/

Przepis na życie i błędy, które mogą się w nim pojawić – czyli metody wykorzystywane w diagnostyce genetycznej chorób rzadkich

avatar
Dr Tomasz Stokowy 21 Lut, 4 minut czytania

Genetyka dziś to bardzo szybko rozwijająca się nauka. To również dynamicznie rozwijający  się biznes. Co to oznacza dla chorego? W praktyce tyle, że może wybierać pomiędzy dobrymi i tańszymi rozwiązaniami, a droższymi, często lepszymi. W tym artykule opiszę dostępne metody diagnostyczne dla chorób rzadkich. Omówię także dostępne rozwiązania i przestawię ich wady i zalety. Przedstawię również kilka interesujących przypadków, gdzie wykorzystanie jednego badania pozwoliło na diagnozę wtedy, gdy wszystkie inne metody zawiodły. Na koniec opiszę problemy z wdrożeniem najnowszych technologii diagnostyki DNA w Polsce i zaproponuję sposób na ich rozwiązanie.

Diagnostykę genetyczną wykonuje się u tych pacjentów, u których podejrzewamy choroby genetyczne, często rzadkie i niezbyt dobrze scharakteryzowane. W tym celu pobiera się krew od chorego pacjenta oraz jego rodziców (tzw. analiza trio) i szuka przyczyny choroby w jego DNA. Pobranie krwi od rodziny jest konieczne, żeby ustalić, w jaki sposób choroba jest dziedziczona. Bez próbek od rodziców szanse uzyskania właściwej diagnozy bardzo spadają, a w niektórych przypadkach mogą doprowadzić nawet do błędnej diagnozy.

W uproszczeniu badania DNA stosowane w diagnostyce chorób rzadkich można podzielić na 4 grupy:

  • Badanie metodą Sangera: badamy 1 gen, co stanowi około < 0.01% DNA
  • Panel NGS: badamy od kilku do kilkuset genów, < 0.1% DNA
  • Eksom: badamy wszystkie geny kodujące białka, 1-2 % DNA
  • Genom: badamy całą sekwencję DNA, > 99% DNA

Powyższe 4 typy badań DNA są uszeregowane od najstarszego, najtańszego i najmniej czułego, aż do najnowszego, najdroższego i posiadającego najwyższą skuteczność diagnostyczną.  Należy podkreślić, że nie zawsze potrzebne są najdroższe badania. Najlepsze kliniki na świecie posiadają pełen wachlarz metod w swojej ofercie, bo niektóre choroby można skutecznie i szybko diagnozować przez badanie jednego genu. Przykładem takiej choroby jest zespół progerii Hutchinsona-Gilforda, powodowany przez zmiany w genie LMNA, lub mukowiscydoza, którą powodują patogenne warianty genu CFTR.

W wyjątkowych przypadkach badania można wspierać również analizą RNA-Seq, ma to jednak wiele ograniczeń technicznych i wykonywane jest głównie w laboratoriach naukowych. RNA jest produkowane w oparciu o sekwencję DNA i jest jakby półproduktem, pozwalającym na zakodowanie białka – elementu budulcowego dla ludzkiego życia. Jest ono nietrwałe, co stwarza dodatkowe problemy z jakością próbek i procedurami laboratoryjnymi. W kontekście chorób rzadkich najlepiej byłoby pobierać je z tkanki chorej, co bywa bardzo trudne lub wręcz niemożliwe, na przykład w chorobach mózgu czy chorobach oczu.

Zakres cen badań DNA w Polsce to od około 500 złotych za badanie jednego genu do około 10000 złotych za cały genom człowieka. W przypadku chorób rzadkich należy uwzględnić konieczność badania rodziców, co może skutkować potrojeniem powyższej kwoty. Obecny stan technologii sugeruje, że badanie panelu genów nie powinno kosztować więcej niż 5, a eksomu więcej niż 7 tysięcy złotych. W przypadkach, gdy proponowana cena testu przekracza powyższe kwoty, warto rozważyć wykorzystanie lepszej i szerszej metody, na przykład badania całego genomu.

Sekwencjonowanie całego genomu jest niewątpliwie badaniem najbardziej precyzyjnym, gdyż zawiera w sobie wszystkie pozostałe trzy badania [1]. Jest na tyle dokładne, że niektóre kraje odchodzą od konieczności weryfikacji wyniku. Jeszcze kilka lat temu dodatkowa weryfikacja metodą Sangera była konieczna, bo metody diagnostyki panelami genów czy eksomu nie były tak precyzyjne. Dziś badanie jest tak dokładne, że wykryje zmianę zaledwie jednego z trzech miliardów nukleotydów w ludzkim DNA. Co więcej, pozwoli znaleźć większe zmiany, na przykład brak kilkudziesięciu milionów zasad, czy też miejsca, w których DNA ma więcej niż oczekiwane dwie kopie danego fragmentu DNA. U człowieka DNA ma dwie kopie, z których jedna jest często kopią zapasową i poniekąd zabezpiecza nas przed chorobami genetycznymi. Brak jednej z kopii lub niepożądane kopie dodatkowe mogą wpływać na ilość produkowanego białka, a w rezultacie – chorobę genetyczną. Badania typu eksom czy panel NGS nie są tak precyzyjne w wykrywaniu ilości kopii DNA, co w niektórych przypadkach daje błędne wyniki i niewłaściwą diagnozę [2].

Przez ostatnie lata mojej pracy z analizą genomu udało mi się odkryć przyczyny kilku chorób genetycznych, których nie dało się znaleźć żadną inną metodą. To właśnie badanie całego genomu pozwoliło na odkrycie przyczyny syndromu Penttinena [3] czy rzadkiej choroby skóry podobnej do łuszczycy (ang. Keratolytic Winter Erythema) [4]. W przypadku syndromu Penttinena po ustaleniu przyczyny choroby okazało się, że istnieje lek, który może poprawiać stan pacjentów. W tym przypadku można zaproponować leczenie Imatinibem – lekiem dobrze znanym onkologom i wykorzystywanym na przykład w leczeniu niektórych białaczek. Historia ta jest przykładem dającym nadzieję pacjentom z rzadkimi chorobami, którzy często pozostawiani są bez pomocy zarówno w kwestii diagnozy, jak i leczenia. Właściwa diagnoza jest zawsze pierwszym krokiem do doboru odpowiedniej terapii, nie tylko w chorobach rzadkich czy nowotworach, ale w całej medycynie.

Po drugiej stronie sukcesów, wyleczonych pacjentów i zdiagnozowanych przypadków, leżą wyzwania. Największym wyzwaniem w Polsce jest brak wystarczającej liczby lekarzy – według raportu OECD jest on najniższy w Europie i wynosi 2.4 na 1000 mieszkańców kraju (stan na rok 2016). Gdy spojrzymy dokładniej na kwestię chorób rzadkich, według raportu Naczelnej Izby Lekarskiej w roku 2017 w Polsce mieliśmy 121 specjalistów w dziedzinie genetyki klinicznej. W przybliżeniu daje to 4 specjalistów genetyki klinicznej na milion mieszkańców Polski. Statystki te pokazują, że działanie jest potrzebne natychmiast.

Z drugiej strony, w Polsce posiadamy odpowiednią aparaturę i dobrych specjalistów z branży biotechnologii i informatyki. Do skutecznego funkcjonowania laboratoriów brakuje przede wszystkim dwóch czynników: refundacji diagnostyki opartej o sekwencjonowanie nowej generacji oraz pokrycia gwarancji na urządzenia do sekwencjonowania, które są kosztowne i jak każdy sprzęt czasami się psują.

Czy można coś z tym zrobić? Na ratunek przychodzi nowa technologia i systemy informatyczne. Przepis na życie, czyli nasze DNA, to tak naprawdę duża ilość danych, które można odczytać, przeanalizować i przechowywać. Nowoczesne metody obliczeniowe pozwalają sprawnie przenalizować całe ludzkie DNA i cyfrowo dostarczyć lekarzowi wynik, który zostaje wydany pacjentowi. Dzięki temu nawet przy małej liczbie lekarzy wydających wynik, ogólna wydajność systemu może być zadowalająca. Pierwszy Ogólnopolski Program Diagnostyki i Leczenia Chorób Genetycznych uruchomiony w Poznaniu pokazuje, że jest to możliwe [link: https://analizagenomu.pl]. Mam nadzieję, że będzie takich więcej.

 

Referencje:

 

  1. Supernat, A.; Vidarsson, O.V.; Steen, V.M.; Stokowy, T. Comparison of three variant callers for human whole genome sequencing. Sci. Rep. 2018, 8.
  2. Lelieveld, S.H.; Spielmann, M.; Mundlos, S.; Veltman, J.A.; Gilissen, C. Comparison of Exome and Genome Sequencing Technologies for the Complete Capture of Protein-Coding Regions. Hum. Mutat. 2015, 36, 815–822.
  3. Bredrup, C.; Stokowy, T.; McGaughran, J.; Lee, S.; Sapkota, D.; Cristea, I.; Xu, L.; Tveit, K.S.; Høvding, G.; Steen, V.M.; et al. A tyrosine kinase-activating variant Asn666Ser in PDGFRB causes a progeria-like condition in the severe end of Penttinen syndrome. Eur. J. Hum. Genet. EJHG 2019, 27, 574–581.
  4. Ngcungcu, T.; Oti, M.; Sitek, J.C.; Haukanes, B.I.; Linghu, B.; Bruccoleri, R.; Stokowy, T.; Oakeley, E.J.; Yang, F.; Zhu, J.; et al. Duplicated Enhancer Region Increases Expression of CTSB and Segregates with Keratolytic Winter Erythema in South African and Norwegian Families. Am. J. Hum. Genet. 2017, 100, 737–750.

 

Podziel się: