Где бы они ни находились, люди оставляют после себя ДНК.
Полиция использует генетические последовательности, извлеченные из окурков и кофейных чашек, для идентификации подозреваемых; археологи выделяют ДНК из пещерной грязи, чтобы идентифицировать древних людей. Но для ученых, стремящихся получить генетическую информацию не о людях, а о животных, растениях и микроорганизмах, вездесущность человеческой ДНК и способность даже частичных последовательностей раскрывать информацию, которую большинство людей хотели бы сохранить в тайне, является растущей проблемой, предупреждают исследователи из двух разных областей. Обе группы призывают к принятию мер предосторожности для предотвращения злоупотребления таким геномным "приловом".
Генетические последовательности, извлеченные из воды, почвы и даже воздуха, позволяют выявить разнообразие растений и животных, идентифицировать патогены и проследить прошлую среду обитания, что вызвало бум исследований этой экологической ДНК (эДНК). Но эти образцы могут также содержать значительное количество человеческих генов, сообщают исследователи в журнале Nature Ecology & Evolution. В некоторых случаях следов ДНК было достаточно, чтобы определить пол и вероятное происхождение людей, которые их оставили, что вызывает тревогу с этической точки зрения.
Подобным образом ученые уже несколько десятилетий анализируют генетическую информацию в фекалиях, чтобы изучить микробиом кишечника, который играет важную роль в здоровье и развитии человека. Поскольку количество микробной ДНК в образце кала намного больше, чем количество человеческой ДНК, которая часто подвергается деградации, большинство исследователей предполагали, что любые восстановленные последовательности не содержат значительной генетической информации об обладателе образца.
Однако, согласно анализу, опубликованному недавно в журнале Nature Microbiology, этой информации достаточно, чтобы потенциально определить пол донора, его вероятное происхождение, риск некоторых заболеваний и, при наличии связи с другими базами данных, даже его личность. Компьютерные программы, обычно используемые для фильтрации генетических последовательностей человека из данных микробиома, не устранили проблему, обнаружили исследователи.
"Я вижу в этом серьезную этическую проблему для всей отрасли", - считает пионер исследования микробиома Роб Найт из Калифорнийского университета в Сан-Диего (UCSD), написавший сопроводительный комментарий. "Нам придется полностью переосмыслить то, как мы доносим до участников исследования информацию о рисках для частной жизни, связанных с участием в анализе микробиома".
Проблема генетического "прилова" человека может иметь далеко идущие последствия. Найт говорит, что его группе, возможно, придется удалить все генетические последовательности, которые она разместила в публичных базах данных, чтобы удалить большую часть человеческой ДНК. Это также усложнит обмен данными между исследователями эДНК и может означать, что экологам и ученым-экологам, которые не привыкли получать разрешения на изучение людей, потребуется еще один пакет этических разрешений.
Особенно чувствительными могут оказаться данные эДНК или микробиома, полученные от таких групп, как коренные народы, которые уже давно обеспокоены непредвиденными последствиями использования генетических данных. "Мы движемся в таком направлении и такими темпами, что нам действительно необходимо пересмотреть этические и правовые нормы, сопровождающие такие данные, утверждает Кеолу Фокс, ученый-генетик из UCSD, который является коренным гавайцем и давно выступает за права коренных народов в генетических исследованиях.
Джессика Фаррелл, Дэвид Даффи и их коллеги из Университета Флориды использовали эДНК для исследования герпесвирусных инфекций, которые вызывают опухоли у морских черепах, когда они начали беспокоиться о человеческом "прилове". Они использовали особенно мощный метод секвенирования для идентификации ДНК в образцах песка из мест гнездования и в воде из приливных эстуариев и резервуаров морских черепах. Они обнаружили черепаший вирус и черепашью ДНК, но также нашли длинные участки человеческой ДНК, достаточно неповрежденные, чтобы программы секвенирования могли легко распознать X и Y хромосомы.
Пораженные обилием человеческой ДНК в образцах, они получили разрешение этического совета на поиск человеческой ДНК в различных других средах. Они обнаружили человеческую ДНК в образцах из реки Авока в Ирландии; в морской воде у побережья Сент-Огастина, штат Флорида; в песке из следа; в воздухе в комнате, где работали люди. Во многих образцах генетических следов было достаточно, чтобы определить пол и вероятное происхождение оставившего их человека, а в некоторых были обнаружены генетические варианты, связанные с риском заболеваний.
В отличие от них, генетики человека Юкинори Окада и Йошихико Томофудзи из Университета Осаки и их коллеги с самого начала задались целью выяснить, не создают ли блуждающие человеческие последовательности в данных микробиома проблему конфиденциальности. Они секвенировали геномы и микробиомы кала 343 человек, чтобы изучить, как гены человека могут коррелировать с его микрофлорой кишечника и, возможно, влиять на нее, и им хотелось быть уверенными в том, что если они обнародуют какие-либо из своих данных, то доноры не будут идентифицированы. То, что они обнаружили, не обнадеживает. Для 97% образцов данные микробиома содержали достаточно генетической информации человека, чтобы правильно предсказать пол донора.
Почти всех доноров можно было также идентифицировать по однонуклеотидным полиморфизмам (SNP) во фрагментах человеческой ДНК, присутствующих в данных микробиома. SNP - это особые точки в геноме, где последовательность ДНК обычно различается у разных людей; они лежат в основе ДНК-отпечатков пальцев, а некоторые SNP могут также определять восприимчивость к некоторым заболеваниям. Данные микробиома не содержали достаточно информации для стандартного сопоставления ДНК-отпечатков, но, применив современные статистические методы к комбинациям SNP в каждом образце, исследователи сопоставили 320 из 343 образцов фекалий с нужным донором. Компьютерные программы, разработанные для отбора и фильтрации последовательностей человеческой ДНК, уменьшили, но не устранили проблему; после фильтрации группа все еще могла идентифицировать до 11% образцов.
Они также смогли подтвердить восточноазиатское происхождение всех 343 доноров, кроме шести. Когда они использовали те же методы при работе с общедоступными базами данных микробиома кишечника из Европы, Южной Азии и Восточной Азии и предполагали, что происхождение донора соответствует региону данных, они могли правильно предсказать происхождение в 80-92% случаев. В качестве последнего шага ученые провели дополнительное "сверхглубокое дробное" секвенирование пяти образцов кала. Они выявили генотипы, связанные с воспалительными заболеваниями кишечника, диабетом 2 типа и другими, еще более редкими заболеваниями - информация, которая обычно считается очень конфиденциальной и закрытой.
По словам Найта, анализ показывает, что современные методы, используемые исследователями микробиома для отсеивания человеческой ДНК и анонимизации образцов, просто не работают достаточно хорошо. Исследователям также необходимо переоценить, насколько широко можно распространять полученные микробиомные последовательности, добавляет он. "В настоящее время мы рассматриваем возможность отзыва всех наборов метагеномных данных человека, которые мы когда-либо депонировали, чтобы мы могли заново депонировать только те последовательности, которые достоверно соответствуют микробам", - говорит он.
Возможности извлечения персональных данных из образцов эДНК и микробиома будут расти, предупреждают обе группы авторов. Это вызывает опасения по поводу злоупотреблений со стороны полиции или других государственных органов, сбора данных коммерческими компаниями или даже массового генетического наблюдения, полагает Натали Рам, ученый в области права и биоэтики в Школе права Университета Мэриленда. В США, по ее словам, исследователи и финансирующие агентства должны шире использовать федеральные сертификаты конфиденциальности. Они запрещают раскрывать "идентифицируемую, чувствительную информацию об исследовании" любому лицу, не имеющему отношения к исследованию, например, правоохранительным органам, без согласия испытуемого.
Национальные институты здравоохранения США автоматически выдают такие сертификаты для исследований в области здравоохранения, финансируемых из федерального бюджета, но, по словам Рама, можно было бы расширить круг исследований, на которые они распространяются. В Европе, говорит Юэн Бирни, биоинформатик и заместитель генерального директора Европейской лаборатории молекулярной биологии, существующие законы о защите данных должны помочь защитить от неправомерного использования геномного "прилова" человека, позволяя при этом продолжать исследования. "Было бы плохо для всего мира, если бы мы не могли обмениваться образцами эДНК", - утверждает он.
Ив Моро из KU Leuven, который изучает искусственный интеллект и генетику и предупреждает, что Китай использует многочисленные коллекции человеческой ДНК для давления на меньшинства, согласен с тем, что любые ограничения на исследования должны быть тщательно взвешены с потенциальными преимуществами. В то же время, по его словам, "важно обратить на это всеобщее внимание, чтобы возникающие риски и потенциальные злоупотребления можно было выявить на ранней стадии".
Фокс соглашается с ним. "Какие компании и правительства будут платить и лицензировать технологию наблюдения на основе кала?" - спрашивает он. "Выяснение личности людей на основе анализа их кала является интересным и захватывающим по ряду причин, и большинство из них - неправильные причины".
