Badania genetyczne mogą być kluczem do walki z pandemią koronawirusa i kolejnymi. Szukają odpowiedzi w DNA

Walka z globalną pandemią koronawirusa trwa, choć i do Polski dotarły pierwsze partie szczepionki. - Obawiam się, że niestety nie możemy spać spokojnie. Nie ma żadnych przesłanek, by wierzyć w to, że sytuacja się nie powtórzy - mówi w rozmowie z WP abcZdrowie polski genetyk. Dr hab. Mirosław Kwaśniewski wyjaśnia też, dlaczego wiedza na temat naszego DNA jest kluczowa do zwalczania kolejnych epidemii.

Katarzyna Krupka, WP abcZdrowie: Czy geny mają dominujący wpływ na nasze zdrowie? Czego możemy dowiedzieć się o sobie, badając nasze DNA?

Dr hab. Mirosław Kwaśniewski, genetyk, biolog molekularny, bioinformatyk, kierownik Centrum Bioinformatyki i Analizy Danych Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku: Geny są kluczowym zestawem instrukcji dla prawidłowego funkcjonowania naszych komórek, tkanek, narządów, a w związku z tym wpływają na funkcjonowanie naszego organizmu. W genomie człowieka wyróżniamy ok. 22 000 genów. Każdy z nas ma te same geny, jednak wszyscy różnimy się pod względem pewnych drobnych szczegółów w sekwencjach genów – tzw. wariantów genetycznych. W idealnym układzie wszystkie geny przenoszą prawidłową informację genetyczną i optymalnie zarządzają stanem organizmu.

Jednak ze względu na bardzo dużą liczbę genów w naszym genomie oraz na dużą przestrzeń genomową zajmowaną przez geny, często w sekwencjach genów dochodzi do zmian, które powodują, że pewne mechanizmy nie działają optymalnie. W niektórych przypadkach, niezbyt częstych, w sekwencjach genów dochodzi do zmian określanych jako mutacje.

Zobacz film: "Dbaj, nie panikuj. Akcja specjalna Wirtualnej Polski"

Za co mogą odpowiadać mutacje?

Takie zmiany mogą być przyczyną chorób genetycznych, powodować wady rozwojowe, odpowiadać za większą podatność na występowanie chorób nowotworowych. Częste różnice w sekwencjach genów, występujące pomiędzy ludźmi, określamy mianem polimorfizmów - czyli wariantów występujących w populacji z większą częstotliwością.

Warianty takie mogą, choć nie muszą, wpływać na funkcjonowanie organizmu. Jeżeli występowanie określonych wariantów istotnie wpływa na prawdopodobieństwo wystąpienia cechy - czyli np. choroby - mówimy o predyspozycjach genetycznych do wystąpienia cechy. Predyspozycje genetyczne niekoniecznie muszą decydować jednak o tym, czy dana choroba wystąpi w naszym życiu, czy nie. Pojawienie się cech zależy również od stylu życia, diety, aktywności fizycznej, nałogów, środowiska, w jakim żyjemy.

Przykładem mogą być warianty w genach GPX2 i FMO3, które zwiększają ryzyko wystąpienia raka płuc u palaczy. Poprzez odpowiednie działania - w tym przypadku poprzez unikanie dymu tytoniowego - możemy zmniejszać ryzyko i zapobiegać pojawieniu się określonych niekorzystnych cech, ważne jednak, aby mieć świadomość, że takie predyspozycje posiadamy i że są one zakodowane w naszym DNA.

Badając więc DNA, analizując sekwencje wszystkich naszych genów, możemy dowiedzieć się, do wystąpienia jakich cech - zarówno niepożądanych, jak i pozytywnych - mamy predyspozycje. Uzyskując taką wiedzę, możemy bardziej świadomie podejść do swojego życia i postępować tak, aby zminimalizować ryzyko pojawienia się cech niepożądanych.

Jeszcze kilka lat temu taka wiedza była niedostępna...

Dopiero pojawienie się nowych technologii sekwencjonowania DNA, tzw. Next Generation Sequencing (NGS), umożliwiło nam poznanie sekwencji wszystkich swoich genów i uzyskanie informacji o swoich predyspozycjach genetycznych.

Co istotne, w związku z tym, że DNA w naszych komórkach jest niezmienne od urodzenia aż do śmierci, wystarczy jedno badanie na całe życie, by uzyskać informację o swoich predyspozycjach.

Wiemy już, że nasz wiek czy choroby współistniejące mogą mieć wpływ na ciężki przebieg COVID-19, a co z tym mają wspólnego nasze geny?

Tak jak znane są już zależności genetyczne związane z występowaniem i przebiegiem określonych chorób, z którymi mamy do czynienia od wielu dziesiątek czy setek lat, jest niemal pewne, że podobne będą mogły zostać odkryte w przypadku COVID-19. Najistotniejszą cechą wirusa SARS-CoV-2 jest to, że jest to patogen nowy, który nie jest jeszcze dobrze znany naszemu układowi immunologicznemu oraz współczesnej medycynie.

Szczególna uwaga naukowców z całego świata skupiła się na takich genach jak ACE2 czy HLA. W ramach prac międzynarodowego konsorcjum COVID-19 Host Genetics Initiative (HGI) rozpoczęliśmy pionierskie badania mające na celu zdefiniowanie genów mogących wpływać na przebieg choroby COVID-19.

Uzyskane dotychczas wyniki wskazują na ważną rolę genów zlokalizowanych w 3 chromosomie, którego część koduje białka zaangażowane w złożony proces infekcji wirusem SARS-CoV-2. Określone warianty genetyczne osoby zakażonej mogą więc sprawiać, że wirus będzie szybciej i "wydajniej" zarażał kolejne komórki, doprowadzając do pojawienia się objawów mogących zagrażać życiu.

Jesteśmy na początku tej drogi, jednak poznając lepiej wirusa SARS-CoV-2 oraz profil genetyczny pacjentów z różnym przebiegiem choroby - w najbliższym czasie będziemy w stanie wskazać kolejne zależności, które będą mogły odegrać ważną rolę w skuteczniejszym zwalczaniu pandemii. 

Czy to właśnie geny mogą mieć wpływ na różnice we wskaźnikach śmiertelności COVID-19, które występują między pacjentami europejskimi i azjatyckimi czy między poszczególnymi krajami europejskimi?

To trudne pytanie i w tej chwili odpowiedź nie może być jednoznaczna. Wiemy, że różne warianty genetyczne występują z różną częstotliwością w różnych populacjach. Jeżeli komponent genetyczny odgrywa istotną rolę w predyspozycjach do łatwego zakażenia i rozwoju choroby, można spodziewać się, że różne wskaźniki śmiertelności między populacjami mogą zależeć od różnic w zmienności genetycznej.

Co interesujące, badania sprzed kilku tygodni wykazały, że omawiany wcześniej segment genomowy chromosomu 3, związany z ryzykiem ciężkiego przebiegu COVID-19, pochodzi od Neandertalczyka i jest pozostałością po krzyżowaniu się Homo sapiens z Neandertalczykami.

Do takich krzyżowań dochodziło stosunkowo powszechnie kilkadziesiąt tysięcy lat temu na terenach Europy i Azji. Ta wersja opisywanego regionu w genomie człowieka występuje obecnie u 8 proc. Europejczyków i 30 proc. Azjatów, a z kolei jest bardzo rzadka wśród populacji afrykańskich. Analogiczna sytuacja może dotyczyć również innych wariantów genetycznych wpływających czy to na podatność na zakażenie, czy na przebieg COVID-19.

 

Badania genetyczne mogą pełnić kluczową rolę w walce z koronawirusem?

Genetycy w Polsce i na całym świecie mają nadzieję, że uda się zidentyfikować warianty genetyczne wpływające na łatwość zakażenia koronawirusem oraz na ciężkość przebiegu COVID-19. Jeżeli takie warianty uda się zidentyfikować, będziemy o krok od stworzenia testu umożliwiającego sprawdzenie, jakie predyspozycje genetyczne związane z problemem pandemii SARS-CoV-2 ma każdy z nas.

To pozwoli na podjęcie odpowiednich, spersonalizowanych działań zaradczych ograniczających skalę zachorowań, ale też ograniczy częstotliwość powikłań i śmiertelność z powodu COVID-19.

Wraz z innymi naukowcami z Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku, firmy IMAGENE.ME (zajmującej się badaniami genetycznymi), Instytutu Gruźlicy i Chorób Płuc w Warszawie oraz szpitalami zajmującymi się leczeniem pacjentów ze zdiagnozowaną chorobą COVID-19, zaprojektowane zostało badanie, które pomoże odkryć te zależności. Na czym polega?

Dzięki bardzo dobrej współpracy z polskimi szpitalami leczącymi chorych na COVID-19 prowadzimy obecnie badania na grupie 1200 osób, u których zdiagnozowano chorobę i u których COVID-19 ma różny przebieg. Nasze badania polegają na sekwencjonowaniu wszystkich 22 000 genów każdego chorego i analizach dodatkowych cech, określanych jako cechy fenotypowe i behawioralne, które mogą wpływać na przebieg choroby. Wśród nich możemy wyróżnić wiek, płeć, choroby współistniejące, styl życia czy nawet region kraju.

Dzięki naszym badaniom możliwe będzie zidentyfikowanie markerów genetycznych, które mogą charakteryzować osoby narażone na ciężki przebieg COVID-19. Jednocześnie, współpracując z międzynarodowym konsorcjum HGI, mamy bieżący dostęp do najnowszych wyników analogicznych badań prowadzonych na całym świecie w innych populacjach. Dzięki temu możemy porównywać nasze wyniki z wynikami innych grup i poprzez metaanalizę danych zwiększać skuteczność naszego wnioskowania.

Jak raport z badań będzie mógł być wykorzystany w praktyce?

Raport będzie formą opisu kluczowych cech - markerów - umożliwiających określenie predyspozycji do ciężkiego przebiegu COVID-19 wraz z algorytmem opisującym znaczenie poszczególnych cech w szacowaniu ryzyka. Następnie będzie on wykorzystany do przygotowania aplikacji - wygodnego testu do oceny takich predyspozycji. W ramach testu przeprowadzane będzie badanie genetyczne, umożliwiające analizę kluczowych wariantów genetycznych.

Osoba badana dopytywana będzie również o istotne cechy związane ze zdrowiem i stylem życia. Na podstawie tych danych system analityczny biorący pod uwagę wagę informacji genetycznych i fenotypowych, wyliczy ryzyko wystąpienia ciężkiego przebiegu COVID-19.

Przygotowany test do szybkiej identyfikacji osób narażonych na ciężki przebieg COVID-19 może umożliwić podjęcie dodatkowych działań prewencyjnych wobec osób obarczonych ryzykiem ciężkiego przebiegu choroby m.in. poprzez skierowanie szczepionek do tych osób w pierwszej kolejności lub objęcie takich osób szczególną opieką i nadzorem w przypadku wystąpienia wczesnych objawów choroby. Spodziewamy się, że test powstanie do końca bieżącego roku.

Mówi się, że projekt jest szansą na uniknięcie drastycznych skutków podobnych epidemii w przyszłości. To znaczy, że kolejne, nowe epidemie będą powracać...

Obawiam się, że niestety nie możemy spać spokojnie. Nie ma żadnych przesłanek, by wierzyć w to, że sytuacja się nie powtórzy. Epidemie na świecie były, są i będą się pojawiały. Jednak możemy być znacznie lepiej przygotowani i zorganizowani, a dzięki prowadzonym na międzynarodową skalę badaniom możemy uzyskać unikalną wiedzę i doświadczenie w radzeniu sobie z tym i podobnymi kryzysami.

Z mojego punktu widzenia, działania prowadzone zarówno w Polsce, jak i na całym świecie dają nam jeszcze jedno bardzo istotne doświadczenie - pokazują jak naukowcy, ale też przedsiębiorcy działający w obszarze nowoczesnych technologii, potrafią się zorganizować i połączyć siły. W transparentny sposób i z dużym zaufaniem prowadzić prace dla wspólnego, wyższego dobra. Co więcej, jest to czas, kiedy nauki biologiczne przy wsparciu nowoczesnych technologii dostarczają rozwiązania wyczekiwane przez społeczeństwo, a ludzie podchodzą do nowych informacji z zainteresowaniem i zaangażowaniem. Moim zdaniem może być to przełomowy okres w budowaniu świadomości znaczenia nauki w codziennym życiu i rozwoju nowoczesnych społeczeństw.

Masz newsa, zdjęcie lub filmik? Prześlij nam przez dziejesie.wp.pl

---

Dr hab. Mirosław Kwaśniewski - genetyk, biolog molekularny, bioinformatyk, kierownik Centrum Bioinformatyki i Analizy Danych Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku. Założyciel IMAGENE.ME, firmy bioinformatycznej zajmującej się m.in. badaniami genetycznymi i medycyną spersonalizowaną. Koordynator prac grup badawczych w projektach z zakresu Medycyny Spersonalizowanej i genomiki wielkoskalowej, skupionych głównie wokół problemów chorób cywilizacyjnych, w szczególności nowotworów, cukrzycy typu II i chorób układu krążenia. W ramach tych projektów współpracuje z wiodącymi ośrodkami naukowymi w Polsce i na świecie. W swojej pracy wykorzystuje najnowsze metody analityczne z zakresu genomiki i biologii systemowej. Pełni rolę doradcy organizacji międzynarodowych i firm biotechnologicznych w dziedzinie nowych technologii genomiki i analizy danych biomedycznych. Laureat nagrody Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego za osiągnięcia naukowe.

Nie czekaj na wizytę u lekarza. Skorzystaj z konsultacji u specjalistów z całej Polski już dziś na abcZdrowie Znajdź lekarza.