Metagenomsko sekvenciranje omogućuje otkrivanje i dosad nepoznatih uzročnika bolesti, a liječnicima može pomoći u bržem postavljanju dijagnoze, odabiru terapije i ranom prepoznavanju novih epidemija.
Krajem 2019. godine liječnici u Kini suočili su se s neobičnim slučajevima teške upale pluća. Pacijenti su prethodno boravili na tržnici morskih plodova Huanan u Wuhanu, a uobičajene analize nisu uspjele identificirati uzročnika bolesti.
Rješenje je ponudila metoda poznata kao metagenomsko sekvenciranje, koja omogućuje analizu genetskog materijala svih mikroorganizama prisutnih u uzorku, a ne samo onih koje liječnici već poznaju i ciljano traže. Upravo je ta metoda pomogla otkriti novi koronavirus koji uzrokuje COVID-19.
– To je bila prekretnica u usporedbi s prethodnim pandemijama – kaže Niranjan Nagarajan, izvanredni profesor na Nacionalnom sveučilištu u Singapuru.
Identifikacija virusa, piše BBC, omogućila je razvoj dijagnostičkih testova i ubrzala potragu za liječenjem i cjepivima. Danas se metagenomika sve više primjenjuje i u kliničkoj praksi, gdje može pomoći u otkrivanju uzroka neobjašnjivih simptoma i odabiru odgovarajuće terapije.
Kako funkcionira metagenomsko testiranje?
Metagenomika proučava cjelokupnu DNK i RNK prisutnu u određenom uzorku. Nakon izdvajanja genetskog materijala primjenjuju se napredne metode sekvenciranja, a dobiveni podaci uspoređuju se s velikim bazama podataka. Tako je moguće identificirati bakterije, viruse i druge mikroorganizme, uključujući one koji prije nisu bili prepoznati.
Prednost je u tome što liječnici ne moraju unaprijed znati koji uzročnik izaziva bolest. To je osobito važno kada pacijent ima ozbiljne simptome, a uobičajeni dijagnostički testovi ne daju odgovor.
Primjerice, kod osoba koje imaju vrućicu, glavobolju, smetenost i pospanost potrebno je brzo utvrditi postoji li meningitis ili encefalitis, bolesti koje mogu ugroziti život. Problem je što slične simptome mogu izazvati infekcije, ali i pretjerana reakcija imunološkog sustava.
– Odluku morate donijeti odmah – kaže Charles Chiu, profesor i stručnjak za zarazne bolesti sa Sveučilišta Kalifornije u San Franciscu, koji istražuje primjenu metagenomskih testova.
Kako objašnjava, liječnici kod kritično bolesnih pacijenata ponekad istodobno liječe moguću infekciju i autoimunu bolest. To može biti problematično jer se u slučaju autoimune bolesti primjenjuje terapija koja suzbija imunološki sustav, što može biti rizično ako pacijent zapravo ima infekciju.
Test koji je pacijenticu poštedio transplantacije jetre
Chiu i njegovi kolege razvili su metagenomski test kojim se patogeni mogu otkrivati u cerebrospinalnoj tekućini, koja okružuje mozak i leđnu moždinu. Test je već pomogao razjasniti slučajeve u kojima uzrok bolesti nije bio prepoznat uobičajenim postupcima.
Jedna je pacijentica, primjerice, imala dijagnosticiran meningitis i zatajenje jetre te se pripremala za transplantaciju. Analiza cerebrospinalne tekućine pokazala je, međutim, da je zaražena virusom hepatitisa E, koji može uzrokovati bolest jetre, ali se u nekim zemljama, uključujući SAD, ne testira rutinski.
– Dali smo joj antivirusni lijek, stanje joj se poboljšalo i poštedjeli smo je transplantacije – kaže Chiu. Takvi slučajevi pokazuju koliko je važno što preciznije utvrditi uzrok bolesti prije nego što se donesu odluke o zahtjevnom liječenju.
Umjetna inteligencija ubrzava analizu
Jedna od glavnih prepreka široj primjeni metagenomike donedavno je bilo vrijeme potrebno za analizu. Obrada uzoraka i prepoznavanje potencijalno opasnih mikroorganizama zahtijevali su specijalizirano znanje, a rezultati su se mogli čekati danima.
– Sekvenciranje i analiza mogu trajati od nekoliko dana do tjedan dana. Pacijent bi mogao umrijeti prije nego što dobijete rezultate – upozorava Nagarajan.
Danas pojedini uređaji mogu sekvencirati DNK za samo jedan do dva sata, a umjetna inteligencija pomaže u obradi velikih količina podataka. Pritom je važno izdvojiti stvarne uzročnike bolesti od mikroorganizama koji nisu povezani sa simptomima ili su slučajno dospjeli u uzorak tijekom laboratorijske obrade.
Pacijent može istodobno imati više infekcija, a samo jedna od njih može biti odgovorna za njegovo stanje. U drugim slučajevima simptome uzrokuje pretjerana reakcija imunološkog sustava, a ne sam patogen. Analiza načina na koji se geni izražavaju i proteina koje organizam proizvodi može pomoći u procjeni reakcije imunološkog sustava. Takav pristup omogućuje precizniji odabir terapije i njezino prilagođavanje pojedinom pacijentu.
Može li pomoći u otkrivanju novih epidemija?
Metagenomsko sekvenciranje moglo bi imati sve važniju ulogu ne samo u bolnicama nego i u javnom zdravstvu. Pilot-istraživanje provedeno u dvjema londonskim bolnicama pokazalo je da se ovom metodom mogu identificirati uzročnici respiratornih infekcija koji se ne otkrivaju rutinskim testovima. U 30 posto slučajeva testovi su pronašli patogene koji bi inače mogli ostati neprepoznati.
U jednom je slučaju pacijent izbjegao invazivnu operaciju jer se pokazalo da boluje od tuberkuloze, a ne od raka pluća, kako se prvotno sumnjalo.
Metoda je otkrila i dva slučaja infekcije parvovirusom B19, mjesecima prije nego što su britanske i europske zdravstvene institucije upozorile na njegovu povećanu pojavnost. To upućuje na mogućnost korištenja metagenomike za ranije prepoznavanje širenja zaraznih bolesti.
Neki laboratoriji u Singapuru već analiziraju uzorke otpadnih voda i zraka kako bi uz pomoć umjetne inteligencije tražili znakove pojave novih virusa. Cilj je prepoznati potencijalnu prijetnju prije nego što se ona proširi među stanovništvom. Sličan pristup mogao je omogućiti i ranije upozorenje na COVID-19. Analize otpadnih voda u Italiji pokazale su da su se tragovi virusa pojavili mjesecima prije prvih službeno potvrđenih slučajeva u toj zemlji.
Iako metagenomsko sekvenciranje još ima ograničenja, njegova mogućnost otkrivanja nepoznatih uzročnika, ubrzavanja dijagnostike i usmjeravanja liječenja čini ga sve važnijim alatom suvremene medicine.
(Ordinacija.hr)
