Проучванията за асоцииране в целия геном (GWAS) значително увеличават нашето разбиране за генетичната основа на човешките заболявания, особено сложните заболявания. Може би най-важното е, че те подобряват нашето разбиране за фините разлики между индивидите, включително поведенчески характеристики, здраве, благосъстояние и ефективност. Анализ на публикациите на GWAS от първото им появяване през 2003 г. подчертава постоянното откриване на това, което ни прави уникални.

целия

От първите доклади на GWAS има все по-голям брой коментари в силно въздействащи научни списания, подчертаващи потока от човешка генетична информация и как информацията от генотипиращи чипове с висока плътност (генни чипове) се използва от компаниите онлайн, за да "предскаже "човешкото здраве на индивидуално ниво. Това, което обаче не се разглежда, е ключовата информация, която може да е необходима, за да се позволи на генетичните данни да предскажат човешкото здраве или, което е по-важно, да се разработят стратегии за модифициране на генетични прогнози. Тоест паралелна и интегрирана оценка на диетата и факторите на околната среда.

От 2005 г. насам е очевидна необходимостта от съвместни усилия в областта на нутригеномиката, за да се позволи по-добро разбиране на основите на заболяването и характеристиките, които се различават при отделните индивиди. Въпреки това, въпреки че има много разпространени проучвания върху генетичните основи на болестите, по-голямата част от тях не са придружени от строги хранителни и екологични данни; този елемент ще бъде от съществено значение при бъдещи изследвания.

Моногенни разстройства и сложни заболявания

През по-голямата част от 20-ти век знанията за генетичните основи на човешките заболявания са били ограничени до един ген или болест на Мендел, където семейната асоциация е донякъде очевидна. Повечето от тези мутации са под формата на SNP, включващи миссенс (миссенс) или глупости (глупости) мутации. След като болестта беше точно фенотипизирана и семейните асоциации бяха идентифицирани, беше относително ясно кой ген е важен. Такива заболявания обаче са сравнително редки и най-често срещаните заболявания са по-сложни, включващи множество гени и взаимодействия с околната среда, включително диета.

При сложни заболявания проучванията за асоцииране са единственият реалистичен подход, като се използват голям брой несвързани случаи и контроли или семейни групировки като трио, включващи 2 родители и засегнато дете. За идентифициране на гени при сложно заболяване са необходими голям брой маркери, обхващащи генома. Може би по-важното е, че наличието или отсъствието на вариант на един ген обикновено не е достатъчно, за да обясни фенотипа на заболяването. Има основателна причина да се смята, че генетичното предразположение към сложни заболявания се дължи на незначителни вариации в голям брой гени и способността им да взаимодействат със специфични фактори на околната среда. Въпреки че тези сложни заболявания са много по-трудни за изучаване, това знание може да стане много важно, тъй като те са най-честата причина за смърт при хората. Разбира се, има още повече технически предизвикателства за постигането на ефективно разбиране на човешката диета, отколкото гените.

Технологии в GWAS

Въпреки че първият GWAS се появява в литературата през 2003 г., първоначалните инструменти не покриват представителна област на човешкия геном. На следващата година беше описан микрочип с разделителна способност, който предвещава пълно покритие на човешкия геном. Тези инструменти са съществени начални блокове за проучвания с GWAS, които се основават на разрешаване на корелации между генотип и фенотип, като се използват същите принципи като генните изследвания. Такива изследвания обаче са без хипотези, тъй като измерените варианти обхващат целия човешки геном.

Международният проект за картографиране на хаплотипове (HapMap) признава необходимостта от изследвания от този тип и се опитва да характеризира основните SNP в целия геном и в различни групи от човешка популация. Идеята беше, че те могат да дадат представа за структурата на популацията във всички „често срещани“ SNP (> 5% честота), в 2 фази на нарастваща плътност в целия геном. Това ще бъде допълнено с дълбоко повторно секвениране, където е подходящо.

Този ресурс предоставя технология за генетични варианти на тестове, използващи генни чипове, които сега могат да покрият над 1 милион SNP в генома. Двата основни доставчика на генотипи са Affymetrix, чиито варианти са разпределени на случаен принцип, и Illumina, която използва по-силно подбрани SNP. И двата, и двата генни чипа са идеални за измерване на голям брой SNP, а също и за копиране на варианти.

Налични са и техники за дълбоко повторно секвениране за изследване на специфични области от генома. Големите бази данни за сътрудничество са от съществено значение за осигуряване на необходимата статистическа мощ за доверие в интерпретацията на данните.

Значение на GWAS

GWAS предоставят важен механизъм за оттегляне от кандидат-генни проучвания, които подбират гени за изследване въз основа на известни или предполагаеми механизми на заболяване. Вместо това GWAS позволяват цялостно сканиране на генома по безпристрастен начин и благодарение на тях са идентифицирали асоциации с гени, без предварително подозрение, че са свързани със заболяването. Те позволяват изследване на наследствената генетична вариабилност при безпрецедентни нива на разделителна способност и са избрали някои асоциации в региони, за които не е известно, че съдържат гени.

Методите продължават да бъдат усъвършенствани. За 2009 г. се препоръчва да се извършат точни широкомащабни репликации в подобни и разнообразни популации, фино картографиране и повторно секвениране, определяне на по-информативни маркери и множество независими информационни локуси, включване на функционална информация и подобрено фенотипно картографиране на генетичния включени ефекти. Дори когато репликацията доказва, че съществува, окончателното идентифициране на причинно-следствения вариант често е неуловим. Въпреки че това са важни моменти, тревожно е, че дори и най-изчерпателните прегледи не успяват да разгледат диетата като една от липсващите променливи.

Болестта на Crohn дава добър пример за силата на тази методология. Кандидат-генните проучвания бавно разкриват някои от генетичните основи за това заболяване, с първоначален доклад за първия свързан с болестта ген, нуклеотиден олигомеризационен домейн 2 (NOD2) през 2001 г. Други гени постепенно бяха разкрити и понякога неубедителни, включително друго имунно разпознаване гени като тол-подобен рецептор 4 (TLR4). Първите публикации на GWAS при това заболяване обаче разкриха значението на SNP в неподозирани гени, включително рецептора за интерлевкин 23 (IL23R) и гена за автофагия ATG16L1. Тези гени включват реакция на фактори на околната среда, особено бактерии и диета. Методологията на GWAS продължава да дава важни открития на генетичната основа на това заболяване. Изследванията на диетичните взаимодействия обаче изостават далеч зад генетичните доказателства.

Използване на генни чипове и бази данни на GWAS в персонализирани здравни прогнози

Целиакия предоставя пример, при който гореспоменатият доклад е в добро съгласие между тестващите компании с пряко потребителско обслужване. Целиакия представлява значителна хранителна непоносимост, като настоящата честота на разпространение е приблизително 1 на 100 индивида в общата популация. Това заболяване се характеризира с непоносимост през целия живот към глутен, открит в пшеницата, ечемика и ръжта и в продуктите, получени от тях. Най-ефективното лечение за цьолиакия е хранително и ремисията на симптомите може да бъде добре поддържана при липса на глутен или при консумация под определен праг. В момента заболяването обикновено се диагностицира фенотипично, след като симптомите се развият, и изисква биопсия на тънките черва за потвърдена диагноза. Изследванията на близнаци обаче предоставят добри доказателства за генетичната основа на заболяването, като 10% от роднините от първа степен са засегнати и 75% съвпадение между монозиготни близнаци.

Ясно участват няколко гена, но най-последователният генетичен компонент зависи от вариантите на гените HAL-DQ (DQ2 и/или DQ8). Основните гени при цьолиакия водят до 7-кратно увеличаване на риска от заболяването и могат да бъдат диагностицирани доста последователно, както на ниво фенотип, така и на генотип. Най-новите GWAS предоставят данни за други гени, свързани с това заболяване. Ще има случай за ранна генетична диагностика в податливи семейства, като се избягва страданието, свързано с наличието на симптоми.

Там, където се появиха малко по-различни тълкувания, едната компания обработваше скорошна информация, а другата не. Болестта на Crohn дава пример, когато е имало несъответствия в диагнозата. Въпреки че това заболяване е било значително управляемо в проучванията на GWAS, с много силни шансове за прецизна генна диагноза, поотделно има много ниски относителни рискове. Това може да предполага важността на взаимодействията с околната среда.

Взаимодействия между генната диета при болестта на Crohn

Генетичната основа на болестта на Crohn не е толкова лесна за характеризиране, колкото целиакия. Генетичната основа се подкрепя, както и при целиакия, от проучвания при близнаци. Например са демонстрирани силни семейни асоциации и около 44% съгласуваност между монозиготни близнаци. Въпреки че ключовите гени са разкрити от GWAS и други подходи, вероятностните нива, свързани с отделните алели на риска, не са впечатляващи. Освен това, въпреки че са разкрити някои ключови хранителни елементи, за разлика от цьолиакия, няма „един размер, подходящ за всички“. Например пшеничните продукти, млечните продукти, червеното вино, царевицата, гъбите и соевото мляко и кисело мляко са храни, за които редица индивиди съобщават за обостряне на риска; има обаче и част от хората, които последователно съобщават, че изглежда, че редовно консумират една или повече от тези храни. Установено е, че поне някои от тези очевидно несъвместими данни, като например за гъбичките, са резултат от взаимодействия между гените и диетите.

В този пример генетичният вариант в молекулата на транспортен разтвор, OCTN1, изглежда важен за риска от болестта на Crohn. Дори в популации, при които не е показана статистически значима асоциация, като например в Нова Зеландия, при въвеждането на фактора на способността да понасят гъби, тези индивиди със силна непоносимост към гъби са показали повишени нива на варианта OCTN1 в сравнение с контролната популация.

Опитът с болестта на Crohn води до повишено внимание при тълкуването на хранителната информация за това сложно заболяване. Полагат се значителни усилия за повишаване на чувствителността и точността на хранителната информация; най-точните диетични въпросници обаче разкриват типичен начин на хранене за индивида. От анализа на такива данни за лице с болестта на Crohn може да се заключи, че дефицитът на пшенични продукти, млечни продукти, червено вино, царевица, гъби и соево мляко и кисело мляко са довели до развитието на болестта. Сегашната картина обаче изглежда напълно обратна на това. Наблюдението е, че когато индивидът консумира тези диетични продукти, симптомите на заболяването се развиват и индивидът се научава да избягва храните, които предизвикват симптомите; това означава, че именно присъствието, а не отсъствието на тези елементи всъщност води до установяване на симптоми на заболяването. Това е обратното на традиционната диетична интерпретация и може да доведе до различен начин на мислене за диетичните проучвания заедно с GWAS.

Със сигурност ефективните методи увеличават тяхната наличност. От съществено значение е тези изследвания да се проведат, ако наистина искаме да открием истинската роля на генетичните варианти и взаимодействието с диетата и околната среда в етиологията на сложните заболявания.