Macek: Genetika je základem precizní medicíny

Prof. MUDr. Milan Macek, DrSc., MHA, přednosta Ústavu biologie a lékařské genetiky 2. lékařské fakulty Univerzity Karlovy a Fakultní nemocnice v Motole a vedoucí Národního koordinačního centra pro vzácná onemocnění, v rozhovoru k příležitosti 30. výročí vzniku Asociace inovativního farmaceutického průmyslu přiblížil, odkud a kam se genetika ubírá.

• Současným trendem je personalizovaná a precizní medicína. Před třiceti lety však nebyl znám žádný konkrétní molekulární cíl. Co se tenkrát vědělo?

Před třiceti lety byly již položeny základy moderní genetiky, které navazovaly a rozvíjely geniální Mendelova pozorování přenosu dědičných vloh, včetně tzv. dominance a recesivity děděných znaků. V roce 1953 byla stanovena struktura DNA a mechanismus její replikace. To je základem mezigeneračního přenosu dědičné informace. Byly odhaleny i mechanismy de novo vzniku genetických změn v zárodečné linii u starších otců, které jsou z hlediska své četnosti u novorozenců na stejné úrovni jako například recesivní vzácná onemocnění. Byly objeveny restrikční endonukleázy, které umožnily vývoj genetického inženýrství. Koncem osmdesátých let byly položeny základy DNA diagnostiky. V roce 1993, tedy přesně před třiceti lety, dostal Kary Mullis Nobelovu cenu za objev metody PCR (polymerázová řetězová reakce), která je základem molekulární genetiky a genomiky do dnešních dnů. Neváhám uvést, že PCR skutečně znamenala doslova revoluci v analýze lidského genomu.

• Které objevy považujete za milníky světové genetiky za posledních třicet let?

Jmenoval bych tři nejvýznamnější objevy: přečtení většiny lidského genomu, zavedení metod sekvenace nové generace a cílenou editaci genomu metodou CRISPR/Cas9.

Lidský genom se podařilo přečíst v hrubých obrysech v roce 2003, ale poté se „dočítaly“ dílčí úseky, například v oblastech repetitivní DNA. V současné době se již objevují nové verze referenčního lidského genomu v rámci konsorcia T2T (telomere to telomere), které navíc obsahuje možnost nezávisle analyzovat oba řetězce DNA. Původně jsme předpokládali, že lidský genom obsahuje přibližně 300 000 genů. Současná analýza však ukazuje, že genů máme kolem 20 000, ale výzkum stále pokračuje a je vlastně s podivem, že takovéto malé množství genů určuje to, čím jsme, a že vysíláme meziplanetární sondy! Ostatně lidské geny zaujímají pouze dvě procenta celého genomu a zatím máme velmi málo informací o zbylé „nekódující sekvenci“, která má rozhodující vliv na expresi genů a jejich mnohočetné funkce.

Komplexní a podrobné přečtení genomu člověka je předpokladem moderní – precizní medicíny společně s možností vývoje cílené terapie.

Jednu z metod cílené terapie představuje systém „CRISPR/Cas9“, který funguje na principu „vystřihni a vlep“. Dovoluje zacílit a štěpit jakýkoli specifický úsek DNA s velkou přesností. Skládá se z krátké molekuly naváděcí RNA, která určí cílové místo v genomu, kde je následně enzymem Cas9 jeho cílová sekvence štěpena. Takto je možné také určitý gen opravit: část DNA vyměnit či určitý úsek do DNA vložit. Emmanuelle Charpentierová a Jennifer Doudnaová publikovaly objev v roce 2012 a Nobelovu cenu za něj dostaly v roce 2020. V současné době jsou testovány ex vivo genově terapeutické přístupy založené na metodě CRISPR/Cas9, např. u hematoonkologických onemocnění.

• Co významného za tu dobu se stalo v české genetice?

Rád bych zdůraznil, že přestože nemáme českého nobelistu, je česká genetika, zejména co se týče péče o pacienty se vzácnými onemocněními, která jsou geneticky podmíněná, na světové úrovni. Pochopitelně nemohu zmínit všechny zakladatele oboru u nás, abych na někoho nechtěně nezapomněl, ale jak jistě víte, „jablko nepadlo daleko od stromu“. Naši předchůdci byli i přes neblahé období poválečného lysenkismu na evropské špičce, a některým dokonce unikla Nobelova cena o vlásek. Podobně mimořádně kvalitní je u nás i onkogenetický výzkum a diagnostika.

Z hlediska kvality péče o pacienty se vzácnými onemocněními patří naše zdravotnická zařízení k nejlepším v Evropské unii a jsou první v rámci jejích nových členských zemí. Například FN Motol je v „top 20“ univerzitních nemocnic v Evropě z celkového počtu 800 hodnocených evropských fakultních/univerzitních nemocnic. Pochlubit se rovněž můžeme kvalitou i kvantitou novorozeneckého screeningu. V posledních desetiletích se významně zlepšila pozice pacientů s vzácnými onemocněními: zástupci pacientských organizací jsou pravidelně přizváni k oficiálním jednáním o registraci a úhradách léčivých přípravků pro vzácná onemocnění a stali se součástí oficiálních poradních orgánů Ministerstva zdravotnictví.

Naše Národní koordinační centrum pro pacienty se vzácným onemocněním bylo ustanoveno v roce 2012 při Ústavu biologie a lékařské genetiky 2. LF UK a FN Motol a máme upřímnou radost, že můžeme naše pracoviště podporovat v rámci celoevropských iniciativ v oblasti výzkumu, diagnostiky a léčby této skupiny onemocnění. Vážíme si týmové práce a vynikající mezioborové spolupráce na celostátní úrovni.

V rámci českého předsednictví EU na podzim roku 2022 jsme se přesvědčili, že v našich zkušenostech mohou hledat inspiraci téměř všechny členské státy Unie. Poskytujeme moderní diagnostiku a léčbu a máme obsazeno 22 z 24 Evropských referenčních sítí pro vzácná onemocnění.

Máme velkou radost, že se nám podařilo zajistit velmi kvalitní genetickou diagnostiku pro naši většinovou populaci. V současné době pracujeme v rámci projektu Norských fondů na charakterizaci častých vzácných onemocnění u naší romské populace. Je to nesmírně zajímavé, protože evropští Romové mají specifickou populačně genetickou historii a také některá vzácná onemocnění (např. vrozené šedé i zelené zákaly oka, Alportův syndrom, neurovývojová onemocnění) se u nich vyskytují častěji. Tato populace byla u nás dosud opomíjena a společně s romskými mediátory a spolupracujícími praktickými lékaři ve vyloučených lokalitách se snažíme zajistit i pro tuto minoritu vysoce specializovanou diagnostickou péči a pak také cílené terapie jejich dříve nediagnostikovaných onemocnění. Je pak velmi potěšitelné vidět, když se podaří diagnostikovat geneticky podmíněný oční zákal u děti, které neprospívají ve škole ne z důvodu „zanedbání“, ale spíše proto, že špatně vidí. Po jednoduché operaci tyto děti doslova rozkvetou!

V dostupnosti léků na vzácná onemocnění v ČR však v poslední době začínáme zaostávat za vyspělými západními zeměmi. Na druhou stranu máme velmi progresivní legislativu, která účinně a systémově zajišťuje vstup léčivých přípravků pro vzácná onemocnění do našeho zdravotního systému a do úhrad z veřejného zdravotního pojištění. Je teď už jenom na zahraničních firmách, aby tento systém více využívaly a nehřešily na to, že Česká republika pro ně představuje v tomto ohledu příliš malý trh. Stojí totiž před námi nemalé výzvy v podobě zavádění genových terapií do léčby ultravzácných onemocnění, které mohou zásadním způsobem ovlivnit úhrady v celém segmentu péče o vzácná onemocnění.

• Genetické pozadí však nemají jen vzácná onemocnění, ale i onemocnění zcela běžná, jakými jsou diabetes, Parkinsonova choroba, kardiovaskulární onemocnění a další. Jak se ukázalo, i těžký průběh covidu‑19 je spojen s geny zděděnými po neandertálcích. Na nedávném Evropském neurologickém kongresu profesor Nicolas Wood z Londýna hovořil o tom, že sekvenace je stále levnější a především rychlejší a včasné odhalení genetického rizika umožní včasná opatření. Je již vhodná doba pro „plošné“ sekvenování? Zlepšilo by zdravotní stav naší stárnoucí populace?

Studium a analýza genetického pozadí u častých multifaktoriálních onemocnění prochází díky novým statistickým a výpočetním algoritmům, spojeným s korelacemi genetických variant, a to v reálném čase (!) a ze stále přesnějších a rozsáhlých mezinárodních databází, doslova revolucí. Již je možné určit s poměrně velkou přesností míru polygenního rizika u častých onemocnění, která jste zmínila. Metoda tzv. polygenních rizikových skóre se stále více uplatňuje v klinické medicíně při stratifikaci rizik u pacientů s diabetem, kardiovaskulárními onemocněními, a nakonec i nově v onkologii. Konečně máme k dispozici velmi účinnou metodiku pro častá onemocnění, která především umožňuje zpřesnit léčbu, zlepšit prevenci a více motivovat vyšetřované osoby dodržovat správnou životosprávu nebo nasadit účinnou léčbu před rozvojem klinických symptomů daných onemocnění.

• Další otázkou, do které má genetika co mluvit, je designování klinických studií. Jsou publikovány práce, které svědčí o tom, že populační randomizace (je rychlejší a levnější) vede k opačným výsledkům oproti studiím s mendelovskou randomizací na základě přítomnosti určité alely. Co si o tom myslíte?

V poslední době se skutečně velice rychle rozvíjí uplatnění molekulárněgenetických metod a genotypizace pacientů (synonymum – stratifikace pacientů) při randomizaci, která poskytuje silné důkazy v biologickém a lékařském výzkumu. Oba přístupy využívají metodu randomizace, aby poskytly odhady kauzálního účinku studované molekuly nebo i již vyvinutého léku. Randomizované studie a mendelovské randomizační studie však mají odlišné principy a odborné vědecké cíle. Mendelovská randomizace se někdy nazývá „přírodní randomizovanou studií“, avšak nelze ji použít jako plnohodnotnou náhradu klasické randomizované studie, spíše poskytuje doplňující informace a zpřesňuje analýzu výsledků s ohledem na genotyp pacientů versus kontroly. Je to však poměrně složitá problematika přesahující rámec tohoto rozhovoru, ale v zásadě se oba postupy účelně doplňují. Přesto je nutno zdůraznit, že se mendelovská randomizace může statisticky projevit až u rozsáhlých studijních kohort, protože největší výpovědní hodnotu mají málo četné, minoritní alely.

• V roce 2021 uveřejnil New England Journal kazuistiku pětitýdenního chlapce s akutními neurologickými příznaky, u něhož byla v řádu hodin provedena urgentní sekvenace, jejíž výsledky vedly k úspěšné léčbě. Je takové vyšetření i u nás? Respektive mají čeští lékaři možnost takového vyšetření?

Ano, rychlá sekvenace, a především pak rychlá bioinformatická analýza genomu, tj. v řádu cca maximálně 48 hodin, u kriticky nemocných novorozenců je velmi efektivní metodou ke zjištění nejasné diagnózy a zavedení úspěšné, a především pak cílené léčby zaměřené na molekulární podstatu onemocnění. Ve vyspělých západních zemích je tato metoda nyní již prakticky rutinně zavedena ve velkých univerzitních nemocnicích. Je však velmi náročná na vysoce výkonné sekvenační platformy nové generace, specifický hardware a software pro bioinformatickou analýzu. To vše musí obsluhovat perfektně sehraný multidisciplinární tým odborníků, zahrnující nejenom genetiky, ale i pediatry, neonatology a dětské neurology. V České republice zatím bohužel tato technologie není dostupná a nejsou ani připraveny úhradové mechanismy z veřejného zdravotního pojištění. Věříme však, že od příštího roku budeme moci navrhnout základní model „rapid seq“ pro přední neonatologická pracoviště a tuto službu poskytnout i našim pacientům.

• Poslední otázka směrem k budoucnosti: jak se uplatní v genetice umělá inteligence a strojové učení? A na co se v budoucnosti oboru těšíte?

Umělá inteligence, spíše však přesněji strojové učení, velice rychle proniká do lékařské genomiky a umožňuje nám rychleji „prioritizovat“ nalezené varianty z hlediska jejich patogenetického dopadu. Současně umělá inteligence umožňuje analyzovat nepřeberné množství stále narůstající odborné literatury a vyznat se v komplexní a neustále se rychle rozvíjející klinické a laboratorní problematice více než 6 000 vzácných onemocnění. Naše pracoviště již několik let spolupracuje s přední izraelskou bioinformatickou firmou a snažíme se společně rozšířit databázi českých genomových variant, a tím významně posunout genomovou diagnostiku u nás. Nemůžeme spoléhat na mezinárodní databáze, kde jsou doposud česká a vlastně středoevropská data nedostatečně zastoupena.

K tomu, aby se plně využila analýza genomu, je však nezbytné i digitalizovat „fenotyp“ pacientů. Zatím korelujeme velmi přesné genomové analýzy s patologicko‑anatomicky stanovenými názvy chorob v podstatě od doby R. Virchowa z poloviny 19. století! U vzácných onemocnění už několik let používáme trojrozměrnou obličejovou biometrickou analýzu, která umožňuje digitalizovat s maximální přesností obličejové odchylky v porovnání s normou. Můžeme navíc příznaky u pacienta popsat pomocí velmi přesné lidské fenotypové ontologie, což společně se vyšetřením genomu umožňuje významně zpřesnit a zkvalitnit diagnostiku vzácných onemocnění. Naše pracoviště se podílí na překladu lidské fenotypové ontologie a tzv. Orphakódů, které umožní větší rozlišení vzácných diagnóz nad rámec MKN‑10. Máme radost, že vykazování pomocí Orphakódů nedávno přijaly i naše zdravotní pojišťovny

Umělá inteligence je však stále na začátku a netušíme, co přinese do budoucna, a je na nás, abychom ji správně používali a nespoléhali pouze „na stroje“, ale uplatnili i naši „lidskou“ klinickou a diagnostickou zkušenost. Moc bych si přál, abychom využili umělé inteligence k pochopení dosud neznámé funkce 98 procent genomu a jeho regulační role při vývoji jedince. Znamenalo by to další zásadní pokrok v lidské genomice a při vývoji nových cílených léčebných postupů. Konečně bych si přál, aby převládl zdravý rozum a humanistický princip k tomu, aby umělá inteligence nezačala stratifikovat lidi hned po narození na základě jejich „genetické výbavy“. Náš druh není definován jenom geneticky, ale především pak vzděláním a kulturou, která naše genetické dispozice po narození kreativně pomáhá rozvíjet. Je to jako s ohněm, který je dobrým sluhou, ale špatným pánem…