Profilaktyka genomowa
Medycyna spersonalizowana to dziedzina medycyny umożliwiająca optymalne wykorzystanie tradycyjnych metod terapeutycznych w leczeniu chorób, a także zastosowanie nowej generacji leków i terapii. Jest to całkowicie nowe podejście zrywające z dotychczasową praktyką leczenia wszystkich pacjentów z danym schorzeniem tą samą metodą lub lekiem i wystandaryzowaną dawką. Pozwala to na uniknięcie niepotrzebnych kosztów leczenia oraz eliminację zagrożenia związanego z wyborem niewłaściwej lub nieskutecznej terapii. Metodą, która umożliwi indywidualne podejście do pacjenta, jest analiza jego genomu.
Genom, to zapisane w formie chemicznej podstawowe informacje dotyczące budowy i funkcjonowania naszego organizmu. Nośnikiem informacji genetycznej każdego żywego organizmu jest kwas deoksyrybonukleinowy (DNA). Informacja genetyczna jest zakodowana w kolejności występowania w łańcuchu DNA czterech budujących go jednostek (nukleotydów) – liter kodu genetycznego – A, C, G, T.
DNA ma strukturę tzw. podwójnej helisy, którą można porównać do drabiny. Każdy szczebel składa się z pary nukleotydów. W genomie człowieka takich szczebli jest ponad 3 mld. Genom człowieka zapisany w formie tekstowej zająłby 400 tomów encyklopedii. Nasz materiał genetyczny upakowany jest w 23 pary chromosomów: od każdego z rodziców dostajemy po jednym chromosomie danej pary. Genom człowieka liczy około 23 tys. genów – regionów DNA zawierających informacje, które pozwalają organizmowi na wyprodukowanie białek budulcowych i regulatorowych.
Sekwencja (czyli kolejność nukleotydów) w DNA przepisywana jest na sekwencję nukleotydów w tzw. informacyjnym RNA, a ta z kolei na sekwencję jednostek budujących białka – aminokwasów. Kod genetyczny to zestaw reguł określających sposób przetłumaczenia sekwencji nukleotydów na sekwencję aminokwasów w białku.
Mutacje i choroby
Mutacje, czyli zmiany w DNA, powstają w wyniku błędów w kopiowaniu materiału genetycznego (DNA) potrzebnego do powstawania nowych komórek oraz pod wpływem czynników chemicznych i promieniowania. Mutacje przekazane nam przez rodziców i te powstałe w trakcie rozwoju zarodkowego mogą prowadzić do wad rozwojowych lub uszkodzeń metabolizmu. Mutacje powstające na późniejszym etapie, w komórkach budujących nasze ciało, mogą prowadzić do chorób nowotworowych.
W przypadku chorób dziedziczonych w sposób recesywny (np. mukowiscydoza, fenyloketonuria) problemy pojawiają się wtedy, gdy obie kopie genów (pochodzące od obojga rodziców) są uszkodzone.
Odrębną grupę stanowią choroby dziedziczone w sposób dominujący (np. choroba Huntingtona, wrodzona łamliwość kości), dla których ujawnienia wystarczy obecność patogennej mutacji w jednej kopii genu. Znamy ok. 6500 genów, których uszkodzenia mogą powodować choroby, i ok. 7 tys. chorób genetycznych. Możliwe jest leczenie tylko nielicznych chorób genetycznych. Dla pięciu tzw. chorób spichrzeniowych (np. mukopolisacharydoza typu VI, choroby Gauchera i Pompego) dostępna jest enzymatyczna terapia zastępcza. W leczeniu kilku chorób metabolicznych stosuje się diety eliminacyjne. W przypadku większości chorób genetycznie uwarunkowanych najczęściej jedyne możliwe postępowanie polega na profilaktyce i leczeniu objawowym. Tylko w przypadku nielicznych chorób dostepna jest obecnie terapia genowa - na przykład w przypadku rdzeniowego zaniku mięśni (ang. SMA) czy wrodzonej ślepoty Lebera. W niedalekiej przyszłości możliwa stanie się naprawa uszkodzeń w całym genomie, z wykorzystaniem terapii genowej lub edycji genomu.
Diagnostyka genetyczna i genomowa
By naprawa uszkodzeń stała się możliwa, konieczne jest zdiagnozowanie błędów w genomie człowieka. Analiza genomu umożliwia identyfikację defektów molekularnych leżących u podłoża wielu chorób. Wykrycie takich mutacji daje możliwość weryfikacji rozpoznania lub podejrzenia choroby.
Zdiagnozowanie mutacji w genomie człowieka można wykonać, korzystając z rozmaitych podejść diagnostycznych. Najważniejsze z nich to testy genetyczne identyfikujące konkretną mutację, mikromacierze (chipy) DNA oraz sekwencjonowanie DNA. Niestety, testy genetyczne pozwalają na wykrycie tylko ściśle określonych mutacji i przechodzą do przeszłości jako metoda najmniej dokładna. Rozwinięciem technologii testów genetycznych jest technologia mikromacierzy. Fragmenty genomu o znanej sekwencji są „przyklejane” do płytki nazywanej chipem, ten zaś zalewany jest roztworem zawierającym DNA osoby badanej. Jeśli DNA osoby badanej jest identyczne z kontrolną sekwencją, zachodzi reakcja, w której generowany jest sygnał świetlny, jeśli natomiast DNA osoby badanej różni się od sekwencji kontrolnej, sygnał świetlny nie powstaje, sygnalizując obecność mutacji. Mikromacierze pozwalają wykryć tylko 2 mln wariantów genetycznych spośród kilkudziesięciu milionów możliwych. Metoda ta jest nadal niedokładna i pozwala jedynie na wykrycie wariantów uprzednio zidentyfikowanych przez sekwencjonowanie, lecz nie na pełną charakterystykę indywidualnego genomu.
Sekwencjonowanie DNA, czyli odczytywanie kolejności liter w łańcuchu DNA, to metoda, która umożliwiała do niedawana odczyt ok. 1000 liter DNA w jednej reakcji. Ustępuje ona teraz pola najnowszej technice, o najszerszym spektrum analizowanych błędów genetycznych – sekwencjonowaniu nowej generacji (ang. Next-generation Sequencing, NGS) umożliwiającemu wykrycie wszystkich możliwych zmian. W tej technologii w czasie jednego eksperymentu odczytywane mogą być miliardy liter informacji genetycznej – cała sekwencja genomu. Takie badanie nazywane jest sekwencjonowaniem całogenomowym (ang. Whole-Genome Sequencing, WGS).
Indywidualna terapia
Jednak odczytanie genomu to dopiero początek problemu. Informacja zawarta w genomie uzyskuje znaczenie diagnostyczne dopiero po skrupulatnej analizie wykonanej przez wykwalifikowanych, certyfikowanych fachowców, w oparciu o najnowsze informacje z genetycznych baz danych. Na podstawie analizy genomu lekarz będzie mógł zalecić pacjentowi indywidualną terapię lub odpowiednią profilaktykę.
Zmienność naszych genomów jest podstawą indywidualnej odpowiedzi na leki, takie jak preparaty przeciwbólowe, przeciwdepresyjne, przeciwmiażdżycowe czy leki stosowane w leczeniu nowotworów. Już obecnie poznanie sekwencji wybranych fragmentów genomu pacjenta jest stosowane przy wyborze leczenia, m.in. w onkologii. Poznanie całego genomu każdego z nas będzie podstawą racjonalnego doboru leków podczas całego naszego życia.