123RF
Jeden test na 50 różnych chorób genetycznych znacznie skróci czas diagnostyki
Redaktor: Monika Stelmach
Data: 09.03.2022
Źródło: Katarzyna Czechowicz/PAP, Science Advances: „Comprehensive genetic diagnosis of tandem repeat expansion disorders with programmable targeted nanopore sequencing”.
Opracowano test, który przeszukuje genom pacjenta pod kątem ponad 50 różnych chorób genetycznych, głównie neurologicznych i nerwowo-mięśniowych, takich jak choroba Huntingtona czy dystrofie mięśniowe. Jego zastosowanie może skrócić czas diagnozy z kilkudziesięciu lat do kilku dni. Test ma być dostępny dla pacjentów w ciągu 5 lat.
Badania kliniczne, których wyniki przedstawiono na łamach czasopisma „Science Advances” dowiodły, że test ma wysoką dokładność. Obecnie jego autorzy prowadzą prace walidacyjne, aby móc udostępnić go w laboratoriach diagnostycznych na całym świecie.
Innowacyjny test DNA jest wspólnym dziełem naukowców z Garvan Institute of Medical Research w Sydney i z innych placówek w Australii, a także w Wielkiej Brytanii i Izraelu. Wszystkie choroby, które ma wykrywać, należą do wspólnej klasy schorzeń zwanych zaburzeniami ekspansji krótkich powtórzeń tandemowych (STR). Krótkie powtórzenia tandemowe są fragmentami DNA składającymi się ze zblokowanych, seryjnych powtórzeń krótkiej sekwencji nukleotydów, zwykle od trzech do ośmiu par zasad. Są dość powszechne – stanowią w przybliżeniu 10 proc. naszego genomu. Niestety są też genetycznie niestabilne, a ich niekontrolowana ekspansja może prowadzić do dziedzicznych schorzeń.
– Choroby, będące wynikiem zaburzonej ekspansji, często są trudne do zdiagnozowania ze względu na złożone objawy, jakie występują u pacjentów, trudny wgląd w te powtarzające się sekwencje oraz ograniczenia stosowanych obecnie testów genetycznych – twierdzi dr Ira Deveson, kierownik ds. technologii genomicznych w Garvan Institute, główny autor badania.
Jak dodaje naukowiec, test prawidłowo zdiagnozował wszystkich pacjentów, w tym tych z chorobą Huntingtona, zespołem łamliwego chromosomu X, dziedziczną ataksją móżdżkową, dystrofią miotoniczną, padaczką miokloniczną, chorobą neuronu ruchowego i wieloma innymi.
Jednym z uczestników badań nad nowym testem był mężczyzna, który po raz pierwszy zdał sobie sprawę, że dzieje się z nim coś złego, gdy podczas lekcji narciarstwa we wczesnej młodości zauważył u sobie duże problemy z utrzymaniem równowagi.
Przez lata problemy te nasilały się, aż ostatecznie pacjent nie mógł poruszać się bez wsparcia. Przez kilkanaście lat wykonano mu dziesiątki testów diagnostycznych, które nie były w stanie wykazać przyczyn nietypowych dolegliwości. Ostatecznie eksperymentalny test zespołu z Sydney wykrył u pacjenta rzadką chorobę genetyczną mózgu, zwaną chorobą Canavan.
– W przypadku takich pacjentów nasz test całkowicie zmieni zasady gry; pomoże szybko zakończyć to, co często było wyczerpującą diagnostyczną odyseją – uważa współautor badania, neurolog dr Kishore Kumar.
Jak dodaje dr Kumar, obecnie stosowane badania genetyczne pod kątem zaburzeń ekspansji STR często są nieskuteczne. – Wszystko przez to, że kiedy pacjenci zgłaszają tak niespecyficzne objawy, że lekarzowi ciężko jest bez wahania stwierdzić, który z ponad 50 genetycznych testów wykonać, które geny przebadać. I jeśli nie trafi się z odpowiednim testem, wynik badania będzie negatywny, a pacjent nadal nie dowie się, co mu dolega i jak to leczyć. Trzeba będzie poddać go więc kolejnemu badaniu, które może skończyć się tak samo. Czasami proces ten ciągnie się latami. To właśnie nazywamy odyseją diagnostyczną. To sytuacja niezwykle stresująca i dla samych chorych, i dla ich rodzin – mówi dr Kumar.
Naukowcy nie mają wątpliwości, że nowy test całkowicie zrewolucjonizuje sposób diagnozowania tego typu chorób, ponieważ umożliwia sprawdzenie wszystkich 50 zaburzeń naraz. Czyli jeden test DNA daje jasną diagnozę, pomagając pacjentom uniknąć wielu lat niepotrzebnych biopsji mięśni czy nerwów.
Chociaż chorób wynikających z zaburzeń ekspansji krótkich powtórzeń tandemowych nie można wyleczyć, szybsza diagnoza pomaga lekarzom wcześniej identyfikować i leczyć związane z nimi powikłania, np. problemy z sercem związane z ataksją Friedreicha.
Opisywany test działa w oparciu na pojedynczej próbce DNA, zwykle wyekstrahowanej z krwi. Specjalne urządzenie skanuje genom pacjenta przy użyciu technologii zwanej sekwencjonowaniem nanoporowym.
– Zaprogramowaliśmy urządzenie Nanopore tak, aby koncentrowało się na mniej więcej 40 genach, o których wiadomo, że są zaangażowane w omawiane tu zaburzenia. Urządzenie odczytuje długie, powtarzające się sekwencje DNA w poszukiwaniu nieprawidłowych powtórzeń, które są cechami charakterystycznymi choroby. Jeden test pozwala nam wyszukać każdą znaną medycynie chorobę wynikającą z zaburzeń ekspansji STR. Potencjalnie umożliwia też odkrycie nowych sekwencji, które mogą być zaangażowane w nieopisane jeszcze choroby – opowiada dr Deveson.
Zdaniem autorów rozwiązania, wymyślona przez nich technologia, oprócz tego, że szybsza i skuteczniejsza, jest też tańsza i prostsza w użyciu niż standardowe testy genetyczne. Dlatego mają nadzieję, że już w ciągu najbliższych dwóch do pięciu lat zostanie wprowadzona do powszechnego użytku w laboratoriach diagnostycznych.
– Nasze urządzenie do sekwencjonowania genów zredukowaliśmy do rozmiarów zszywacza biurowego, podczas gdy wcześniejsze rozwiązania miały wielkość lodówki. Do tego kosztuje około 1000 dolarów, a za te obecnie stosowane trzeba zapłacić setki tysięcy dolarów – podkreśla dr Deveson.
Innowacyjny test DNA jest wspólnym dziełem naukowców z Garvan Institute of Medical Research w Sydney i z innych placówek w Australii, a także w Wielkiej Brytanii i Izraelu. Wszystkie choroby, które ma wykrywać, należą do wspólnej klasy schorzeń zwanych zaburzeniami ekspansji krótkich powtórzeń tandemowych (STR). Krótkie powtórzenia tandemowe są fragmentami DNA składającymi się ze zblokowanych, seryjnych powtórzeń krótkiej sekwencji nukleotydów, zwykle od trzech do ośmiu par zasad. Są dość powszechne – stanowią w przybliżeniu 10 proc. naszego genomu. Niestety są też genetycznie niestabilne, a ich niekontrolowana ekspansja może prowadzić do dziedzicznych schorzeń.
– Choroby, będące wynikiem zaburzonej ekspansji, często są trudne do zdiagnozowania ze względu na złożone objawy, jakie występują u pacjentów, trudny wgląd w te powtarzające się sekwencje oraz ograniczenia stosowanych obecnie testów genetycznych – twierdzi dr Ira Deveson, kierownik ds. technologii genomicznych w Garvan Institute, główny autor badania.
Jak dodaje naukowiec, test prawidłowo zdiagnozował wszystkich pacjentów, w tym tych z chorobą Huntingtona, zespołem łamliwego chromosomu X, dziedziczną ataksją móżdżkową, dystrofią miotoniczną, padaczką miokloniczną, chorobą neuronu ruchowego i wieloma innymi.
Jednym z uczestników badań nad nowym testem był mężczyzna, który po raz pierwszy zdał sobie sprawę, że dzieje się z nim coś złego, gdy podczas lekcji narciarstwa we wczesnej młodości zauważył u sobie duże problemy z utrzymaniem równowagi.
Przez lata problemy te nasilały się, aż ostatecznie pacjent nie mógł poruszać się bez wsparcia. Przez kilkanaście lat wykonano mu dziesiątki testów diagnostycznych, które nie były w stanie wykazać przyczyn nietypowych dolegliwości. Ostatecznie eksperymentalny test zespołu z Sydney wykrył u pacjenta rzadką chorobę genetyczną mózgu, zwaną chorobą Canavan.
– W przypadku takich pacjentów nasz test całkowicie zmieni zasady gry; pomoże szybko zakończyć to, co często było wyczerpującą diagnostyczną odyseją – uważa współautor badania, neurolog dr Kishore Kumar.
Jak dodaje dr Kumar, obecnie stosowane badania genetyczne pod kątem zaburzeń ekspansji STR często są nieskuteczne. – Wszystko przez to, że kiedy pacjenci zgłaszają tak niespecyficzne objawy, że lekarzowi ciężko jest bez wahania stwierdzić, który z ponad 50 genetycznych testów wykonać, które geny przebadać. I jeśli nie trafi się z odpowiednim testem, wynik badania będzie negatywny, a pacjent nadal nie dowie się, co mu dolega i jak to leczyć. Trzeba będzie poddać go więc kolejnemu badaniu, które może skończyć się tak samo. Czasami proces ten ciągnie się latami. To właśnie nazywamy odyseją diagnostyczną. To sytuacja niezwykle stresująca i dla samych chorych, i dla ich rodzin – mówi dr Kumar.
Naukowcy nie mają wątpliwości, że nowy test całkowicie zrewolucjonizuje sposób diagnozowania tego typu chorób, ponieważ umożliwia sprawdzenie wszystkich 50 zaburzeń naraz. Czyli jeden test DNA daje jasną diagnozę, pomagając pacjentom uniknąć wielu lat niepotrzebnych biopsji mięśni czy nerwów.
Chociaż chorób wynikających z zaburzeń ekspansji krótkich powtórzeń tandemowych nie można wyleczyć, szybsza diagnoza pomaga lekarzom wcześniej identyfikować i leczyć związane z nimi powikłania, np. problemy z sercem związane z ataksją Friedreicha.
Opisywany test działa w oparciu na pojedynczej próbce DNA, zwykle wyekstrahowanej z krwi. Specjalne urządzenie skanuje genom pacjenta przy użyciu technologii zwanej sekwencjonowaniem nanoporowym.
– Zaprogramowaliśmy urządzenie Nanopore tak, aby koncentrowało się na mniej więcej 40 genach, o których wiadomo, że są zaangażowane w omawiane tu zaburzenia. Urządzenie odczytuje długie, powtarzające się sekwencje DNA w poszukiwaniu nieprawidłowych powtórzeń, które są cechami charakterystycznymi choroby. Jeden test pozwala nam wyszukać każdą znaną medycynie chorobę wynikającą z zaburzeń ekspansji STR. Potencjalnie umożliwia też odkrycie nowych sekwencji, które mogą być zaangażowane w nieopisane jeszcze choroby – opowiada dr Deveson.
Zdaniem autorów rozwiązania, wymyślona przez nich technologia, oprócz tego, że szybsza i skuteczniejsza, jest też tańsza i prostsza w użyciu niż standardowe testy genetyczne. Dlatego mają nadzieję, że już w ciągu najbliższych dwóch do pięciu lat zostanie wprowadzona do powszechnego użytku w laboratoriach diagnostycznych.
– Nasze urządzenie do sekwencjonowania genów zredukowaliśmy do rozmiarów zszywacza biurowego, podczas gdy wcześniejsze rozwiązania miały wielkość lodówki. Do tego kosztuje około 1000 dolarów, a za te obecnie stosowane trzeba zapłacić setki tysięcy dolarów – podkreśla dr Deveson.
