În cel mai mare studiu al S.U.A. gemenii, cercetătorii folosesc înregistrări de asigurări pentru a elimina efectele genelor, mediului în sute de boli

harvard


Când vine vorba de boli și sănătate, ceea ce este mai puternic - codul poștal sau codul genetic?

Gradul în care natura și îngrijirea afectează bolile și sănătatea rămâne una dintre întrebările eterne - și încă fără răspuns - în medicină.

Acum, o echipă de anchetatori de la Harvard Medical School și Universitatea din Queensland din Australia au abordat această întrebare într-un mod decisiv nou.

În ceea ce cercetătorii descriu ca o lovitură de stat pentru Big Data și o premieră științifică, echipa a folosit o bază de date masivă de asigurări de aproape 45 de milioane de oameni din Statele Unite, inclusiv mii de perechi de gemeni pentru a determina efectele genelor și mediului în 560 de condiții comune . Bolile analizate acoperă 23 de categorii, variind de la boli cardiovasculare și boli neuromusculare la afecțiuni scheletice.

Lucrarea, publicată în ianuarie. 14 în Nature Genetics, se crede că oferă cea mai mare evaluare a S.U.A. gemeni până în prezent, au spus cercetătorii. Este, de asemenea, primul care trece dincolo de abordarea tradițională a unei singure boli la un moment dat și analizează sute dintre cele mai frecvente afecțiuni dintre mai mult de 56.000 de perechi de gemeni.

Până în prezent, majoritatea studiilor gemene sau familiale asupra genelor și mediului au analizat o singură boală sau un factor de mediu la un moment dat.

Multe boli nu sunt nici pur genetice, nici pur ecologice, ci mai degrabă rezultatul unei interacțiuni complexe între cele două. Spre deosebire de condițiile moștenite clasice - cele cauzate strict de mutații într-o genă sau un set de gene - condițiile alimentate de mediu sunt singurul rezultat al factorilor externi biologiei unui individ.

Cele mai multe boli nu se încadrează în ambele categorii, ci au elemente ale ambelor. Dezvăluirea modului în care genele și mediul înconjurător contribuie la multiple boli în aceeași populație a fost uimitor de dificilă, au spus cercetătorii. Noul studiu își propune să rezolve această provocare prin dezvoltarea unei noi abordări analitice la scară largă.

„Întrebarea despre hrănire-natură este în centrul studiului nostru. Prevedem că valoarea acestui tip de analiză pe scară largă va fi o lumină strălucitoare asupra contribuției relative a genelor față de mediul comun într-o multitudine de boli ", a declarat autorul principal al studiului Chirag Patel, profesor asistent de informatică biomedicală la Institutul Blavatnik la Facultatea de Medicină Harvard.

Noua metodă, a spus echipa, subliniază valoarea analizelor la scară largă în informarea eforturilor naționale de cercetare, cum ar fi programul Institutului Național de Sănătate All of Us, care face parte din Inițiativa de Medicină de Precizie, care își propune să tachineze biologic, genetic, social și factorii de mediu în boli și sănătate ca modalitate de informare a terapiilor individualizate. Constatările noului studiu pot ajuta la direcționarea eforturilor de cercetare prin clarificarea influenței relative a factorilor genetici față de factorii de mediu pentru o serie de boli.

„Descoperirile noastre pot oferi indicatoare care să informeze eforturile ulterioare de cercetare și să ajute oamenii de știință să-și concentreze îndeaproape activitățile”, a spus primul autor al studiului Chirag Lakhani, cercetător post-doctoral în informatică biomedicală la Institutul Blavatnik de la Harvard Medical School. De exemplu, dacă studiul nostru asupra gemenilor arată că există un efect de ereditate foarte mic într-o anumită familie de tulburări oculare, atunci cercetările viitoare ar trebui să urmărească explicații alternative.

Folosind o bază de date cu aproape 45 de milioane de evidențe ale pacienților - incluzând peste 56.000 de perechi de gemeni și peste 724.000 de perechi de frați - anchetatorii au estimat influența genelor și a mediului în perechile de gemeni frăți - cei care împărtășesc jumătate din genomul lor sau ADN - și identice gemeni, al căror ADN este 100% la fel.

Gemenii de același sex pot fi identici sau frăți, în timp ce gemenii de sex opus sunt întotdeauna neidentici sau frăți, dar cercetătorii nu știau ce perechi de același sex erau identice.

Pentru a ocoli acest obstacol, au dezvoltat o nouă metodă statistică care a dedus probabilitatea ca o pereche de gemeni să fie frățească (neidentică) sau identică. Procedând astfel, cercetătorii au reușit să separe contribuțiile pur genetice de cele non-genetice.

Toți pacienții au făcut parte din baza de date a asigurărilor de cel puțin 3 ani, oferind cercetătorilor mai mult decât un instantaneu în timp. Studiul recent publicat, care a implicat perechi de gemeni tineri, nou-născuți până la vârsta de 24 de ani, nu a fost conceput pentru a urmări dezvoltarea bolii în timp. Acest lucru a însemnat că cercetătorii nu au putut evalua influențele genetice și de mediu ale anumitor boli care tind să se dezvolte la vârsta mijlocie și mai în vârstă, cum ar fi bolile cardiovasculare și condițiile neurodegenerative.

Analiza a inclus variabile precum diagnosticul clinic, rezultatele testelor imagistice, testele de chimie a sângelui, cum ar fi numărul de globule roșii și albe, nivelurile de colesterol și multe altele, precum și factori de mediu, cum ar fi nivelurile de poluare a aerului, condițiile climatice și starea socioeconomică, toate extrapolate din codurile postale ale pacienților.

Aproape 40 la sută dintre bolile din studiu (225 din 560) au avut o componentă genetică, în timp ce 25 la sută (138 din 560) au fost determinate cel puțin parțial de factori care provin dintr-un mediu de viață comun - condiții care provin din împărțirea aceleiași gospodării, influențele sociale și altele asemenea.

Tulburările cognitive au demonstrat cel mai mare grad de ereditare - patru din cinci boli care prezintă o componentă genetică - în timp ce bolile țesutului conjunctiv au avut cel mai mic grad de influență genetică.

Dintre toate categoriile de boli, tulburările oculare au avut cel mai înalt grad de influență asupra mediului, 27 din 42 de boli care au prezentat un astfel de efect. Au fost urmate de boli respiratorii, 34 din 48 de afecțiuni arătând un efect care rezultă din împărțirea aceleiași gospodării.

Categoria de boală cu cea mai mică influență asupra mediului a fost bolile de reproducere, cu trei din cele 18 afecțiuni care prezintă un astfel de efect și condițiile cognitive, cu două din cinci care prezintă o asemenea influență.

În general, starea socioeconomică, condițiile climatice și calitatea aerului din codul poștal al fiecărei perechi gemene au avut un efect mult mai slab asupra bolii decât genele și mediul comun - o măsură compusă a influențelor externe, nongenetice, inclusiv familia și stilul de viață, gospodăria și cartierul.

În total, 145 din 560 de boli au fost influențate modest de statutul socio-economic derivat prin codul poștal. Treizeci și șase de boli au fost afectate, cel puțin parțial, de calitatea aerului, iar 117 au fost afectate de schimbările de temperatură. Condiția cea mai puternic legată de statutul socioeconomic a fost obezitatea morbidă. În timp ce obezitatea are, fără îndoială, o componentă genetică, au spus cercetătorii, descoperirile ridică o întrebare importantă cu privire la influența mediului înconjurător asupra predispozițiilor genetice.

Aceasta constatare deschide o multime de intrebari, inclusiv daca si cum o schimbare in statutul socio-economic si stilul de viata ar putea compara cu predispozitia genetica la obezitate, a spus Patel.

Nu este surprinzător că otrăvirea cu plumb a fost condusă în întregime de un mediu comun. Condiții precum gripa și boala Lyme au fost, din nou, în mod surprinzător, afectate de diferențele climatice.

Când cercetătorii au analizat clasele de boli în funcție de cheltuielile lunare pentru îngrijirea sănătății, au descoperit că atât genele, cât și mediul înconjurător au contribuit semnificativ la costul îngrijirii, cele două fiind factori aproape egali ai cheltuielilor. Aproape 60 la sută din cheltuielile lunare pentru sănătate ar putea fi prezise prin analiza factorilor genetici și de mediu.

Analiza pe scară largă, precum acest studiu, poate ajuta la prognoza cheltuielilor pe termen lung pentru diferite condiții și la informarea alocării resurselor și a deciziilor politice, au spus cercetătorii.

Co-anchetatorii Braden Tierney și Arjun Manrai de la Harvard Medical School și Jian Yang și Peter Visscher de la Universitatea din Queensland, Australia.
Seturile de date pentru studiu au fost furnizate de compania de asigurări Aetna. Aetna nu a avut niciun rol de finanțare în studiu.

Cercetarea a fost susținută de Institutul Național de Științe ale Sănătății Mediului (subvenții R00ES23504 și R21ES205052), de Consiliul Național Australian de Sănătate și Cercetare Medicală (subvenții 1078037 și 1113400), Fundația Națională pentru Științe (grant 1636870) și Sylvia și Charles Viertel Charitable Foundation.