Badania molekularne (inaczej nazywane badaniami genetycznymi, badaniami DNA lub badaniami PCR) mają ogromne znaczenie w dziedzinie badań laboratoryjnych. Uważa się bowiem, że diagnostyka molekularna to jedna z najszybciej rozwijających się gałęzi współczesnej medycyny. Dzięki badaniom molekularnym można w krótkim czasie zdiagnozować choroby genetyczne, wykrywać mutacje, które zwiększają ryzyko rozwoju danej choroby w przyszłości np. nowotwory. Postęp technologii biologii molekularnej jest bardzo pomocny przy identyfikacji patogenów (bakterii, wirusów) obecnych w naszym organizmie, ustaleniu ojcostwa, pochodzenia czy badaniach kryminalistycznych. Taka nowoczesna diagnostyka odgrywa bardzo dużą rolę w onkologii, chociażby pomagając określić podłoże genetyczne choroby nowotworowej, co ma kolosalny wpływ na dobór odpowiedniego leczenia czy spersonalizowanej terapii. Dużą zaletą testów molekularnych jest to, że są one bardzo czułe, bezbolesne, a przede wszystkim wiarygodne. Nowoczesna diagnostyka proponuje również rozwiązania, których celem jest również wsparcie lekarzy w szybkim i trafnym podejmowaniu decyzji terapeutycznych i dobrze dobranej farmakoterapii dla pacjentów.
Na czym polegają badania molekularne ?
Badania molekularne polegają na wykrywaniu mutacji na poziomie cząsteczki DNA. Materiał genetyczny podlegający badaniu może pochodzić ze śliny, krwi lub jego fragmentu pobranego w trakcie biopsji. Obejmują one analizę laboratoryjną materiału genetycznego z wykorzystaniem dostępnych technik biologii molekularnej, takich jak reakcja łańcuchowa polimerazy (PCR) czy sekwencjonowanie Sangera w celu ustalenia sekwencji nukleotydów w łańcuchu DNA lub RNA ( o tym więcej w kolejnym poście).
Obecnie najważniejsze metody stosowane w diagnostyce molekularnej to :
- hybrydyzacja sond molekularnych
- reakcja PCR (ang. polymerase chain reaction) czyli metoda reakcji łańcuchowej polimerazy
Wprowadzenie metody PCR było jedną z najbardziej rewolucyjnych zmian w dziedzinie medycznej diagnostyki. Reakcja łańcuchowa polimerazy (PCR) jest niezwykle skuteczną metodą diagnostyczną o bardzo szerokim spektrum zastosowania w diagnostyce laboratoryjnej, zwłaszcza w sytuacjach, gdy niezbędny jest krótki czas uzyskania wyników i wysoka specyficzność badania, lub gdy diagnozowane mikroorganizmy są trudne w hodowli. Metoda ta, stosowana w warunkach laboratoryjnych, polega na powielaniu łańcuchów DNA przez wielokrotne podgrzewanie i schładzanie próbki. PCR obejmuje zazwyczaj trzy etapy:
- denaturację – rozdzielenie podwójnej helisy DNA w temperaturze około 95°C,
- hybrydyzację – przyłączanie starterów do matrycowej cząsteczki DNA (45–60°C),
- elongację – wydłużenie łańcucha DNA przez zwiększenie liczby powielanego genu i stworzenie dwuniciowego łańcucha (około 72°C).
Wybrane badania molekularne :
Diagnostyka chorób genetycznych
Badania molekularne są podstawą diagnozy większości chorób genetycznych. W rodzinach ryzyka genetycznego dzięki badaniom genetycznym np. w przebiegu ciąży, możemy dowiedzieć się o ryzyku wystąpienia u dziecka choroby genetycznej. Są także podstawą dla członków rodzin pacjentów do określenia ich predyspozycji do chorób. Badania polegają na analizie DNA pod kątem potwierdzenia lub wykluczenie obecności mutacji odpowiadającej za rozwój danej choroby, takiej jak np. hemofilia, choroby Pompego, chorób nerwowo-mięśniowych, rdzeniowego zaniku mięśni (SMA) i wiele innych. Wykrycie danej mutacji, o udowodnionym związku z objawami danej choroby, pozwala na postawienie rozpoznania i wdrożenie odpowiedniego postępowania. Badania DNA mogą być pomocne przy rozpoznawaniu chorób o mieszanym podłożu czyli takich, do powstania których przyczyniają się zarówno czynniki genetyczne, jak i środowiskowe: np. : choroby serca, cukrzyca, zespół metaboliczny, padaczka, choroby autoimmunologiczne, niepłodność, autyzm, alergie, nietolerancje i wielu nowotworów.
Diagnostyka onkologiczna
Jako jeden z etapów diagnostyki nowotworów i doboru najlepszej terapii dla pacjenta. Czasami wyniki badań genetycznych są wymagane przy kwalifikacji do immunoterapii lub nowoczesnej terapii celowanej. Badania molekularne w onkologii pozwalają na wykrycie m.in. mutacji w genach : BRCA1, BRCA2, CHEK2; które zwiększają ryzyko raka piersi i raka jajnika, mutacji w genach ( BRCA1, HOXB13) odpowiedzialnych za raka prostaty czy w genach APC, BRCA2, CHEK2, które występują u niektórych osób chorujących na raka jelita grubego lub w genach CHEK2, RET1 odpowiedzialnych za raka tarczycy, wszelakich nowotworów układy pokarmowego, płuc, białaczki, mięsaków, glejaków (gen p53). Zdiagnozowanie danych mutacji pozwala na dobranie odpowiednich leków celowanych i spersonalizowanie terapii.
Diagnostyka molekularna infekcji
Oparta na wykrywaniu materiału genetycznego czynnika chorobotwórczego, takiego jak bakterie (wywołujące np. boreliozę, chlamydiozę lub kiłę), grzyby (np. dermatofity), wirusy (np. HBV, HCV, HPV, czy HIV), i pasożyty (glista, owsiki, tasiemce, lamblie itp.) w pobranej od pacjenta próbce. Badania molekularne charakteryzują się bardzo wysoką wrażliwością i specyficznością, co pozwala na wykrycie infekcji w bardzo szybkim czasie. Jest to ogromny plus dla pacjentów, którzy nie muszą już czekać tygodniami na wynik badania mikrobiologicznego czy testów serologicznych. Lekarze, którzy znają dokładny czynnik infekcyjny mogą stosować leczenie celowane, lepsze i bezpieczniejsze dla zdrowia pacjenta.
Diagnostyka w ustalaniu ojcostwa i pokrewieństwa
Takie badania wykonywane są zarówno dla celów prywatnych, jak i sądowych. Pozwalają m.in na ustalenie pokrewieństwa między potencjalnymi krewnymi, co bywa wykorzystywane np. w sprawach sądowych czy w badaniach antropologicznych. Badania te polegają na porównaniu markerów genetycznych – charakterystycznych i niepowtarzalnych dla danej osoby sekwencji mikrosatelitarnego DNA. Wynik takiego badania pozwala na 100% wykluczenie ojcostwa.
Diagnostyka nutrigenetyczna ( np. alergii czy badanie mikrobiomu)
Badanie to pozwala określić, jaki sposób odżywiania jest dla Nas najbardziej optymalny. Pomoże dobrać składniki odżywcze, których powinieneś spożywać więcej, ponieważ masz genetyczną skłonność do przyswajania ich mniej efektywnie niż inni ludzie lub które warianty genetyczne powodują, że słabo metabolizujesz niektóre witaminy i minerały. Odpowiedzą na pytania, czy potrzebujesz więcej tłuszczów, białka czy węglowodanów. Dzięki nowoczesnym analizom genetycznym z zakresu nutrigenetyki, możesz dowiedzieć się więcej o sobie, np. dlaczego kofeina działa na Ciebie inaczej lub dlaczego bardziej lubisz słodycze, określić chociażby swoje zdrowie psychiczne, predyspozycje do stresu, zbadać i odpowiednio ustabilizować poziom chociażby neuroprzekaźników lub dobrać odpowiednie suplementy lub kosmetyki czy zabiegi dla Twojej skóry.
Jakie są zalety diagnostyki wykonywanej metodami biologii molekularnej?
Zaletą badań molekularnych jest niewątpliwie ich wysoka czułość, dzięki czemu można wykryć obecności czynników chorobotwórczych na bardzo wczesnym etapie infekcji, co nie jest możliwe przy tradycyjnych metodach diagnostycznych. Czas okna serologicznego jest znacząco wydłużony. Jest to czas, w którym pomimo trwającego zakażenia nie można jeszcze stwierdzić obecności przeciwciał skierowanych przeciwko czynnikowi zakaźnemu we krwi. Metoda PCR pozwala wykrywać pojedyncze cząstki wirusowe lub komórki bakteryjne wkrótce po zakażeniu. Testy wykorzystujące tą technologię mogą wykrywać mutacje związane ze zwiększonym ryzykiem wielu różnych chorób, co pozwala na podjęcie działań zapobiegawczych, zanim choroba się rozwinie lub doprowadzi do poważnych powikłań. Kolejną zaletą jest wysoka swoistość. Wynik badania jest w praktycznie w 100% jednoznaczny. W przeciwieństwie do metod klasycznych i immunologicznych ryzyko fałszywie ujemnych i fałszywie dodatnich wyników jest minimalne. Możliwe jest wykrycie nie tylko obecności patogenu, ale również jego genotypu. Jest to szczególnie ważne w sytuacjach, gdy różne typy tego samego wirusa powodują różne jednostki chorobowe lub inne nasilenie objawów.
Co dają badania molekularne ?
Postęp w rozwoju dziedzin jakimi są genetyka i biologia molekularna umożliwia obecnie precyzyjną diagnostykę wielu chorób, przyczyniając się do poprawy profilaktyki, wczesnego i szybkiego rozpoznawania oraz wyboru właściwego leczenia w dobie rozwoju medycyny personalizowanej. Badania genetyczne mogą doprowadzić do opracowania bardziej „spersonalizowanych” leków zaprojektowanych tak, aby pasowały do określonych procesów molekularnych związanych z wywoływaniem choroby oraz innych nowych rodzajów leczenia, takich jak terapia genowa. Terapia genowa daje szansę, aby wadliwe geny mogłyby zostać zastąpione lub naprawione. Wyniki testów genetycznych pozwalają także na odpowiednią modyfikację stylu życia, która pozwoli na ograniczenie czynników ryzyka. Przykładem może być zrezygnowanie z palenia papierosów czy zmiana diety.