Co dzieje się w laboratorium genetycznym?

Transkrypt

1 12 możliwością dostępu policji do ich DNA. Jest to wyjątkowo rzadki problem. Jeśli policja zażąda dostępu do próbki DNA z laboratorium genetycznego (podobnie jak w przypadku wszelkich innych danych medycznych), jest to możliwe wyłącznie na podstawie wydanego nakazu sądowego. Co dzieje się w laboratorium genetycznym? Przy opracowaniu tej broszurki pomagali dr Ian M Frayling z Institute of Medical Genetics, University Hospital of Wales, Cardiff, UK; dr Domenico Coviello, Laboratory of Medical Genetics, Fondazione IRCCS, Mediolan, Włochy i The Genetic Interest Group. Tłumaczone z języka angielskiego przez Ewę Piotrowską i Annę Kloskę, Uniwersytet Gdański, Polska. Sierpień 2009 Ta praca została wsparta przez EuroGentest, EU-FP6 supported NoE numer kontraktu Illustracje: Rebecca J Kent rebecca@rebeccajkent.com Informacje dla pacjentów i rodzin

2 2 Co dzieje się w laboratorium genetycznym? Poniższe informacje przedstawiają co dzieje się z próbką, po wysłaniu jej do laboratorium genetycznego. Główne zagadnienia, które są tu omawiane to: różne metody stosowane w laboratoriach do przeprowadzenia testów genetycznych, dlaczego niektóre testy genetyczne wymagają tak dużo czasu, podczas gdy inne wykonuje się szybko, dlaczego w niektórych przypadkach laboratorium nie może ustalić wyniku. Dokładniejsze informacje o tym, dlaczego mogliby Państwo poddać się badaniu genetycznemu znajdą Państwo w ulotce zatytułowanej Czym jest badanie genetyczne? Czym jest badanie genetyczne? Większość testów genetycznych bada DNA, związek chemiczny znajdujący się w naszych komórkach, który daje naszemu ciału instrukcje jak rosnąć, rozwijać się i funkcjonować. DNA jest nicią zakodowanych informacji ugrupowanych w specyficzne instrukcje zwane genami. Ludzie maja różnych genów, ułożonych na licznych nitkowatych strukturach zwanych c h r o m o s o m a m i. N a s z e chromosomy dziedziczymy od rodziców, 23 od matki i 23 od ojca, w związku z czym mamy dwa zestawy 23 chromosomów, czy też innymi słowy 23 pary. Gdyby przyrównać genetykę do księgi życia, DNA byłby literami, geny słowami, a chromosomy rozdziałami. 11 sprawdza wynik). Często naukowcy przeprowadzają inny test, by przeprowadzić kontrolę krzyżową pierwotnego wyniku. Istnieją także procedury zapobiegające pomieszaniu prób. Dodatkowo laboratoria mogą brać udział w programach zapewniania jakości (QA, ang. Quality Assurance), co pomaga gwarantować dobrą jakość rzetelnych badań genetycznych. Co się stanie z moją próbką po badaniu? Jeżeli pacjent nie składa życzenia, by jego próbkę wyrzucić po przeprowadzeniu testu, zwykle laboratorium zachowuje DNA, może też przechowywać preparaty z chromosomami. Laboratorium może udzielić informacji o konkretnej próbce, a badani mogą w każdej chwili poprosić, by ich DNA zostało zniszczone lub zwrócone. Nie wykonuje się badania w kierunku innych chorób bez pozyskania zgody pacjenta. Ponieważ rozwijane są nowe, ulepszone testy, laboratoria mogą je przeprowadzać na przechowywanych próbkach (jeśli na przykład pierwotne badania nie przyniosły żadnego wyniku), jeśli była wyrażona zgoda. W taki sposób zarówno pacjenci, jak i klinicyści mogą być pewni, że dostępne jest najbardziej aktualne badanie. Laboratoria mogą używać anonimowych próbek DNA przy rozwijaniu nowych badań, lub jako część programów zapewniania jakości (QA, ang. Quality Assurance), o ile dana osoba nie zastrzegła, że nie życzy sobie, by jej próbka była wykorzystywana w taki sposób. Jak każda inna próbka medyczna DNA jest postrzegane jako dane medyczne pacjenta i dlatego jest chronione tajemnicą medyczną. Oznacza to, że dostęp do niego jest możliwy wyłącznie poprzez odpowiedniego pracownika służby zdrowia. Niektóre osoby niepokoją się

3 10 Jednakże jeśli w rodzinie nie wykryto wcześniej żadnej mutacji, albo jest mnóstwo genów powiązanych z chorobą, dojście do wyniku będzie wymagać więcej pracy. Zamiast skupić się na jednym obszarze genu laboratorium będzie musiało przeanalizować cały gen, a może nawet więcej niż jeden gen. Może to być bardzo długi proces, trwający nawet wiele miesięcy. Będzie to zależało od wielu czynników takich jak wielkość genu, czy wyposażenie laboratorium. Rysunek 1: Geny, chromosomy i DNA 3 Na przykład, w przypadku dystrofii mięśniowej Duchenne a, choroba jest powodowana mutacjami w genie nazywanym dystrofiną, jednym z najdłuższych znanych genów. Są tysiące różnych mutacji, które mogą się pojawić i dlatego odnalezienie konkretnej mutacji występującej w danej rodzinie może być długim i pracochłonnym procesem. Z drugiej strony w przypadku choroby Huntingtona, mutacje w genie huntingtyny zawsze występują w tym samym małym regionie. Z tego względu naukowcy wiedzą dokładnie, w którym miejscu genu szukać i badanie jest całkiem łatwe i znacznie szybsze. Jakość DNA jest również istotnym czynnikiem. Czasami laboratoria muszą najpierw sprawdzić DNA kogoś, kto zmarł, aby zidentyfikować konkretną mutację. Jeżeli DNA zmarłej osoby jest słabej jakości, może to podwoić albo potroić czas potrzebny na odnalezienie mutacji. W niektórych przypadkach całkowita analiza może być niemożliwa z powodu braku wystarczającej ilości DNA. Czy wynik może być fałszywy? Ponieważ badania genetyczne mogą mieć ważne następstwa dla poszczególnych osób i ich krewnych, podchodzi się do nich z wielką ostrożnością. Podejmuje się liczne działania, aby zapewnić wydanie prawidłowego wyniku. Jeżeli mutacja zostaje wykryta, jest zawsze sprawdzana drugi raz, by upewnić się, że wynik jest prawdziwy (chociaż na wielu etapach badań genetycznych zaangażowane są maszyny, naukowiec zawsze Zmiany w genach lub chromosomach są nazywane mutacjami. Mutację można sobie wyobrazić jako błąd ortograficzny albo zamienione ciągi słów w zdaniu. Mutacje są bardzo powszechne i wszyscy mamy ich wiele. Efekt mutacji może być dobry lub zły, albo może ona nie mieć żadnego skutku. Zależy to od czynników środowiskowych, przypadku, czy też mutacji w innych genach. Mutacje mogą powodować problemy, jeśli z ich powodu geny lub chromosomy przestają przekazywać prawidłowe instrukcje niezbędne ciału do właściwego funkcjonowania. Dlatego celem badań genetycznych jest wykrycie mutacji w konkretnym genie lub chromosomie. Badania przeprowadza się zwykle na próbce krwi, a czasem także innych tkanek (w niektórych przypadkach możliwa jest izolacja DNA z próbki śliny, jednak przeważnie wymagana jest większa ilość DNA wysokiej jakości i dlatego preferowana jest próbka krwi). Próbka pobrana od pacjenta jest przesyłana do laboratorium, gdzie geny lub chromosomy mogą być analizowane. Kliniki genetyczne zwykle mają swoje własne laboratoria

4 4 genetyczne. Ponieważ jednak istnieje wiele badań genetycznych pod kątem różnych chorób, nie wszystkie laboratoria przeprowadzają wszystkie z nich. Dotyczy to głównie badań w kierunku rzadkich chorób genetycznych. W związku z tym, próbka może zostać wysłana do innego laboratorium, które specjalizuje się w konkretnych testach, które zleca lekarz. Warto też pamiętać, że badanie genetyczne zwykle dostarcza informacji wyłącznie odnośnie choroby, pod kątem której było wykonywane. Nie ma jednego ogólnego testu na wszystkie choroby genetyczne. Celem badania genetycznego wykonywanego w klinice genetycznej jest dostarczenie informacji o zdrowiu osoby lub rodziny. Kliniki genetyczne zwykle nie zlecają badań dotyczących innych spraw, takich jak ustalenie ojcostwa, niemniej czasem takie informacje zostają ujawnione w wyniku badań. Laboratoria genetyczne Są dwa główne typy laboratoriów genetycznych. Jedne przyglądają się genom, a inne chromosomom. 1) Cytogenetyka Jeśli lekarz podejrzewa chorobę genetyczną, która jest spowodowana problemami występującymi na jednym z chromosomów, poprosi laboratorium cytogenetyczne, by zbadało chromosomy pacjenta. Tu mogą być wykorzystane próbki krwi, skóry lub materiał pobrany w czasie amniocentezy lub biopsji kosmówki. Najpierw hoduje się komórki. Następnie umieszcza się komórki na szkiełku mikroskopowym, a barwnikiem wybarwia ich chromosomy, tak by można je było łatwiej zobaczyć. 9 powoduje chorobę, czy nie. Może tak być, kiedy zmiana w kodzie DNA jest bardzo subtelna. Takie mutacje określa się jako zmiany niesklasyfikowane a otrzymanie takiego wyniku może być frustrujące dla wszystkich zainteresowanych. Niemniej jest bardzo istotne, by laboratorium nie stwierdzało, że mutacja jest szkodliwa, jeśli nie jest, gdyż mogłoby to prowadzić do postawienia komuś nieprawidłowej diagnozy. Czy laboratoria są zawsze w stanie znaleźć mutacje? W niektórych sytuacjach przeprowadza się test, by znaleźć przyczynę problemu i nie odnajduje się mutacji. Jest wiele przyczyn tłumaczących to: Czasami badanie genetyczne ukierunkowane jest tylko na najczęstsze mutacje powodujące chorobę. Jeśli zatem pacjent ma bardzo rzadką mutację, laboratorium może jej nie wykryć. Naukowcy nie zidentyfikowali wszystkich genów powiązanych z chorobami genetycznymi. Pacjent może nie mieć choroby, której objawy u niego wystąpiły i dlatego naukowcy mogą badać niewłaściwy gen. Należy pamiętać, że techniki badań genetycznych, jak i nasza wiedza dynamicznie się rozwijają. Dlatego nawet jeśli mutacja nie może być teraz odnaleziona, jest nadal możliwe, że nowe techniki umożliwią naukowcom zidentyfikowanie jej w przyszłości. Dlaczego niektóre badania genetyczne wymagają dużo czasu podczas gdy inne wykonywane są bardzo szybko? Jeżeli laboratorium wie dokładnie jakiej mutacji szuka, ponieważ ktoś inny w rodzinie cierpi na tę samą chorobę, albo laboratorium wie, który obszar genu powinien być dokładniej zbadany, zadanie jest prostsze. W takiej sytuacji badanie może trwać zaledwie tydzień lub dwa.

5 8 Skąd laboratorium wie, czy mutacja jest szkodliwa? 5 Rysunek 2: Jak chromosomy wyglądają pod mikroskopem Jest to bardzo ważne pytanie. W laboratoriach genetycznych powiada się, że każdy może znaleźć mutację, ale nie każdy potrafi ją zinterpretować. Mutacje mogą mieć różny stopień ciężkości, a wiedza o tym, jakie będą ich skutki wymaga specjalistycznej znajomości choroby i genu lub chromosomu oraz wyczulenia na szczegóły. W takim razie skąd laboratorium wie, czy mutacja jest dobra, zła, czy też w ogóle nie wywiera żadnego wpływu? Przede wszystkim istotne jest, by specjalista taki jak genetyk kliniczny obejrzał pacjenta, jego krewnych i historię rodzinną, a także ewentualne wyniki przeprowadzonych wcześniej badań. Będzie to wskazówką dla genetyka, jakie geny czy chromosomy należy zbadać. I tak, jeśli na przykład genetyk podejrzewa, że pacjent może cierpieć na mukowiscydozę, ponieważ wykazuje objawy charakterystyczne dla tej choroby, a inni członkowie rodziny na nią chorowali, od pacjenta zostanie pobrana próbka, którą prześle się do laboratorium na badania. Laboratorium otrzyma wszystkie istotne informacje o pacjencie i jego historii rodzinnej i polecenie, by szukać jednej z mutacji powodujących mukowiscydozę. Jeśli laboratorium znajdzie jedną ze znanych mutacji powodujących mukowiscydozę, wiadome będzie, że pacjent rzeczywiście ma tę chorobę. W niektórych przypadkach dziecko jest dotknięte chorobą, chociaż żadne z rodziców nie ma mutacji. W takim przypadku jest możliwe, że mutacja wystąpiła po raz pierwszy kiedy dziecko było poczynane. Taka mutacja jest nazywana mutacją de novo (z łaciny) lub nową mutacją. W niektórych przypadkach laboratorium może nie wiedzieć, czy mutacja Cytogenetyk najpierw sprawdzi liczbę chromosomów. Niektóre choroby są spowodowane pojawieniem się dodatkowych chromosomów. Jednym z najpowszechniejszych przykładów takiego przypadku jest zespół Downa. Ludzie z tą chorobą maja zwykle jeden dodatkowy chromosom w każdej ze swoich komórek. Cytogenetyk sprawdzi również strukturę chromosomów. Zmiany w strukturze chromosomu występują wtedy, kiedy materiał pojedynczego chromosomu odrywa się i przestawia w jakiś sposób; może to powodować dodanie lub stratę materiału chromosomalnego. Te zmiany mogą być tak małe, że ich wykrycie może być trudne. Czasem do wykrycia zmian, które są zbyt małe, by zauważyć je pod mikroskopem, albo dla podwójnego sprawdzenia zmian widzianych pod mikroskopem stosuje się inną technikę, zwaną Fluorescencyjną Hybrydyzacją In-Situ (FISH, ang. Fluorescence In-Situ Hybridisation).

6 6 Rysunek 3: Chromosomy ułożone po kolei: kariotyp 7 Jeśli zmiany powodują, że gen nie dostarcza prawidłowej instrukcji ciału, może to być przyczyną choroby genetycznej. Inaczej niż chromosomy, DNA nie można zobaczyć pod mikroskopem. Genetyk molekularny izoluje DNA z komórek i używa go do przeprowadzenia specyficznych reakcji chemicznych w celu odczytania kodu interesującego genu. Stosuje się wiele różnych technik wykrywania mutacji. Sprawdzanie sekwencji DNA jest jedną z powszechnie używanych metod. Rysunek 4: Sekwencjonowanie DNA: Znajdź różnicę! Badanie cytogenetyczne może być długim procesem. Laboratorium musi najpierw wyhodować komórki, a to trwa co najmniej tydzień. Kolejny tydzień może zająć przygotowanie szkiełek i analiza każdego z chromosomów jeden po drugim pod mikroskopem. 2) Genetyka molekularna Jeżeli lekarz podejrzewa chorobę genetyczną, która jest powodowana zmianą (mutacją) w genie, poprosi laboratorium genetyki molekularnej, by zbadało DNA konkretnego genu. Instrukcje w DNA są zapisane w formie kodu złożonego z czterech liter: A, C, G i T. Laboratorium genetyki molekularnej może zbadać dokładną sekwencję kodu w konkretnym genie, by sprawdzić, czy występują w nim jakieś zmiany, czy też inaczej błędy ortograficzne. Pojedynczy gen może się składać z i więcej liter kodu DNA. Zatem sztuka genetyka molekularnego polega na możliwości przeczytania kodu i odnalezienia zmian. Prawidłowa sekwencja Sekwencja Pacjenta Oto krótki fragment kodu z pewnego genu. Oglądając rysunek w kolorze, zobaczymy, że każda litera kodu DNA jest wyświetlana w innym kolorze. Obraz po lewej stronie przedstawia prawidłową sekwencję, a obraz po prawej sekwencję pacjenta. Na obrazie po lewej stronie każda litera ma pojedynczy punkt szczytowy. Jednak na rysunku po prawej stronie widzimy, że ten pacjent ma dwa punkty szczytowe, w tym samym miejscu, G (czarna linia) i C (niebieska linia). Pokazuje to, że w tym miejscu występuje mutacja na jednym z pary chromosomów.