Czym są badania molekularne i kiedy się je wykonuje?

Na czym polegają badania molekularne?

Badania molekularne opierają się na analizie kwasów nukleinowych znajdujących się w próbkach materiału biologicznego pobranego od pacjenta, za pomocą technik molekularnych, takich jak łańcuchowa reakcja polimerazy (PCR) czy sekwencjonowanie Sangera, w celu ustalenia sekwencji nukleotydów w łańcuchu DNA lub RNA. Dwie najważniejsze metody, które znajdują zastosowanie w diagnostyce molekularnej to hybrydyzacja z sondami molekularnymi i łańcuchowa reakcja polimerazy, czyli tzw. metoda PCR. Wprowadzenie techniki PCR było jedną z najbardziej rewolucyjnych zmian w dziedzinie diagnostyki medycznej. Dzięki tej metodzie możliwe stało się szybkie syntezowanie kopii DNA poddawanego badaniu, a tym samym znaczne skrócenie czasu trwania całej analizy.

Jak w praktyce wygląda badanie molekularne?

W zależności od tego, w jakim celu jest wykonywane dane badanie molekularne, pobiera się różne rodzaje próbek zawierających materiał genetyczny. Najczęściej bywa to: ślina, krew, wymaz z jamy ustnej, wymaz z szyjki macicy lub wycinek tkanki (np. guza nowotworowego) pobrany podobnie jak do badania histopatologicznego. W uzyskanym od pacjenta materiale poszukuje się określonych sekwencji nukleotydowych, pozwalających na identyfikację czynnika chorobotwórczego (będącego przyczyną infekcji) albo mutacji genetycznych, których obecność jest związana z chorobą genetyczną lub zwiększoną predyspozycją do innych rodzajów chorób. W przypadku badań pokrewieństwa i ojcostwa, porównuje się ze sobą materiał genetyczny dwóch lub więcej osób i ocenia, czy analizowane DNA wskazuje na pokrewieństwo pomiędzy nimi.

Badania molekularne są stosowane m.in. w:

• onkologii– jako jeden z etapów diagnostyki chorób nowotworowych i dobierania najlepszej dla pacjenta terapii (wyniki badań genetycznych bywają niezbędne podczas kwalifikacji do nowoczesnych terapii celowanych molekularnie lub immunoterapii),
• diagnostyce chorób wirusowych, bakteryjnych, grzybiczych i pasożytniczych (takich jak wirusowe zapalenia wątroby typu B i C, COVID-19, zakażenie wirusem HIV lub HPV, chlamydioza, kiła, owsica, tasiemczyca itp.),
• diagnostyce chorób genetycznych– badania genetyczne są podstawą do rozpoznania większości chorób genetycznych, a także do określenia ich nosicielstwa przez członków rodziny osoby chorej,
• ustalaniu ojcostwa i pokrewieństwa,
• diagnostyce alergii i badaniach mikrobiomu,
• profilaktyce, jako badanie predyspozycji, czyli zwiększonego prawdopodobieństwa do zachorowania na niektóre typy nowotworów i inne choroby, np. cukrzycę, łuszczycę, celiakię,
• nutrigenetyce– jako badania pozwalające na określenie jaka dieta jest najbardziej optymalna dla danego pacjenta, jakie składniki pokarmowe mogą mu nie służyć oraz na jakie choroby dietozależne jest najbardziej narażony.

Jakie są zalety diagnostyki wykonywanej metodami biologii molekularnej?

Przede wszystkim należy zwrócić uwagę, że badania molekularne mają bardzo dużą czułość i pozwalają na wykrycie obecności czynników chorobotwórczych na bardzo wczesnym etapie infekcji, co nie jest możliwe w innych testach diagnostycznych. Nie występuje w nich także problem tzw. “okienka serologicznego”, czyli czasu, w którym pomimo trwającego zakażenia nie można jeszcze stwierdzić obecności przeciwciał skierowanych przeciwko czynnikowi zakaźnemu we krwi. Warto także wiedzieć, że u części nosicieli wirusów, pomimo trwającej infekcji, nie są wytwarzane przeciwciała, z kolei u niektórych osób mogą one powstawać w sytuacji, gdy nie są zakażone, np. w wyniku przyjęcia szczepionki lub utrzymywać się wiele lat po zakończeniu infekcji. W takich wątpliwych sytuacjach, badania metodami biologii molekularnej są najlepszym rozwiązaniem, ponieważ wykrywają one sam patogen, a nie przeciwciała. Są one także jedyną metodą pozwalającą na precyzyjne określenie typu wirusa (za pomocą genotypowania i serotypowania), co jest kluczowe np. w przypadku nosicielstwa wirusa HPV, który może występować w bardzo wielu wariantach, różniących się od siebie stopniem onkogenności. Profilaktyczne badania genetyczne, jako nieliczne z istniejących testów diagnostycznych, pozwalają na wykrycie predyspozycji do rozwoju choroby, zanim jeszcze zdąży się ona rozwinąć. Dzięki temu pacjenci obciążeni podwyższonym ryzykiem nowotworu lub innej choroby mają szansę na zmianę swoich nawyków i uniknięcie zachorowania lub też na wczesne wykrycie choroby, kiedy ich szanse na wyzdrowienie są dużo wyższe.

Typy badań molekularnych

Badania molekularne to ogromny zbiór różnych testów, które można podzielić na kilka typów.

Do najważniejszych z nich należą: diagnostyczne badania genetyczne, badania na nosicielstwo, profilaktyczne badania genetyczne (tzw. testy prognostyczne), testy na ojcostwo i pokrewieństwo oraz badania służące do molekularnej diagnostyki infekcji.

Testy diagnostyczne

Diagnostyczne badania genetyczne polegają na analizie DNA pod kątem potwierdzenia lub wykluczenie obecności mutacji odpowiadającej za rozwój danej choroby, takiej jak hemofilia, dystrofia mięśniowa Duchenne’a, SMA czy zespół Marfana. Wykrycie określonej mutacji, o udowodnionym związku z objawami danej choroby, pozwala na postawienie rozpoznania i wdrożenie odpowiedniego leczenia, o ile tylko jest ono dostępne. Badania molekularne mogą być także przydatne przy rozpoznawaniu chorób o etiologii mieszanej- czyli takich, do powstania których przyczyniają się zarówno czynniki genetyczne, jak i środowiskowe: padaczki, autyzmu, alergii, cukrzycy i wielu nowotworów.   

Badania molekularne na nosicielstwo

Kolejnym rodzajem badań molekularnych są testy pozwalające wykryć nosicielstwo chorób genetycznych dziedziczonych autosomalnie recesywnie. Aby taka choroba wystąpiła u pacjenta, konieczne jest odziedziczenie przez niego dwóch wadliwych kopii danego genu, od obojga rodziców. W ten sposób przekazywane są choroby takie jak: mukowiscydoza, fenyloketonuria lub niedosłuch wrodzony. Przykładem badania na nosicielstwo jest test Parento, przeznaczony dla par planujących ciążę, które chcą sprawdzić, jakie jest prawdopodobieństwo choroby genetycznej u ich potomstwa.

Genetyczne badania profilaktyczne

Badania molekularne znajdują również zastosowanie w wykrywaniu mutacji genetycznych, które znacznie zwiększają ryzyko zachorowania na nowotwory (raka piersi, jajnika, prostaty, jelita grubego czy raka płuc) i inne choroby o podłożu wieloczynnikowym. Mają one szczególnie duże znaczenie dla najbliższych krewnych osób chorujących na nowotwory, którzy chcą sprawdzić czy odziedziczyli po swoich najbliższych niekorzystne mutacje, które mogą zwiększać ryzyko wystąpienia choroby nawet kilkunasto- lub kilkudziesięciokrotnie. Choć wynik takiego badania nie oznacza, że dana osoba na pewno zachoruje na nowotwór, to dzięki wiedzy o posiadanym obciążeniu może ona wdrożyć różne rodzaje profilaktyki, w tym także wykonać prewencyjną mastektomię, owariektomię lub histerektomię, znacznie obniżające ryzyko raka. A jeśli już zdarzy się, że pacjent zachoruje, to wyniki badań genetycznych mogą być podstawą do wdrożenia leczenia celowanego molekularnie, zwiększającego szansę na pełny powrót do zdrowia.

Do profilaktycznych testów molekularnych należą także badania mikrobiomu i badania nutrigenetyczne, służące do sprawdzenia czy dana osoba jest szczególnie narażona na otyłość lub nietolerancje pokarmowe oraz w jakim stopniu jest w stanie metabolizować poszczególne składniki odżywcze. Na podstawie wyników tych badań możliwe jest ułożenie spersonalizowanej diety, dopasowanej do indywidualnych potrzeb organizmu, ułatwiającej utrzymanie prawidłowej masy ciała i obniżającej ryzyko chorób dietozależnych.

Badania ojcostwa i pokrewieństwa

Jednym z bardziej popularnych zastosowań badań molekularnych są testy na ojcostwo, wykonywane zarówno dla celów prywatnych, jak i sądowych. Tego typu badania pozwalają także na ustalenie pokrewieństwa między innymi potencjalnymi krewnymi, co bywa wykorzystywane np. w badaniach antropologicznych lub sprawach sądowych. Badania pokrewieństwa polegają na porównaniu 24 markerów genetycznych- charakterystycznych i niepowtarzalnych dla danej osoby sekwencji mikrosatelitarnego DNA. Wynik takiego badania pozwala na 100% wykluczenie ojcostwa lub 99,9999% jego potwierdzenie (zgodnie z rekomendacjami Polskiego Towarzystwa Medycyny Sądowej i Kryminologii). Materiałem wykorzystywanym do badań może być zarówno wymaz z jamy ustnej, jak i tzw. mikroślad, czyli materiał biologiczny pobrany z przedmiotów codziennego użytku, takich jak szczoteczka do zębów, guma do żucia, smoczek czy niedopałek papierosa.

Molekularna diagnostyka infekcji

Diagnostyka molekularna infekcji jest oparta na wykrywaniu materiału genetycznego czynnika chorobotwórczego, takiego jak wirusy (np. HBV, HCV, HPV, czy HIV), bakterie (wywołujące np. boreliozę, chlamydiozę lub kiłę), grzyby (np. dermatofity) i pasożyty (owsiki, tasiemce, lamblie itp.) w pobranej od pacjenta próbce. Testy molekularne cechują się bardzo wysoką czułością i specyficznością i pozwalają na wykrycie infekcji nawet na jej bardzo wczesnym etapie. Stanowi to ogromny plus dla pacjentów, którzy nie muszą już czekać kilku tygodni na wynik badania mikrobiologiczne czy testów serologicznych. Lekarze, którzy znają dokładny czynnik infekcyjny mogą stosować leczenie celowane, lepsze i bezpieczniejsze dla zdrowia pacjenta.