Dr Paweł Zawadzki o genomowych badaniach asocjacyjnych

Wywiad z biotechnologiem, naukowcem z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu oraz założycielem firmy MNM Diagnostics, zajmującej się profilowaniem genetycznym nowotworów z wykorzystaniem sekwencjonowania całego genomu zdrowych komórek pacjenta i komórek jego guza oraz prowadzeniem całogenomowych badań asocjacyjnych. Na pytania odpowiada dr Paweł Zawadzki.

Paweł Zawadzki: Jeśli mówimy o onkologii to zdecydowanie tak. Najczęściej bada się geny BRCA w nowotworach jajnika czy piersi, oraz EGFR czy ALK u pacjentów z nowotworem płuc. Kłopot polega na tym, że badając jeden gen, badamy 0,001% naszego genomu. 10 lat temu było to postępowanie w pełni uzasadnione, dziś jednak wiemy, że jest wiele genów, które warto sprawdzić u każdego pacjenta, bo a nuż znajdziemy mutację, która może być wykorzystana do dobrania terapii celowanej, których jest coraz więcej. Niestety diagnostyka genetyczna nie nadąża za rozszerzającą się paletą dostępnych terapii na czym traci pacjent, nie mając możliwości skorzystania z nowoczesnych metod leczenia.

Badanie konkretnych genów może być bardzo przydatne, ale nadal wiele informacji jest dla lekarza niedostępnych. Co z sekwencjonowaniem większych fragmentów DNA czy całego genomu? Tak powszechnie, w ramach diagnostyki? Jaka jest obecnie dostępność tego w Polsce, dla przeciętnego pacjenta? Jak to wygląda w innych krajach Unii Europejskiej czy w ogóle w innych państwach, na przykład w USA?

Niestety nie jest różowo. W standardzie większość polskich pacjentów nie dostaje w ogóle diagnostyki genetycznej. Zmienia się to powoli i „lepsze” ośrodki onkologiczne wdrażają jako standard badania pojedynczych genów. Niemniej, w czasie kiedy w Polsce wdrażamy diagnostykę 2 genów, w USA standardem jest już diagnostyka 300 genów, a na horyzoncie widać diagnostykę całogenomową, która dostępna jest w najlepszych zagranicznych ośrodkach onkologicznych, takich jak MSK w Nowym Yorku. Jeśli popatrzymy na Niemcy to standardem jest tam panel genetyczny średniej wielkości, to jest około 50 genów. Jednocześnie widać postępujący wzrost zaawansowania i powszechności diagnostyki genetycznej.

Czym dokładniej jest badanie całogenomowe? Co jest od pacjenta pobierane i co się dalej z jego materiałem robi, gdzie trafia?

Badanie całogenomowe to najbardziej zaawansowana forma diagnostyki onkologicznej. Panel 300 genów analizuje około 0,1% ludzkiego DNA. Badanie całogenomowe analizuje 100%. Oznacza to, że wszystkie informacje na temat mutacji, które stoją za rozwojem nowotworu, są dostępne dla lekarza i pacjenta, który decyduje się na skorzystanie z tego badania.

Aby przeprowadzić badanie całego genomu guza nowotworowego, niezbędne jest zbiobankowanie tkanki guza pobranej podczas biopsji lub operacji. Brak rutynowego przechowywania tkanki guza jest jednym z problemów zaawansowanej diagnostyki genetycznej. W standardzie materiał guza, który pobierany jest zgodnie z procedurą dostosowaną do badań histopatologicznych, nie nadaje się do zaawansowanych badań genetycznych ze względu na wysoką degradację DNA. Dlatego aby je wykonać niezbędne jest skorzystanie z usług organizacji Biobankujących materiał guza takich jak Polskie Centrum BioBankowania. PCBB umożliwia tanie i rzetelne przechowywanie materiału guza, który następnie może zostać wykorzystany do badań genetycznych jeśli badanie histopatologiczne wykaże obecność nowotworu złośliwego. Obrazowo, podczas biopsji lub operacji mały kawałek guza jest zabezpieczany w specjalnym roztworze konserwującym i transportowany do laboratorium PCBB. Tam materiał jest mrożony i przechowywany do momentu kiedy potrzebne jest wykonanie diagnostyki genetycznej.

Na czym polega analiza wyników? Co ona daje?

Badanie całogenomowe polega na porównaniu całego genomu guza nowotworowego z genomem pobranym z krwi tego samego pacjenta [porównywany jest genom pacjenta z genomem jego guza]. Badanie całogenomowe sprawdza mutacje we wszystkich genach oraz potwierdza funkcjonalność szlaków komórkowych. To porównanie pozwala wskazać zmiany obecne w tkance guza, ale nieobecne w genomie pobranym z krwi i które są odpowiedzialne za rozwój nowotworu. Porównanie genomów guza oraz zdrowych komórek pozwala wybrać te terapie, które będą atakować komórki nowotworu, ale nie zdrowe komórki. I to jest kluczem, ponieważ terapie celowane powinny działać na komórki nowotworowe, a nie te zdrowe. Dla przykładu można sobie wyobrazić, że dany nowotwór rozwija się ponieważ uszkodzeniu uległ mechanizm naprawy DNA (konkretnie rekombinacja homologiczna), w zdrowych komórkach ten mechanizm działa prawidłowo. Jeśli więc zastosujemy terapię inhibitorami PARP, komórki zdrowe nawet tego nie zauważą, a te komórki, które mają uszkodzoną rekombinację homologiczną zostaną skutecznie zniszczone.

Co z personalizacją leczenia? Jak to jest, że badanie genetyczne może wskazać bądź zasugerować, który lek zadziała u pacjenta lepiej od innych albo który na pewno nie zadziała lub spowoduje poważne skutki uboczne? Określone polimorfizmy korelują z gorszą odpowiedzią na jedne leki i lepszą na inne? Dla osób z chorobami nowotworowymi, które mogą mieć ograniczoną liczbę prób i czas, informacja co prawdopodobnie zadziała skuteczniej, będzie bardzo ważna.

Tutaj dobrym przykładem jest informacja o wariantach genetycznych, które wykluczają zastosowanie danej terapii. Na przykład w raku trzustki Folfirinox jest jedną z podstawowych chemioterpaii. Jest jednak grupa pacjentów, którzy bardzo źle znoszą tę terapię i okazuje się, że w większości są to nosiciele pewnych polimorfizmów w genie DYPD, który metabolizuje jeden ze składników chemioterapii. W standardzie pacjentowi podaje się terapie i kiedy obserwuje się poważne skutki uboczne, wtedy zmienia się lek. Gdyby wykonano badanie całogenomowe przed podaniem chemioterapii, można by oszczędzić czas oraz niepotrzebne cierpienie pacjentowi.

Wracając do chorób, czy poza sprawdzaniem mutacji po fakcie, kiedy już ktoś zachorował, można robić badania prewencyjne, dla dowiedzenia się jakie ma się predyspozycje albo czego warto unikać? Wielokrotnie spotykałem się z krytyką komercyjnych testów genetycznych z całogenomowego sekwencjonowania w tym kierunku. Czy przy współczesnej wiedzy genetycznej jest ona uzasadniona?

Osobiście jestem sceptyczny co do genetycznych badań oceniających predyspozycje. Uważam, że wyrządzają one więcej szkody aniżeli pożytku. Jedynie w warunkach, kiedy mamy przypadki nowotworów, które często mają charakter dziedziczny w rodzinie powinno się wykonać takie badania u osób zdrowych. Oczywiście kiedy mamy podejrzenie, że możemy być nosicielami wariantów genetycznych predysponujących do choroby nowotworowej, wtedy koniecznie skorzystajmy z badania całogenomowego, w innym wypadku, kiedy zbadamy tylko kilka genów, wynik negatywny nie będzie oznaczał, że predyspozycji nie posiadaliśmy, a tylko że badając 0,1% naszego DNA nie udało się takiego wariantu znaleźć. Obie sytuacje są interpretowane jako brak predyspozycji co jest dużym błędem. Tylko przebadanie 100% naszego DNA pozwala określić czy takie warianty posiadamy czy też nie.

Jak właściwie naukowcy, na etapie badań, przed wprowadzeniem i wystandaryzowaniem określonej wiedzy do użytku dla lekarzy, wyszukują które mutacje są związane z tym czy innym nowotworem, jedną bądź drugą chorobą?

Tutaj wielki wkład mają sami pacjenci, którzy często mają możliwość „donowania” swojego materiału guza nowotoworowego dla celów naukowych. Pacjent decydując się przekazać tkankę do badań, pozwala naukowcom przeczytać sekwencje DNA w guzie i kiedy naukowcy porównują tysiące genomów nowotworowych okazuje się, że w poszczególnych typach nowotworów pojawiają się ciągle te same mutacje. Jeśli dana mutacja ma statystyczną szansę 1 na 100 000 000 aby wystąpić, ale jest obecna w 20% nowotworów to wiemy, że jest to efektem pozytywnej selekcji tej mutacji, co oznacza że najprawdopodobniej jest ona odpowiedzialna za rozwój nowotworu.

Polskim przykładem gdzie pacjenci onkologiczni mogą przekazać cześć materiału z zabiegu chirurgicznego jest Polskie Centrum BioBankowania realizujące projekty, które pomagają klinicystom zrozumieć, które mutacje wpływają na rozwój nowotworu.

Prowadzisz firmę MNM Diagnostics, która oferuje całogenomowe badania diagnostyczne u osób z chorobami nowotworowymi i ich guzów. Jest zaangażowana także w projekt Polskiego Centrum BioBankowania. Mógłbyś przybliżyć, na czym to polega?

MNM powstał, kiedy na raka zachorował mój ojciec. W tym czasie pracowałem na Oksfordzie i sekwencjonowanie genomu było dla nas standardową procedurą. Natomiast kiedy obserwowałem jak leczony jest mój tata, wpadłem w przerażenie, ponieważ zobaczyłem, że diagnostyka genetyczna jest na bardzo prymitywnym poziomie, jeśli chodzi o dostęp pacjenta do tej technologii. Dlatego razem z grupą pasjonatów zdecydowaliśmy się zmienić to i zbudować organizację, która umożliwi pacjentom dostęp do zaawansowanych technologii badających 100% naszego genomu, które mogą uratować pacjentowi życie. Tak powstała usługa diagnostycznej analizy całogenomowej guza nowotworowego. PCBB [Polskie Centrum BioBankowania] natomiast jest inicjatywą, która ma umożliwić pacjentom przechowanie materiału guza do momentu kiedy potrzebne będzie przeprowadzenie diagnostyki całogenomowej oraz na cele naukowe.

Jakie są obecnie koszty takiej usługi?

Na chwilę obecną NFZ nie refunduje tej usługi i kompleksowa anliza całogenomowa guza nowotworowego oraz genomu pobranego z krwi kosztuje 20 000 złotych.

W prestiżowym czasopiśmie naukowym „Science” zaakceptowano publikację Twoją i Twoich współpracowników, dotyczącą koronawirusa SARS-CoV-2. Co dokładniej badaliście i co udało się dzięki Waszej pracy ustalić?

MNM to organizacja, w której pracują wybitni naukowcy. Kiedy rozpoczęła się pandemia, podobnie jak wielu ludzi, zadaliśmy sobie pytanie jak możemy pomóc światu w walce z pandemią. Uznaliśmy, że skoro jesteśmy ekspertami w dziedzinie analizy całego genomu, moglibyśmy zaangażować się w poszukiwanie markerów genetycznych predysponujących pacjenta do ciężkiego przebiegu choroby lub wariantów dających ochronę przed chorobą COVID.

Część badań dotycząca szczególnej podatności na koronawirusa SARS-CoV-2 przyniosła już pierwsze efekty, które właśnie opublikowaliśmy w czasopiśmie „Science”. Udało nam się zidentyfikować warianty, które zaburzają działanie interferonu, a jego zbyt niski poziom skutkuje gwałtownym przebiegiem choroby. Nasze wyniki są już testowane pod kątem zmiany sposobu leczenia pacjentów krytycznie chorych. Obecnie rozpoczynamy drugą fazę projektu, polegającą na poszukiwaniu markerów chroniących przed chorobą COVID-19. Znalezienie tych wariantów nie tylko pozwoli wskazanie osób, które nie są zagrożone ale będzie pierwszym krokiem do opracowania nowych terapii przeciw COVID-19, a co najważniejsze, przygotuje nas na przyszłe pandemie wywołane przez podobne wirusy. Zachęcam wszystkich do odwiedzenia strony „Odporni na Covid”. Poszukujemy osób, które mimo że mieszkały z osobą przechodzącą COVID-19, same się nie zaraziły. Brak zarażenia mógł być spowodowany wariantem genetycznym, którego szukamy. Każdy poświęcając kilka minut może przyczynić się do pokonania pandemii.

Czym się zajmujesz oprócz MNM Diagnostics? Gdzie i które studia ukończyłeś? Jakie badania prowadzisz?

Skończyłem biotechnologię na Uniwersytecie im. Adama Mickiewicza w Poznaniu i jako adiunkt na uniwersytecie zajmuję się naprawą DNA oraz mutagenezą. Badamy między innymi dlaczego komórki nowotworowe stają się agresywne i jakie mutacje są za to odpowiedzialne. Nowotwór jest chorobą genetyczną i zrozumienie, jak mutacje wpływają na rozwój nowotworu jest niezbędne dla zrozumienia raka. Kłopot w tym, że średnio każdy nowotwór ma kilkanaście tysięcy mutacji. Jak więc wskazać te, które są kluczowe i jak dobrać leczenie dla indywidualnego pacjenta? Z tej przyczyny do analiz danych genomowych w moim laboratorium włączamy algorytmy sztucznej inteligencji. Nawiązaliśmy współpracę z Poznańską Politechniką i wspólnie poszukujemy analitycznych sposobów na zrozumienie, jak typy mutacji mogą posłużyć do dobrania odpowiedniej terapii dla pacjenta onkologicznego.

Poleciłbyś innym takie studia i kierunek zawodowy?

Zdecydowanie, trudna ale satysfakcjonująca droga.

Wywiad tn mogłem przeprowadzić dzięki wsparciu na portalu Patronite. Jeśli Ci się podoba, zachęcam do odwiedzenia mojego profilu w tym serwisie i dołączenia do moich Patronów. Pięć lub dziesięć złotych nie jest dużą kwotą. Jednak przy wsparciu wielu mogę dzięki niemu poświęcać czas na pisanie artykułów, nagrywanie podkastów oraz utrzymywać i rozwijać stronę.