Potilasopas. 12 Mitä Genetiikan Laboratoriossa Tapahtuu?

Transkriptio

1 12 Mitä Genetiikan Laboratoriossa Tapahtuu? ei halua, että hänen näytettään käytetään näihin tarkoituksiin. Kuten muutkin lääketieteelliset näytteet, DNA katsotaan osaksi potilaan potilasasiakirjoja, joten sitä säilytetään luottamuksellisesti. Siihen pääsee siis käsiksi vain asiaankuuluvan terveydenhoidon ammattilaisen kautta. Jotkut ovat huolissaan siitä, että poliisi pääsisi käsiksi heidän DNA:hansa. Tätä pyydetään äärimmäisen harvoin. Jos poliisi haluaisi päästä käsiksi genetiikan laboratoriossa olevaan DNAnäytteeseen (tai mihin tahansa osaan potilasasiakirjoista), tämä on mahdollista vain oikeuden määräyksellä. Tämä vihkonen on kehitetty seuraavien tahojen avustuksella: Dr Ian M Frayling, Institute of Medical Genetics, University Hospital of Wales, Cardiff, UK; Dr Domenico Coviello, Laboratory of Medical Genetics, Fondazione IRCCS, Milan, Italy ja The Genetic Interest Group. Kääntänyt Tiina Lund-Aho. Toukokuussa 2009 Tätä työtä tuki EuroGentest, joka on Euroopan yhteisön tutkimuksen kuudennen puiteohjelman rahoittama verkosto. Kuvat: Rebecca J Kent rebecca@rebeccajkent.com Potilasopas

2 2 Mitä Genetiikan Laboratoriossa Tapahtuu? Voiko tulos olla väärä? 11 Tämä vihkonen kertoo, mitä näytteelle tapahtuu, kun se lähetetään genetiikan laboratorioon. Käsiteltävät pääkohdat ovat: laboratoriossa käytetyt erilaiset geenitutkimusmenetelmät, miksi jotkin tutkimukset kestävät niin kauan ja toiset taas valmistuvat nopeasti, miksi laboratoriossa ei joissain tapauksissa saada tulosta. Geenitutkimuksista vihkosesta saat tarkempaa tietoa siitä, miksi osallistuisit geenitutkimukseen. Mikä geenitutkimus on? Useimmissa geenitutkimuksissa käsitellään DNA:ta, solujemme kemikaalia, joka ohjaa elimistömme kasvua, kehitystä ja toimintaa. DNA on nauha, jossa koodatut viestit muodostavat erityisiä ohjeita, geenejä. Ihmisellä on erilaista geeniä järjestyneinä rihmamaisiin rakenteisiin, kromosomeihin. Kromosomit periytyvät vanhemmilta, 23 äidiltä ja 23 isältä, joten meillä on kaksi 23 kromosomin sarjaa eli 23 paria kromosomeja. Jos ajatellaan, että genetiikka on elämän kirja, niin DNA on sen kirjaimet, geenit ovat sanoja ja kromosomit kappaleita. Koska geenitutkimuksilla on hyvin tärkeä merkitys yksilölle ja hänen sukulaisilleen, tutkimuksia käsitellään erittäin huolellisesti. Lukuisat vaiheet varmistavat, että tulos on oikea. Vaikka monet tutkimuksen vaiheet tehdään koneellisesti, geneetikko tarkistaa aina tulokset. Usein tulos vielä varmistetaan uudella tutkimuksella. Näytteiden sekaantuminen on estetty monin menettelytavoin. Monet laboratoriot osallistuvat lisäksi laadunvarmistuskierroksiin, mikä varmistaa niiden tekevän hyvälaatuisia ja luotettavia geenitutkimuksia. Mitä näytteelleni tapahtuu tutkimuksen jälkeen? Laboratorio yleensä säilyttää DNA:n ja mahdollisesti myös kromosominäytteet, paitsi jos potilas vaatii niiden hävittämistä. Laboratorio kertoo mielellään potilaalle näytteestä, ja potilas voi milloin vain pyytää näytteen hävittämistä tai palauttamista. Toisten sairauksien geenitutkimuksia ei tehdä ilman potilaan suostumusta. Kun uusia paranneltuja tutkimuksia kehitetään, laboratoriot voivat tehdä säilytetyille näytteille näitä tutkimuksia, jos niihin on annettu suostumus. Näin sekä potilaat että lääkärit voivat olla varmoja, että ajanmukaisimmat tutkimukset ovat käytettävissä. L a boratoriot v o ivat k ä y t t ä ä anonymisoituja DNA-näytteitä uusien tutkimusten kehittämiseen, tai jakaa niitä osana laadunvarmistuskierroksia, paitsi jos näytteen antaja

3 10 Miksi jotkin tutkimukset kestävät kauan ja toiset taas valmistuvat nopeasti? Kuva 1: Geenit, kromosomit ja DNA 3 Jos laboratoriossa tiedetään tarkkaan, mitä mutaatiota etsiä, koska jollakulla muulla sukulaisella on sama sairaus, tai koska tiedetään, mitä geenin aluetta tutkia, on laboratorion tehtävä paljon helpompi. Silloin tutkimus voi valmistua viikossa tai kahdessa. Jos taas suvun mutaatio ei ole tiedossa, tai jos sairauteen liittyviä geenejä on useampia, tarvitaan tuloksen saamiseksi enemmän työtä. Geenin yhteen alueeseen keskittymisen sijaan laboratorion on ehkä käytävä läpi koko geeni, tai jopa useampia geenejä. Tämä voi olla hyvin pitkä prosessi, ja kestää useita kuukausia, riippuen mm. kyseessä olevan geenin koosta ja laboratorion käytettävissä olevista resursseista. Esimerkiksi Duchennen lihasdystrofia johtuu mutaatioista dystrofiini-geenissä, joka on yksi pisimmistä tunnetuista geeneistä. Mahdollisia mutaatioita on tuhansia, joten tietyssä suvussa esiintyvän mutaation paikallistaminen voi olla hyvin pitkä ja työläs prosessi. Sen sijaan Huntingtonin tautia aiheuttavat mutaatiot ovat aina samalla pienellä huntingtiini-geenin alueella. Siksi laboratoriossa tiedetään tarkkaan, mistä etsiä, joten tutkimus on melko helppo ja huomattavasti nopeampi. DNA:n laatu on myös tärkeä tekijä. Joskus laboratorion on ensin tutkittava kuolleen ihmisen DNA:ta löytääkseen tietyn mutaation. Jos kuolleen ihmisen DNA on huonolaatuista, mutaation etsimiseen voi mennä kaksin- tai kolminkertainen aika. Joissakin tapauksissa tutkimusta ei voida viedä loppuun, koska DNA:ta ei ole tarpeeksi. Geenien ja kromosomien muutoksia kutsutaan mutaatioiksi. Mutaatio on kuin kirjoitusvirhe, tai lauseen sanajärjestyksen muutos. Mutaatiot ovat hyvin yleisiä, ja me kaikki kannamme joitakin sellaisia. Mutaation vaikutus voi olla hyvä tai huono, tai sillä ei ole välttämättä mitään vaikutusta. Vaikutus riippuu mutaatiosta itsestään, ympäristötekijöistä, sattumasta tai muiden geenien mutaatioista. Mutaatiosta on haittaa, jos se johtaa siihen, että geeni tai kromosomi ei anna elimistölle oikeanlaisia ohjeita. Sen vuoksi geenitutkimuksilla etsitään mutaatioita tietystä geenistä tai kromosomista. Tutkimukset tehdään yleensä verinäytteestä, joskus myös muista kudoksista. (Joissain tapauksissa sylkinäytteestä voidaan saada DNA:ta. Yleensä tutkimukseen kuitenkin tarvitaan suuri määrä hyvälaatuista DNA:ta, joten verinäyte sopii tarkoitukseen parhaiten). Potilaalta otetaan näyte, joka lähetetään laboratorioon, jotta geenit tai kromosomit voidaan analysoida.

4 4 Perinnöllisyysklinikoilla on yleensä oma genetiikan laboratorionsa. Koska erilaisten sairauksien geenitutkimuksia on kuitenkin hyvin paljon, kaikissa laboratorioissa ei tehdä kaikkia tutkimuksia. Tämä koskee varsinkin harvinaisempia perinnöllisiä sairauksia. Siksi näyte saatetaan lähettää toiseen laboratorioon, joka on erikoistunut siihen tutkimukseen, jonka lääkäri haluaa tehtävän. On hyvä muistaa, että geenitutkimus antaa yleensä tietoa vain siitä sairaudesta, jota tutkimus koskee. Ei ole olemassa yleistä k a i k k i en perinnöllisten s a i rauksien tutkimusta. Perinnöllisyysklinikan teettämän geenitutkimuksen tarkoitus on antaa tietoa yksilön tai perheen terveydestä. Perinnöllisyysklinikat eivät yleensä tilaa tutkimuksia muihin tarkoituksiin, kuten isyyden selvittämiseen, vaikka tällainen tieto saattaa joskus paljastua tutkimuksen yhteydessä. 9 Joissakin tapauksissa laboratorio ei tiedä, aiheuttaako mutaatio sairautta vai ei. Tämä voi johtua siitä, että DNA-koodin muutos on hyvin vähäinen. Tällaisia mutaatioita kutsutaan luokittelemattomiksi varianteiksi ja tällaisen tuloksen saaminen voi olla turhauttavaa kaikille asianosaisille. On kuitenkin hyvin tärkeää, että laboratorio ei väitä, että mutaatio on haitallinen silloin kun se ei sitä ole, koska se voisi johtaa jonkun ihmisen virheellisen diagnoosin saamiseen. Löytääkö laboratorio aina mutaation? Joskus ongelman syyn selvittämiseksi tehdään geenitutkimus, mutta mutaatiota ei löydy. Genetiikan Laboratoriot Tähän on monta syytä: Genetiikan laboratorioita on kahdenlaisia. Toisessa tutkitaan geenejä ja toisessa kromosomeja. 1) Sytogenetiikka Jos lääkäri epäilee, että sairaus johtuu jonkin kromosomin muutoksesta, hän pyytää sytogenetiikan laboratoriota tutkimaan p o t i l a a n k r o m o s o m i t. Tutkimuksessa voidaan käyttää esimerkiksi veri-, iho-, lapsivesitai istukkanäytettä. Ensin soluja v i l j e l l ä ä n. S i t t e n s o l u t kiinnitetään mikroskooppil a s e i l l e j a k r o m o s o m i t värjätään, jotta ne näkyvät paremmin. Joskus geenitutkimuksessa tutkitaan vain yleisimmät tiettyä sairautta aiheuttavat mutaatiot. Jos potilaan mutaatio on hyvin harvinainen, laboratorio ei ehkä löydä sitä. Kaikki perinnöllisiä sairauksia aiheuttavat geenit eivät ole vielä tiedossa. Potilaalla ei ehkä olekaan sitä sairautta, mikä hänellä vaikuttaa olevan, ja siksi laboratoriossa ei ehkä tutkita oikeaa geeniä. On hyvä muistaa, että geenitutkimusmenetelmät ja genetiikan tietämys edistyvät nopeasti. Sen vuoksi, vaikka mutaatiota ei nyt löytyisikään, on mahdollista, että tulevaisuudessa se voidaan löytää uusien menetelmien avulla.

5 8 Kuinka laboratorio tietää, onko mutaatio haitallinen? Kuva 2: Kromosomit mikroskoopilla katsottuna 5 Tämä on hyvin tärkeä kysymys. Genetiikan laboratorioilla on sanonta kuka vain voi löytää mutaation, mutta kaikki eivät osaa tulkita sitä. Mutaatioiden vakavuustaso vaihtelee, ja mutaation vaikutuksen tietäminen vaatii asiantuntemusta sairaudesta ja geenistä tai kromosomista, ja pikkutarkkuutta yksityiskohtien suhteen. Miten laboratorio siis tietää, onko mutaatio hyvä vai paha, vai onko sillä vaikutusta laisinkaan? On ensiarvoisen tärkeää, että asiantuntija, kuten perinnöllisyyslääketieteen erikoislääkäri, on tutkinut potilaan ja tutustunut tämän sukupuuhun sekä mahdollisesti myös muiden tutkimusten tuloksiin. Näin lääkäri saa vihjeitä siitä, mitä geeniä tai kromosomia kannattaa tutkia. Jos lääkäri esimerkiksi epäilee, että potilaalla voisi olla haurashermo-oireyhtymä, koska potilaalla on taudin oireita ja hänen sukulaisillaankin on tautia esiintynyt, hän otattaa potilaasta näytteen ja lähettää sen tutkittavaksi laboratorioon. Perinnöllisyyslääketieteen erikoislääkäri kertoo laboratoriolle potilaasta ja hänen sukulaisistaan kaikki oleelliset tiedot, ja pyytää laboratoriota etsimään haurashermo-oireyhtymää aiheuttavia mutaatioita. Jos laboratoriossa löydetään mutaatio, jonka tiedetään aiheuttavan haurashermo-oireyhtymää, potilaan sairaus varmistuu. Joskus lapsella on perinnöllinen sairaus, mutta kummallakaan vanhemmista ei ole sairautta aiheuttavaa mutaatiota. Silloin on todennäköistä, että taudin taustalla oleva mutaatio on syntynyt lapsen hedelmöityksen aikaan ensi kertaa. Tällaista mutaatiota sanotaan de novo - (latinaa: uudesta ) tai uudeksi mutaatioksi. Sytogeneetikko tarkistaa ensin kromosomien lukumäärän. Jotkin sairaudet johtuvat kromosomien lukumäärän muutoksesta. Yksi tavallisimmista tällaisista sairauksista on Downin oireyhtymä. Downin oireyhtymää sairastavilla on yleensä soluissaan yksi ylimääräinen kromosomi. Sytogeneetikko tarkistaa myös kromosomien rakenteen. Kromosomin rakenteen muutos tapahtuu, kun kromosomi katkeaa ja osat järjestyvät uudella tavalla; tähän voi liittyä kromosomimateriaalin lisääntymistä tai häviämistä. Nämä muutokset voivat olla niin pieniä, että niitä on vaikea havaita. Fluoresenssi in situ hybridisaatio (FISH) menetelmää voidaan joskus käyttää havaitsemaan muutoksia, jotka ovat niin pieniä, ettei niitä nähdä mikroskoopilla, tai tarkistamaan pieniä muutoksia, jotka on nähty mikroskoopilla.

6 6 Kuva 3: Kromosomit aseteltuna järjestykseen: karyotyyppi 7 Toisin kuin kromosomeja, DNA:ta ei voi nähdä mikroskoopilla. Molekyyligenetiikan laboratoriossa DNA eristetään soluista, ja DNA:ta käytetään erityisissä kemiallisissa reaktioissa, jotta kiinnostuksen kohteena olevan geenin koodi pystytään lukemaan. Mutaatioita voidaan havaita monin eri menetelmin. Yksi yleinen tapa on DNA:n sekvenssin eli kirjainten järjestyksen tarkistaminen, sekvensointi. Kuva 4: DNA:n sekvensointi: Huomaa ero! Sytogeneettinen tutkimus voi kestää pitkään. Soluja täytyy ensin viljellä, ja siihen menee ainakin viikko. Mikroskooppilasien valmistamiseen ja kromosomien analysoimiseen yksi kerrallaan saattaa mennä toinen viikko tai ylikin. 2) Molekyyligenetiikka Jos lääkäri epäilee, että sairaus johtuu geenin muutoksesta (mutaatiosta), hän pyytää molekyyligenetiikan laboratoriota tutkimaan tietyn geenin DNA:n. DNA:n sisältämät ohjeet on kirjoitettu neljän kirjaimen koodilla: A, C, G ja T. Molekyyligenetiikan laboratoriossa voidaan selvittää tietyn geenin koodin tarkka sekvenssi eli kirjainten järjestys, jotta nähdään, onko siinä muutoksia, kirjoitusvirheitä. Yksittäinen geeni voi koostua jopa yli DNA-koodin kirjaimesta. Molekyyligeneetikko osaa lukea koodin läpi ja löytää siitä muutokset. Jos geeni ei näiden muutosten takia anna elimistölle oikeanlaisia ohjeita, ne voivat johtaa perinnölliseen sairauteen. Normaali sekvenssi Potilaan sekvenssi Tässä on lyhyt pätkä erään geenin koodia. Jos näet kuvan väreissä, huomaat, että jokainen DNA-koodin kirjain on eri värinen. Vasemmanpuoleisessa kuvassa on normaali sekvenssi, oikeanpuoleisessa potilaan sekvenssi. Vasemmanpuoleisessa kuvassa jokaista kirjainta edustaa yksi piikki. Oikeanpuoleisessa kuvassa kuitenkin nähdään, että tällä potilaalla on kaksi piikkiä samassa paikassa, G (musta viiva) ja C (sininen viiva). Se kertoo, että potilaalla on tässä kohdassa mutaatio kromosomiparin toisessa kromosomissa.