Медики синхронно проследили за патогенами и динамикой рака

Американские онкологи и педиатры протестировали методику секвенирования внеклеточной ДНК для синхронного мониторинга лейкемии и сопутствующего патогенного инфицирования у детей с острым лимфобластным лейкозом. Благодаря этому болезненные биопсии костного мозга можно будет частично заменить обычным забором крови. Результаты исследования опубликовали в журнале Science.

Острый лимфобластный лейкоз  — онкологическое заболевание системы кроветворения, характеризуется неконтролируемым размножением незрелых лимфоидных клеток — лимфобластов. Оно поддается химиотерапии, но часто возвращается.

Лечение рака начинается с индукционной терапии – первого подобранного варианта, направленного на снижение количества раковых клеток и стимуляцию ремиссии. В случаях индукционной химиотерапии и ее иммуносупрессивного эффекта патогены активно атакуют ослабевающие организмы пациентов, а осложнения вызванных ими заболеваний становятся наиболее распространенной причиной смерти, спровоцированной лечением.

Секвенирование ДНК может использоваться для раннего выявления онкологических заболеваний, прогнозирования течения и подбора индивидуальной схемы лечения. Например, полногеномное секвенирование используют для анализа полной последовательности ДНК с целью сбора информации о всех генетических изменениях, которые могли привести к развитию заболевания. Для секвенирования геномной ДНК используется биоматериал, извлеченный непосредственно из опухоли при биопсии — в случае с лейкозом, игла вводится внутрь кости для сбора клеток и межклеточного вещества костного мозга. Другой вариант (жидкая биопсия) заключается в стандартном заборе крови для последующего анализа внеклеточной ДНК.

Внеклеточная ДНК представляет собой небольшие полинуклеотидные фрагменты, свободно плавающие в межклеточных пространствах и плазме крови. Она образуется вследствие выброса во вне содержимого погибающих клеток, а также включает в себя ДНК патогенов, инфицирующих организм. Циркулирующая опухолевая ДНК — подвид внеклеточной, считается биомаркером для предсимптомного выявления онкологии и мониторинга динамики заболевания.

Исследовательская группа из Стэндфордского университета и педиатрической больницы Святого Иуды под руководством Валентина Барсана (Valentin Barsan) использовала панели гибридного захвата для анализа внеклеточной ДНК детей с острым лимфоблаcтным лейкозом, проходящих курс индукционной терапии. Это метод целевого секвенирования нового поколения, в котором биотинилированные зонды используют для селективного связывания с интересующими участками ДНК, затем вытягивая комплекс магнитном.

Для изучения ДНК инвазивных микроорганизмов и сравнения потенциальных резервуаров мутаций генов, связанных с лейкемией, исследователи собрали фрагменты ДНК из крови и костного мозга. Всего было секвенировано 168 образцов, собранных у 20 детей с острым лимфобластным лейкозом в течение шестинедельного курса индукционной химиотерапии.

Группа провела идентификацию и количественную оценку нечеловеческой ДНК в плазме. Выяснилось, что путем целевого секвенирования  ДНК, найденной в крови, можно быстро обнаружить редкие патогены, которые находятся вне зоны клинического обнаружения классической микробиологической диагностики.

При сравнении образцов ДНК здоровых детей и пациентов с лейкозом выявились различия в доминирующих видах микроорганизмов. Например, ДНК бактерий из рода Ralstonia нашли во всех здоровых образцах, но только в одной копии ДНК одного пациента с лейкемией, а представители рода Cutibacterium были обнаружены в большинстве образцов тестируемой группы, но ни в одном из здоровых. Помимо бактерий, в образцах пациентов были найдены ДНК вирусов из семейств Herpesviridae, Polyomaviridae, Parvoviridae и Anelloviridae, однако значительных различий с контрольными образцами замечено не было.

На момент постановки диагноза, средний выход внеклеточной ДНК плазмы крови и межклеточного пространства костного мозга были подобны (85 и 75 нанограмм соответственно). Концентрация внеклеточной ДНК в плазме стремительно увеличилась в течение первых нескольких дней, а в соединительнотканных участках костного мозга достигла пика только на пятнадцатый, что свидетельствует о более длительном процессе отмирания клеток костного мозга, сравнительно с лейкозными клетками в плазме крови.

Затем исследователи провели анализ частоты встречаемости мутационных аллелей среди всех перекрытий в тестируемых локусах. Стволовые мутации (определяемые частотой аллели > 0,25) выявились в генах NOTCH1, NRAS, KRAS, JAK2, NF1 и ADGRL2.

Сравнение результатов данных из клеток костного мозга и плазмы циркулирующей крови дало понять, что нет необходимости проводить болезненные биопсии костного мозга для анализа небольших геномных фрагментов, поскольку аналогичные варианты присутствуют во внеклеточной ДНК из плазмы крови.

Таким образом можно частично заменить регулярную биопсию на обычный забор крови для последующего секвенирования внеклеточной ДНК. Помимо того, что процедура менее болезненна, параллельное выявление патогенов до развития клинически значимой симптоматики может увеличить шанс на победу детей с лейкемией в борьбе с инфекциями.

Секвенирование ДНК помогает выявлять не только рак, но и другие патологии. Ранее мы рассказывали, как неврологи тестировали полногеномное секвенирование ДНК в качестве метода диагностики наследственных неврологических заболеваний.

Василиса Костина