Dzisiaj prawie każdy noworodek w amerykańskim szpitalu otrzymuje nakłucie pięty wkrótce po urodzeniu. To badanie krwi wykrywa rzadkie, ale poważne zaburzenia fizyczne, takie jak anemia sierpowata i nadczynność tarczycy, których najgorsze skutki mogą być złagodzone dzięki wczesnemu leczeniu.
A co jeśli dodatkowo mała próbka śliny każdego dziecka byłaby wysyłana do laboratorium, gdzie za kilka dolarów analizowano by DNA dziecka i otrzymywano by wiele „ocen ryzyka”? Nie byłyby to diagnozy, ale raczej prognozy: To dziecko jest w grupie podwyższonego ryzyka zachorowania na choroby serca za 50 lat. To dziecko jest bardziej niż przeciętnie narażone na depresję lub schizofrenię. To dziecko może mieć bardzo wysokie IQ-lub niskie.
Robert Plomin, PhD, psycholog i genetyk w King’s College w Londynie, uważa, że przyszłość jest tuż za rogiem, a on z zadowoleniem ją przyjmuje. W pracach naukowych oraz w nowej książce „Blueprint: How DNA Makes Us Who We Are”, on stawia sprawę, że w bardzo niedalekiej przyszłości, będziemy w stanie wiedzieć, przy urodzeniu, coś o naszym ryzyku rozwoju prawie każdej wyobrażalnej psychologicznej i fizycznej cechy i choroby – nasze „poligeniczne wyniki ryzyka” – i że ta wiedza pomoże naukowcom rozwijać nowe metody leczenia i interwencji, i pomoże nam wszystkim żyć lepiej w zgodzie z naszą indywidualną naturą.
„W ciągu 10 lat, to będzie postrzegane jako nieetyczne nie ,” przewiduje. „Wiedza to potęga; uprzedzony jest uprzedzony.”
Krytycy, w międzyczasie, zobaczyć, że wizja jako zarówno hiperboliczne i przerażające-naukowo nieprawdopodobne, ale także morass problemów etycznych. Psycholog z Uniwersytetu Wirginii, dr Eric Turkheimer, na przykład, sprzeciwia się porównaniom z kryształową kulą i twierdzi, że wyniki ryzyka poligenicznego nie mówią nam więcej, niż moglibyśmy się dowiedzieć po prostu patrząc na cechy rodziców danej osoby.
Nie da się jednak zaprzeczyć, że wraz ze spadkiem kosztów genotypowania DNA w ciągu ostatniej połowy dekady, badania nad genetyką cech psychologicznych rosły w postępie geometrycznym. Naukowcy odkryli tysiące odmian genetycznych, z których każda wnosi maleńką kroplę do naszej genetycznej skłonności do wielu cech. I, czy te testy DNA mogą nam powiedzieć wiele o indywidualnym przeznaczeniu noworodka, są już użytecznym narzędziem badawczym, które zapewnia nowy wgląd w to, jak geny i środowiska oddziałują na siebie, nowe drogi do zrozumienia, jak rozwijają się choroby psychiczne (i inne choroby) oraz nowe ścieżki do zbadania potencjalnych metod leczenia.
Historia dziedziczności
Droga do poligenicznych wskaźników ryzyka była kręta. Naukowcy badają dziedziczność od ponad wieku, od kiedy Sir Francis Galton zaproponował użycie bliźniąt, aby pomóc rozwikłać zagadkę natura kontra wychowanie. Dziesiątki lat tych badań bliźniąt, adopcji i innych badań rodzinnych wskazywały na jeden ogólny wniosek: „Wszystko jest dziedziczne”, jak ujął to Turkheimer w swoim „pierwszym prawie genetyki behawioralnej.”
Wartość dziedziczności różni się w zależności od cechy, ale dla większości cech psychologicznych i zaburzeń, jest ona znaczna. Schizofrenia jest w około 50 procentach dziedziczna – to znaczy, że geny odpowiadają za około 50 procent wariancji tej cechy w całej populacji. IQ jest również w około 50 procentach dziedziczne. Autyzm jest dziedziczny w około 70 procentach. A dziedziczność cech osobowości Wielkiej Piątki waha się od około 40 do 60 procent.
Ale wiedza, że cecha lub zaburzenie jest częściowo dziedziczna mówi tylko o transmisji na poziomie populacji; nie mówi, czy dana osoba ją odziedziczy. Żadna cecha psychologiczna nie jest w 100 procentach dziedziczna – w końcu identyczne bliźnięta mają dokładnie taki sam kod genetyczny, ale nie są tą samą osobą. A znajomość dziedziczności cechy nie mówi nic o faktycznych genach lub mechanizmach środowiskowych, które na nią wpływają. Naukowcy mogli zacząć badać te kwestie dopiero w latach 90. i na początku XXI wieku, kiedy genotypowanie DNA stało się dostępne.
Na początek krótki elementarz: ludzki genom składa się z około 3 miliardów par zasad (zbudowanych z chemicznych bloków budulcowych zwanych A, C, T i G) na 23 parach chromosomów. Ogromna większość genomu jest identyczna dla każdej osoby, ale to, co interesuje badaczy, to różnice – miejsca zwane polimorfizmami pojedynczego nukleotydu (SNP), gdzie na przykład jedna litera, która zwykle jest G, została zamieniona na T lub C została zamieniona na A – które przyczyniają się do naszej różnorodności jako gatunku.
Na początku genotypowanie DNA było bardzo drogie. Tak więc badacze z dziedziny psychologii i innych dziedzin zwrócili się do pozornie obiecującej strategii: Zamiast szukać interesujących SNP w całym genomie danej osoby (co kosztowałoby zbyt wiele), przyjrzeli się „genom kandydującym” – genom, co do których mieli powody sądzić, że mogą być związane z badaną cechą. Badacz zainteresowany depresją mógł na przykład przyjrzeć się SNP w jednym lub dwóch genach, które były zaangażowane w układ serotoninowy.
Miała nadzieję, że te badania szybko zidentyfikują „gen” dla depresji, zespołu nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi (ADHD), IQ i wielu innych cech i zaburzeń.
„Założenie było takie, że pojedyncze geny będą interesujące do pracy”, mówi dr Terrie Moffitt, psycholog z Duke University, która pracowała nad badaniami genów kandydujących w latach 90. i na początku XXI wieku.
Strategia ta nie sprawdziła się. Stopniowo, gdy większość badań nad genami kandydującymi nie znalazła niczego interesującego (lub nie udało się ich powtórzyć), badacze zdali sobie sprawę, że problem polega na tym, że każda cecha psychologiczna lub zaburzenie nie jest związane z jednym, dwoma lub tuzinem genów, ale z setkami, a nawet tysiącami, z których każdy przyczynia się tylko w niewielkim stopniu do dziedziczności cechy. Aby znaleźć wszystkie te SNP, nie można było po prostu szukać na genach kandydujących, trzeba było przeskanować cały genom. A ponieważ ilość wariancji, jaką każdy pojedynczy SNP wniósł do cechy, była tak niewielka, trzeba było to zrobić w ogromnych pulach badanych – setkach tysięcy osób – aby zlokalizować odpowiednie SNP.
„Od około 2003 do 2012 roku wszyscy czekali na te duże GWAS” – mówi Moffitt.
W końcu, gdy koszt genotypowania zaczął spadać, badania te stały się możliwe, a następnie obfite. W ciągu ostatnich pięciu lat badacze przeprowadzali coraz więcej i coraz większe badania GWAS, identyfikując tysiące SNP powiązanych z osobowością, inteligencją, depresją i wieloma innymi cechami psychologicznymi i zaburzeniami (oraz, poza psychologią, z cechami fizycznymi i chorobami, takimi jak otyłość i choroby serca).
Dzisiaj, genotypowanie DNA osoby i szukanie setek tysięcy SNP kosztuje mniej niż 100 dolarów, a miliony ludzi wysłało wymazy plwociny do firm komercyjnych, takich jak 23andMe, aby wykonać osobiste badania genetyczne. W jednym z największych jak dotąd badań GWAS, naukowcy zbadali genomy ponad 1,1 miliona osób – w tym klientów 23andMe, jak również osób z innej ogromnej bazy danych DNA, UK Biobank – w poszukiwaniu genów związanych z osiągnięciem wykształcenia. Z tej ogromnej puli zidentyfikowali 1 271 SNP związanych z tym, ile lat ludzie spędzili w szkole. Każdy SNP przyczynił się do niewielkiej ilości na własną rękę, ale po dodaniu razem, wyjaśniły one 13 procent wariancji w osiągnięciu wykształcenia w próbie (Nature Genetics, Vol. 50, No. 8, 2018). Również w zeszłym roku metaanaliza GWAS dotycząca depresji, z udziałem prawie 150 000 osób z depresją i 350 000 kontroli, znalazła 44 geny związane z dużym zaburzeniem depresyjnym (Nature Genetics, Vol. 50, No. 5, 2018). A badanie z udziałem 135 000 osób znalazło 35 genów związanych z używaniem marihuany przez całe życie (Nature Neuroscience, Vol. 21, No. 9, 2018). Są to tylko niewielka próbka z rosnącej liczby GWAS.
Poligeniczne wyniki ryzyka, a następnie, są sposobem na wzięcie informacji z GWAS i zastosowanie ich do osoby. „Poligeniczny” oznacza „wiele genów”, i to jest to, co te wyniki ryzyka zawierają. Po genotypowaniu DNA danej osoby, można je przeczesać w poszukiwaniu SNP, które – poprzez duże GWAS – zostały powiązane z daną cechą. Następnie po prostu sumuje się liczbę tych SNP w DNA, odpowiednio je ważąc, ponieważ niektóre SNP są silniej związane z daną cechą niż inne. Otrzymana liczba to wynik poligeniczny danej osoby dla tej cechy. Zazwyczaj jest on wyrażany jako percentyl – na przykład, ta osoba znajduje się w 70 percentylu genetycznego ryzyka rozwoju schizofrenii lub w 90 percentylu osiągnięć akademickich.
Etyczne pole minowe
Więc, jak bardzo te wyniki mają znaczenie i co nam mówią? Odpowiedź zależy od tego, kogo pytasz. Turkheimer, sceptyk, nie jest pod wrażeniem. W tej chwili, jak zauważa, największy GWAS – ten dotyczący osiągnięć edukacyjnych – może wyjaśnić 13 procent wariancji populacji dla tej cechy. Inne GWAS dotyczące cech i zaburzeń psychologicznych wyjaśniają mniej – około 7 procent wariancji w schizofrenii i 3 procent w depresji, na przykład. Chociaż jest to znaczące dla pojedynczej zmiennej, Turkheimer wskazuje, że jest to o wiele mniej niż rzeczywista dziedziczność tych cech, o której już wiedzieliśmy z badań bliźniąt i adopcji, że jest wysoka.
„Jeśli cokolwiek, to co znaleźliśmy jest mniejsze niż byśmy się spodziewali w, powiedzmy, 1990 roku” mówi. „Nie przewidują one bardzo dobrze.”
Plomin, z drugiej strony, który nazywa siebie „cheerleaderką” dla wyników poligenicznych, przyjmuje ekspansywny pogląd. Wierzy, że w miarę jak GWAS będą się powiększać, a badacze udoskonalać swoje techniki obliczania wyników ryzyka, ich moc predykcyjna będzie się poprawiać, aż do granic dziedziczności.
To jest techniczna różnica zdań, ale większa debata jest filozoficzna i etyczna, jak również.
Plomin wierzy, że te wyniki będą nieocenione dla rodziców szukających wskazówek w wychowywaniu swoich dzieci, oraz dla ludzi szukających wglądu we własne mocne i słabe strony. Rodzice z dzieckiem z wysokim ryzykiem dysleksji, na przykład – zaburzenia, które często nie jest odkryte, aż dzieci mają już problemy w szkole – mogą zamiast tego uzyskać ich wczesną pomoc w czytaniu i zapobiec najgorszym konsekwencjom. Ludzie, którzy wiedzą, że są na wysokie ryzyko dla alkoholu lub innych zaburzeń związanych z używaniem substancji może podjąć więcej opieki, aby uniknąć alkoholu i narkotyków wcześnie.
Ale Turkheimer i inni martwić o niebezpiecznym endgame do tych przewidywań. Weźmy na przykład przykład dysleksji. Dla każdego dziecka prawidłowo zidentyfikowanego jako dyslektyczne przez jego DNA, kilka innych dzieci może zostać błędnie zidentyfikowanych – w końcu wyniki ryzyka poligenicznego tylko wskazują na ryzyko, nie są diagnozami. Jakie są konsekwencje identyfikowania dzieci jako „wysokiego ryzyka” dla zaburzeń, które nigdy się u nich nie rozwiną? A w bardziej ekstremalnym przykładzie, co by się stało, gdyby, jak sugerują niektórzy, wyniki poligenicznego ryzyka dla inteligencji stały się częścią kryteriów używanych do śledzenia dzieci na różnych ścieżkach edukacyjnych – uniwersytet kontra szkoła handlowa? „Sugestia, by umieszczać dzieci w szkołach ze względu na ich wyniki ryzyka poligenicznego jest dokładnie taka sama, jak przydzielanie ich do szkół na podstawie wyników IQ ich rodziców, z tą różnicą, że nie tak dobra, ponieważ przewidywania nie są tak dobre. Dla mnie jest to jawnie okropny wynik,” mówi Turkheimer.
W szerszym ujęciu, koncentrowanie się na tym, co genetyka może nam powiedzieć o różnicach indywidualnych, odgrywa pogląd na świat, który niebezpiecznie pomniejsza znaczenie środowiska, mówi dr Jonathan Kaplan, filozof nauki z Oregon State University, który bada etykę badań nad genetyką behawioralną. Na przykład, koncentrowanie się na tym, co GWAS mówi nam o IQ i osiągnięciach edukacyjnych u jednostki może zdyskontować znaczenie uczęszczania do bezpiecznej, funkcjonalnej i dobrze finansowanej szkoły.
„To jest zmartwienie. Nie chodzi o to, że jest coś złego w badaniach, ale mają one tendencję do wypierania innych wyjaśnień w sposób, który jest głęboko problematyczny,” mówi.
Implikacje badawcze
Te głębokie i ważne implikacje społeczne na bok, większość badaczy zgadza się, że GWAS i wyniki ryzyka poligenicznego są coraz bardziej użytecznymi narzędziami badawczymi.
Po pierwsze, dla badań medycznych, zlokalizowanie tysięcy nowych genów związanych ze zdrowiem psychicznym i innymi zaburzeniami może dać naukowcom nowe drogi do poszukiwania nowych leków i innych metod leczenia. Oczywiście, że był kiedyś nadzieja za kandydata badania genów, że przez znalezienie jednego lub dwóch genów odpowiedzialnych za zaburzenia i patrząc na systemy te geny były zaangażowane w, dowiemy się więcej o tym, jak leczyć zaburzenia. Fakt, że większość zaburzeń zdrowia psychicznego okazało się być pod wpływem wielu genów znacznie skomplikował ten obraz, ale nie wymazał go.
„To pomaga nam zrozumieć biologię stojącą za tymi zaburzeniami,” mówi Gerome Breen, PhD, genetyk psychiatryczny w King’s College London. „Ostatnie badania pomagają nam poszerzyć nasze myślenie i podejście, na przykład w depresji, i myśleć o różnych procesach biologicznych, niż mieliśmy wcześniej. To może nas oderwać od podejścia zdominowanego przez serotoninę.”
Może to również wpłynąć na sposób, w jaki psychologowie i inni konceptualizują i kategoryzują choroby psychiczne. Ostatnie GWAS, na przykład, wykazały, że istnieje znaczące nakładanie się genów zaangażowanych w wiele odrębnych zaburzeń psychicznych, w tym schizofrenię, zaburzenie dwubiegunowe, ADHD i depresję (Science, Vol. 360, No. 6395, 2018). Więcej wyników takich jak te mogłoby doprowadzić psychologów, psychiatrów i innych badaczy do ponownego przemyślenia rozróżnień diagnostycznych między tymi zaburzeniami.
Wreszcie, poligeniczne wyniki ryzyka mogłyby pomóc badaczom, którzy chcą przynieść spersonalizowaną medycynę do leczenia zdrowia psychicznego – pomagając dostosować leczenie do osób. Na przykład, Breen jest zainteresowany tym, jak wyniki ryzyka poligenicznego mogą pomóc w przewidywaniu odpowiedzi pacjentów schizofrenii na leczenie. W jednym z badań znalazł dowody na to, że wśród pacjentów ze schizofrenią doświadczających pierwszego epizodu psychozy, ci z wyższymi wynikami ryzyka poligenowego dla tego zaburzenia częściej mieli objawy depresji i niższe globalne funkcjonowanie przed leczeniem; ale także wykazywali tendencję do wykazywania większej poprawy objawów po leczeniu w porównaniu z pacjentami z niższymi wynikami ryzyka poligenowego (Translational Psychiatry, Vol. 8, No. 1, 2018).
Steven Hollon, PhD, psycholog na Vanderbilt University w Tennessee, który spędził dziesięciolecia na badaniu leczenia depresji, jest podekscytowany tymi możliwościami. Jego tło nie jest w genetyce, ale współpracuje z Breen i psychologiem King’s College London, Thalia Eley, PhD, aby opracować badanie, które przyjrzy się, w jaki sposób poligeniczne wyniki ryzyka mogą przewidywać odpowiedzi pacjentów z depresją na leczenie behawioralne w porównaniu z lekami. Poprzednie badania, mówi, wykazały, że niektórzy pacjenci robią lepiej z behawioralnego leczenia i innych z lekami, ale w tej chwili, istnieje niewiele dobrych sposobów, aby przewidzieć, którzy pacjenci będą należeć do której kategorii. Ich wniosek o dotację nie jest jeszcze finansowany, ale Hollon ma duże nadzieje na metodę badawczą.
„Dwadzieścia lat temu, nie mogliśmy sobie tego wyobrazić,” mówi.
W innej linii badań, poligeniczne wyniki ryzyka mają również – być może sprzecznie z intuicją – przyciągnęły uwagę psychologów i innych naukowców społecznych, którzy chcą zrozumieć więcej o tym, jak jesteśmy kształtowani przez nasze środowiska, jak również nasze geny.
Przez dziesięciolecia, głównym sposobem prowadzenia takich badań było przez bliźniaków i badań adopcyjnych. Jeśli chciałeś wiedzieć, jak rodzicielstwo wpłynęło na konkretny wynik u dzieci, na przykład, można szukać identycznych bliźniąt wychowywanych w różnych rodzinach i zobaczyć, jak różnią się na tym wyniku, lub można porównać identyczne do bliźniąt braterskich. Jest to skuteczna metoda, ale z ograniczoną pulą uczestników.
Poligeniczne wyniki ryzyka, w teorii, oznaczają, że można prowadzić podobne badania w populacji ogólnej, używając wyników ryzyka jako zmiennej, aby kontrolować genetykę.
Na przykład, w jednym z badań, Moffitt, jej kolega i współmałżonek Avshalom Caspi, PhD, i postdoc Jasmin Wertz, PhD, łączą poligeniczne wyniki ryzyka dla osiągnięć edukacyjnych z długotrwałymi badaniami kohortowymi w Nowej Zelandii i Wielkiej Brytanii, aby spojrzeć na to, jak rodzicielstwo wpływa na życiowe ryzyko antyspołecznych zachowań dzieci. (Wielu badaczy jest zainteresowanych wykorzystaniem tych wyników osiągnięć edukacyjnych do badania innych obszarów, ponieważ GWAS osiągnięć edukacyjnych jest największy do tej pory, a zatem ma najlepszą moc predykcyjną.
A ponieważ osiągnięcia edukacyjne są związane z tak wieloma cechami, mogą być stosowane jako przybliżenie do badania wielu czynników, które są statystycznie związane z poziomem wykształcenia, w tym zachowania przestępcze, długowieczność i więcej.)
„Bierzemy DNA matki i obliczamy wynik genetyczny osiągnięć edukacyjnych,” wyjaśnia Moffitt. „Następnie przyglądamy się temu, co ona robi – przeprowadzamy wizyty domowe i wywiady z rodzicami na temat tego, jak często czytają książki i tym podobne rzeczy. Następnie przyglądają się DNA dzieci i ich wynikom, takim jak to, czy były karane. Genetycy behawioralni powiedzieliby: „Jasne, mądre dzieci dobrze sobie radzą, bo rodzą się z mądrymi rodzicami. Ale to, co jesteśmy w stanie zrobić poprzez kontrolowanie poligenicznych wyników ryzyka, to powiedzieć, że czytanie książek ma znaczenie, lekcje muzyki mają znaczenie – zupełnie niezależnie od genetyki”, mówi Moffitt.
Badania takie jak to wskazują na szeroki zasięg poligenicznych wyników ryzyka jako narzędzia badawczego. Dla sceptyków takich jak Turkheimer, to właśnie tam leży ich znaczenie. „Jest wiele rodzajów interesujących nauk społecznych, które możesz zrobić, kiedy masz te genetyczne szacunki,” mówi. Dla mistrzów takich jak Plomin, w międzyczasie, są one kolejnym dowodem na to, że wszyscy psychologowie – nawet ci, którzy nigdy nie rozważali włączenia genetyki do swojej pracy – powinni zwracać uwagę na tę dziedzinę.
„Wszyscy psychologowie powinni skorzystać z możliwości włączenia DNA do swoich badań,” mówi Plomin. „Ile to kosztuje, 100 dolarów? fMRI kosztuje może 500 dolarów za godzinę. Każda próbka, którą psycholog bada, jeśli nie zbierze DNA, wyświadcza sobie prawdziwą niedźwiedzią przysługę.”