Personlig medicin: På Rigshospitalet kortlægger bioanalytikere hele genomet

Af Berit Viuf, videnskabsjournalist

På tredje sal på Rigshospitalet i et smalt rum med nedrullede persienner står en maskine og lyser blåt i halvmørket.

Selvom den ikke skiller sig væsentligt ud fra andre maskiner på Enheden for Genomisk Medicin, er den helt særlig. Her en- der prøver  fra patienter med sjældne sygdomme, og siden nytår har den fungeret som et avanceret diagnoseredskab, når lægerne står over for en sygdom, de ikke kan bestemme. Rigshospitalet er dermed det første, og foreløbig  eneste, sygehus, der kan tilbyde at udføre helgenomanalyser.

”Det giver os det fulde billede til at kunne finde genfejl. Vi kan kigge ind i områder, som vi ikke har haft mulighed for før, med mere målrettede analyser. Efterhånden som der kommer mere viden  på området, kan vi formodentlig også begynde at forstå  sammenhængen mellem sygdomme og nogle områder, som vi slet ikke har kendt til før,” fortæller Martin Skygge, ledende bioanalytiker i afdelingen.

En helgenomanalyse er en kortlægning af hele patientens arvemasse på tre milliarder basepar. Langt de fleste gensekventeringsmetoder analyserer kun en del af genomet, og det giver nogle begrænsninger i forhold til diagnosticering af sjældne sygdomme. Med helgenomanalyse får de patienter, der ellers cykler rundt i systemet, fordi det er svært at finde ud af, hvad  de fejler, en ny mulighed.

”Der findes nogle uhyre sjældne sygdomme, som vi kun ser få gange om året eller få gange i årtiet i Danmark. Det gør, at det kan være  svært for lægerne at identificere, hvad  det er for en sygdom, når man har så lidt kendskab og erfaring med den. Her er det en fordel at kunne undersøge samtlige gener på én gang, så skal man ikke ud at gætte, hvad  det er for en sygdom, og derefter søge på enkeltgener,” fortæller Rasmus Lykke Marvig, ledende bioinformatiker i afdelingen, som står for at behandle de data, som sekventeringen leverer.

Det vil ofte være  børn, fordi langt de fleste sjældne sygdomme er medfødte og dermed også viser sig tidligt i livet.

Simplere, men med stort ansvar

Det lyder af meget at finde hoved og hale i flere milliarder mikroskopiske genetiske stavefejl. Men selve proceduren med at præparere og udføre sekventeringen er simpel. Modsat genpaneler, hvor man først skal isolere et udvalg af gener, som passer til patientens symptomer, eller exomanalyse, hvor de 1-2 procent af genomet, der koder for proteiner, skal isoleres, kan man med helgenomsekventeringen springe en del af den indledende præparering af prøverne over.

Det er bioanalytiker Miriam  Yan Juk, der, sammen med to kollegaer, står for at foretage analyserne.

”Det er et stort ansvar, og det er bare utrolig vigtigt, at der ikke sker den mindste fejl,” fortæller hun.

Miriam  Yan Juk modtager prøverne som enten oprenset DNA eller som seks milliliter fuldblod, som hun  først renser op. Det oprensede DNA præpareres enzymatisk via to procedurer: Først markeres og fragmenteres DNA, det vil sige, at det deles op i korte stykker.

Bagefter bliver enderne af DNA-sekvenserne forsynet med adaptorer (en slags stregkode) af nukleotider, så- ledes at DNA fra prøven kan skelnes  fra andre prøver, og se- kvenserne vil binde  sig til flowcellen under sekventeringen. Præparationsprocessen tager ikke mere end to en halv time.

Puljen af DNA-fragmenter (eller bibliotekerne) sættes i en holder, som placeres i maskinen (Illumina NovaSeq 6000).

Prøvens indhold ”flyder” hen over flowcellen i maskinen, og zoomer man ind på overfladen på flowcellen, vil man se milliarder af brønde i nanostørrelse. Hver eneste brønd indeholder primere, og når en DNA-sekvens binder sig til en primer i en brønd, opformeres den hurtigt og danner en klynge (cluster) af identiske sekvenser.

Når klyngerne står færdige, skylles reagens hen over flowcellen, og DNA-sekvenserne mærkes med fluorescerende nukleotider i forskellige  farver – svarende til de fire forskellige  baser i DNA.

Nukleotiderne indbygges svævende til hver af de komple- mentære baser på DNA-strengen og kan aflæses med en konfokal laser. De bindes en ad gangen, og derfor kører maskinen mange cyklusser, hvor de forskellige reagenser igen flyder over flowcellen.

Til slut foretages selve aflæsningen, som foregår ved, at der kører et kamera over, som scanner flowcellen og registrerer de indbyggede nukleotider.

”Egentlig er selve metoden den nemmeste her på laboratoriet. Det er en robust og stort set automatiseret protokol, og vi har endnu ikke været ude for at måtte køre en prøve om,” fortæller Miriam Yan Juk.

Martin Skygge supplerer:

”Det er jo vores bioanalytikere, som sikrer, at kvaliteten af resultaterne er gode nok, så det er et utrolig vigtigt arbejde.”

Finder genetiske sygdomme

Efter sekventeringen kommer det store analysearbejde. Det er primært bioinformatikere som Rasmus Lykke Marvig, der tager sig af den del. De data, der kan aflæses fra prøven, sam- menlignes med et såkaldt referencegenom. Det vil sige et slags gennemsnitsgenom sammensat af DNA-information fra mange raske mennesker.

Ved at sammenligne patientens genom med referencegenomet kan man se, hvor der er nogle varianter, som er atypiske, og som kan give et svar på, hvor- vidt der er tale om en genetisk sygdom.

Referencegenomer findes i internationale databaser, og der kan være  forskel på, hvilken befolkningsgruppe man stammer fra.

”Alle befolkninger er forskellige, og det kan også ses i vores genetik. Derfor er vi altid interesseret i, hvilken etnicitet patienten har, for det er vigtigt i forhold til at forstå  de genetiske varianter, man finder. Og der er også nogle sygdomme, som man primært finder i bestemte befolkningsgrupper,” forklarer Rasmus Lykke Marvig.

Hurtige prøvesvar

Helgenomsekventering giver, modsat hvad  man skulle tro, hur- tige resultater.

”Vi kan tilbyde en hurtigere svartid til patienterne, fordi vi ikke skal fiske den kodende del af arvemassen ud, inden vi sekventerer den,” fortæller Martin Skygge.

Tre døgn og 20 timer. Det er foreløbig rekorden, og det er uden at vide på forhånd, at prøven kom. Den generelle hastighed er mellem 7 og 14 dage, alt efter hvornår prøven indleveres. Lige nu køres der prøver  – otte styk – en gang om ugen, men den frekvens vil gå op i takt med, at helgenomprøverne erstatter exomer.

De hurtige testsvar er lavet i forbindelse med en patientgruppe på 25 børn med stofskiftesygdomme. Børn med ukendte genfejl, der gør, at de ikke kan omsætte nogle ting i deres føde. Det fører til ophobning af bestemte stoffer, fx i hjernen, som skader  barnet.

For otte børn lykkedes det at finde den genetiske årsag  til deres sygdom. Det er en høj succesrate, når det gælder sjældne sygdomme.

”Det betyder meget at få en diagnose. Jo hurtigere man ved, præcis hvad patienten fejler, jo bedre kan man skræddersy og målrette behandlingen. Også i de tilfælde, hvor der ikke findes behandling, kan der være en værdi. Ikke mindst fordi man kan stoppe nytteløs behandling og fjerne de bivirkninger, der ofte er. Det er også en kvalitet i sig selv,” siger Rasmus Lykke Marvig.

Finder ukendte sygdomme

At Rigshospitalet nu er i stand til at sekventere hele genomer, betyder også, at man kan deltage i forskning om at finde hidtil ukendte sygdomme. Menneskets genom består af forskellige typer af gener og kun ganske få procent (1-2%) koder for proteiner.

Med kode menes, at genet fortæller cellen, at den skal producere et bestemt protein, så og så mange gange i døgnet. Det er vigtigt, at de rigtige proteiner produceres i de rigtige celler, det er derfor, at der ikke dannes fx øjenpigment i de celler, der udgør vores tunge.

Men rigtig mange af vores gener aktiveres eller deaktiveres kun i særlige situationer. Det kan være, hvis vi er stressede el- ler bliver udsat for bestemte stoffer. Betydningen af disse dele af vores DNA er stadig for en stor del ukendte, men  med helgenomanalyse kan læger  og forskere  måske finde årsagen til ellers uforklarlige sygdomme, som der kan arbejdes på at behandle.

”Der vil formodentlig også være  nogle patienter, vi kan reanalysere. Patienter, som lægerne på nuværende tidspunkt ikke har kunnet finde noget på, men  hvor vi nu kan gå ind og kigge på data igen,” fortæller Martin Skygge.

I det hele taget ser det ud til, at helgenomanalyse vil blive mere og mere brugt.

”Vi forventer, at udviklingen går den vej. Hvor hurtigt det kommer til at gå, er stadig lidt uklart. Det kommer an på, hvor meget behandling og diagnostik der kommer ud af det. Men vi forventer en positiv sneboldeffekt,” siger Martin Skygge.

Giver faglig stolthed

Foreløbig er Enheden for Genomisk Medicin det eneste sted i Danmark, der udfører analyser af hele genomer til klinisk brug. Det giver en faglig stolthed at kunne tilbyde noget så unikt, mener Martin Skygge, men  på det mere praktiske plan har implementeringen af en så gennemgribende ny metode også betydet noget for hele afdelingens arbejdsgange.

”Vi er blevet tvunget til at gøre os nogle tanker om, hvordan vi kommer af med data. Hvordan vi får bearbejdet data og be- skrevet nogle arbejdsgange, som er holdbare. I den forbindelse har vi også måttet overveje, hvordan det ser ud i fremtiden.

Får vi flere af denne slags analyser og mindre af nogle andre, og hvordan organiserer vi det? Det har betydet, at vi har gjort os mange overvejelser om, hvordan vi fremtidssikrer den tek- nologiske platform, vi arbejder på,” siger Martin Skygge.

I rummet med de nedrullede persienner skifter lyset fra maskinen fra blåt til grønt. Gensekventeringen er færdig for denne omgang.