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Inside Genomics Pioneer Craig Venters neueste Produktion
Bei Human Longevity Inc. (HLI) in La Jolla, Kalifornien, arbeiten mehr als zwei Dutzend Maschinen rund um die Uhr und sequenzieren alle 15 Minuten ein menschliches Genom zu Kosten von weniger als 2.000 US-Dollar pro Genom. Der gesamte Betrieb passt bequem in drei Räume. Als sein Gründer J. Craig Venter im Jahr 2000 zum ersten Mal ein menschliches Genom (sein eigenes) sequenzierte, kostete es 100 Millionen US-Dollar und es dauerte neun Monate, bis ein 50-Millionen-Dollar-Computer in der Größe eines Gebäudes fertiggestellt war.
Venters Ziel ist es, mindestens eine Million Genome zu sequenzieren, was wahrscheinlich den größten Teil eines Jahrzehnts dauern wird, und die daraus generierten Daten zu verwenden – zusammen mit Informationen über die Gesundheitsgeschichte einiger DNA-Spender und die Ergebnisse anderer medizinischer Untersuchungen Tests – um bessere Wege zur Behandlung und Vorbeugung einer Reihe von Erkrankungen zu finden, die häufig bei älteren Menschen auftreten, von Krebs bis hin zu Herzerkrankungen.
Venter, 69, hat 300 Millionen US-Dollar von Investoren aufgebracht, darunter GE Ventures, das Biotech-Unternehmen Celgene und Illumina, das die Sequenziermaschinen liefert. Und HLI unterhält Partnerschaften mit dem britischen Pharmagiganten AstraZeneca und der in South San Francisco ansässigen Roche-Tochter Genentech, die beide Patientenproben für die Sequenzierung beisteuern.
Illustration von Rebecca Clarke
Venter sitzt hinter seinem Schreibtisch in seinem Büro zwei Stockwerke über dem Sequenzierungslabor, sein roter Pudel Darwin schläft ruhig zu seinen Füßen und hat auf seinem Computer Bilder aufgerufen, die zeigen, wie HLI-Wissenschaftler in einem frühen Experiment die Genome von 1.000 Menschen sequenzieren konnten und dann ihre Gesichter allein anhand der genetischen Daten rekonstruieren. Wir können Ihr Gesicht, Ihre Größe, Ihren Body-Mass-Index, Ihre Augenfarbe, Ihre Haarfarbe und -struktur vorhersagen, sagt er und staunt darüber, wie genau eines der rekonstruierten Gesichter mit dem Foto des tatsächlichen Studienteilnehmers übereinstimmt.
Aber Venter sagt, die Fähigkeit, Gesichter aus Genomen zu machen, deutet nur auf die volle Kraft der Genetik hin. Ob es die Form Ihres Gesichts, eine [erkrankte] Aorta oder eine Verengung Ihres Rückenmarks ist, wir wollen es messen, damit wir diese Zustände in Zukunft anhand des genetischen Codes vorhersagen können, sagt er.
Das Verständnis der Genomik steckt noch in den Kinderschuhen und schränkt die Fähigkeit ein, eindeutige Verbindungen zwischen Genen und Krankheiten herzustellen. Selbst gut charakterisierte Gene führen Forscher nicht immer zu medizinischen Durchbrüchen. Zum Beispiel entdeckte Venter, dass er eine günstige Variante in einem Gen namens hat CETP (Cholesterylester-Transferprotein), die zuvor mit einem natürlich gesunden Cholesterinspiegel und damit einem geringeren Risiko für Herzinfarkte und Schlaganfälle in Verbindung gebracht wurden. In den frühen 2000er Jahren versuchten mehrere Pharmaunternehmen, Medikamente zur Senkung des schlechten Cholesterinspiegels zu entwickeln, indem sie auf eine schädliche Variante des Gens abzielten, das zu einem hohen ungesunden Cholesterinspiegel führt. Sie alle sind gescheitert.
Das beweist, dass einfache Zusammenhänge nicht immer aufgehen. Das gesamte Feld lernt, dass dies komplex ist, sagt er.
300 Millionen Dollar
Risikokapital investiert in Venteru2019s Human Longevity Inc.
Venter begrüßt die Komplexität und argumentiert, dass die Kombination von Genominformationen mit anderen Gesundheitsdaten diese Verknüpfungen freisetzen wird. Im Rahmen der Vereinbarung mit AstraZeneca wird das Pharmaunternehmen 500.000 anonyme DNA-Proben von Patienten in seinen klinischen Studien mit HLI teilen, das die DNA der Patienten sequenzieren und analysieren wird. Die Technologie ermöglicht es uns, jeden einzelnen Buchstaben des Genoms zu lesen, aber die Fähigkeit, Sequenzunterschiede zwischen Hunderttausenden von Patienten zu erkennen, wird einen großen Einfluss auf das Verständnis sowohl der Krankheit als auch des Ansprechens auf Medikamente haben, sagt Ruth March, die die Initiative des Pharmaunternehmens zu Personalisierung leitet Medizin und Biomarker. HLI verfügt über die Technologie, um Muster in Daten zu erkennen und darauf aufzubauen, anstatt nur zufällige Gene zu betrachten.
Um die gesundheitliche Bedeutung jedes der etwa 20.000 Gene im menschlichen Genom zu verstehen, müssen Wissenschaftler die genetischen Daten mit anderen Informationen über dieselben Personen vergleichen: Daten, die zeigen, wie ihre Gene durch Umweltfaktoren und Verhalten beeinflusst werden, Aufzeichnungen, die zeigen, wie sie es tun auf Medikamente, MRT-Bilder und andere Ergebnisse medizinischer Tests und mehr reagiert haben. Nur durch die Entdeckung von Mustern zwischen diesen Datenpunkten, glaubt Venter, wird HLI Erkenntnisse gewinnen, die Ärzte nutzen können, um Präzisionsmedizin zu praktizieren und Behandlungsentscheidungen auf die genaue genetische Ausstattung jedes Patienten zuzuschneiden.
Petabytes an genetischen Daten mit bestimmten Gesundheitszuständen zu korrelieren und dann nach Mustern unter den Millionen Individuen zu suchen, deren Genome HLI sammelt, ist eine enorme Computerherausforderung. Also stellte Venter Franz Och ein, den ehemaligen Chef der maschinellen Übersetzung von Google, der vor allem dafür bekannt ist, die Entwicklung von Google Translate zu leiten, einer Software, die jede Website der Welt so schnell wie möglich ins Englische übersetzt.
Die Herausforderung, sagt Och, besteht darin, Gesundheitszustände mit den 6,4 Milliarden Buchstaben zu korrelieren, aus denen der genetische Code besteht. Dieser Code kann als eine Sprache betrachtet werden, MRT-Bilder als eine andere Sprache und so weiter.
Beispielsweise schrumpft der Hippocampus bei Menschen mit Alzheimer oft Jahre, bevor sie Symptome entwickeln. Durch maschinelles Lernen zum Vergleich vollständiger Genome mit Gehirnbildern könnten genetische Variationen aufgedeckt werden, die mit dem Alzheimer-Risiko zusammenhängen. Daraus könnten sich dann Ziele für neue Medikamente oder Früherkennungsgeräte ergeben. Oder, sagt Och, es könnte zeigen, warum manche Menschen mit bestimmten bekannten genetischen Risikofaktoren nicht krank werden. Es könnte andere genetische Veränderungen geben, die schützen, sagt er.
Ob es die Form Ihres Gesichts ... oder eine Verengung Ihres Rückenmarks ist, wir möchten es messen, damit wir diese Zustände vorhersagen können.
Eines der Hauptziele von HLI ist die Herstellung von Krebsimpfstoffen, die auf die genetische Ausstattung der Patienten und ihres jeweiligen Krebses zugeschnitten sind. Die Idee wäre, Patienten zuerst zu behandeln, ihre Tumore sowie ihr gesamtes Genom zu sequenzieren und ihnen dann einen Impfstoff zu geben, der das Wiederauftreten ihrer Krankheit verhindern würde, sagt Ken Bloom, Präsident des HLI und Leiter seiner Onkologie-Initiative. Es würde das Immunsystem vorbereiten und es auf einen weiteren Angriff durch den Krebs vorbereiten, damit es nicht wieder auftritt, erklärt Bloom.
Venter stellt sich einen Tag vor, an dem wir alle unsere Genome sequenzieren und zur Verbesserung unserer Gesundheitsversorgung verwenden können. Er brachte im Oktober 2015 einen Prototyp dieses Modells namens Health Nucleus auf den Markt. Die Patienten verbringen einen Tag im Hauptsitz des Unternehmens in La Jolla, lassen ihr Genom sequenzieren und werden medizinischen Tests unterzogen. Health Nucleus-Kunden, die 25.000 US-Dollar für den Service bezahlen, beginnen ihren Tag in einer privaten Suite, die mit Ledersesseln ausgestattet ist, wo sie 90 Minuten lang ihre Familiengeschichte mit einem Arzt besprechen und sich Blutproben entnehmen lassen. Dann werden sie einer Reihe von High-Tech-Bildgebungstests unterzogen, die gesunden Menschen normalerweise nicht verschrieben werden, wie z im Laufe der Zeit. Sie gehen mit einem pflastergroßen Gerät auf der Brust nach Hause, das zwei Wochen lang ihren Herzrhythmus misst. Alle Kunden erhalten Zugang zu einer mobilen App, in der sie auf einen 3D-Avatar von sich selbst klicken können, um zu erfahren, welche ihrer Gene mit potenziellen Gesundheitszuständen korrelieren, die ihr Herz, Gehirn und andere lebenswichtige Organe beeinträchtigen könnten. Bisher haben sich etwa 220 Patienten angemeldet.
Dieser Ansatz hat eine Menge ethischer und gesellschaftlicher Probleme aufgeworfen, sagt Arthur Caplan, Professor für Bioethik am Langone Medical Center der New York University, der Venter seit vielen Jahren kennt und einmal als Berater bei einem seiner Unternehmungen gearbeitet hat. Wer wird all diese Tests und die personalisierte Medizin bezahlen? Ist es das Geld überhaupt wert? Caplan weist darauf hin, dass jeder, der heute eine Genomsequenzierung wünscht, aus eigener Tasche bezahlen muss, da Versicherungsgesellschaften Patienten selten Gentests oder Beratung erstatten. Zumindest im Moment gibt es also eine wirtschaftliche Ungleichheit beim Zugang zu diesen hochgradig maßgeschneiderten Gesundheitsprogrammen. Nur die Reichen können derzeit für die Genomsequenzierung bezahlen, sagt Caplan.
Das mag vorerst stimmen, aber Venter hat Versicherungsmathematiker eingestellt, um die Wirtschaftlichkeit des personalisierten Ansatzes von HLI zu beweisen, in der Hoffnung, Versicherungsunternehmen an Bord zu holen. Selbst wenn es 25.000 Dollar pro Patient kostet, sagt er, ist es besser, Hunderttausende von Dollar für Chemotherapie und andere Behandlungen auszugeben, die letztendlich kein Leben retten werden. Also 25.000 Dollar gegenüber Hunderttausenden von Dollar, 40 Jahre zu leben vs. zwei Jahre zu leben, sagt er. Wie viele dieser Fälle müssen Sie sagen, dass es wirtschaftlicher ist, Krankheiten zu verhindern, als sie nur zu behandeln?