區(qū)分基因突變的新方法可能會(huì)帶來更好的治療

你身體中大約 40 萬億個(gè)細(xì)胞中的大多數(shù)都擁有幾乎相同的基因組拷貝——從你父母那里繼承的 DNA，包含從將食物轉(zhuǎn)化為能量到抵抗感染的所有指令。健康細(xì)胞通過基因組中的有害突變變成癌細(xì)胞。例如，如果一個(gè)細(xì)胞的基因組被紫外線損壞，它可能會(huì)導(dǎo)致突變，導(dǎo)致細(xì)胞無法控制地生長(zhǎng)并形成腫瘤。

識(shí)別導(dǎo)致健康細(xì)胞變成惡性的基因變化可以幫助醫(yī)生選擇專門針對(duì)腫瘤的療法。例如，大約 25%的乳腺癌是HER2 陽性的，這意味著這類腫瘤中的細(xì)胞會(huì)發(fā)生突變，導(dǎo)致它們產(chǎn)生更多的稱為 HER2 的蛋白質(zhì)來幫助它們生長(zhǎng)。專門針對(duì)HER2 的治療顯著提高了此類乳腺癌的存活率。

科學(xué)家們現(xiàn)在可以很容易地讀取細(xì)胞 DNA 來識(shí)別突變。挑戰(zhàn)在于人類基因組非常龐大，而突變是進(jìn)化的正常部分。人類基因組的長(zhǎng)度足以填滿一本 120 萬頁(yè)的書，任何兩個(gè)人大約可以擁有300 萬個(gè)遺傳差異。在腫瘤中找到一個(gè)致癌突變就像在一堆針中找到一根針。

我是一名計(jì)算機(jī)科學(xué)家，他探索大型復(fù)雜的遺傳數(shù)據(jù)集，以回答有關(guān)生物學(xué)和疾病的基本問題。我和我的研究團(tuán)隊(duì)最近發(fā)表了一項(xiàng)研究，該研究使用來自數(shù)千名健康人的 DNA，利用自然選擇原理幫助識(shí)別致病突變。

利用大數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)癌變

在確定患者的癌癥突變類型時(shí)，金標(biāo)準(zhǔn)是比較患者的兩個(gè)樣本：一個(gè)來自腫瘤，另一個(gè)來自健康組織(通常是血液)。由于兩個(gè)樣本都來自同一個(gè)人，他們的大部分 DNA 是相同的;只關(guān)注彼此不同的遺傳區(qū)域會(huì)大大縮小可能致癌突變的位置。

雖然基因突變是日常生活的一部分，但有些可能會(huì)導(dǎo)致癌癥。

問題是健康組織并不總是從患者身上收集，原因從臨床成本到狹窄的研究方案。

解決這個(gè)問題的一種方法是查看大量的公共 DNA 數(shù)據(jù)庫(kù)。由于癌癥驅(qū)動(dòng)突變不利于生存，自然選擇往往會(huì)隨著時(shí)間的推移在連續(xù)幾代中消除它們。在腫瘤的所有突變中，在特定人群中發(fā)生頻率較低的突變比許多人共有的變化更可能有害。經(jīng)過計(jì)算這些數(shù)據(jù)庫(kù)中突變發(fā)生的頻率，研究人員可以區(qū)分常見且可能是良性的基因變化和罕見且可能癌變的基因變化。

鑒于這種方法的威力，最近出現(xiàn)了大量收集和共享數(shù)百到數(shù)千人的 DNA 序列的項(xiàng)目。這些項(xiàng)目包括1000 基因組計(jì)劃、西蒙斯基因組多樣性計(jì)劃、GnomAD和All of Us。未來可能還會(huì)有更多。

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