Nový server pomáhá při výzkumu genetických chorob

Lékařské genetiky se týká nový nekomerční webový portál PredictSNP, pomáhající vědcům určit, které změny v DNA jsou zodpovědné za vznik vzácných dědičných onemocnění. Portál, jehož využití je zdarma, vytvořil tým brněnských vědců.

Hlavní autor projektu PredictSNP (single nucleotide polymorphism, tedy jednonukleotidový polymorfismus) Ing. Jaroslav Bendl z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity Brno říká, že portál je určený hlavně pro vědce. „Zaměřuje se na skupinu vzácných genetických onemocnění, která jsou způsobena vždy jednou konkrétní odchylkou v DNA. Těchto nemocí známe okolo osmi tisíc a nehraje při nich prakticky žádnou roli životní styl nebo prostředí, ve kterém nemocný žije. Chorobami je postiženo až osm procent evropské populace. U jednoho procenta je onemocnění natolik vážné, že se jeho nositelé nemohou zapojit do běžného života,“ upozorňuje inženýr Bendl. Příkladem takové nemoci může být srpkovitá anemie, při které dochází ke změně tvaru červených krvinek, což v důsledku vede k jejich nadměrnému shlukování v tkáních. To vede k místním poruchám prokrvení až k chudokrevnosti. Škála nemocí způsobených jednobodovými mutacemi v genech je však velmi široká a o žádné skupině chorob nelze říct, že by početně výrazně převyšovala jinou. Poměrně známou nemocí je například cystická fibróza, která se v ČR každý rok projeví přibližně u 40 až 50 nově narozených dětí.

Vyšší skóre

„U více než poloviny dědičných onemocnění dosud nevíme, jaké odchylky v DNA jsou za jejich výskyt zodpovědné. Bez této informace ale nestanovíme správnou diagnózu a prognózu choroby. Také možnosti léčby jsou velmi omezené. A právě k odhalení vazby mezi zkoumanou nemocí a odchylkami v DNA lze použít náš program,“ pokračuje Jaroslav Bendl. Vědci při hledání mutací způsobujících onemocnění sekvenují genomy lidí postižených zkoumanou chorobou. Snaží se najít takové mutace, které se u těchto nemocných vyskytují výrazně častěji než u lidí zdravých. „Při použití standardních analýz genomů mnohdy získají velkou skupinu podezřelých mutací, z nichž většina je však ve skutečnosti neškodná,“ říká Jaroslav Bendl. Experimentální ověření nebo podrobná analýza všech podezřelých mutací by však podle něj byla pracná a drahá. Portál PredictSNP umí těmto mutacím vypočítat „skóre škodlivosti“. Vědci si pak k další analýze obvykle vyberou pouze několik mutací s nejvyšším skóre.

Spojme přednosti, potlačme nedostatky

V současné době na světě funguje podobných metod a portálů víc. Ukazuje se však, že deklarované výkonnostní parametry jsou často nadhodnocené a u mnoha z nich také chybí informace o odhadované spolehlivosti předpovědi. Uživatel tak nemá žádné vodítko pro odhad míry škodlivosti zkoumané mutace. „My jsme se rozhodovali, kterou cestou jít, a nakonec jsme se rozhodli nevyvíjet úplně nový algoritmus, ale vhodně zkombinovat algoritmy existujících metod. U každé metody jsme chtěli využít její přednosti a potlačit nedostatky. Jednotlivé metody například fungují s rozdílnou úspěšností pro odlišné typy mutací a pro různé regiony genomu. Protože známe skutečnou úspěšnost všech metod v daných regionech, můžeme pro každý z nich nastavit spolehlivost předpovědí jednotlivých metod individuálně. A takových ,vychytávek‘ umíme víc. Díky tomu máme lepší výsledky, než jaké dokáže nabídnout kterýkoli z existujících nástrojů,“ zdůrazňuje Jaroslav Bendl. První verze nástroje, určená pro analýzu mutací pouze v genech, byla spuštěná v roce 2013 a dodnes byla použita dvěma tisícovkami uživatelů z více než 40 zemí. Ti zde analyzovali přes 100 tisíc genových mutací. Druhá verze serveru, která byla spuštěna asi před půlrokem, umožňuje analyzovat i mutace mimo geny a za první tři měsíce již byla použita 350 uživateli. „Pokud se podíváme na studie, kde byl náš nástroj použit ke zkoumání nějaké choroby, vidíme, že k září 2016 jich je přes dvacet,“ dodává Jaroslav Bendl.

50 mutací za vteřinu

Jaroslav Bendl zdůrazňuje, že pro pacienty server, který s kolegy vymyslel, skutečně není. „Pokud byste si totiž nechali osekvenovat celý genom, tak nad těmi 3,2 miliardami nukleotidů bude asi 4 až 5 milionů mutací odlišných od referenčního genomu. To je genom, u něhož by na každé pozici byl nukleotid, který se v populaci vyskytuje nejčastěji. Pokud byste sekvenovali pouze oblast genů tvořící asi 1,5 procenta genomu, tak těch mutací budou nižší stovky tisíc. Toto lze ,automaticky‘ vložit pouze do naší druhé verze programu PredictSNP. V něm máme předpočítané výsledky pro celý genom a zvládáme vyhledávat predikce rychlostí 50 mutací za vteřinu. Pokud bude jednotlivec chtít zjistit vazby svých mutací ke konkrétním vzácným dědičným chorobám, objeví je. Musí však být uloženy v některé z databází, s kterými je náš server propojený. Hlavním výstupem analýzy jsou výsledky automatického matematického rozboru. Ten vyjadřuje pravděpodobnost toho, nakolik je určitá mutace škodlivá. Nedokáže však tuto škodlivost spojit s konkrétní chorobou,“ říká inženýr Bendl.

Pro jednotlivce cílená řešení

Pro pacienty jsou podle Jaroslava Bendla vhodná spíše cílená komerční řešení. „Například v Color Genomics to funguje tak, že si objednáte za úhradu soupravu, uložíte do ní sliny a pošlete ji zpět. Oni osekvenují několik genů, u nichž znají sady mutací, které jsou velmi časté u lidí majících určitou formu rakoviny. Následně vám dají zprávu, k jakým formám máte genetické predispozice, spolu se statistickým rozložením pravděpodobnosti onemocnění podle dosaženého věku. Budou to výsledky, které v praxi můžete nějak zužitkovat, ať již nastavením kratších period screeningových kontrol, nebo dokonce preventivním lékařským zákrokem. Myslím si ale, že by se na univerzitní půdě podobná koncová řešení pro zákazníky neměla vyvíjet. Něco jiného je spolupráce univerzity s firmou, kde univerzita řeší za úplatu myšlenkově náročné úlohy,“ zdůrazňuje brněnský vědec.

U nádorů to nefunguje

Asi vás také napadne, zda by nebylo možné brněnský predikční program využít jako prevenci nádorových onemocnění. „Bohužel ne. Náš program to neumí. Za vznik a rozvoj rakoviny totiž jen zřídkakdy mohou vrozené mutace, na které je právě program zaměřený. Ve většině případů rakoviny vzniká problém při obnově buněk. Náhodná chyba replikačního mechanismu vnese do obnovené buňky nahodilou mutaci, která růst nádoru odstartuje. Lidské tělo má řadu mechanismů, kterými může tyto mutace při dělení buněk opravit. Správná funkce opravných mechanismů však záleží na celkovém zdraví organismu. Jde tedy o souhru zdravotního stavu, životního stylu a životního prostředí, ve kterém se člověk pohybuje,“ vysvětluje Jaroslav Bendl.

Práce tří institucí

Systém je výsledkem spolupráce tří institucí: Loschmidtových laboratoří, které jsou součástí Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity Brno, Mezinárodního centra klinického výzkumu Nemocnice u svaté Anny v Brně (ICRC) a Vysokého učení technického. Vědci z Loschmidtových laboratoří umožnili vhled do lidské genomiky a navrhli schéma celého systému. Jejich kolegové z Fakulty informačních technologií Vysokého učení technického v Brně se pak podíleli na testování a kalibraci predikčního systému a realizaci webového portálu.

Ing. Jaroslav Bendl

Ohodnoťte tento článek!