt um þrjár milljónir punkta í erfðamassanum þar sem manneskjur eru ólíkar sem nemur einum dna-basa. Punktar þessir eru skammstafaðir SNP (Single Nucleotide Polymorphisms) og virka sem eins konar vegvísar á litningum, er segja til um hvaða genafrávik liggja þar nærri. Erfðaefni okkar blandast nefnilega við hverja kynslóð þannig að bitar af sama litningi frá foreldrum manns skipta um staðsetningu, sem skiptir engu varðandi virknina þar sem hver litningur ber sömu gen. En við hverja kynslóð blandast litningarnir sífellt meira og því hefur hvert okkar einhverja litninga sem á yfirborðinu líta eins út en samanstanda af bútasaum með afar ólíkri samsetningu.

Og nú er komið að snilldinni: Nota má þessa SNP til að kveða upp úr hvaða búta maður hefur og með því að bera saman mörg hundruð þúsund SNP-punkta hjá mörg þúsund sjúklingum og viðmiðunarhópum hefur vísindamönnum miðað stórum við að afhjúpa hvaða erfðafræðilegu þættir skera sig úr með tilliti til tiltekinna sjúkdóma. Í hvert sinn sem uppgötvað er að SNP-punktur verður umtalsvert algengari hjá þeim sem eru haldnir tilteknum sjúkdómi bendir það til að í þessum hluta bútasaumsins er að finna sjúkdómsþætti – t.d. stökkbreytt gen.

Vísindamennirnir nefna slíkar rannsóknir Genome Wide Association (GWA) og þar sem nota þarf verulega margar manneskjur og SNP-puntka hefur GWA fyrst orðið hagkvæmt núna með nýjustu genamengistækni. Fyrsta GWA-rannsóknin kom í upphafi 2007 og afhjúpaði röð af nýjum og óvæntum genum sem áttu sinn þátt í sykursýki. Í kjölfarið fylgdu margar aðrar sams konar rannsóknir sem fyrir sitt leyti sýndu nýja genatíska þætti er tengdust fjölda af sjúkdómum eins og liðagigt, háum blóðþrýstingi og æðakölkun, ásamt öðrum sjúkdómum eins og brjóst- og blöðruhálskrabbameini.

GWA -rannsóknirnar voru þannig vendipunktur fyrir læknavísindin sem menn hafði dreymt um frá því að kortlagning á genamengi manneskjunnar hófst árið 1989. Þessi nýja þekking eykur skilning okkar á einstaklingsbundnum frávikum á genum, sem fyrir sitt leyti ryður brautina að persónulegum lyfjum sem eru skraddarasaumuð fyrir genamengi einstaklings.

Það eru einmitt þessir sömu SNP-punktar sem deCODEme, 23andme og Navigenics bjóðast nú til að rannsaka. Með SNP-greiningu má finna út hvaða SNP-punktar og þannig hvaða bútar af hinum erfðafræðilega bútasaum maður hefur sjálfur og út frá því hvernig aðrir með samskonar samsetningu hafa þróast – heilbrigðir eða sjúkir – og fyrirtækin reikna út líkindi miðað við meðaltal íbúanna. Það er þess vegna, undirstrikar deCODE, sem greiningin veitir tölfræðileg líkindi en ekki læknisfræðilega greiningu, sem þekkt eru frá eiginlegum genatískum prófum þar sem nákvæmur genatískur kóði er ákvarðaður.

Kapphlaup um að afhjúpa sig fyrst alveg

En slíkt próf er á leiðinni. Erfðafræðilega byltingin er nú í fullum gangi og fyrstu einstaklingarnir hafa þegar látið kortleggja alla þá milljarði byggingasteina í persónulegu genamengi sínu og jafnvel lagt það sjálfviljugir fram á Netið svo aðrir geti rýnt í niðurstöðurnar.

Fremstur í flokki fór dna-faðirinn James Watson sem þann 31. maí 2007 fékk afhent genamengi sitt á dvd diski frá fyrirtækinu 454 Life Sciences. Þetta vakti mikla athygli enda er Watson sá eftirlifandi af tvíeykinu Watson-Crick sem árið 1953 uppgötvaði formgerð dna-sameindarinnar.

Watson hafði að líkindum einnig reiknað með að verða fyrstur manna til að opinbera erfðamassa sinn, en hér var það annar genamengisfrumkvöðull sem sló honum við, Craig Venter. Á sinn hátt var þetta endurtekning á kapphlaupinu um að koma fyrstur fram með kortlagningu á genamengi manna, þar sem Venter með fyrirtæki sitt Celera var nærri því að slá við Humane Genome Project, sem var fjármagnað af opinberu fé og þar hafði Watson verið forstjóri um nokkurt skeið. Þeir enduðu með að koma yfir marklínuna samtímis. Nú vildi Venter vera fyrstur og þann 27. júní 2007 – níu dögum á undan Watson – lagði Venter sitt genamengi fram í netgagnabankanum GenBank, þar sem það er öllum aðgengilegt án greiðslu.

Hvor tveggja genamengjanna bjóða upp á spennandi og afhjúpandi lesningu. Burt séð frá einu stöku geni, sem Watson vildi ekki vita um, getur hann nú andað léttar og staðhæft að erfðaefni hans sé laust við alvarlegar stökkbreytingar. En rétt eins og hann segir sjálfur kemur það ekki á óvart þar sem hann nú þegar er aldurhniginn maður, en Watson varð áttræður í apríl. Það gen, ApoE4, sem hann vildi ekkert vita um, felur í sér sterka vísbendingu um hvort Alzheimer þróast á efri árum, en amma Watsons lést að líkindum úr sjúkdómnum. Þar sem engin meðferð er möguleg vill Watson ekki fá að vita hvort hann endi líf sitt með sama hætti.

Fyrirbyggir æðatappa

Hinn sextugi Venter leggur hins vegar allt fram og jafnvel í betri útgáfu en nokkuð genamengi fram til þessa, þar sem hann hefur kortlagt hið svonefnda tvílitna genamengi, þ.e.a.s. bæði það litningapar sem hann fékk frá móður sinni og hitt sem hann erfði frá föður sínum.

Í hans genamengi fundu menn reyndar stökkbreytingu í ApoE geninu, sem eykur hættuna á Alzheimer en Venter segir að enga slíka sögu sé að finna í fjölskyldu sinni og því hafi hann litlar áhyggjur. Þetta er tölfræðileg niðurstaða en ekki dómur, segir Venter. Hins vegar tekur hann þrjú önnur frávik alvarlega. MMP3, TNFSF4 og NOS3 auka öll hættuna á hjartasjúkdómum og faðir Venters lést sviplega vegna æðatappa. Nú tekur hann því fyrirbyggjandi lyf sem lækka kólesterólinnihald blóðsins. Með sama hætti búast vísindamenn hjá deCODEme við að genatískir prófílar muni veita fólki aukna hvatningu til að breyta lífsstíl sínum.

Mörg önnur gen segja sína sögu um Venter, sumar hinar furðulegustu eins og seigjunni í eyrnamerg hans, auk hættunnar á sjúkdómum, til tilhneigingar að vera ævintýragjarn og næturhrafn. Aðspurður hvort hann óttist ekki að veita öðrum möguleika á að fínkemba genamengi hans segir Venter einfaldlega að sjálfsævisaga hans sé í reynd mun meira afhjúpandi. Hann bendir á að ennþá sé nokkuð takmarkað hversu margt áhugavert er hægt að segja um einstakling út frá genunum einum saman.

Greiningar gerast á mettíma

En þökk sé þeim stórkostlega vexti í genarannsóknum er þetta skjótt að breytast. Sem dæmi var genamengi Watsons kortlagt á einungis tveimur mánuðum með hinni brautryðjandi fleytitækni fyrirtækisins 454 Life Sciences, sem hraðar kortlagningu sextugfalt. Í dag kortleggja menn einn milljarð dna basa – sem svarar til þriðjungs af erfðaefninu – í einni atrennu. 454 Life Sciences er ekki eitt á þessu sviði og sérfræðingar áætla að meira en 30 fyrirtæki vinni með þessa brautryðjandi tækni í leitinni að markaði framtíðar, sem talinn er vera afar gróðavænlegur.

Það eru jafnframt verðlaun í boði til að hraða þróuninni með svipuðum hætti og þekkt er varðandi Ansari X-prize, sem hafa verið drifkrafturinn að þróun borgaralegra geimferða. Hin tíu milljón dala Archon X-prize falla í skaut þeim fyrsta sem kortleggur 100 genamengi á tíu dögum fyrir minna en tíu þúsund dali á hvert genamengi og með slíkum gæðum að einungis ein villa verði fyrir hverja tíu þúsund dna-basa. „Þessu náum við innan fimm ára,“ segir Michael Egholm, varaforseti 454 Life Sciences.

En Egholm fær harða samkeppni frá m.a. VisiGen Biotechnologies, Foundation for Applied Molecular Evolution (FfAME) og Base4 Innovation sem hvert um sig samþætta nanótækni með sameindalíffræði til að auka hraðann og jafnframt gera tól og tæki ofursmá. Markmiðið er að geta kortlagt dna með allt að milljón dna-basa á sekúndu, sem svarar til að kortleggja heilt genamengi á innan við klukkustund.

Þá leikur enginn vafi á að genakortlagning verði á færi hvers manns og hin sálrænu mikilvægu mörk neytandans innan við 1.000 dali verði innan seilingar. Um þessar mundir eru margir að keppast við að kortleggja genamengi. Frá því að Venter og Watson komu fram með sín hafa tveir nafnlausir Kínverjar fylgt í kjölfar þeirra og þessir fjórir eru einungis gutlið á undan því ólgandi flóði sem í vændum er.

Nýtt verkefni skal um allan heim

Þann 22. janúar 2008 var opinberað nýtt alþjóðlegt samstarfsverkefni „1.000 Genomes Project“ sem mun á næstu þrem árum kortleggja 1.000 genamengi manna um heim allan – frá Feneyjabúum á Ítalíu til Masaía í Kenýju. Að baki verkefninu standa nokkrar stærstu rannsóknarstofnanir innan genatækni – Wellcome Trust Sanger Institute í Englandi, Beijing Genomics Institute (BGI) í Kína og National Human Genome Research Institute (NHGRI) í USA. Yfirmaður NHGRI, Francis Collins, segir að verkefnið muni veita nákvæma mynd af frávikum í erfðaefni mannsins og þannig bestu innsýn inn í þann mun á erfðaefni okkar sem kemur að notum við þróun lyfja.

Þegar verkefnið er komið á fulla ferð verða kortlögð 8,2 mia. Dna-basar á sólarhring, sem svarar til ríflega tveggja genamengja manna. Og þegar þessu er aflokið eftir þrjú ár munu hafa verið settir meira en sex billjónir dna-basa í opinberan gagnabanka sem svarar til 60 sinnum meira dna en hefur verið opinberað á síðustu 25 árum.

Með svo miklu upplýsingamagni veitist raunverulegur möguleiki á að skilja þá líffræðilegu ferla að baki erfðafræðilegu samhengi í flóknum eiginleikum og sjúkdómum. Fræðimenn um heim allan eru yfir sig hrifnir og vænta mikils af þessum aðgengilegu gögnum, rétt eins og notendur munu geta yfirfært hina nýju þekkingu á sína eigin persónulegu genaprófíla.

Meðfram þessu verkefni tilkynnti kínverski samstarfsaðilinn, BGI, í janúar 2008 sitt eigið þriggja ára „Yanhuang Project“ sem ætlað er að kortleggja að fullu genamengi 100 Kínverja. Til lengri tíma litið ætlar BGI að útvíkka og kortleggja ekki minna en 10.000 genamengi frá Kínverjum og Asíubúum. Við bætist frumkvöðlastarf frá virtum genamengisfrumherjum. George Church hjá Harvard Medical School stendur að baki „Personal Genome Project“ sem vonast til að laða til sín allt að 100.000 sjálfboðaliða til að kortleggja það eina prósent af genamenginu sem mestar upplýsingar veitir, þ.e. hin prótínkóðandi svæði. Það sem er hvað mest spennandi við verkefni Church er að hann mun tengja dna-kóðana við persónulegar upplýsingar eins og sjúkrasögu, myndir og lífsvenjur. Þegar hefur verið tilkynnt um tíu sjálfboðaliða að George Church sjálfum meðtöldum. Craig Venter starfar að sambærilegu verkefni en lætur sér ekki nægja hluta af genamenginu. Hann vinnur nú að kortlagningu tíu genamengja og stefnir að ná 10.000 fullgerðum tvílitna genamengjum á komandi áratugum.

Genamengi okkar verða leiðarstjörnur

Lyfjafræðilegir möguleikar hér eru gríðarlegir. Þegar um þessar mundir taka menn jafnan fjölda af genaprófum á sjúkrahúsum. Þúsundir kvenna eru árlega rannsakaðar vegna tveggja gena, BRCA1 og 2, sem tengjast brjóstakrabba. Fóstur eru rannsökuð vegna litningagalla, læknar kanna frjósemi, mögulegar aukaverkanir af geðlyfjum o. s. frv. Við erum þegar vön erfðafræðilegum prófum og maður þarf ekki einu sinni að fara til læknis, heldur getur fengið það sjálfur á Netinu.

Síðan eru einnig þeir sem ekki láta sér nægja erfðafræðileg próf sem nú eru í boði heldur vinna sjálfir að kortlagningu gena í kjallaranum. Læknirinn Hugh Rienkoff hefur keypt sinn eigin rannsóknarstofubúnað (notaðan á eBay) og leitast við að finna bakgrunninn á sjaldgæfum sjúkdómi sem hrjáir dóttur hans. Læknar hafa gefist upp á að reyna að sjúkdómsgreina hana. Með auðlæsilegum leiðbeiningum á Netinu er genakortlagning nú ekki örðugri en að búa til fiskibollur eftir uppskrift. Rienkoff hefur þannig náð tökum á framtíð sem þegar er möguleg fyrir okkur öll.

Maður getur allt eins vanið sig við að „genamengi“ muni verða hið eðlilegasta umræðuefni í kaffitímanum innan tíðar. Þá munu menn örugglega einnig verða áhugasamir um það rannsóknarsvið sem vex hvað hraðast um þessar mundir; „Nutrigenomics“ sem sameinar fæðu, genamengi og heilbrigði. Í ES hafa menn t.d. stofnsett NuGO-netverkið sem safnar sérfræðikunnáttu frá þremur greinum rannsóknarsviða í von um að ná hröðum framförum í baráttunni gegn sjúkdómum eins og sykursýki, hjarta- og æðasjúkdómum og krabbameini.

Framtíð með einstaklingsbundinni samsetningu á mataræði sem grundvallast á genatískum prófíl manns er ekki fjarlæg. Fyrsta nutrigenamengismeðferðarstofnunin, Reach 100, opnaði í Adeleide í Ástralíu í júlí síðastliðnum og út frá blóðsýni býður fyrirtækið upp á „genamengis-heilbrigðisskoðun“. Fyrirtækið lítur til fjölmargra mögulegra þátta, allt frá of háum blóðþrýstingi og til krabbameins í blöðruhálskirtli og skammtar vítamín, steinefni og fæðubótarefni til að tryggja kúnnanum langlífi. Segja má að Reach 100 búi til eins konar spá um hvernig maður geti verið í sem bestu formi, sem grundvallast á genamengi manns og ef niðurstaðan lítur ekki vel út getur maður sjálfur leitast við að rétta af það sem betur má fara.

Genatískur arfur ræður matseðli

Nutrigenomics er enn sem komið er ungt rannsóknarsvið og umdeilt. Þrátt fyrir að hugmyndin grundvallist á vísindalegum rannsóknum sem sýna að mismunandi fæðubótarefni og vítamín geti skipt sköpum fyrir þróun á t.d. mörgum krabbameinum og taugasjúkdómum, benda gagnrýnendur á að enn skorti að sýna niðurstöður í umfangsmiklum, tvíblinduðum rannsóknum sem krafist er fyrir lyf. Það er t.d. nokkuð umdeilt hvort fæðubótarefni geti rétt af uppsafnaðan skaða í erfðaefni okkar sem leiða til krabbameins. Sókn almennings í fæðubótarefni, vítamín og jurtir er hins vegar til merkis um að nutrigenomics muni slá í gegn og stöðugt fleiri muni móta máltíðir sínar eftir eigin genum.

Með hinu gríðarlega magni upplýsinga sem væntanlegt er á komandi árum með genamengjum má spá vendipunkti í heilbrigðisvísindum. Það verður í fyrsta sinn mögulegt að öðlast innsýn í erfðafræðileg frávik sem liggja að baki öllum okkar sérþörfum. Hvers vegna við höfum ólíkt útlit, hvers vegna við þolum lyf misvel og hvers vegna sumir veikjast, en aðrir ekki. Heilbrigðisyfirvöld munu ekki í sama mæli berjast gegn sjálfum sjúkdómunum heldur fyrirbyggja þá þess í stað.

Við stöndum á þröskuldi á nýju tímaskeiði þar sem við munum í æ ríkari mæli lifa eftir því hvað genin segja okkur að við séum. Við munum öðlast lengra, heilbrigðara og innihaldsríkara líf þar sem við munum lifa að fullu möguleika okkar innan takmarkana eigin genamengis. Rannsóknir á genamengi eru ekki einvörðungu á sviði sérfræðinga. Við getum nú þegar tekið þátt í framtíðinni og fyrir hvert einasta nýja genamengi sem fræðimenn kortleggja öðlumst við ennþá meiri mikilvæga þekkingu um okkur sjálf.