Mokslas ir IT

2021.03.05 05:30

Visos ligos gali būti nulemtos genų – jas gydyti padės medicinos revoliucija vadinamas unikalus įrankis

Patricija Kilminavičienė, LRT.lt2021.03.05 05:30

Prieš dešimtmetį atrastos genų žirklės, vadinamos CRISPR-Cas9, šiandien jau gydo retas paveldimas ligas, tokias kaip pjautuvinė anemija. Unikali technologija sukėlė didžiulę revoliuciją medicinoje, nes tai, kas prieš 10 metų atrodė kaip mokslinės fantastikos knygos scenarijus, dabar yra realybė, keičianti žmonių gyvenimus.

Nuotolinės konferencijos „Genetikos revoliucija – ar esame pasiruošę būti vieni iš lyderių“ metu mokslininkai išsamiai papasakojo, kas sukelia retas genetines ligas, kaip jos diagnozuojamos ir, svarbiausia, kaip gali būti išgydomos.

Vienos DNR raidės pasikeitimas gali nulemti sunkią ligą

Vilniaus universiteto (VU) profesorius Virginijus Šikšnys, vienas iš genų žirklių atradėjų, paaiškino, kad visa informacija apie gyvųjų organizmų vystymąsi yra užrašyta DNR molekulėje. Ji veikia kaip kompiuterio programa, valdanti išmaniuosius įrenginius, tokius kaip kompiuteris ar telefonas. Pasak profesoriaus, visi žino, kas nutinka, kai kompiuterinėje programoje įsivelia klaidų, – dažniausiai įrenginys nulūžta arba pradeda veikti ne taip, kaip turėtų.

„DNR molekulėje taip pat įsivelia klaidų. Tas klaidas mes vadiname mutacijomis. DNR molekulė yra labai ilgas tekstas, užrašytas panaudojant keturių raidžių abėcėlę, bet tų raidžių molekulėje yra apie 3 milijardus. Tame ilgame tekste galime išskirti tam tikrus žodžius, kuriuos vadiname genais. Tie genai koduoja vieną ar kitą fenotipinį požymį, kuris pasireiškia gyvuose organizmuose.

Jeigu gene įsivelia klaida, dažniausiai to geno funkcija sutrinka. Klaida gali būti labai paprasta – kai viena raidė pasikeičia, pavyzdžiui, A pavirsta T. Reikia įsivaizduoti, kad vienos raidės pasikeitimas vyksta trijų milijardų raidžių kontekste. Taigi, vienos raidės pokytis gali sukelti mutaciją, o ji – genetinės ligos priežastis“, – dėstė V. Šikšnys.

Pasak jo, raidės pasikeitimas ir sukelia retą genetinę ligą – pjautuvinę anemiją. Žmogus ja suserga tuomet, kai hemoglobino gene vienoje vietoje raidė A pasikeičia į raidę T. Toks vienos raidės pasikeitimas lemia hemoglobino baltymo pokyčius, o tie baltymo pokyčiai – raudonųjų kraujo kūnelių formos pasikeitimą. Įprastiniai kraujo kūneliai turi amerikietiško sklindžio formą, o kai hemoglobino gene įvyksta mutacija, tie kūneliai įgija pjautuvo formą.

„Kyla klausimas, kaip mes galime šią ligą išgydyti. Mes galime ją išgydyti tik pakeisdami tą neteisingą raidę į teisingą, t. y. ištaisydami mutaciją, atsakingą už šią ligą. Kai kalbame apie genetines ligas, turime galvoje bent du klausimus: kaip diagnozuoti genetinę ligą, kaip surasti tą mutaciją, vieną ar kelias neteisingas raides tarp trijų milijardų raidžių, o kitas klausimas – kaip galima tą genetinę ligą išgydyti ištaisant tą klaidą“, – tvirtino V. Šikšnys.

Genų žirklės gali rasti klaidą ir ją ištaisyti

Kaip kalbėjo V. Šikšnys, pjautuvinės anemijos diagnostiką pagerinti bandoma gana paprastu metodu, kurį šiuo metu stengiamasi įgyvendinti kartu su viena JAV kompanija.

„Mes šioje vietoje išnaudojame genų žirkles, kurios gali labai tiksliai atpažinti tą vietą, kur yra klaida, sukelianti ligą. Genų žirkles mūsų partneriai iš JAV prikabina prie grafeno tranzistoriaus. Tas tranzistorius leidžia detektuoti tą mutaciją tiesiogiai. Tada ši mutacijos detekcija labai supaprastėja. Mes galime viską atlikti viename luste ir gauti atsakymą labai greitai, paėmę paprastą kraujo lašą ir nenaudodami sudėtingų molekulinės biologijos metodų. Man atrodo, tai yra labai svarbus žingsnis, rodantis, kad sujungus sofistikuotą biologiją ir elektroniką galima surasti paprastesnius genetinių ligų detekcijos metodus“, – tikino mokslininkas.

Anot jo, svarbu ne tik diagnozuoti, kokios klaidos sukėlė ligą, bet ir radus mutacijas žinoti, kaip jas galima ištaisyti.

„Į pagalbą mums ateina DNR redagavimo įrankiai ir CRISPR-Cas9 DNR žirklės, atrastos prieš 10 metų. Mes tas žirkles galime nukreipti į konkrečią DNR vietą. Pavyzdžiui, kur yra klaida. Tada tomis žirklėmis DNR grandinė bus perkirpta ir mes turime galimybę ištaisyti tą klaidą. Žirkles mes galime perprogramuoti ir nukreipti į vieną ar kitą genomo vietą, t. y. galime jas priversti surasti vieną ar kitą klaidą. Kai tas klaidas surandame, galime jas ištaisyti“, – dėstė V. Šikšnys.

Mokslininkas atkreipė dėmesį, kad pjautuvinė anemija gydoma paimant iš žmogaus kaulų čiulpų hemopoetinių kamieninių ląstelių. Laboratorijoje, naudojant genų žirkles, mutacija, kuri sukelia ligą, yra ištaisoma, t. y. vietoj raidės T vėl įstatoma raidė A. Tuomet šios kamieninės ląstelės pradės gaminti hemoglobiną, kuris nebeturi klaidos, – jas galima sugrąžinti į žmogaus organizmą ir taip išgydyti paveldimą genetinę ligą.

„Kyla klausimas, ar tik kraujo ligas galime gydyti genomo redagavimo įrankiais, ar galime gydyti ir kitas ligas. Dabar mokslininkai sutelkę dėmesį į tas genetines ligas, kuriose pokyčiai susiję su klaida arba mutacija viename gene, kaip ir pjautuvinės anemijos atveju. Bet, aišku, mes galime pritaikyti šiuos įrankius ir gydydami kitas ligas. Nuo šių metų pradžios kartu su dar šešiais Europos universitetais įsitraukėme į projektą, kurio tikslas yra panaudoti Lietuvoje sukurtus naujus genomo redagavimo įrankius gydant paveldimas genetines akių ligas, sukeliančias aklumą. Šios ligos susijusios su tinklainės pažeidimais. Genų žirklės yra gana universalus įrankis, kurį galime panaudoti gydydami įvairias genetines ligas. Žinoma, ne visos ligos susijusios su viena mutacija viename gene. Yra daug kompleksinių genetinių ligų“, – kalbėjo V. Šikšnys.

Diagnozuoti ligą galima bet kuriame gyvenimo tarpsnyje

Vilniaus universiteto Medicinos fakulteto profesorius Algirdas Utkus paaiškino, kaip galima diagnozuoti retas genetines ligas ir kokia situacija yra Lietuvoje. Anot jo, kalbant apie diagnostiką, verta atsižvelgti į istoriją.

„Anksčiau diagnostika rėmėsi klinikiniais požymiais, buvo vertinamas žmogaus fenotipas, išoriniai simptomai. Jais remiantis buvo galima vertinti genetinę retą ligą. Buvo kalbama apie fenomo analizę ir jo įvertinimą.

Šiandien mes kalbame apie visiškai naują situaciją, įvyko virsmas. Remdamiesi moksliniais tyrimais, mokslo pasiekimais, mes galime kalbėti apie tai, kad tiksli diagnostika įmanoma atlikus genetinius tyrimus. Žinoma, genomo regulomo tyrimai mums padeda identifikuoti tas retąsias ligas. Medicininės genetikos centre, VU ligoninės Santaros klinikose, galime diagnozuoti įvairiais gyvenimo tarpsniais įvairias retas genetines ligas, t. y. iki gimimo, po gimimo, vaikų amžiaus, senjorams, suaugusiesiems. Visiškai nesvarbu, kokio amžiaus žmogus yra, taikydami modernius molekulinius genetinius, citogenetinius, biocheminius tyrimus, mes galime identifikuoti vieną ar kitą patologiją“, – dėstė A. Utkus.

Pasak profesoriaus, yra galimybė atlikti ir preimplantacinius tyrimus – prieš vaisiui prisitvirtinant prie gimdos sienelės. Taip galima nustatyti, ar būsimas vaikas turės kokią nors patologiją. Taip pat galima atlikti tyrimus ir nėštumo laikotarpiu, ir vėliau – įmanoma taikyti tiek invazinius, tiek neinvazinius metodus ir nustatyti genetines ligas.

Kasmet aprašoma keli šimtai naujų genetinių ligų

„Atrodytų, labai paprasta. Mes įvertiname pacientą, patikriname, kokie išoriniai požymiai, atliekame modernius genetinius tyrimus ir, atrodytų, viskas aišku. Tačiau yra tam tikrų iššūkių.

Pirmiausia yra daugiau nei 5 tūkst. įvairiausių monogeninių ligų ir sindromų. Be to, yra chromosominės ligos, teratogeniniai sindromai, neidentifikuotos dauginės raidos anomalijos. Gydytojas genetikas konsultuodamas turi turėti didelį žinių bagažą. Įprastai pacientai, sergantys retomis genetinėmis ligomis, turi pažeistus įvairius organus, į patologinį procesą įtrauktos įvairios organizmo sistemos. Tai yra visų amžiaus grupių pacientai, neretai tai daugiasistemis pažeidimas“, – aiškino A. Utkus.

Jo teigimu, kasmet aprašoma apie 300 naujų retų ligų. Apie 40 tūkst. genetinių variantų, atlikus viso egzomo sekoskaitos tyrimą, galima identifikuoti. Yra kelios dešimtys patogeninių variantų kiekvieno žmogaus egzome.

Kaip paaiškino profesorius, egzomas yra genų dalis, atsakinga už produkto – baltymo – sukūrimą. Jeigu yra mutacija, tuomet genų produktas nekuriamas arba sukuriamas, tačiau turi defektų. Tai lemia kokios nors genetinės ligos atsiradimą ir klinikinių požymių pasireiškimą.

„Analizuodamas, atlikdamas šį darbą – genetinį konsultavimą – konsultantas naudojasi begale bioinformacinių duomenų bazių. Visas šitas darbas įvertintas 20 eurų 58 centais. Diagnozavus ligą, viskas ties tuo nesibaigia. Toliau reikalingi papildomi darbai, konsultacijos, dokumentų rengimas. Daugelis specialistų dalyvauja tokių pacientų tolesnėje priežiūroje“, – teigė gydytojas.

Siūlo tikrinti visus naujagimius

Anot jo, reikėtų kalbėti ir apie visos naujagimių populiacijos tikrinimą dėl retų ligų. Lietuvoje nuo 1975 metų atliekama visuotinė naujagimių patikra. Šiuo metu atliekami tyrimai dėl keturių ligų: fenilketonurijos, įgimtos hipotirozės, antinksčių hiperplazijos ir galaktozemijos.

„Šių keturių ligų tyrimas kainuoja 14 eurų 20 centų. Artėjame prie 2 milijonų Lietuvos populiacijos, kuri buvo patikrinta, naudojant visuotinio naujagimių tikrinimo programą. Kita vertus, noriu pasakyti, kad mes turime visas galimybes Lietuvoje atlikti išplėstinę naujagimių patikrą dėl daugiau kaip 30 ligų. 2019 metais Valstybinė ligonių kasa buvo apskaičiavusi, kiek tai kainuotų šaliai. Tai yra 29 eurai vienam naujagimiui“, – kalbėjo A. Utkus.

Medikas įvardijo, kad nuo 1975-ųjų 391 vaikui buvo dianozuota viena ar kita reta genetinė liga. Šio tikrinimo tikslas yra kaip įmanoma anksčiau diagnozuoti, kol dar nėra klinikinių požymių, ir kuo anksčiau pradėti gydymą. Pasak profesoriaus, anksti pradėjus gydymą, rezultatai būna geri – užauga visavertis visuomenės narys.

Vis dėlto Lietuva genetinių ligų diagnozavimo tempais atsilieka nuo kitų šalių. Estai atlieka tyrimus dėl 19 ligų, net ir latviai tikrina dėl 5, o lenkai daro tyrimus dėl 28 ligų, sako gydytojas.

„Siūloma iki 2022 metų peržiūrėti ir atnaujinti genetinių paslaugų apmokėjimo tvarką Lietuvoje, siekiant kokybiškų, laiku teikiamų ir ekonominiu požiūriu tvarių paslaugų, kurios labai svarbios. Ankstyva retų ligų diagnostika yra vienintelė ir būtina prielaida visiems tolesniems žingsniams, kokybiškai sveikatos priežiūrai, mokslo ir inovacijų vystymuisi. Užtikrinti centralizuotą, konsoliduotą, išplėstinį ir visuotinį naujagimių tikrinimą Lietuvoje, kuris atitiktų tarptautinius kokybės standartus“, – idėjomis dalijosi A. Utkus.

Visos ligos bent iš dalies paveldimos

Toronto universiteto epigenetikos laboratorijos vadovas, VU profesorius Artūras Petronis pabrėžė, kad tai, apie ką mokslininkai kalba dabar, prieš 10 metų būtų buvusi mokslinė fantastika.

„Aš visiškai neperdedu. Net nežinau, su kuo būtų galima palyginti tokio lygio proveržį. Gal su DNR struktūros atradimu 1953 metais. Kad mes galėtume redaguoti genus ir labai kryptingai, labai tikslingai keisti DNR sekos struktūrą vieno nukleotido lygmeniu, visai neseniai nebuvo galima to įsivaizduoti. Tai didžiulis dalykas, revoliucija biologijos ir biomedicinos moksluose“, – tvirtino A. Petronis.

Pasak profesoriaus, ligos santykinai gali būti skirstomos į retas ir dažnas. Nėra labai griežtų linijų, kuriai kategorijai priklauso liga.

„Viena iš mano išvadų – ilgainiui visos žmogaus ligos bus retos. Dabartinės dažnos ligos suskils į daug kiekvienam žmogui būdingų specifinių susirgimų. Visas tas ligų retumas kyla iš to, kad kiekvienas iš mūsų yra biologiškai unikalus. Ką tai reiškia? Visų pirma yra genetinis unikalumas. Kaip jau girdėjote, žmogaus genomas susideda iš truputį daugiau negu 3 milijardų nukleotidų ir kiekvienas iš mūsų paveldi du genomus – vieną iš tėčio, kitą – iš mamos. Kiekvienoje ląstelėje – su retomis išimtimis – yra apie 6 milijardus nukleotidų. Tų ląstelių suaugusiame organizme gali būti iki 40 trilijonų. 40 trilijonų padauginkite iš 6 milijardų ir sužinosite, kiek turime nukleotidų“, – kalbėjo A. Petronis.

Anot jo, žmogaus genetinis unikalumas kyla iš genetinių skirtumų. Jeigu paimtume du genetiškai tarpusavyje visiškai nesusijusius individus, paaiškėtų, kad 99 proc. nukleotidų sekų būtų identiškos. Reikėtų perskaityti 100 nukleotidų, kad pavyktų rasti vieną skirtumą. „Toks labai grubus įvertinimas, bet galima sakyti, kad 1 proc. DNR nukleotidų skiriasi. 1 proc. nėra labai daug, bet turint omenyje, kad jis ateina iš 6 milijardų, susidaro 60 milijonų nukleotidinių skirtumų. Tai jau gana didelis skaičius“, – aiškino mokslininkas. Tačiau, be genetinių, yra daugybė kitokių biologinių skirtumų, kurie ir lemia žmogaus unikalumą.

Kaip teigė A. Petronis, visos žmogaus ligos yra bent iš dalies paveldimos. „Jeigu liga pakankamai gerai ištirta, paaiškėja, kad tas genetinis polinkis būdingas visoms ligoms. Galiu pateikti daugybę pavyzdžių, nekalbant apie retas, monogenines ar poligenines ligas. Infekcinės ligos, tokios kaip tuberkuliozė, irgi turi genetinį komponentą. Polinkį susirgti tuberkulioze iš dalies lemia mūsų genai, genetinis individualumas. Kai kurios ligos yra nulemtos tik genų. Čia yra ir gerų, ir blogų naujienų. Didžioji dalis retų ligų yra monogeninės – nulemtos vieno geno. Kai kurios iš tų retų ligų yra labai gerai ištirtos“, – dėstė profesorius.

Pasak A. Petronio, retos monogeninės ligos gali būti rimtos kandidatės genų redagavimo būdu tapti išgydomos. Vieną geną pataisyti yra daug paprasčiau negu šimtus. Didžioji dalis žmonių ligų, profesoriaus teigimu, yra dažnos, pavyzdžiui, įvairūs vėžiai, diabetas, psichikos sutrikimai, astma, išsėtinė sklerozė, Alzheimerio liga, nutukimas ir t. t. Visos tos ligos, apie kurias girdima kasdien, nemaža dalimi yra paveldimos, tačiau paveldimumo tipas yra daug sudėtingesnis, nes šiuose procesuose dalyvauja ne vienas genas.

„Ten gali būti dešimtys, šimtai ir netgi tūkstančiai genų įvairiomis kombinacijomis tam, kad sukeltų vieną ar kitą sudėtingą patologiją. Visos ligos iš dalies yra paveldimos, visi mes atsinešame savo silpnąsias vietas“, – kalbėjo A. Petronis.

Jis atkreipė dėmesį, kad kiekvienas individas serga unikaliai. „Kiek yra žmonių, tiek yra ligų. Medicinos mokslas vis geriau supranta kiekvieną ligą, renka duomenis ir vis aiškėja skirtumai tarp įvairiausių ligų potipių. Mano galutinė išvada ta, kad iš esmės visos žmogaus ligos yra retos, visoms ligoms reikia individualios diagnostikos, individualios profilaktikos ir individualaus gydymo“, – tvirtino A. Petronis.