Uwzględnienie zarówno czynników genetycznych, jak i wpływów środowiskowych ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia skutków zdrowotnych i zapobiegania chorobom. Według dr Christine Ladd-Acosta, epidemiologa w Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health, skupianie się na tych elementach oddzielnie daje niepełny obraz.

Podczas wykładu Keystone Science, który odbył się 30 kwietnia, Ladd-Acosta wyjaśniła, dlaczego i w jaki sposób należy uwzględniać dane dotyczące narażenia środowiskowego obok informacji genetycznych, aby pomóc badaczom osiągnąć następujące cele.

• Identyfikacja modyfikowalnych czynników ryzyka w celu promowania profilaktyki.
• Odkryj mechanizmy biologiczne w celu opracowania nowych metod leczenia.
• Znajdź predykcyjne biomarkery, aby poprawić diagnozę, rokowanie i odpowiedź na leczenie.
• Zapewnij perspektywę na poziomie populacji, aby informować o interwencjach w zakresie zdrowia publicznego.

Ladd-Acosta prowadzi obecnie kilka projektów badawczych finansowanych ze środków federalnych, których celem jest zbadanie, w jaki sposób geny i środowisko przyczyniają się do zdrowia i chorób, zwłaszcza zaburzeń neurorozwojowych.

„Dr. Program badawczy Ladd-Acosty stawia czoła fundamentalnym pytaniom dotyczącym wspólnego wpływu genów i środowiska na autyzm i inne skutki zdrowotne, wykorzystując moc wielu dużych krajowych i międzynarodowych badań epidemiologicznych” – powiedziała dr Cindy Lawler, która była gospodarzem wykładu i kieruje Oddziałem Genów, Środowiska i Zdrowia w NIEHS.

Przykłady z życia wzięte

Ladd-Acosta wykorzystał kilka studiów przypadków, aby zilustrować wartość łączenia danych genetycznych i środowiskowych. Zaczęła od przypadku fenyloketonurii, choroby uniemożliwiającej rozkład aminokwasu fenyloalaniny. Nagromadzenie fenyloalaniny we krwi i mózgu uszkadza układ nerwowy. Choć jest spowodowana rzadką mutacją genetyczną, schorzenie to ma również częściowo podłoże środowiskowe, ponieważ objawy pojawiają się tylko wtedy, gdy nosiciele mutacji jedzą żywność zawierającą fenyloalaninę.

„Korzystając z tych informacji, możemy modyfikować indywidualną dietę, aby zapobiec pojawieniu się objawów” – powiedział Ladd-Acosta. „Inicjatywy w zakresie zdrowia publicznego obejmujące powszechne badania genetyczne wkrótce po urodzeniu mogą pomóc w identyfikacji niemowląt z określonymi wariantami genu wymagającymi leczenia. Uwzględnienie zarówno czynników genetycznych, jak i środowiskowych ma kluczowe znaczenie na poziomie całej populacji”.

Ladd-Acosta zauważył również, że interakcje gen-środowisko mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia procesów biologicznych mających wpływ na zdrowie. Jako przykład zwróciła uwagę na fakt, że pewne mutacje w genie CCR5 – które mogą nadawać oporność na HIV – pomogły rzucić światło na mechanizm biologiczny leżący u podstaw tej choroby, a także możliwe możliwości terapeutycznej profilaktyki i leczenia.

„Naukowcy badający ten wariant genu odkryli, że nosiciele wykazują zmianę w strukturze błon komórkowych, co może zapobiegać wiązaniu się wirusa HIV” – stwierdziła Ladd-Acosta. „Mechanizm ten jest obecnie ukierunkowany na cele terapeutyczne, zapewniając naprawdę jasny przykład tego, jak badanie związku między genami a środowiskiem może mieć pozytywny wpływ na zdrowie”.

Sugestie dotyczące badań gen-środowisko

Oprócz podkreślenia wartości tego kierunku badań Ladd-Acosta przedstawił także zestaw sugestii, które badacze zajmujący się zdrowiem środowiskowym powinni wziąć pod uwagę w ramach swoich badań. Zalecenia te obejmują praktyczne wskazówki, a także luki w wiedzy, którymi należy się zająć.

1. Projekt badania: Opracuj większe zbiory danych, które obejmują informacje genetyczne, środowiskowe i wyniki pochodzące z wielu różnych badań.
2. Metody statystyczne: Zastanów się, który model statystyczny jest najodpowiedniejszy dla konkretnej hipotezy i czy narzędzia takie jak uczenie maszynowe mogą być pomocne.
3. Analizy genomiczne: Przeprowadzić więcej badań asocjacji obejmujących całe geny, aby połączyć narażenie, wyniki i ścieżki biologiczne, w tym badania wpływu genów na reakcję na ekspozycję i wpływu genetyki matki na narażenie podczas ciąży.
4. Pomiary narażenia: Przeprowadzić więcej badań narażenia chemicznego gen-środowisko, ze szczególnym uwzględnieniem mieszanin toksycznych chemikaliów.

Ladd-Acosta podkreślił, że należy poświęcić więcej czasu, uwagi i zasobów badaniom gen-środowisko. Pragnie także wzmożenia wysiłków na rzecz zróżnicowania typów uczestników objętych badaniami i zakresu poruszanych tematów.

„W latach 2008–2022 nastąpił znaczny wzrost liczby badań gen-środowisko, ale większość skupiała się na osobnikach europejskich i bardzo niewielu innych kategoriach rasowych lub etnicznych” – stwierdziła Ladd-Acosta. „Prowadzi się również bardzo niewiele badań na temat środowiska fizycznego i zbudowanego, w tym narażenia, którymi naprawdę interesuje się NIEHS, takich jak toksyczne chemikalia i zanieczyszczenia”.

Aby wypełnić tę lukę, Ladd-Acosta współprowadzi projekt wspierany przez NIEHS, którego celem jest rzucenie nowego światła na interakcję gen-środowisko w zaburzeniach ze spektrum autyzmu (ASD) w sieci 18 ośrodków i wielu badaniach. Połączenie postępów w genomice i naukach o środowisku w celu przyspieszenia badań praktycznych (GEAR) w sieci ASD tworzy infrastrukturę i procesy w celu harmonizacji danych na dużą skalę, zarówno na temat genetyki, jak i środowiska, przy użyciu nowatorskich metod statystycznych w celu lepszego zrozumienia przyczyn i konsekwencji ASD .