Τα μυστικά ενός νεογέννητου

Ένα νέο γενετικό «υπερ-όπλο», η ανάλυση της αλληλουχίας του DNA όλων των γονιδίων (Whole Exome Sequencing – WES), έχει ήδη κάνει εδώ και μερικά χρόνια την εμφάνισή του στον κόσμο της Ιατρικής Γενετικής. Ο χαρακτηρισμός «υπερ-όπλο», όσο βαρύγδουπος κι αν ηχεί στα αυτιά μας, κάθε άλλο παρά υπερβολικός μάλλον είναι, αφού η διαδικασία αυτή είναι θεωρητικά σε θέση να αποκαλύψει με μεγάλο ποσοστό επιτυχίας, τη μοριακή βάση για οποιοδήποτε γενετικό νόσημα σε ένα πάσχον άτομο, σε περίπτωση που η διάγνωση της αιτίας με άλλες μεθόδους γενετικού ελέγχου αποδειχθεί αδύνατη. Όμως, το μεγαλύτερο επίτευγμα, αλλά ταυτόχρονα και στοίχημα όσον αφορά στην αλληλούχιση ολόκληρου του ανθρώπινου γονιδιώματος, αποτελεί η εφαρμογή της σε νεογέννητα.

Η σημαντικότητα της διαδικασίας της αλληλούχισης ολόκληρου του ανθρώπινου DNA με τις μεθόδους ανάλυσης DNA νέας γενεάς (Next Generation Sequencing – NGS) στη διάγνωση γενετικών ασθενειών, και επομένως στον σχεδιασμό της κατάλληλης θεραπείας, είναι αδιαμφισβήτητη. Κι αυτό, αφού σε αντίθεση με τα έως τώρα διαδεδομένα είδη γενετικών αναλύσεων, με αυτή την εξέταση ελέγχονται μαζικά όλα τα ανθρώπινα γονίδια (~22.000), ή γίνεται ακόμα ταυτόχρονη ανάλυση δεκάδων κι εκατοντάδων γονιδίων (gene panels) που έχουν σχέση με διάφορες κατηγορίες νοσημάτων με γενετική αιτιολογία.

Η μεθοδολογία που δύναται να χρησιμοποιείται για την αλληλούχιση του γονιδιώματος σε νεογέννητα είναι εξαιρετικά στοχευμένη και ακριβής, συνδυάζοντας σύγχρονες γενετικές μεθόδους, οι οποίες εφαρμόζονται σε μικρό δείγμα περιφερικού αίματος ή ακόμη και σάλιου του μωρού. Οι νέες αυτές τεχνολογίες αλληλούχισης προσφέρουν τη δυνατότητα για την απευθείας μελέτη της γενετικής ποικιλομορφίας, χωρίς τους περιορισμούς των γνωστών πολυμορφισμών (SNPs). Οι προσεγγίσεις αυτές περιλαμβάνουν αφενός την πλήρη αλληλούχιση του γονιδιώματος (whole genome resequencing, WGRS) και αφετέρου τη στοχευμένη επαναλληλούχιση του συνόλου των εξονικών τμημάτων του (whole-exome sequencing, WES). Και στις δύο περιπτώσεις το αποτέλεσμα είναι η καθαρή αλληλουχία (ή τμήματα αυτής) του νεογέννητου, η οποία μπορεί να συγκριθεί απευθείας με την αντίστοιχη ομόλογη αλληλουχία άλλων ατόμων (των γονέων ή γονιδιωμάτων ατόμων με συμπτώματα της ασθένειας).

Εικόνα 1: Σύγριση αλληλουχίας γονιδίων, υπεύθυνων για γενετικές ασθένειες, σε υγιή και μη νεογέννητα (αποτελέσματα BabySeq Project)

Interpretation of Genomic Sequencing Results in Healthy and Ill Newborns:Results from the BabySeq Projec

Tα τελευταία χρόνια με τις νέες τεχνολογίες, η διαδικασία έχει γίνει σημαντικά φθηνότερη, ενώ η ύπαρξη ενός γονιδιωματικού χάρτη αναφοράς επιτρέπει τη σχεδόν αυτόματη συναρμολόγηση (assembly) των αλληλουχημένων τμημάτων σε πλήρες γονιδίωμα. Παρ’ όλ’ αυτά εξακολουθεί να είναι απαγορευτική από πλευράς κόστους σε επίπεδο κλινικής ρουτίνας κι έτσι επιλέγεται μόνο σε ειδικές περιπτώσεις όπου κλινικοί λόγοι (π.χ. κίνδυνος καθυστερημένης διάγνωσης) συνυπάρχουν με τις διαγνωστικές δυνατότητες (γρήγορη συναρμολόγηση, ταυτόχρονη αλληλούχιση γονέων και παιδιού σε περιπτώσεις μεντελιανών νοσημάτων).

Ως απάντηση, τουλάχιστον όσον αφορά στο κόστος, δόθηκε εδώ και μερικά χρόνια η προσέγγιση συνόλου εξονικών τμημάτων ή “πλήρους εξονιώματος” (Whole-Exome Sequencing, WES), η οποία διαθέτει εξαιρετικά μεγάλη αναλυτική ισχύ – περισσότερο από το 90% των παθολογικών μεταλλάξεων βρίσκονται στα εξόνια, ενώ η εφαρμογή της σε μεγάλη κλίμακα οδήγησε στο εντυπωσιακό συμπέρασμα ότι κάθε νέο άτομο φέρει κατά μέσο όρο μια de novo μεταλλαγή στο εξονικό τμήμα του γονιδιώματός του – σε συνδυασμό με το σχετικά μικρό κόστος, έχει οδηγήσει στην ολοένα και διευρυνόμενη εφαρμογή του στην κλινική διάγνωση με εντυπωσιακά αποτελέσματα. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί ο εντοπισμός, μέσα σε μόλις 48 ώρες, της γενετικής μετάλλαξης της αιμογλοβίνης Toms River σε ένα νεογέννητο στο νοσοκομείο Bolboa Naval του San Diego. Πριν την αλληλούχιση του βρεφικού γονιδιώματος, οι γιατροί αδυνατούσαν να εντοπίσουν την αιτία των συμπτωμάτων του μωρού (λήθαργος, απουσία κλάματος), και φυσικά ούτε μπορούσαν να φανταστούν πως επρόκειτο γι’ αυτή τη σπάνια αιμοσφαιρινοπάθεια, η οποία επηρεάζει την έκφραση μόνο της εμβρυϊκής αιμοσφαιρίνης HbF. Κατέστη, λοιπόν, δυνατός ο σχεδιασμός της κατάλληλης αντιμετώπισης, έως ότου το μωρό άρχισε να παράγει την αιμοσφαιρίνη των ενηλίκων HbA φυσιολογικά.

Μέσω του WES το γενετικό υλικό εμπλουτίζεται εξαρχής σε περιοχές που αντιστοιχούν στο εξονικό τμήμα του ανθρώπινου γονιδιώματος και στη συνέχεια ακολουθεί “βαθιά” αλληλούχιση με τεχνολογίες αλληλούχισης νέας γενιάς. Το αποτέλεσμα είναι ένας μεγάλος αριθμός τμημάτων αλληλουχίας, που σε συνδυασμό με τις κατάλληλες υπολογιστικές αναλύσεις, μπορεί να συγκριθεί απευθείας με γονιδιώματα που αντιστοιχούν σε συμπτώματα της ασθένειας. Εξίσου σημαντικό επίτευγμα αποτελεί και η μείωση του χρόνου της λήψης αποτελεσμάτων, από τις 4-6 εβδομάδες που απαιτούνται με τις συνήθεις μεθόδους γενετικών αναλύσεων, στις μόλις 1-2 ημέρες, γεγονός που μπορεί να αποδειχθεί ζωτικής σημασίας για τα ασθενή νεογέννητα, ενώ φαίνεται πως τα αποτελέσματα της εξέτασης δεν επηρεάζονται από εξωγενείς παράγοντες, όπως η ακριβής χρονική στιγμή λήψης του αίματος.

Εικόνα 2: Απευθείας σύγκριση γονιδιώματος δείγματος με άλλα που αντιστοιχούν σε συμπτώματα της υπό εξέτασης ασθένειας.

http://intergenetics.eu/post/analysh-olwn-twn-gonidiwn-toy-an8rwpoy-clinical-whole-exome-sequencing-wes

Η ακολουθούσα διαδικασία περιλαμβάνει τέσσερα βασικά στάδια. Αρχικά, την χαρτογράφηση τμημάτων αλληλουχίας στο γονιδίωμα του προς εξέταση νεογέννητου, δηλαδή τη στοίχιση των αλληλουχιών που προκύπτουν από το δείγμα έναντι του γνωστού ανθρώπινου γονιδιώματος, επιτρέποντας την ύπαρξη διαφορών μεταξύ των αλληλουχιών δείγματος και αναφοράς καθώς είναι ακριβώς αυτά τα σημεία όπου δυνητικά εντοπίζεται η αναζητούμενη κρυμμένη ποικιλομορφία. Έπειτα, ακολουθεί ο εντοπισμός μονονουκλεοτιδικών αντικαταστάσεων, το δυσκολότερο υπολογιστικά στάδιο. Σε αυτό θα πρέπει να διακριθούν οι πραγματικές μεταβολές στην αλληλουχία, που αντιστοιχούν σε φυσική ποικιλομορφία με τα τυχαία σφάλματα κατά την ανάγνωσή της, που αποτελούν τεχνικό πρόβλημα. Η σύγκριση με γνωστούς πολυμορφισμούς είναι το επόμενο βήμα, απαραίτητο στην περίπτωση που αναζητούμε de novo ή άγνωστες μεταλλαγές στο δείγμα. Εφόσον αυτές προκύψουν προχωράμε στο επόμενο και τελευταίο στάδιο, αυτό του σχολιασμού των αντικαταστάσεων. De novo νουκλεοτιδικές αντικαταστάσεις που εντοπίζονται σε τμήματα εξονικού DNA είναι πολύ πιθανό να μην οδηγούν σε καμία φαινοτυπική αλλαγή λόγω του εκφυλισμού του γενετικού κώδικα. Μέσω της διαδικασίας του σχολιασμού, το σύνολο των εντοπιζόμενων αντικαταστάσεων διακρίνεται αρχικά σε κωδικές και μη-κωδικές, καθώς το WES συχνά αλληλουχεί και γονιδιωματικά τμήματα που αντιστοιχούν σε όρια εξονίων-εσωνίων. Οι κωδικές αντικαταστάσεις διακρίνονται στη συνέχεια σε συνώνυμες, μη-συνώνυμες, συντηρητικές κλπ, με βάση την μεταβολή που επιφέρουν στο κωδικοποιούμενο αμινοξύ. Ιδιαίτερα σημαντικές είναι η μη-νοηματικές αντικαταστάσεις που δημιουργούν ένα πρόωρο κωδικόνιο λήξης. Οι μη-κωδικές αλληλουχίες από την άλλη πλευρά, διακρίνονται σ’ αυτές που επηρεάζουν σημεία συρραφής εξονίων (splice sites) αλλά και σημεία με λιγότερο προφανείς επιπτώσεις όπως θέσεις πρόσδεσης μεταγραφικών παραγόντων κλπ.

Η εφαρμογή, λοιπόν, του WES σε νεογέννητα σίγουρα αποτελεί μία ελκυστική προοπτική, καθώς όχι μόνο εξασφαλίζει τη διάγνωση γενετικών ασθενειών που μπορεί να εμφανιστούν κατά την παιδική ηλικία όταν οποιαδήποτε άλλη μέθοδος αδυνατεί, αλλά κι επειδή μπορεί να παρέχει ένα σταθερό σύνολο δεδομένων, με τη δυνατότητα εκ νέου ανάλυσης, ανάλογα με την εκάστοτε ανάγκη του πάσχοντα. Τα δεδομένα αυτά θα μπορούσαν να αποκαλύψουν πληροφορίες σχετικά με τον μελλοντικό κίνδυνο ασθένειας ή τις πιθανές αντιδράσεις φαρμάκων (φαρμακογονιδιωματική) που θα μπορούσαν να είναι χρήσιμες σε αποφάσεις πρόληψης ή θεραπείας, καθώς και παροχή πλούσιου πόρου για συνεχή βιοϊατρική έρευνα. Ήδη έχουν διαγνωσθεί 35 γενετικές ασθένειες με αναζήτηση πρόσδεσης πρωτεϊνών ή άλλων μοριακών δομών στο γονιδίωμα, άλλες 193 μπορούν να διαγνωστούν απευθείας με ένα απλό γενετικό τεστ, ενώ 1.514 γονίδια συσχετιζόμενα με γενετικές ασθένειες έχουν ταυτοποιηθεί.

Είναι, ωστόσο, δύσκολο ακόμη να θεωρηθεί από τον επιστημονικό κόσμο ως το νέο «χρυσό εισιτήριο» στη διάγνωση και θεραπεία γενετικών ασθενειών του νεογέννητου – είτε έχουν ήδη αρχίσει να κάνουν τα συμπτώματα την εμφάνισή τους είτε έχει διαπιστωθεί πως αυτό θα γίνει στο άμεσο ή απώτερο μέλλον – κυρίως λόγο των ηθικών, κοινωνικών και νομικών ζητημάτων που προκύπτουν από την ευρεία υιοθέτηση της νέας αυτής τεχνολογίας. Πιθανές επιπτώσεις στην υγεία των βρεφών ή των γονέων τους και η συνεχής εξέλιξη της γενετικής διαγνωστικής η οποία εμποδίζει την σαφή εξακρίβωση συσχέτισης ενός γονιδίου με μια ασθένεια, καταστούν τους επιστήμονες υγείας σχετικά επιφυλακτικούς με την ευρεία κλινική χρήση της μεθόδου. Ο έλεγχος γονιδιώματος σε νεογέννητα εγείρει, επίσης, και ζητήματα ιδιωτικότητας και πιθανών γενετικών διακρίσεων, εάν τα γονιδιωματικά δεδομένα γίνουν μέρος του ιατρικού ιστορικού του μωρού, το οποίο δεν είναι σε θέση να δώσει τη συγκατάθεσή του για κάτι τόσο σημαντικό, όπως συνήθως απαιτείται για την εφαρμογή παρόμοιων μεθόδων σε ενήλικες.

Όλα αυτά τα θέματα βρίσκονται υπό μελέτη καθώς η γενετική ακολουθία του νεογέννητου γίνεται όλο και περισσότερο εφικτή σε μεγάλη κλίμακα. Το Αμερικανικό Υπουργείο Υγείας (NIH) έχει χορηγήσει αρκετές ερευνητικές μελέτες για να διερευνήσει τα πιθανά οφέλη, τους περιορισμούς και τις δεοντολογικές ανησυχίες στο πρόγραμμα νεογέννητων ακολουθιών στο γονιδιωματικό φάρμακο και στη δημόσια υγεία, σε μια προσπάθεια αντιμετώπισης των παραπάνω ζητημάτων που εγείρονται, για την όσο το δυνατόν περισσότερο επωφελή χρήση της ανάλυσης της αλληλουχίας του DNA όλων των γονιδίων (Whole Exome Sequencing – WES) σε νεογέννητα.

Πηγές:

1. Bioethics briefing note: Whole genome sequencing of babies ,Nuffield Council on Bioethics, 28 Bedford Square, London WC1B 3JS, March 2018, Nuffield Council on Bioethics 2018

2. Tarini, Beth A., and Aaron J. Goldenberg. “Ethical Issues with Newborn Screening in the Genomics Era.” Annual Review of Genomics and Human Genetics, vol. 13, no. 1, 22 Sept. 2012, pp. 381–393, 10.1146/annurev-genom-090711-163741. Accessed 19 Jan. 2020.

3. Ozge Ceyhan-Birsoy,  Jaclyn B. Murry,  Kalotina Machini,  Matthew S. Lebo, Timothy W. Yu, Shawn Fayer Casie A. Genetti, Talia S. Schwartz, Pankaj B. Agrawal, Richard B. Parad, Ingrid A. Holm, Amy L. McGuire, Robert C. Green, Heidi L. Rehm, Alan H. Beggs, and The BabySeq Project Team, Interpretation of Genomic Sequencing Results in Healthy and Ill Newborns: Results from the BabySeq Project

4. Sowmiya Moorthie, Making sense of newborn genome sequences, Cambridge University, 11 January 2019, https://www.phgfoundation.org/blog/%E2%80%8Bmaking-sense-of-newborn-genome-sequences

5. https://repository.kallipos.gr/bitstream/11419/1588/1/Chapter10_genvariation_R.pdf

TrueMed-ForLivingMore

Τα μυστικά ενός νεογέννητου

Αντιγόνη Βαρσάμη

Ένα νέο γενετικό «υπερ-όπλο», η ανάλυση της αλληλουχίας του DNA όλων των γονιδίων (Whole Exome Sequencing – WES), έχει ήδη κάνει εδώ και μερικά χρόνια την εμφάνισή του στον κόσμο της Ιατρικής Γενετικής. Ο χαρακτηρισμός «υπερ-όπλο», όσο βαρύγδουπος κι αν ηχεί στα αυτιά μας, κάθε άλλο παρά υπερβολικός μάλλον είναι, αφού η διαδικασία αυτή είναι θεωρητικά σε θέση να αποκαλύψει με μεγάλο ποσοστό επιτυχίας, τη μοριακή βάση για οποιοδήποτε γενετικό νόσημα σε ένα πάσχον άτομο, σε περίπτωση που η διάγνωση της αιτίας με άλλες μεθόδους γενετικού ελέγχου αποδειχθεί αδύνατη. Όμως, το μεγαλύτερο επίτευγμα, αλλά ταυτόχρονα και στοίχημα όσον αφορά στην αλληλούχιση ολόκληρου του ανθρώπινου γονιδιώματος, αποτελεί η εφαρμογή της σε νεογέννητα.

Η σημαντικότητα της διαδικασίας της αλληλούχισης ολόκληρου του ανθρώπινου DNA με τις μεθόδους ανάλυσης DNA νέας γενεάς (Next Generation Sequencing – NGS) στη διάγνωση γενετικών ασθενειών, και επομένως στον σχεδιασμό της κατάλληλης θεραπείας, είναι αδιαμφισβήτητη. Κι αυτό, αφού σε αντίθεση με τα έως τώρα διαδεδομένα είδη γενετικών αναλύσεων, με αυτή την εξέταση ελέγχονται μαζικά όλα τα ανθρώπινα γονίδια (~22.000), ή γίνεται ακόμα ταυτόχρονη ανάλυση δεκάδων κι εκατοντάδων γονιδίων (gene panels) που έχουν σχέση με διάφορες κατηγορίες νοσημάτων με γενετική αιτιολογία.

Η μεθοδολογία που δύναται να χρησιμοποιείται για την αλληλούχιση του γονιδιώματος σε νεογέννητα είναι εξαιρετικά στοχευμένη και ακριβής, συνδυάζοντας σύγχρονες γενετικές μεθόδους, οι οποίες εφαρμόζονται σε μικρό δείγμα περιφερικού αίματος ή ακόμη και σάλιου του μωρού. Οι νέες αυτές τεχνολογίες αλληλούχισης προσφέρουν τη δυνατότητα για την απευθείας μελέτη της γενετικής ποικιλομορφίας, χωρίς τους περιορισμούς των γνωστών πολυμορφισμών (SNPs). Οι προσεγγίσεις αυτές περιλαμβάνουν αφενός την πλήρη αλληλούχιση του γονιδιώματος (whole genome resequencing, WGRS) και αφετέρου τη στοχευμένη επαναλληλούχιση του συνόλου των εξονικών τμημάτων του (whole-exome sequencing, WES). Και στις δύο περιπτώσεις το αποτέλεσμα είναι η καθαρή αλληλουχία (ή τμήματα αυτής) του νεογέννητου, η οποία μπορεί να συγκριθεί απευθείας με την αντίστοιχη ομόλογη αλληλουχία άλλων ατόμων (των γονέων ή γονιδιωμάτων ατόμων με συμπτώματα της ασθένειας).

Εικόνα 1: Σύγριση αλληλουχίας γονιδίων, υπεύθυνων για γενετικές ασθένειες, σε υγιή και μη νεογέννητα (αποτελέσματα BabySeq Project)

Interpretation of Genomic Sequencing Results in Healthy and Ill Newborns:Results from the BabySeq Projec

Tα τελευταία χρόνια με τις νέες τεχνολογίες, η διαδικασία έχει γίνει σημαντικά φθηνότερη, ενώ η ύπαρξη ενός γονιδιωματικού χάρτη αναφοράς επιτρέπει τη σχεδόν αυτόματη συναρμολόγηση (assembly) των αλληλουχημένων τμημάτων σε πλήρες γονιδίωμα. Παρ’ όλ’ αυτά εξακολουθεί να είναι απαγορευτική από πλευράς κόστους σε επίπεδο κλινικής ρουτίνας κι έτσι επιλέγεται μόνο σε ειδικές περιπτώσεις όπου κλινικοί λόγοι (π.χ. κίνδυνος καθυστερημένης διάγνωσης) συνυπάρχουν με τις διαγνωστικές δυνατότητες (γρήγορη συναρμολόγηση, ταυτόχρονη αλληλούχιση γονέων και παιδιού σε περιπτώσεις μεντελιανών νοσημάτων).

Ως απάντηση, τουλάχιστον όσον αφορά στο κόστος, δόθηκε εδώ και μερικά χρόνια η προσέγγιση συνόλου εξονικών τμημάτων ή “πλήρους εξονιώματος” (Whole-Exome Sequencing, WES), η οποία διαθέτει εξαιρετικά μεγάλη αναλυτική ισχύ – περισσότερο από το 90% των παθολογικών μεταλλάξεων βρίσκονται στα εξόνια, ενώ η εφαρμογή της σε μεγάλη κλίμακα οδήγησε στο εντυπωσιακό συμπέρασμα ότι κάθε νέο άτομο φέρει κατά μέσο όρο μια de novo μεταλλαγή στο εξονικό τμήμα του γονιδιώματός του – σε συνδυασμό με το σχετικά μικρό κόστος, έχει οδηγήσει στην ολοένα και διευρυνόμενη εφαρμογή του στην κλινική διάγνωση με εντυπωσιακά αποτελέσματα. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί ο εντοπισμός, μέσα σε μόλις 48 ώρες, της γενετικής μετάλλαξης της αιμογλοβίνης Toms River σε ένα νεογέννητο στο νοσοκομείο Bolboa Naval του San Diego. Πριν την αλληλούχιση του βρεφικού γονιδιώματος, οι γιατροί αδυνατούσαν να εντοπίσουν την αιτία των συμπτωμάτων του μωρού (λήθαργος, απουσία κλάματος), και φυσικά ούτε μπορούσαν να φανταστούν πως επρόκειτο γι’ αυτή τη σπάνια αιμοσφαιρινοπάθεια, η οποία επηρεάζει την έκφραση μόνο της εμβρυϊκής αιμοσφαιρίνης HbF. Κατέστη, λοιπόν, δυνατός ο σχεδιασμός της κατάλληλης αντιμετώπισης, έως ότου το μωρό άρχισε να παράγει την αιμοσφαιρίνη των ενηλίκων HbA φυσιολογικά.

Μέσω του WES το γενετικό υλικό εμπλουτίζεται εξαρχής σε περιοχές που αντιστοιχούν στο εξονικό τμήμα του ανθρώπινου γονιδιώματος και στη συνέχεια ακολουθεί “βαθιά” αλληλούχιση με τεχνολογίες αλληλούχισης νέας γενιάς. Το αποτέλεσμα είναι ένας μεγάλος αριθμός τμημάτων αλληλουχίας, που σε συνδυασμό με τις κατάλληλες υπολογιστικές αναλύσεις, μπορεί να συγκριθεί απευθείας με γονιδιώματα που αντιστοιχούν σε συμπτώματα της ασθένειας. Εξίσου σημαντικό επίτευγμα αποτελεί και η μείωση του χρόνου της λήψης αποτελεσμάτων, από τις 4-6 εβδομάδες που απαιτούνται με τις συνήθεις μεθόδους γενετικών αναλύσεων, στις μόλις 1-2 ημέρες, γεγονός που μπορεί να αποδειχθεί ζωτικής σημασίας για τα ασθενή νεογέννητα, ενώ φαίνεται πως τα αποτελέσματα της εξέτασης δεν επηρεάζονται από εξωγενείς παράγοντες, όπως η ακριβής χρονική στιγμή λήψης του αίματος.

Εικόνα 2: Απευθείας σύγκριση γονιδιώματος δείγματος με άλλα που αντιστοιχούν σε συμπτώματα της υπό εξέτασης ασθένειας.

http://intergenetics.eu/post/analysh-olwn-twn-gonidiwn-toy-an8rwpoy-clinical-whole-exome-sequencing-wes

Η ακολουθούσα διαδικασία περιλαμβάνει τέσσερα βασικά στάδια. Αρχικά, την χαρτογράφηση τμημάτων αλληλουχίας στο γονιδίωμα του προς εξέταση νεογέννητου, δηλαδή τη στοίχιση των αλληλουχιών που προκύπτουν από το δείγμα έναντι του γνωστού ανθρώπινου γονιδιώματος, επιτρέποντας την ύπαρξη διαφορών μεταξύ των αλληλουχιών δείγματος και αναφοράς καθώς είναι ακριβώς αυτά τα σημεία όπου δυνητικά εντοπίζεται η αναζητούμενη κρυμμένη ποικιλομορφία. Έπειτα, ακολουθεί ο εντοπισμός μονονουκλεοτιδικών αντικαταστάσεων, το δυσκολότερο υπολογιστικά στάδιο. Σε αυτό θα πρέπει να διακριθούν οι πραγματικές μεταβολές στην αλληλουχία, που αντιστοιχούν σε φυσική ποικιλομορφία με τα τυχαία σφάλματα κατά την ανάγνωσή της, που αποτελούν τεχνικό πρόβλημα. Η σύγκριση με γνωστούς πολυμορφισμούς είναι το επόμενο βήμα, απαραίτητο στην περίπτωση που αναζητούμε de novo ή άγνωστες μεταλλαγές στο δείγμα. Εφόσον αυτές προκύψουν προχωράμε στο επόμενο και τελευταίο στάδιο, αυτό του σχολιασμού των αντικαταστάσεων. De novo νουκλεοτιδικές αντικαταστάσεις που εντοπίζονται σε τμήματα εξονικού DNA είναι πολύ πιθανό να μην οδηγούν σε καμία φαινοτυπική αλλαγή λόγω του εκφυλισμού του γενετικού κώδικα. Μέσω της διαδικασίας του σχολιασμού, το σύνολο των εντοπιζόμενων αντικαταστάσεων διακρίνεται αρχικά σε κωδικές και μη-κωδικές, καθώς το WES συχνά αλληλουχεί και γονιδιωματικά τμήματα που αντιστοιχούν σε όρια εξονίων-εσωνίων. Οι κωδικές αντικαταστάσεις διακρίνονται στη συνέχεια σε συνώνυμες, μη-συνώνυμες, συντηρητικές κλπ, με βάση την μεταβολή που επιφέρουν στο κωδικοποιούμενο αμινοξύ. Ιδιαίτερα σημαντικές είναι η μη-νοηματικές αντικαταστάσεις που δημιουργούν ένα πρόωρο κωδικόνιο λήξης. Οι μη-κωδικές αλληλουχίες από την άλλη πλευρά, διακρίνονται σ’ αυτές που επηρεάζουν σημεία συρραφής εξονίων (splice sites) αλλά και σημεία με λιγότερο προφανείς επιπτώσεις όπως θέσεις πρόσδεσης μεταγραφικών παραγόντων κλπ.

Η εφαρμογή, λοιπόν, του WES σε νεογέννητα σίγουρα αποτελεί μία ελκυστική προοπτική, καθώς όχι μόνο εξασφαλίζει τη διάγνωση γενετικών ασθενειών που μπορεί να εμφανιστούν κατά την παιδική ηλικία όταν οποιαδήποτε άλλη μέθοδος αδυνατεί, αλλά κι επειδή μπορεί να παρέχει ένα σταθερό σύνολο δεδομένων, με τη δυνατότητα εκ νέου ανάλυσης, ανάλογα με την εκάστοτε ανάγκη του πάσχοντα. Τα δεδομένα αυτά θα μπορούσαν να αποκαλύψουν πληροφορίες σχετικά με τον μελλοντικό κίνδυνο ασθένειας ή τις πιθανές αντιδράσεις φαρμάκων (φαρμακογονιδιωματική) που θα μπορούσαν να είναι χρήσιμες σε αποφάσεις πρόληψης ή θεραπείας, καθώς και παροχή πλούσιου πόρου για συνεχή βιοϊατρική έρευνα. Ήδη έχουν διαγνωσθεί 35 γενετικές ασθένειες με αναζήτηση πρόσδεσης πρωτεϊνών ή άλλων μοριακών δομών στο γονιδίωμα, άλλες 193 μπορούν να διαγνωστούν απευθείας με ένα απλό γενετικό τεστ, ενώ 1.514 γονίδια συσχετιζόμενα με γενετικές ασθένειες έχουν ταυτοποιηθεί.

Είναι, ωστόσο, δύσκολο ακόμη να θεωρηθεί από τον επιστημονικό κόσμο ως το νέο «χρυσό εισιτήριο» στη διάγνωση και θεραπεία γενετικών ασθενειών του νεογέννητου – είτε έχουν ήδη αρχίσει να κάνουν τα συμπτώματα την εμφάνισή τους είτε έχει διαπιστωθεί πως αυτό θα γίνει στο άμεσο ή απώτερο μέλλον – κυρίως λόγο των ηθικών, κοινωνικών και νομικών ζητημάτων που προκύπτουν από την ευρεία υιοθέτηση της νέας αυτής τεχνολογίας. Πιθανές επιπτώσεις στην υγεία των βρεφών ή των γονέων τους και η συνεχής εξέλιξη της γενετικής διαγνωστικής η οποία εμποδίζει την σαφή εξακρίβωση συσχέτισης ενός γονιδίου με μια ασθένεια, καταστούν τους επιστήμονες υγείας σχετικά επιφυλακτικούς με την ευρεία κλινική χρήση της μεθόδου. Ο έλεγχος γονιδιώματος σε νεογέννητα εγείρει, επίσης, και ζητήματα ιδιωτικότητας και πιθανών γενετικών διακρίσεων, εάν τα γονιδιωματικά δεδομένα γίνουν μέρος του ιατρικού ιστορικού του μωρού, το οποίο δεν είναι σε θέση να δώσει τη συγκατάθεσή του για κάτι τόσο σημαντικό, όπως συνήθως απαιτείται για την εφαρμογή παρόμοιων μεθόδων σε ενήλικες.

Όλα αυτά τα θέματα βρίσκονται υπό μελέτη καθώς η γενετική ακολουθία του νεογέννητου γίνεται όλο και περισσότερο εφικτή σε μεγάλη κλίμακα. Το Αμερικανικό Υπουργείο Υγείας (NIH) έχει χορηγήσει αρκετές ερευνητικές μελέτες για να διερευνήσει τα πιθανά οφέλη, τους περιορισμούς και τις δεοντολογικές ανησυχίες στο πρόγραμμα νεογέννητων ακολουθιών στο γονιδιωματικό φάρμακο και στη δημόσια υγεία, σε μια προσπάθεια αντιμετώπισης των παραπάνω ζητημάτων που εγείρονται, για την όσο το δυνατόν περισσότερο επωφελή χρήση της ανάλυσης της αλληλουχίας του DNA όλων των γονιδίων (Whole Exome Sequencing – WES) σε νεογέννητα.

Πηγές:

1. Bioethics briefing note: Whole genome sequencing of babies ,Nuffield Council on Bioethics, 28 Bedford Square, London WC1B 3JS, March 2018, Nuffield Council on Bioethics 2018

2. Tarini, Beth A., and Aaron J. Goldenberg. “Ethical Issues with Newborn Screening in the Genomics Era.” Annual Review of Genomics and Human Genetics, vol. 13, no. 1, 22 Sept. 2012, pp. 381–393, 10.1146/annurev-genom-090711-163741. Accessed 19 Jan. 2020.

3. Ozge Ceyhan-Birsoy,  Jaclyn B. Murry,  Kalotina Machini,  Matthew S. Lebo, Timothy W. Yu, Shawn Fayer Casie A. Genetti, Talia S. Schwartz, Pankaj B. Agrawal, Richard B. Parad, Ingrid A. Holm, Amy L. McGuire, Robert C. Green, Heidi L. Rehm, Alan H. Beggs, and The BabySeq Project Team, Interpretation of Genomic Sequencing Results in Healthy and Ill Newborns: Results from the BabySeq Project

4. Sowmiya Moorthie, Making sense of newborn genome sequences, Cambridge University, 11 January 2019, https://www.phgfoundation.org/blog/%E2%80%8Bmaking-sense-of-newborn-genome-sequences

5. https://repository.kallipos.gr/bitstream/11419/1588/1/Chapter10_genvariation_R.pdf

TrueMed-ForLivingMore