Американські онкологи і педіатри протестували методику секвенування позаклітинної ДНК для синхронного моніторингу лейкемії і супутнього патогенного інфікування у дітей з гострим лімфобластним лейкозом. Завдяки цьому болючі біопсії кісткового мозку можна буде частково замінити звичайним парканом крові. Результати дослідження опублікували в журналі.
Гострий лімфобластний лейкоз - онкологічне захворювання системи кроветворіння, характеризується неконтрольованим розмноженням незрілих лімфоїдних клітин - лімфобластів. Воно піддається хіміотерапії, але часто повертається.
Лікування раку починається з індукційної терапії - першого підібраного варіанту, спрямованого на зниження кількості ракових клітин і стимуляцію ремісії. У випадках індукційної хіміотерапії та її імуносупресивного ефекту патогени активно атакують слабкі організми пацієнтів, а ускладнення викликаних ними захворювань стають найбільш поширеною причиною смерті, спровокованої лікуванням.
Секвенування ДНК може використовуватися для раннього виявлення онкологічних захворювань, прогнозування перебігу та підбору індивідуальної схеми лікування. Наприклад, повногеномне секвенування використовують для аналізу повної послідовності ДНК з метою збору інформації про всі генетичні зміни, які могли призвести до розвитку захворювання. Для секвенування геномної ДНК використовується біоматеріал, витягнутий безпосередньо з пухлини при біопсії - у випадку з лейкозом, голка вводиться всередину кістки для збору клітин і міжклітинної речовини кісткового мозку. Інший варіант (рідка біопсія) полягає в стандартному заборі крові для подальшого аналізу позаклітинної ДНК.
Внеклеточная ДНК представляет собой небольшие полинуклеотидные фрагменты, свободно плавающие в межклеточных пространствах и плазме крови. Вона утворюється внаслідок викиду у поза вмістом гнучких клітин, а також включає в себе ДНК патогенів, що інфікують організм. Циркулююча пухлинна ДНК - підвид позаклітинної, вважається біомаркером для передсимптомного виявлення онкології та моніторингу динаміки захворювання.
Дослідницька група зі Стенфордського університету та педіатричної лікарні Святого Юди під керівництвом Валентина Барсана (Valentin Barsan) використовувала панелі гібридного захоплення для аналізу позаклітинної ДНК дітей з гострим лімфобластним лейкозом, що проходять курс індукційної терапії. Це метод цільового секвенування нового покоління, в якому біотінульовані зонди використовують для селективного пов'язування з цікавими ділянками ДНК, потім витягуючи комплекс магнітному.
Для вивчення ДНК інвазивних мікроорганізмів і порівняння потенційних резервуарів мутацій генів, пов'язаних з лейкемією, дослідники зібрали фрагменти ДНК з крові та кісткового мозку. Всього було секвеновано 168 зразків, зібраних у 20 дітей з гострим лімфобластним лейкозом протягом шеститижневого курсу індукційної хіміотерапії.
Група провела ідентифікацію і кількісну оцінку нелюдської ДНК у плазмі. З'ясувалося, що шляхом цільового секвенування ДНК, знайденої в крові, можна швидко виявити рідкісні патогени, які знаходяться поза зоною клінічного виявлення класичної мікробіологічної діагностики.
При порівнянні зразків ДНК здорових дітей і пацієнтів з лейкозом виявилися відмінності в домінуючих видах мікроорганізмів. Наприклад, ДНК бактерій з роду знайшли у всіх здорових зразках, але тільки в одній копії ДНК одного пацієнта з лейкемією, а представники роду були виявлені в більшості зразків тестованої групи, але ні в одному зі здоров'їв. Крім бактерій, у зразках пацієнтів були знайдені ДНК вірусів із сімейств, і проте значних відмінностей з контрольними зразками помічено не було.
На момент постановки діагнозу, середній вихід позаклітинної ДНК плазми крові та міжклітинного простору кісткового мозку були подібні (85 і 75 нанограм відповідно). Концентрація позаклітинної ДНК в плазмі стрімко збільшилася протягом перших декількох днів, а в сполучних ділянках кісткового мозку досягла піку тільки на п'ятнадцятий, що свідчить про більш тривалий процес відмирання клітин кісткового мозку, порівняно з лейкозними клітинами в плазмі крові.
Потім дослідники провели аналіз частоти зустрічності мутаційних алелей серед усіх перекриттів у тестованих локусах. Стовбурові мутації (що визначаються частотою алелі > 0,25) виявилися в генах,,,, і.
Порівняння результатів даних з клітин кісткового мозку і плазми циркулюючої крові дало зрозуміти, що немає необхідності проводити болючі біопсії кісткового мозку для аналізу невеликих геномних фрагментів, оскільки аналогічні варіанти присутні у позаклітинній ДНК з плазми крові.
Таким чином можна частково замінити регулярну біопсію на звичайний забір крові для подальшого секвенування позаклітинної ДНК. Крім того, що процедура менш болюча, паралельне виявлення патогенів до розвитку клінічно значущої симптоматики може збільшити шанс на перемогу дітей з лейкемією в боротьбі з інфекціями.
Секвенування ДНК допомагає виявляти не тільки рак, а й інші патології. Раніше ми розповідали, як неврологи тестували повногеномне секвенування ДНК в якості методу діагностики спадкових неврологічних захворювань.