Big data analyserar hela arvsmassan på en gång

2017-11-29 07:05  

Barnet hann dö innan läkarna förstod vad han led av. Men när hans nyfödda lillebror visade samma symtom fanns ny teknik att ta hjälp av.

Ibland handlar det om dagar eller timmar. En patient kan hinna dö, eller drabbas av obotliga skador.

Misstänker läkaren att det handlar om en genetisk sjukdom finns svaret bland arvsmassans tre miljarder biokemiska byggstenar, kallade baspar.

– Med en traditionell hypotesbaserad metod får man testa sig fram, gen för gen. Och varje gång man testar en ny gen är det väldigt dyrt. En del patienter kan vara i vården i tio år eller längre innan de får en diagnos, säger Henrik Stranneheim, ansvarig bioinformatiker på Clinical Genomics, en del av forskningscentret Science for Life Laboratory i Solna.

På enheten finns teknik för att analysera hela arvsmassan, i ett enda test. Med metoden reduceras tre miljarder baspar till fem miljoner möjliga genetiska varianter. De sorteras och rankas av bioinformatiker med hjälp av algoritmer, och ger läkarteamet en rangordnad lista på vilka genetiska varianter som är mest troliga att orsaka sjukdomen hos patienten. Sedan tas ytterligare prover för att säkerställa diagnoserna.

Tidigare, när man undersökte en gen i taget, kunde läkare ställa diagnos i omkring 10 procent av fallen när det gäller genetiska sjukdomar. I dag ligger andelen på upp till 60 procent för vissa sjukdomsgrupper, när man har tillgång till alla gener i arvsmassan. Och det sker genom ett enda test, på mycket kortare tid – dessutom utan att det blir dyrare.

– Är det inte akut tar sekvenseringen och analysen cirka tolv dagar. Det akuta spåret tar fyra dagar. Vi har ett forskningsprojekt för att få ned det till under 24 timmar, säger Henrik Stranneheim.

Nu görs analyser av 1 000 prover per år. För en del patienter kan det vara livsavgörande att analysen kan göras snabbt, som när det handlar om nyfödda barn som insjuknar utan känd sjukdomshistoria i familjen.

Clinical Genomics startade 2014. Året innan föddes ett barn på Karolinska sjukhuset som efter några månader fick lägre grad av medvetande och fick krampanfall. Sedan dog han. Läkarna misstänkte hjärninflammation.

Något år senare fick familjen ett barn till. Först utvecklades barnet normalt. Men sedan började han uppvisa samma symtom som sin avlidna bror.

– Då insåg läkarna att det var en ärftlig sjukdom. Man hade sparat dna från det första barnet, och skickade det till oss. Det visade sig att det var fel på transporten av en viktig metabolit, som inte kunde ta sig in i mitokondrierna. Läkarna kunde påbörja behandling direkt, och barnet överlevde, berättar Henrik Stranneheim.

De mest akuta fallen kommer till enheten ett par gånger per år.

– Det kan vara skillnaden mellan liv och död. Varje timme kan vara viktig för att inte barnet ska få en irreversibel hjärnskada.

Henrik Stranneheim är teknologie doktor i molekylär bioteknologi, och ansvarig för att utveckla hur analysflödet ser ut för ett prov från att det kommer till Clinical Genomics till att föra diskussioner med läkare. I det ingår att utveckla egna programvaror för bionformatisk analys och för kontakt med behandlingsteam och sjukhus.

– Jag står mycket för den tekniska expertisen, med programmering och analys. Jag har ingen medicinsk bakgrund, men vi arbetar i multidisciplinära team där det bland annat ingår genetiker, barnläkare, neurologer och endokrinologer.

Clinical Genomics har bytts upp genom samarbete med Centrum för medfödda metabola sjukdomar på Karolinska universitetssjukhuset, CMMS, som är expertklinik för hela landet inom metabola sjukdomar. Samarbetet har sedan utvecklats till fler kliniker inom Karolinska.

En trappa upp på Clinical Genomics ligger laboratoriet där sekvenseringsmaskinerna finns. Utrustningen köptes in efter ett miljonstöd av Knut och Alice Wallenbergs stiftelse.

Dna-provet placeras i en kanal, en flödescell. Åtta prov får plats bredvid varandra. Flödescellen förs in i maskinen. Varje analys av ett så kallat helgenom, som innefattar en persons hela arvsmassa, läses av i medeltal 30 gånger, kräver cirka 120 gigabyte i datamängd.

Henrik Stranneheim förklarar i mycket grova drag hur processen går till.

– Genomet slås sönder i småbitar, och alla bitar läses av i sekvenseringen. Sedan plockas alla bitar ihop igen i datorn med ett mänskligt referensgenom som förebild. Algoritmernas uppgift är att hitta den bästa placeringen av varje enskild genomisk småbit. När matchningen är klar börjar vi titta på skillnaderna i vår patient jämfört med referensgenomet. Det brukar vara cirka fem miljoner olika varianter.

Bioinformatikerna tar sedan redan på allt de kan om varianterna, som hur vanliga de är i den relevanta populationen, om de har en känd koppling till sjukdom och vilka symtom de ger upphov till. En matematisk modell prioriterar bland varianterna för att se vilka som är mest sannolika att vara sjukdomsframkallande.

Det tekniksprång som sekvenseringsmetoderna innebär har gjort det lättare att diagnostisera sällsynta genetiska sjukdomar. Men för att kunna utnyttja alla möjligheterna som tekniken ger vill man kunna dela data både nationellt och internationellt.

– Vi behöver ha en nationell databas, och globala nätverk för datadelning.

Det finns sjukdomar som har hittats endast i ett par familjer i världen.

– Det skulle hjälpa väldigt mycket när vi analyserar en patient med en okänd sällsynt sjukdom om vi har tillgång till fler familjer runt om i världen med samma okända sjukdom.

Den typ av analys som sker på Clinical Genomics i Solna sker på flera håll i världen. Men än så länge finns regelverk som hindrar att Sverige är med och delar information. Nästa år träder EU:s nya dataskyddsförordning GDPR i kraft, och det är oklart hur förordningen kommer att påverka möjligheten att dela data.

Under tiden har Clinical Genomics verksamhet på bara några få år gått från forskning till vardag.

– Det här är numera ett rutintest i den svenska sjukvården. Det har förändrat hur vi bedriver sjukvård kring ärftliga sjukdomar, och gett oss bättre möjligheter att förstå på molekylär nivå vad som orsakar en sjukdom hos en patient, säger Henrik Stranneheim.

Labbet gör 1 000 dna-analyser om året

En enhet inom Science for Life Laboratory. Har avancerad utrustning för avläsning och analys av en människas hela arvsmassa. Erbjuder forskningsmöjligheter och utför patientanalyser åt sjukvården. Utför 1 000 dna-analyser per år. 25 anställda ska öka till 30 under 2018.

Science for Life Laboratory är ett nationellt center för forskning inom molekylära biovetenskaper. Bedriver egen forskning och bistår forskargrupper med expertis och utrustning.

Drivs av Karolinska institutet, Kungliga Tekniska högskolan, Stockholms universitet och Uppsala universitet. Har lokaler i Solna och Uppsala, med satellitverksamhet i Göteborg, Lund och Umeå. 400 anställda och 150 anslutna forskargrupper.

Anna Orring

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Dagens viktigaste nyheter

Aktuellt inom

Debatt