Genetyka wpisana w medycynę – jak wygląda ten związek?

U państwa Dąbrowskich właśnie urodziło się trzecie dziecko. Basia, najstarsza z rodzeństwa, jest bardzo ciekawa małego Franka. Nie rozumie, dlaczego ten ma tak inny kolor włosów i oczu. Podpytuje rodziców jak to możliwe, że nie jest do niej wcale podobny.

Pewnie nie raz sami zastanawialiście się nad tym co determinuje to, że niektórzy z nas są bardziej, a inni mniej podobni do swoich rodziców. Odpowiedzi na te pytania, a także informacji na temat budowy, rozwoju i funkcjonowania naszego organizmu powinniśmy szukać w genetyce. Zrozumienie genomu jest jednym z najbardziej ekscytujących odkryć współczesnej nauki. Okazuje się bowiem, że genetyka to dziedzina, która dotyczy każdego z nas. Opowiada o Tobie, o mnie, o nas.

Warto przy tym dodać, że procesy genetyczne wpływają nie tylko na to kim jesteśmy i co nas łączy czy dzieli. Genetyka na stałe wpisała się również w innowacyjny obraz medycyny. To dzięki niej możemy obecnie diagnozować oraz leczyć wiele chorób rzadkich i onkologicznych, którymi dotknięci zostali nasi krewni, a których ryzykiem sami możemy być obarczeni.

Czas zrozumieć podstawowe pojęcia z zakresu genetyki

Czym właściwie zajmuje się genetyka?

Mechanizm związany z przekazywaniem cech potomstwu od zawsze znajdował się w centrum zainteresowania naukowców. Dokładne poznanie procesów z nim związanych stanowiło zagadkę właściwie aż do połowy XX wieku. Obecnie jesteśmy świadkami dynamicznego wzrostu wiedzy i świadomości na temat roli genetyki w naszym życiu.

Samą genetykę określamy jako naukę i dziedzinę biologii, która zajmuje się dziedziczeniem i zmiennością organizmów żywych. Podstawową jednostką dziedziczenia jest natomiast gen.

DNA, gen i genom – jakie są między nimi różnice?

DNA to inaczej kwas deoksyrybonukleinowy, który jest podstawowym nośnikiem informacji genetycznej. Nić DNA, o długości około 2 metrów, znajduje się w niemal każdej komórce ciała i jest instrukcją, według której zbudowany jest cały organizm. By zmieścić tak ogromny twór w mikroskopijnej komórce, nić DNA jest bardzo silnie pozwijana i upakowana w formie 46 chromosomów. Chromosomy znajdują się w strukturze otoczonej błoną, nazywaną jądrem komórkowym, która pełni funkcję centrum sterowania podejmującego decyzje dotyczące funkcjonowania komórek oraz ich podziałów.

Samą strukturę DNA opisujemy jako skręconą drabinę, zwaną helisą. Jej boki tworzą naprzemiennie występujące cząsteczki cukru (deoksyrybozy) i fosforanu. Natomiast szczeble mogą składać się z czterech nukleotydów połączonych ze sobą według określonego porządku: adeniny (A), która łączy się z tyminą (T) oraz cytozyny (C) połączonej z guaniną (G). Sekwencja, czyli kolejność ułożenia nukleotydów w jednej nici, tworzy kod genetyczny, będący zapisem wszystkich informacji dotyczących np. budowy poszczególnych białek.

Poszczególne odcinki DNA kodujące konkretne białka, nazywamy genami i to właśnie one determinują występowanie wszystkich cech organizmu, zarówno tych związanych z wyglądem (takich jak kolor oczu, włosów) jak i predyspozycji do wystąpienia określonych chorób.

Wszystkie geny (mamy ich około 22 000) wraz z sekwencjami międzygenowymi pełniącymi bardzo ważne funkcje regulatorowe tworzą genom, który jedną klamrą spina całość DNA zawartego w komórkach.

Dlaczego analiza DNA to przełom?

Jeszcze kilkadziesiąt lat temu naukowcy nie byli w stanie wskazać genów zaangażowanych w ważne procesy molekularne. Przełomowym momentem dla genetyki było poznanie pełnej sekwencji genomu ludzkiego, w 2003 roku jako wynik projektu The Human Genome Project (HGP).

Dzięki niemu potrafimy już nie tylko zidentyfikować poszczególne geny, ale także przeanalizować je, wskazać jaką pełnią funkcję i odczytać ich dokładną sekwencję. Co więcej, jesteśmy też w stanie rozpoznać błędy w tej sekwencji, określić ich przyczynę i próbować zniwelować niepożądane skutki.

Analiza genomu otworzyła w medycynie nowe możliwości w diagnozowaniu i skutecznym leczeniu chorób

Współcześnie dostępna wiedza z obszaru genetyki daje nam ogromne możliwości, szczególnie w medycynie. Nowoczesne technologie wykorzystywane do badania DNA znalazły zastosowanie przede wszystkim w diagnostyce chorób nowotworowych oraz chorób rzadkich.

Genetyka w onkologii

W ostatnich latach genetyka zyskała na znaczeniu m.in. na polu diagnostyki chorób nowotworowych. Dla pacjentów onkologicznych dostępnych jest wiele rodzajów testów genetycznych. Różnią się one między sobą liczbą badanych genów, skutecznością wykrywania zmian i możliwościami wykorzystania wyników z tych testów w terapii pacjenta.

Warto poznać kilka ich rodzajów:

Identyfikacja pojedynczych mutacji – badania genetyczne wykorzystywane do wykrywania pojedynczych mutacji punktowych np. w genie BRCA1. Wykorzystywana metoda sekwencjonowania (sekwencjonowanie Sangera) nie daje możliwości odczytania całej sekwencji genu – pozwala na wykrycie kilku zmian w danym genie.

Testy panelowe – badanie kilku genów jednocześnie przy wykorzystaniu technik NGS (ang. Next Generation Sequencing). Umożliwiają poznanie pełnej sekwencji badanego genu. Dzięki nim można zidentyfikować zarówno znane, jak i całkowicie nowe warianty genetyczne (mutacje), które pojawiły się w genie.

Diagnostyka całogenomowa z wykorzystaniem technologii WGS (ang. Whole Genome Sequencing) – badanie oparte na technologii sekwencjonowania całego genomu to jedna z najnowocześniejszych technik biologii molekularnej. Umożliwia zbadanie aż 99,9% materiału genetycznego, co pozwala specjalistom poznać nie tylko informację zapisaną w genach, ale również w innych istotnych rejonach DNA. Na podstawie takich danych lekarz może poznać mechanizmy, które doprowadziły do rozwoju nowotworu oraz poznać jego słabe punkty, dając tym samym szansę na dobranie skutecznego leczenia. Diagnostyka całogenomowa zawiera w sobie wszystkie mniejsze testy genetyczne i z roku na rok staje się coraz bardziej przystępna cenowo.

Genetyka a choroby rzadkie

Na całym świecie 6% populacji jest dotknięte chorobami rzadkimi, a aż połowa chorych to dzieci. Dziś wiemy, że u podłoża niemal 80% chorób rzadkich leżą czynniki genetyczne. Dlatego tak ważny jest wybór skutecznej metody diagnostycznej oraz właściwe rozpoznanie choroby.

Rodzice dzieci obciążonych chorobami rzadkimi, często przez długi czas oczekują na uzyskanie jednoznacznej diagnozy, poszukując pomocy u szeregu specjalistów. Wprowadzenie skutecznej diagnostyki całogenomowej może bezpośrednio skrócić trwającą wiele lat odyseję diagnostyczną. Diagnostyka całogenomowa wpisuje się w optymalne standardy postępowania, ponieważ pozwala wykryć prawie wszystkie rodzaje wariantów genetycznych i tym samym przyczynić się do możliwie najszybszego podjęcia właściwych kroków terapeutycznych, spowalniających proces chorobowy, bądź przyczyniających się do łagodzenia objawów choroby.

Warto dodać, że szanse, jakie daje WGS w tej dziedzinie docenili już Brytyjczycy. W październiku 2018 r. Sekretarz Stanu ds. Zdrowia i Opieki Społecznej, Matt Hancock MP, ogłosił uruchomienie programu Genomic Medicine Service. Zakłada on wpisanie wszystkich technologii, od jednogenowych po WGS, do części programu opieki zdrowotnej i upowszechnienie ich do 2025 r. w standardowych procedurach diagnostycznych.

Diagnostyka całogenomowa i jej wpływ na medycynę personalizowaną

Diagnostyka całogenomowa okazuje się być szansą w poszukiwaniu skutecznych, precyzyjnych metod terapeutycznych. Na podstawie badań genetycznych jesteśmy w stanie przewidzieć, jakie terapie będą skuteczne w przypadku konkretnego pacjenta. Takie podejście wpisuje się w założenia medycyny personalizowanej, w której leki są dobierane indywidualnie do każdego pacjenta, a ich stosowanie ma wysokie szanse na powodzenie. Aby skutecznie dobrać leczenie dla pacjenta, należy mieć świadomość, jakie zmiany pojawiły się w jego genomie.

Artykuł jest wprowadzeniem do serii edukacyjnej na temat roli genetyki w medycynie. Dlatego jeśli jesteś pacjentem, jego opiekunem bądź osobą poszukujących więcej informacji na temat grupy docelowej, której dedykowane są takie badania, ścieżki diagnostycznej, kwestii uzyskania skierowania i czynników decydujących o wyborze leczenia na podstawie analizy genetycznej, to zapraszamy do śledzenia bloga. Przed nami kolejne materiały, rozmowy z ekspertami i historie pacjentek.

Bibliografia: