Pierwszy test DNA, który wykrył przyczynę choroby

14-letni Joshua Osborn leżał w śpiączce w szpitalu. Od tygodni miał zapalenie mózgu, obrzękniętego i wypełnionego płynem. Szereg testów nie wykazał, co konkretnie to wywołało. Lekarze powiedzieli rodzicom, że chcą wykonać jeszcze jeden test, eksperymentalny, wykorzystując nową technologię. Chcieli poszukać w płynie mózgowo-rdzeniowym chłopca fragmentów DNA. Może któryś z nich będzie należeć do patogenu odpowiedzialnego za jego chorobę.

Rodzice zgodzili się, chociaż byli sceptyczni, bo wykonano już tyle nieskutecznych testów. Stosując tę procedurę po raz pierwszy, naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco w ciągu 48 godzin zidentyfikowali przyczynę problemów chłopca. Został zakażony mało znanym szczepem bakterii. Po zidentyfikowaniu, zwalczono je w ciągu kilku dni.

Przypadek ten opisano w New England Journal of Medicine, jako ważny postęp w diagnostyce. Od lat naukowcy sekwencjonowali DNA w celu identyfikacji patogenów. Ale do tej pory proces ten był zbyt zawiły, by uzyskać informacje przydatne dla danego pacjenta w sytuacji nagłej, zagrażającej życiu.

„To jest absolutnie wspaniała historia, ogromne osiągnięcie”- mówi Tom Slezak, lider zespołu IT ds. patogenów w Lawrence Livermore National Laboratory, który nie brał udziału w badaniu.

Slezak i inni eksperci zauważają, że potrzeba wielu lat dalszych badań, zanim taki test zostanie dopuszczony do powszechnego użytku. Ale może on być niezwykle przydatny. Zapewni nie tylko szybką diagnozę w przypadkach krytycznych. Może też prowadzić do bardziej skutecznych metod leczenia chorób trudnych w rozpoznaniu, takich jak choroba z Lyme.

Diagnoza jest kluczowym elementem leczenia, ale może być również tym najtrudniejszym. Lekarze zazwyczaj muszą odgadnąć najbardziej prawdopodobną przyczynę problemu medycznego, a następnie wykonać konkretne testy, aby uzyskać poprawne rozpoznanie. Zgadywanka pochłania cenny czas. Przyczyny pewnych objawów, jak w przypadku zapalenia mózgu, mogą być tak trudne do zdiagnozowania, że lekarze często w ogóle nie znajdują odpowiedzi.

„W ok. 60 proc. przypadków zapalenia mózgu nigdy nie udaje się postawić diagnozy” – mówi dr Michael R. Wilson, neurolog z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco. „To frustrujące, kiedy ktoś cierpi, a już szczególnie frustrujące, gdy nie potrafimy nawet powiedzieć rodzicom, co się dzieje”.

W minionej dekadzie naukowcy pracowali nad metodami identyfikacji patogenów na podstawie ich DNA. W 2003 r. biochemik uniwersytecki, dr Joseph DeRisi, stał się znany po tym, jak zidentyfikował koronawirusa powodującego SARS przy użyciu fragmentu genu zwanego mikromacierzą.

Ostatnio badacze stosują metodę zwaną bezstronnym sekwencjonowaniem nowej generacji. Aby wykryć patogen, wyodrębnia się każdy fragment DNA z próbki pobranej od pacjenta, np. z krwi, płynu mózgowo-rdzeniowego lub stolca. Potem przesiewa się fragmenty genów i wyodrębnia te należące do patogenów.

Technika ta sprawdziła się przy badaniu tajemniczych ognisk chorobowych. Wielu naukowców zaczęło mieć nadzieję, że może być stosowana przy diagnozowaniu zakażeń u poszczególnych osób. Zamiast testu na podejrzany patogen, lekarz może po prostu wykonać test DNA, który zidentyfikuje sprawcę, bez względu na to, czy jest nim wirus, bakteria, grzyb, czy pasożyt.

„To może być jeden test zamiast wielu” - mówi dr DeRisi. Ale takie badanie byłoby przydatne tylko wtedy, gdyby było szybkie. Tymczasem sortowanie milionów fragmentów DNA jest trudnym wyzwaniem technologicznym. Może potrwać kilka tygodni.

„Problem w tym, że pacjent w stanie krytycznym może umrzeć, zanim postawimy diagnozę” – mówi dr Charles Chiu, patolog uniwersytecki.

Dr Chiu i jego koledzy opracowali oprogramowanie, które szybko porównuje fragmenty DNA z sekwencjami genetycznymi, przechowywanymi w internetowych bazach danych. Opisali oni swoją metodę w artykule opublikowanym w czasopiśmie Genome Research.

W lipcu ubiegłego roku dr DeRisi i dr Chiu dostali szansę na wypróbowanie swojej metody. Zadzwonił do nich dr James Gern, pediatra ze szpitala, w którym leżał Joshua Osborn, i poprosił o pomoc.

Joshua od dawna był pacjentem dr. Gerna. Gdy miał dwa miesiące, lekarze wykryli u niego zaburzenia układu odpornościowego. W kwietniu 2013 r. dostał silnych bólów głowy i gorączki. Przyjęto go do szpitala. Wykonano u niego badania na długą listę chorób, od wirusa Zachodniego Nilu po gruźlicę. Wszystkie testy dały negatywny wynik. Przez następne dwa miesiące chłopiec był w domu, a stan jego zdrowia był niestabilny. Kiedy wzrosła gorączka, znów trafił do szpitala. Rezonans magnetyczny wykazał, że ma groźne zapalenie mózgu. Punkcja lędźwiowa nie wykazała żadnych patogenów. Nawet biopsja tkanki mózgowej nic nie powiedziała.

Wtedy dr Gern poprosił dr. DeRisi o zastosowanie eksperymentalnej technologii DNA, aby wykryć przyczynę dolegliwości chłopca. Przygotował próbki płynu mózgowo-rdzeniowego i surowicy Joshuy. Ruszyła maszyna do sekwencjonowania i w ciągu dwóch dni rozszyfrowała 3 mln fragmentów DNA. Oprogramowanie dr. Chiu wyeliminowało ludzkie fragmenty DNA i zaczęło przeglądać bazy danych, by zidentyfikować pozostałe geny. Po zaledwie 96 minutach pojawiły się wyniki. Płyn mózgowo-rdzeniowy Joshuy zawierał DNA potencjalnie śmiertelnej bakterii z rodzaju Leptospira. Choć niebezpieczna, może być ona łatwo zwalczana za pomocą penicyliny.

Joshua zaczął przyjmować duże dawki penicyliny. Obrzęk jego mózgu niemal natychmiast zaczął ustępować, a dwa tygodnie po uzyskaniu pierwszych wyników badań, chłopiec zaczął chodzić.

„Nie mam już żadnych bólów głowy. Jakbym urodził się na nowo”- mówi.

Dr Chiu kieruje teraz projektem stworzenia testu DNA do diagnozowania przyczyn zapalenia mózgu i innych chorób zagrażających życiu. Naukowcy mają nadzieję na jego szersze zastosowanie przy szybkim rozpoznawaniu różnych infekcji.

„To dowód, że technologia jest już dostępna i może pomagać tu i teraz” - mówi dr DeRisi.

Niemniej nadal jest wiele przeszkód, które naukowcy muszą pokonać, zanim badania te staną się standardem.

„Nasze ciała są pełne mikrobów” – mówi dr Gregory Storch, profesor pediatrii w Szkole Medycznej Uniwersytetu Waszyngtona w St. Louis. Testy DNA wykryją wiele gatunków w każdej próbce pacjenta. Często trudno może być określić, który z nich wywołuje czyjąś chorobę.

„Technologia ta pozwala nam widzieć świat w inny sposób, musimy się do tego przyzwyczaić” – dodaje dr Storch.

 

Na podst. In a First, Test of DNA Finds Root of Illness, Carl Zimmer, The New York Times

Sieci społecznościowe

Tagi