211service.com
När ens genomsekvensering inte ger en diagnos
Sam D'Orazio
Fyraåriga Beckett Edwards har haft jobben när det kommer till genetisk testning. Och hans familj har fortfarande inget svar.
Strax efter att han föddes, märkte hans föräldrar, Eric och Tricia, att hans muskler var dåliga. Vid två och ett halvt års ålder hade Beckett börjat tappa sitt ordförråd på 40 till 50 ord. Nu kan han bara säga en handfull ord och mestadels babblar.
Precis som alla föräldrar vars barn inte mår bra vill Eric och Tricia, som bor i Los Angeles, ha en diagnos. Läkare misstänker att Beckett har en genetisk störning och svaret ligger i hans DNA. Genetiska tester hjälper ofta läkare att ställa diagnoser och i vissa fall styra patienter till behandlingar (se Långsamma framsteg till bättre medicin). Det hoppet har tagit familjen Edwards på en diagnostisk odyssé, genom en serie av allt mer detaljerade tester - som slutligen sekvenserar Becketts kompletta genom. Eftersom kostnaden för gensekvensering sjunker har mer omfattande tester blivit ett realistiskt alternativ för patienter.
Becketts läkare föreslog först genetiska standardtester, inklusive ett för en ärftlig sjukdom som heter Prader-Willi, en sällsynt sjukdom som verkade matcha några av hans symtom. Men de testerna kom tillbaka negativa.
Med en handfull sjukdomar uteslutna gick familjen vidare till nästa steg: helexomsekvensering. Det involverar sekvensering av alla en persons kända gener - exet i exome står för uttryckt, vilket betyder endast DNA vars uppgift är att styra produktionen av proteiner. Exomet representerar bara 1,5 procent av de sex miljarder DNA-bokstäverna i en persons genom, men mutationer i gener är mest sannolikt att orsaka sjukdom. Jill Mokry, en genetisk rådgivare vid Baylor College of Medicine i Houston, kallar exomen för genetikens lågt hängande frukt.
Alla tre Edwards familjemedlemmar fick ett helexom-sekvenseringstest. Eftersom Becketts föräldrar är friska kan alla ovanliga DNA-mutationer de har uteslutas som en orsak till hans sjukdom. Exome-sekvensering introducerades först på specialiserade kliniker för cirka sju år sedan. Studier har visat att det kan ställa en diagnos cirka 25 till 30 procent av tiden. Till exempel, en studie publicerad i Natur i mars fann att helexomsekvensering framgångsrikt ledde till en diagnos hos 29 procent av 150 pediatriska neurologpatienter, jämfört med 7 procent för vanliga genetiska tester. Annan studie från februari visade att ett helexomtest identifierade en genetisk orsak hos 26,5 procent av 200 vuxna med ärftliga hjärtproblem, jämfört med 18 procent för konventionella genetiska tester.
Eric och Tricia trodde att exomet säkert skulle hålla den genetiska mutationen ansvarig för Becketts symtom. Men när det inte heller avslöjade någon uppenbar gärningsman, rekommenderade en läkare vid University of California, Los Angeles, att familjen ansökte till Nätverk för odiagnostiserade sjukdomar , en studie som lanserades av National Institutes of Health för att hjälpa patienter med tidigare oidentifierade medicinska tillstånd.
Beckett antogs strax efter att studien öppnade hösten 2015, och förra året fick han ett helgenomsekvenseringstest. Helgenomsekvensering ger en avläsning av allt DNA på en persons kromosomer och har potential att identifiera nästan alla former av genetisk variation. Eric Edwards säger att med det här testet trodde han definitivt att de skulle få en diagnos.
Becketts genom sekvenserades av HudsonAlpha Institute of Biotechnology i Alabama, där en studie pågår för att jämföra exom- och genomsekvensering. Institutets pris för att sekvensera ett helt genom är cirka $6 500, medan sekvensering av ett exom kan kosta $5 000 till $5 500, säger Liz Worthey, en genetiker vid HudsonAlpha. Eftersom kostnaden har blivit så lika för båda testerna rekommenderar Worthey att patienter som inte har fått någon diagnos hoppar över exomet och går direkt till genomet.
Institutet tittade på hela genomen från 70 svårknäckta fall som tidigare hade fått exome-sekvensering utan att få svar. I 17 fall, eller cirka 24 procent, visade det fullständiga genomet en genetisk mutation som antingen var den definitiva eller troliga orsaken till patientens symtom. I 47 andra, eller cirka 67 procent, innehöll patienternas genom en ovanlig DNA-variant som inte kunde kopplas direkt till deras sjukdom.
Ofta i genomet hittar vi varianten, men den genen eller den regionen är helt enkelt inte associerad med sjukdom så vitt vi vet, så vi kommer inte att kunna säga något säkert, säger Worthey.
Analysen, som presenterades förra månaden vid det årliga kliniska genetikmötet i Phoenix, visade att helgenomsekvensering ibland kan ge en diagnos när tidigare helexomsekvensering inte kunde. Men det avslöjar också att arvsmassan fortfarande inte är väl förstådd och att forskarna ännu inte känner till alla förändringar i arvsmassan som kan orsaka sjukdomar.
Isaac Kohane, vid Harvard Medical Schools avdelning för biomedicinsk informatik, säger att människor som analyserar ett genom helt enkelt kan missa en orsak som ligger i klarsynt - en så kallad falsk negativ.
Vår förmåga att urskilja vad som faktiskt kan orsaka sjukdom är fortfarande ganska grov, säger Kohane. Så vi har en okänd falsk-negativ kurs.
Ett annat problem är att inte alla tolkningar av genomet är lika: olika forskargrupper kan analysera samma patients sekvenseringsresultat olika. Själva sekvenseringen automatiseras med en maskin och forskare använder speciell programvara och onlineverktyg för att sålla igenom de stora mängder data som produceras (se Internet of DNA ). Men inte alla forskare är lika skickliga på att analysera genomfiler, säger Kohane.
Precis som att få en biopsi på en knöl i ditt bröst förtjänar en andra åsikt för en cancerdiagnos, så gör omläsning av ett genom, säger Kohane.
Familjen Edwards har fortfarande några chanser att få en diagnos. Matthew Herzog, en studiekoordinator för nätverket för Undiagnosed Diseases vid UCLA, säger att forskare undersöker andra sätt att knäcka olösta fall, såsom RNA-sekvensering, som analyserar förändringar i hur DNA transkriberas. Det är också möjligt att replikera misstänkta DNA-förändringar hos möss och zebrafiskar för att se om de orsakar symtom som liknar de som ses hos en mänsklig patient.
Herzog och hans kollegor tror att de har identifierat en patient i Nya Zeeland som har samma symtom som Beckett. Om de kan få patientens genom sekvenserat kan det avslöja en DNA-mutation som båda barnen delar.
Men Eric Edwards erkänner att han och hans fru är vid den punkt där vi är beredda att vi kanske aldrig vet.