Perimän sekvensointi on noussut merkittävään rooliin tautidiagnostiikassa, kiitos uusien, tehokkaiden laitteiden ja menetelmien. Suomalainen Blueprint Genetics tutkii potilaan geenit ja tulkitsee tutkimustulokset hoitaville lääkäreille.
Sisko Loikkanen
Kun suuri ihmisgenomihanke vuonna 2003 saatiin päätökseen, oli kulunut aikaa 13 vuotta ja rahaa miljardeja dollareita.
Projektissa sekvensoitiin ensimmäisen kerran ihmisen perimän koko dna eli määritettiin kolmen miljardin emäksen järjestys ja geenit.
1990-luvun menetelmät olivat kankeita, ja urakka vaati valtavasti työntekijöitä. Nykyään tilanne on aivan toinen.
Yhden ihmisen perimä voidaan uusilla, nopeilla tekniikoilla avata parissa päivässä noin tuhannen euron hintaan.
”Sekvensointilaitteet perustuvat kemiaan, joka on mennyt kovasti eteenpäin”, sanoo geenitutkija Mikko Muona Blueprint Genetics Oy:stä.
”Harppaukset ovat olleet niin mahtavia, että kyseessä on yksi isoimmista teknologisista edistysaskeleista.”
Tehokkaiden laitteiden ja innovatiivisten menetelmien ansiosta geenitutkimuksesta on tullut olennainen osa sairauksien diagnostiikkaa.
Muonan mukaan käynnissä on iso murros, jossa lääkäreiden kynnys geenitestien teettämiseen madaltuu koko ajan.
Potilasnäytteestä voidaan nyt yhdellä laboratoriotestillä analysoida kerralla iso joukko geenejä.
Jopa koko eksomi eli kaikki geenejä koodaavat alueet on mahdollista sekvensoida yhdellä kertaa ja etsiä siinä mahdollisesti piilevät tautigeenit.
Juuri tähän vuonna 2012 aloittanut Blueprint Genetics keskittyy.
Yritys sekvensoi potilaiden dna:ta ja etsii datasta muutoksia, jotka liittyvät vakaviin, harvinaisiin perinnöllisiin sairauksiin. Sen jälkeen se tulkitsee geenitiedon eli jalostaa sen terveydenhuollon käytettäväksi.
Yhtiön suurimmat asiakkaat tulevat paitsi Suomesta myös muualta Euroopasta, Yhdysvalloista, Kanadasta ja Saudi-Arabiasta.
Yksityisille ihmisille yritys ei dna-analyyseja tee, vaan tilaajat ovat aina lääkäreitä tai sairaaloita.
Oma menetelmä
Blueprint Genetics pohjaa osaamisensa sekvensointimenetelmään, jonka kehitti yhtiön perustajiin kuuluva Samuel Myllykangas, kun tämä taannoin työskenteli post doc -tutkijana Stanfordin yliopistossa.
Menetelmä on sekä kätevä että kustannustehokas.
Suomalaisyritystä kiinnostavat kaikkein harvinaisimmat geenimutaatiot, joita ei aiemmin ole tunnistettu mutta jotka voivat liittyä esimerkiksi vakavaan epilepsiaan, immuunipuutokseen tai sydänsairauteen.
”Tutkimuksemme saattaa tuoda esiin harvinaisen muutoksen, joka tuhoaa geenin normaalin toiminnan”, Muona kertoo.
Tutkija esitteli yhtiön testejä laboratoriolaitevalmistaja Agilentin Helsingissä järjestämässä seminaarissa, jossa paneuduttiin seuraavan sukupolven kliinisiin sekvensointisovelluksiin.
Harvinaisia, yhden geenin mutaatioiden aiheuttamia sairauksia on kuvattu yli 6 000, ja niistä yli puolen taustalla oleva geeni on kartoitettu.
Blueprintin testeillä niistä on tutkittavissa suurin osa.
Tautigeenien lukumäärä ei ole yhtä kuin tautien määrä, sillä yksi geeni voi vaikuttaa useaan eri sairauteen.
Eksomin tutkiminen tarkoittaa, että muutaman tai muutaman sadan geenin sijaan analysoidaan perimän kaikki noin 20 000 geeniä. Tällöinkin etsintä keskittyy tunnettuihin tautigeeneihin.
”Eksomin sekvensointi on järkevä vaihtoehto silloin, kun analyysin tilanneen lääkärin on vaikea päätellä, mitkä geenit ensisijaisesti pitäisi tutkia. Tutkimalla kaikki geenit saamme kokonaiskuvan, ja löydös on helpompi tehdä.”
Koko eksomin sekvensointi auttaa etenkin potilaita, joilla on monimutkainen kehitysviive tai -vamma.
”Noin 30–40 prosenttia heistä saa sen jälkeen diagnoosin. Usein heidän geenejään on testattu muilla tavoin jo aiemmin mutta ilman tulosta.”
Tautigeenejä jäljittävät tutkijat vertaavat sekvensoinnin tuottamaa dataa tavalliseen ihmisperimään ja eri tietokantoihin, jotka sisältävät geenivariantteja ja -mutaatioita.
”Jos näytteen emäs eroaa vertailugenomista, kyse on variantista tai mutaatiosta”, Muona selventää.
Tekoäly apuun
Usein tutkimukset tuottavat tulosta eli kertovat todennäköisen syyn potilaan sairauteen, mutta aina ei käy niin.
Potilaalta saattaa esimerkiksi löytyä tunnetun tautigeenin variantti, joka muuttaa vain yhden aminohapon toiseksi, eikä vastaavaa ole koskaan kuvattu muilla potilailla.
”Jos muunnos esiintyy 200 000 terveen ihmisen verrokkiaineistossa esimerkiksi yhdellä, meillä on tenkkapoo. Aiheuttaako juuri se sairauden, kun muutos on niin pieni ja saattaa lisäksi esiintyä terveelläkin?”
”Tuollaiset variantit raportoimme lääkärille merkitykseltään epäselvänä tapauksena.”
Dna eristetään tavallisesti potilaan verinäytteestä, mutta tutkittavaksi kelpaa myös sylki.
Analyysi valmistuu nopeimmillaan kolmessa, neljässä päivässä, minkä jälkeen oman aikansa vie sekvensointitulosten tulkinta.
Tulokset saatetaan vielä varmistaa vanhemmalla, niin kutsutulla Sangerin sekvensointimenetelmällä. Lopputuleman asiakas saa tietää kolmessa viikossa.
Tutkijoiden tärkein apuväline on tietokone. Yhdellä ajolla voidaan tutkia kymmeniä genomeja, ja ajosta syntyy dataa jopa teratavuja.
Tietokone prosessoi datan, etsii variantit ja vertaa niitä tietokantoihin.
”Myös tulosten lopullinen tulkinta ja raporttien kirjoittaminen tehdään osin tietokoneavusteisesti. Mutta erityisesti jos kyseessä on uusi löydös, silloin tulkinnasta vastaavat geneetikot”, Muona kertoo.
Geneetikkojen toive on, että tulkintaprosessia voidaan jatkossa automatisoida entisestään, jotta nämä voivat keskittyä tehtäviin, joihin tietokoneet eivät pysty.
Sellaisia ovat esimerkiksi alan kirjallisuuteen perehtyminen ja eri varianttien merkitykseen paneutuminen.
”Olemme kehittämässä tekoälysovelluksia ja koneoppimismenetelmiä, joiden tavoitteena on tehdä koko prosessista mahdollisimman automaattinen.”
Uusia testejä
Tätä nykyä Blueprint Genetics työllistää yhteensä jo satakunta henkeä, bioanalyytikkoja, geneetikkoja, bioinformaatikkoja ja it-ammattilaisia.
Suomalaisyrityksen kasvun perustana ovat Mikko Muonan mukaan laadukkaat testit ja perustellut raportit, joissa alan kirjallisuus on käyty kattavasti läpi.
”Muista voi erottautua keskittymällä laatuun. Etuna meillä on sekin, että loppujen lopuksi on vain vähän asiantuntijoita, jotka kykenevät analysoimaan tällaista dataa syvällisesti”, tutkija sanoo.
Blueprint kehittää jatkuvasti myös uusia lähestymistapoja geenitutkimukseensa.
Dna-jaksoista vain yksi prosentti edustaa geenejä, loppu on niin sanottuja koodaamattomia alueita. Koodaamattomilla alueilla on muun muassa geenien säätelyyn kuuluvia tehtäviä.
Vaikka 85 prosenttia harvinaisten sairauksien geenivarianteista löytyy proteiineja koodaavilta eksonialueilta, muutkaan genomin alueet eivät ole yhdentekeviä.
”Olemme käynnistäneet uusia testejä, joilla pääsemme tarkastelemaan myös tautien kannalta merkityksellisiä koodaamattomia alueita.”
”Niistä voi löytyä sellainen variantti, joka vaikuttaa geenin säätelyyn niin, että soluissa syntyy vääränlainen proteiini”, Muona kuvailee.
(Kuva Miika Fadjukov) Blueprint Geneticsin testit auttavat lääkäreitä diagnosoimaan perinnöllisiä sairauksia.
Juttu on julkaistu ensimmäisen kerran numerossa 3/2018.
Lue lisää Blueprint Geneticsistä Kemia-lehden 45-vuotisjuhlanumerosta.
Lue myös: Amerikkalaisyhtiö ostaa Blueprint Geneticsin.
Sekvensoinnin sanakirja
Ihmisen perimän dna sisältää kolmisen miljardia emästä. Niistä noin yksi prosentti on geenejä, jotka koodaavat proteiineja. Ihmisellä on noin 20 000 geeniä.
Proteiineja koodaavia alueita kutsutaan eksoneiksi ja niiden kokonaisuutta eksomiksi. Geenien välialueet ovat introneita.
Proteiinit rakentuvat aminohapoista. Yhden aminohapon koodi on kirjoitettu dna:han aina kolmen emäksen ryhmänä.
Sekvensointi tarkoittaa dna:n emäsjärjestyksen selvittämistä. Samalla selviävät geenit ja niiden poikkeamat.
Tautigeeneihin pureudutaan vertaamalla sekvensointidatan tuloksia tunnettuun terveen ihmisen perimän emäsjärjestykseen. Jos jokin emäs eroaa vertailugenomista, kyse on variantista tai mutaatiosta.
