Čitanje ljudskog genoma, zvanično predstavljeno 2000. godine nakon više od decenije truda i višemilionskih ulaganja, u to vrijeme je bilo biološki ekvivalent slijetanja na Mjesec. Petnaest godina rada, stotine naučnika i milijarde dolara bili su potrebni za dobijanje tog prvog kompletnog niza ljudske DNK.
Nešto više od dvije decenije kasnije, taj isti proces se provodi za nekoliko sati i za manje od hiljadu eura. Radikalna transformacija moderne genetike To je u srži Nagrade princeze Asturije za naučna i tehnička istraživanja za 2026. godinu, koja se dodjeljuje britanskim hemičarima Davidu Klenermanu i Shankaru Balasubramanianu te francuskom biofizičaru Pascalu Mayeru, tvorcima najšire korištenih tehnologija brzog sekvenciranja DNK na svijetu.
Ko su dobitnici nagrada i zašto se njihov rad prepoznaje?
David Klenerman (Ujedinjeno Kraljevstvo, 1959) y Shankar Balasubramanian (Chennai, Indija, 1966) Oni su profesori na Odsjeku za hemiju Univerziteta u Cambridgeu i decenijama rade na presjeku fizičke hemije i molekularne biologije. Uz njih, nagrada priznaje i biofizičara Pascal Mayer (Moselle, Francuska, 1963), sa bogatim iskustvom u privatnom sektoru i trenutno vanrednim profesorom na Univerzitetu u Strazburu.
Trojica naučnika bili su pioniri, nezavisno, ali na komplementaran način, u razvoju onoga što je poznato kao tehnologije sekvenciranja DNK sljedeće generacije (Sekvenciranje sljedeće generacije, NGS). Žiri za nagradu, koji se sastao u Oviedu pod predsjedavanjem fizičara Pedra Miguela Echeniquea, naglasio je da su njegove metode unaprijedile kliničku dijagnozu i istraživanja u biologiji, biomedicini, sudska medicina i ekologiju, do te mjere da postaju svakodnevni alati.
Prije ovog napretka, dobijanje kompletnog slijeda ljudskog genoma zahtijevalo je mjesece rada i budžet od miliona eura. Danas, zahvaljujući ovim tehnikama, ista analiza se može završiti za jedan dan.sa smanjenjem troškova koje porota procjenjuje na hiljade puta u poređenju sa početnim procedurama. Ovo je utrlo put sve personalizovanijoj medicini zasnovanoj na genetskim informacijama svakog pacijenta.
Presuda, za koju su provedene studije 56 prijava iz 24 zemaljaTakođer se ističe međunarodna dimenzija doprinosa Klenermana, Balasubramaniana i Mayera, čija tehnologija stoji iza većine komercijalnih platformi za sekvenciranje koje se koriste i u Evropi i u ostatku svijeta.
Kako funkcioniše brzo sekvenciranje DNK sljedeće generacije
U srži nagrade je masivno paralelno sekvenciranjeOvaj pristup omogućava istovremeno čitanje miliona fragmenata DNK. Za razliku od klasičnih metoda, koje sekvencijalno čitaju duge lance nukleotid po nukleotid, nova tehnologija dijeli cijeli genom na bezbroj kratkih dijelova koji se obrađuju zajedno.
Postupak, u verziji koju je razvila kompanija Solexa-Illumina, zasnovan je na tzv. "sekvenciranje sintezom"Prvo, DNK se fragmentira na male segmente koji se imobiliziraju na površini čipa ili protočne ćelije. Milioni kopija svakog fragmenta se zatim generiraju na toj površini korištenjem metode površinska amplifikacija DNK, koji je osmislio Pascal Mayer, a koji formira sitne grupe ili "klastere" identičnih kopija.
Zatim se ugrađuju nukleotidi modificirani reverzibilnim fluoroforima. U svakom ciklusu procesa, nova baza se dodaje rastućim lancima, a emitirana boja se optički bilježi, što omogućava istraživačima da identificiraju koji je nukleotid ugrađen. Ponavljano i sinhronizovano čitanje ovih ciklusa rekonstruiše, bazu po bazu, niz miliona fragmenata paralelno.
Nakon toga, moćni računarski programi digitalno sastavljaju sve ove fragmente u rekonstruirati kompletnu sekvencu genomaRezultat je sveobuhvatno očitavanje ljudske DNK - ili bilo kojeg drugog organizma - u rekordnom vremenu i s vrlo visokom tačnošću, pogodno za kliničku upotrebu i za velike istraživačke projekte.
Ovaj konceptualni skok, od čitanja nekoliko regija genoma do mogućnosti analize milijardi fragmenata odjednom, pozicionirao je tehnologije Klenermana, Balasubramaniana i Mayera kao referentni standard u modernoj genomici.
Od Cambridgea do bolnica: platforma Solexa-Illumina
Balasubramanian i Klenerman nisu se ograničili samo na akademski rad. Krajem 20. stoljeća, suosnivali su Solexa, jedan biotehnološka kompanija Osnovana s idejom da svoju metodu sekvenciranja plasira na tržište i učini dostupnom laboratorijama širom svijeta, kompaniju je na kraju preuzela Illumina, koja je sada jedan od vodećih globalnih igrača na platformama za genomsko sekvenciranje.
Paralelno s tim, Pascal Mayer je nezavisno razvio ključne tehnike za površinska amplifikacija DNK na čvrstoj podloziOvo je bio jedan od nedostajućih dijelova potrebnih da bi masovno sekvenciranje bilo robusno, skalabilno i ekonomski isplativo. Njegova istraživanja u raznim kompanijama, kao što su Manteia Predictive Medicine i BioFilm Control, a kasnije i u biotehnološkoj kompaniji Alphanosos, pomogla su u učvršćivanju ovog pristupa.
Rezultirajuća poslovna metoda, popularno poznata kao Solexa/Illumina tehnologijaTo je dovelo do uređaja sposobnih za sekvenciranje cijelih genoma velikom brzinom. Među njima se ističe MiSeq, koji se smatra prvim sekvencerom sljedeće generacije odobrenim od strane Američke agencije za hranu i lijekove (FDA) za kliničku dijagnostiku, što je prekretnica koja je olakšala njegovu integraciju u bolnice i zdravstvene centre.
U Evropi se ova platforma često koristi u javnim i privatnim mrežama. Projekti poput Genomics EnglandProjekti poput Međunarodnog projekta genoma raka, koji vodi Britanska nacionalna zdravstvena služba (NHS), uveliko se oslanjaju na ove timove kako bi dešifrirali genetsku osnovu višestrukih patologija i napredovali prema preciznijim tretmanima.
Od projekta genoma do personalizirane medicine
Prvo potpuno sekvenciranje ljudskog genoma, predstavljeno oko 2000. godine, uključivalo je ulaganje više od deset godina rada i premašivanje granice od jedne milijarde dolara. To je bio naučni podvigMeđutim, to je bilo ekonomski neizvodljivo za rutinsku kliničku praksu. Tehnike koje su razvili dobitnici nagrada potpuno su promijenile tu situaciju.
Danas je moguće dobiti sekvencu ljudskog genoma za manje od dva dana i po cijeni koja, prema različitim procjenama stručnjaka, u nekim kontekstima već iznosi oko 300 eura. Ono što je nekada bio gigantski međunarodni projekat To je postala analiza koju mnoge bolnice mogu zatražiti kao dodatni test unutar pacijentove medicinske historije.
Specijalisti poput genetičara Gemma Marfany sa Univerziteta u BarceloniNaglašavaju da su pad troškova i automatizacija procesa potaknuli razvoj precizne medicine. Mogućnost analize genoma svake osobe, navode, omogućava identifikaciju mutacija odgovornih za bolesti, prilagođavanje liječenja raka ili predviđanje rizika od razvoja određenih bolesti.
Iz perspektive osnovnih istraživanja, napredak u sekvenciranju otvorio je vrata detaljnom proučavanju genetska varijabilnost među pojedincima, evolucijsku historiju ljudskih populacija ili prisustvo fragmenata DNK naslijeđenih od drugih vrsta, poput neandertalaca, nešto što je prije samo nekoliko godina bilo nezamislivo s ovakvom dubinom.
Genetičar Lluís Montoliu (CNB-CSIC, CIBERER-ISCIII) On sažima ovu promjenu kao pravi početak ere genomike: masovno sekvenciranje omogućilo je prelazak s analize izoliranih gena na posmatranje cijelog genoma kao rutinskog alata za dijagnozu i istraživanje.
Utjecaj na rak, rijetke bolesti, infekcije i mikrobiom
Jedno od područja gdje je ova revolucija najuočljivija je u onkologijaTehnologije sljedeće generacije omogućavaju identifikaciju mutacija koje potiču rast tumora, otkrivanje otpornosti na lijekove i odabir terapija usmjerenih na vrlo specifične molekularne ciljeve. To je dovelo do tretmana koji su bolje prilagođeni genetskom profilu svakog pacijenta.
U oblasti rijetke bolestiMogućnost analize cijelog genoma ili egzoma (kodirajuće regije) umnožila je dijagnostičke mogućnosti. Pacijenti koji su godinama bili bez odgovora sada, zahvaljujući ovim studijama, pronalaze genetske varijante odgovorne za njihovo stanje, što olakšava bolje kliničko praćenje i genetsko savjetovanje porodica.
Brzo sekvenciranje se također koristi u prenatalnim testovima sljedeće generacije, koji analiziraju slobodnu fetalnu DNK u majčinoj krvi. Ove tehnike omogućavaju detekciju hromosomske abnormalnosti i određene genetske patologije bez invazivnih procedura, nešto što se sve više uključuje u kliničku praksu u Evropi.
Pored medicine, NGS je značajno unaprijedio sistemska biologija i ekologijaOmogućavajući identifikaciju hiljada vrsta u uzorcima iz okoliša, analizu mikrobnih zajednica u cjelini i proučavanje ekosistema bez potrebe za izolacijom svakog organizma u laboratoriji, od velikog je značaja, na primjer, u studijama biodiverziteta ili kvaliteta vode.
Poseban slučaj je analiza ljudski mikrobiomMikrobiota, skup mikroorganizama koji nastanjuju naša tijela, predmet je proučavanja. Nove platforme za sekvenciranje omogućile su detaljan opis ovih zajednica i njihovo povezivanje s probavnim, metaboličkim, pa čak i neurološkim bolestima. Ovo je jedno od najaktivnijih područja trenutnih biomedicinskih istraživanja i gotovo u potpunosti se oslanja na tehnologiju koja je sada prepoznata nagradom Princeze od Asturije.
Brzo sekvenciranje u suočavanju s pandemijom Covida
Tokom pandemije Covida, brzo sekvenciranje DNK i RNK premjestilo se iz specijaliziranih laboratorija u centar globalnog javnog zdravstva. Virus SARS-CoV-2 je identifikovan i sekvenciran neviđenom brzinom.Ovo je omogućilo dizajniranje vakcina za manje od godinu dana i praćenje pojave varijanti gotovo u realnom vremenu.
Tehnike sljedeće generacije omogućile su timovima za genomski nadzor u Evropi i drugim kontinentima da brzo otkriju nove sojeve, prate njihovo širenje i procijene njihov potencijalni utjecaj na učinkovitost vakcina. Mogućnost paralelnog sekvenciranja hiljada virusnih genoma Pokazalo se neophodnim prilagoditi zdravstvene strategije evoluciji virusa.
Žiri za nagradu Princeze od Asturije u zapisniku sa sastanka naglašava da su ove tehnologije bile ključne u identifikaciji ne samo novih varijanti koronavirusa, već i drugi novi patogeniOvo znanje poslužilo je kao osnova za razvoj brojnih vakcina i tretmana koji se danas primjenjuju širom svijeta, uključujući i zemlje s ograničenim resursima.
Fondacija princeze od Asturije ističe da bi bez metoda koje su kreirali Klenerman, Balasubramanian i Mayer, globalni odgovor na pandemiju bio mnogo sporiji i manje efikasan. Kombinacija brzine, tačnosti i smanjenja troškova Za zdravstvene sisteme je bilo ključno da budu u mogućnosti da integrišu genomske informacije u svoj proces donošenja odluka.
Pored COVID-19, stečeno iskustvo je podstaklo upotrebu sekvenciranja sljedeće generacije u mrežama nadzora za gripu, respiratorne viruse i druge zarazne bolesti, učvršćujući njegovu ulogu kao ključnog alata javnog zdravstva.
Naučne karijere i međunarodno priznanje
David Klenerman je gotovo u potpunosti proveo svoju karijeru u Ujedinjenom Kraljevstvu. Nakon što je doktorirao na Cambridgeu i završio postdoktorski studij na Univerzitetu Stanford, radio je u industrijskim istraživanjima prije nego što se vratio u akademske krugove. Trenutno je nosilac katedre za molekularnu medicinu Kraljevskog društva. u Kembridžu i ima stotine naučnih publikacija, sa hiljadama međunarodnih citata.
Shankar Balasubramanian, sa svoje strane, je profesor medicinske hemije na Herchel Smith univerzitetu i vođa grupe na Institutu za istraživanje raka istog univerziteta. Dobitnik je brojnih nagrada u Evropi i Sjedinjenim Američkim Državama. Autor je oko tri stotine članaka i nekoliko patenata., od strukture nukleinskih kiselina do epigenetike i novih terapijskih pristupa.
Treći dobitnik nagrade, Pascal Mayer, veći dio svoje karijere proveo je u farmaceutskim i biotehnološkim kompanijama. Nakon obuke iz biofizike i raznih boravaka u Kanadi i Francuskoj, obavljao je odgovorne pozicije u kompanijama kao što su Glaxo-Wellcome, Manteia prediktivna medicina, Haploys ili kontrola biofilmaGodine 2014. osnovao je Alphanosos, kompaniju posvećenu razvoju terapeutskih supstanci uz podršku vještačke inteligencije, a 2024. godine pridružio se Univerzitetu u Strazburu kao vanredni profesor.
Sva tri dobitnika nagrada već su imala prestižna priznanja. Balasubramanian i Klenerman, na primjer, nagrađeni su zajedno s Mayerom Nagrada za proboj u naukama o životu 2022.Nagrada princeze od Asturije jedna je od finansijski najprestižnijih naučnih nagrada. Ovogodišnju nominaciju podnio je američki biohemičar Philip Felgner, koji je istu nagradu dobio 2021. godine za svoj doprinos razvoju vakcina protiv COVID-19.
Ova nova nagrada doprinosi historiji nagrada koja naglašava globalni značaj njegovih otkrića. Njegov rad nije samo potaknuo osnovna istraživanja u genomiciali ima direktan uticaj na zdravstvenu zaštitu, od velikih evropskih bolnica do kliničke i biomedicinske laboratorije koji uključuju sekvenciranje kao rutinski alat.
Uloga Fondacije princeze od Asturije i kontekst dodjele nagrade
Nagrada princeze Asturije za naučna i tehnička istraživanja svake godine priznaje istraživanja, otkrića ili inovacije u oblastima kao što su medicina, biologija, fizika, hemija, astronomija ili nauke o Zemlji i svemiruCilj je prepoznati djela koja značajno doprinose napretku čovječanstva.
U ovom izdanju, nagrada uključuje 50.000 eura i skulpturu koju je dizajnirao Joan Miro koji je postao simbol nagrade, certifikat i oznaka. Ceremonija dodjele nagrada tradicionalno se održava u oktobru u pozorištu Campoamor u Oviedu, a njome predsjedavaju kralj i kraljica, princeza od Asturije i infanta Sofija.
Žiri koji je odlučivao o nagradi za 2026. godinu sastojao se od naučnika i stručnjaka za nauku iz različitih specijalnosti, uključujući Arturo Álvarez-Buylla, Juan Luis Arsuaga, Mar Capeáns, Avelino Corma, Elena García Armada ili Ginés Morataizmeđu ostalih. Sekretar žirija bio je naučni komunikator Manuel Toharia.
Posljednjih godina, ova kategorija je prepoznala raznolik napredak, od kontrole dijabetesa, liječenja bakterija otpornih na antibiotike, razvoja umjetne inteligencije do rada genetičara. Mary-Claire King u prevenciji rakaIzbor tehnologija brzog sekvenciranja DNK je u skladu s ovim pristupom nagrađivanja otkrića koja imaju direktan utjecaj na zdravlje i znanje o životu.
Na ovaj način, Fondacija princeze od Asturije naglašava svoju posvećenost podizanju svijesti onih napredaka koji, iako ponekad ostaju nezapaženi izvan specijaliziranih krugovaOni na kraju duboko transformišu društvo, medicinu i naučna istraživanja.
Historija brzog sekvenciranja DNK ilustruje kako je inovacija rođena u hemijskim i biofizičkim laboratorijama na kraju integrirana u bolnice, programe javnog zdravstva i velike međunarodne genomske projekte. Priznanje za Klenermana, Balasubramaniana i Mayera Fokusira se na tehnologiju koja je zauvijek promijenila način na koji čitamo knjigu života, unaprijedila personaliziranu medicinu i ojačala sposobnost reagiranja na globalne zdravstvene prijetnje, stavljajući genomiku u središte savremene biomedicine.
