TIBBİ GENETİK VE YENİ NESİL TEKNOLOJİLER

Şu anda genetik hastalıklarının bir kısmını önceden tahmin edebiliyoruz ancak burada altın kural, var olan hastalığın genetik olarak aydınlatılmış olması. Ne yazık ki genetik olarak aydınlatılmamış hiçbir hastalığın genetik olduğu kanısına hiçbir şekilde varamıyoruz. Şu anda yaşadığımız dönemde öncelikli olarak hastaların genetik kökenini aydınlatmaya çalışıyoruz. Bunda başarılı olduğumuz alanlar var ancak her alanda olduğu gibi önce en kolay çözülebilen hastalıkları çözdük. Ne yazık ki şu anda elimizde kalanlar multifaktöriyel, daha fazla insanı ilgilendiren astım, diyabet ve kanser hastalıkları. Bu konuda henüz çok başarılı olduğumuz söylenemez, bu hastalıklara yaklaşım konusunda genetik biliminin kat etmesi gereken çok yol var. Genetik kökeni aydınlatılmış hastalıklarla ilgili genetik alanı başarılı bir şekilde ilerliyor.

Kullanılan yöntemleri ele alacak olursak; günümüzde DNA ile ilgili teknolojiler ağırlıklı olarak kullanılan yöntem olarak öne çıkıyor. DNA ile ilgili teknolojiler içinde de dizi analizi yoğun olarak kullanılıyor. Genetikteki esas kırılma DNA dizi analizinin keşfidir. İnsan genom projesi sayesinde insanın normal dizisinin ortaya çıkartılması ile hastalığa neden olan genin dizisi ortaya konulmuş oldu. Biz de bunları sekanslayarak, dizi analiz yöntemiyle ortaya çıkartabiliyoruz. Şu an altın standart yöntemimiz DNA temelli uygulamalarda dizi analizi yöntemi. Bu yöntemin verimliliğine baktığımızda, verimli olduğunu söyleyebiliriz fakat dünyada yaygın olarak kullanılmıyor olması, birçok kişinin genetiğine olan erişimin kısıtlı olduğunu düşünürsek bu noktada verim konusunda da bir eksiğimiz olduğu gözleniyor.

YENİ NESİL SEKANSLAMA İŞLEMLERİ VE VERİLERİN ANALİZİ

Eski nesil dizi analizi olarak bildiğimiz Sanger dizi analizi modeli, teknolojimizin altın standartı. Bunun sebebi de Sanger dizi analizindeki hata modellerini bilmemiz. Yani burada sistem bir hata yaptığın datanın kaynağını bilebiliyoruz. Yeni nesil teknolojilerde ise hata modelleri konusunda hala ilerlememiz gereken yol var. Yeni neslin hayatımıza getirdiği fark şu: Bu teknoloji sayesinde çok sayıda hastanın çok sayıda gen bölgesini kısa sürede analiz edebiliyoruz. Sangersekanslamanın reaksiyon başı işlem süresi yeni nesil dizi analizden çok kısa olsa da kümülatif olarak baktığımızda yeni nesil dizi analizi bize inanılmaz bir hız ve hasta sayısı analizi açısından avantaj getirdi. Veri analizi bölümü teorik olarak zor gibi gözükse de, hasta başına ayrılan analiz süresi Sangersekanslamanın analiz süresinden çok daha kısa. Yani yeni nesil ve eski nesili bu anlamda karşılaştırırken şuna dikkat etmek gerekiyor: 100 tane hastayı analiz etmek için harcadığımız süre Sanger sekansta ne kadar, yeni nesil dizi analizde ne kadar?

Burada şöyle bir örnek verebilirim: Yeni nesil dizi analize başlamadan önce biz bir yılda 600 hastaya dizi analizi yapıyorduk ancak yeni nesil teknolojiye geçtikten sonra bu sayının yıllık 16000 olmasını bekliyoruz. Bunu sağlayan şeyde yeni nesil dizi analiz yönteminin bize getirdiği hız. Tabii ki 16000 hastayı analiz ettiğimiz için analiz ettiğimiz veride çok fazla boyuta geldi ama hala bu laboratuvarın kapasitesi 16000’in üzerinde hastayı analiz edebilecek altyapıyı içeriyor.

Biz bu süreci hatasız yürütmek için şöyle bir yol izliyoruz:

Öncelikle eski nesil teknolojiden yeni nesil teknolojiye geçerken, 400 örneği karşılıklı kontrol ederek bu sisteme geçiş yaptık. Böylece yeni teknolojinin artılarını ve eksilerini çok daha net olarak görmüş olduk. Buradan gelen tecrübe, bu süreçte hatasız olarak yol almamızı sağladı. Yeni nesil dizi analizi sayesinde yılda 20–30 bin örneğe sonuç veriyoruz. Buradan gelen tecrübe de hatasız olarak bu süreci yönetmek konusunda bize çok önemli bir yol gösteriyor.

DNA DİZİLEME İŞLEMİ SIRASINDA, KULLANICILARIN DİKKAT ETMESİ GEREKEN ÖNEMLİ AŞAMALAR

DNA dizi analizi yönteminde yeni veya eski yöntem farkı gözetmeksizin aslında birinci ve ikinci jenerasyon dizi analizinin ortak basamaklar kullandığını görebilirsiniz. Her iki yöntem de öncelikle bir örnek hazırlama basamağı içeriyor, İkinci olarak sekanslama basamağı ve üçüncü olarak da sonuçların analiz basamağını içeriyor. Bunlar bir ve ikinci jenerasyon sistemleri arasında değişmedi. Bu soruya iki sistem içinde cevap verebiliriz.

Öncelikle her iki sistemde hedef zenginleştirme basamağı ile başlıyor. Hedef zenginleştirme basamağı DNA’nın analiz edilmek istenilen bölgesinin, diğer bölgelerden ayrılması demek. Bu noktada PCR işlemi çok temel bir hedef zenginleştirme yöntemidir. Çok ucuz, nispeten yavaş ama son derece doğru bir hedef zenginleştirme yöntemidir. Temel olarak PCR işleminde dikkat edilmesi gereken her husus DNA dizi analizinde de dikkat edilmesi gereken husus anlamına gelir.

Yeni nesil dizi analizi, terzi dikimi bir elbise almak gibidir. Laboratuvarın ihtiyaçları, hasta sayısı, çalıştığı genlerin sayısı, hizmet verdiği hasta popülasyonu yapılan dizayn için büyük bir öneme sahiptir. Örneğin; hasta sayınız çok çeşitli ise panel dizaynlarını tercih etmeyebilirsiniz ama belirli bir grup hastadan çok yoğun olarak geliyorsa panel dizaynlarını tercih etmeniz çok daha iyi bir olasılıktır.

Örnek hazırlama basamağında yeni nesilde dikkat etmemiz gereken noktalarda var. Bu da şuradan kaynaklanıyor; örnek hazırlama basamağı, örneğin bazı panel çalışmalarında bir buçuk günü bulabiliyor. Her basamağın hatasız olarak, düzgün yapılması çok önemli. Çünkü finalde ortaya çıkacak veriyi tamamen bu belirliyor.

Bir diğer dikkat edilmeyen nokta da şu: Normalde Sanger dizi analizinde çok dikkat etmediğimiz bir konu örnek konsantrasyonu; yeni nesil dizi analizinin hemen hemen her basamağında örneklerin tekrar konsantrasyonunu ölçüp, eşit miktarda örneğin sisteme girilmesi gerekiyor bu da finalde elde edilecek başarıyı etkileyen en önemli faktörlerden bir tanesi. Bir de genel olarak, yeni nesil dizi analizi için değil tüm sistemler için sistemin teorik olarak nasıl çalıştığının, ne tür data verdiğinin, sistemin çıktısının ne olduğunun teoriğinin çok iyi çalışılması gerekiyor ki; oluşması muhtemel hatalarda ne tür reaksiyon verileceği bilinebilsin.

YENİ NESİL SEKANSLAMA SİSTEMLERİ

Yeni nesil sistemlerin getirdiği esas avantaj zaman ve maliyet avantajı. Bunun dışında birçok avantajı var ancak hayatımıza bu kadar çabuk girmesinin sebebi bu kadar pratik iki tane faydasının olması. Biraz önce de söylediğim gibi yaklaşık üç yıl içinde biz çok sayıda hastayı analiz eden bir bölümdük, bu sistemler geldikten sonra kabaca 20 kat daha fazla hastayı analiz edebilir hale geldik, maliyette buna orantılı olarak düştü.

Normal şartlarda bu kadar yüksek volümlü testleri yaptığınız zaman maliyetin yüksek olması beklenir ancak en büyük avantaj hasta başı maliyetin oldukça düşük olmasıdır. Burada şunu da unutmamak lazım: Yürütme başı maliyet örneğin yüzlerce hasta da yürütüyor olsanız bir yürütme başı maliyet oldukça yüksek; bu nedenle tecrübenizin çok iyi olması gerekiyor, sistemi çok iyi tanıyor olmanız gerekiyor, kitleri çok iyi bilmeniz gerekiyor, hatasız bir yürütme yapmanız gerekiyor.

Burada bir avantajımızda, kullandığımız sistemlerin iyi bir şekilde optimize olmuş olması. Sistem neredeyse hata yapmanıza izin vermiyor, hata yapsanız bile oldukça iyi kalitede sonuçlar alabiliyorsunuz bu da bence sistemin en büyük artılarından.

Daha önce yapamadığımız birçok test vardı. Özellikle Illumina’nın hazır panelleri sayesinde daha önce çalışmayı düşünmediğimiz çok sayıda geni; çok sayıda hastada, çok hızlı bir şekilde analiz edebilir hale geldik. Bu sistemler sayesinde; yeni genler bulabildik, hastalarımızın 2700–4800 arasında genine tek seferde bakabilir hale geldik ki bunları eski nesil teknolojide yapabileceğimizi düşünmediğimiz çalışmalardı.

GEN PANELLERİNİN ÖZELLİKLERİ VE AVANTAJLARI

Yeni nesil teknolojilerin getirdiği en büyük avantajlardan birisi gen panelleridir. Gen panelleri ayrıca tıbbi genetiğin gittiği en önemli alanlardan da birisi.Geçtiğimiz günlerde konuyla ilgili bir tartışma da yapıldı. Hatta Amerika’da ki kongrelerde de tartışıldı;“Gen paneli mi yapalım, Ekzom mu yapalım?”

Burada bir miktar bu sistemlerin nasıl çıktılar olduğunu, ne maliyetle çıktılar verdiğinden bilginiz olması gerekiyor.Illumina’nın bu kadar yaygın olarak kullanılmasının altında yatan sebeplerden biriside gen panelleridir. Çünkü son derece optimize, işe yarayan ve hastaya pratik sonuçlar verebildiğimiz gen panelleri var.

Gen panellerinin maliyetinin düşük olması, kısa sürede çalışabilmemiz ve en önemlisi analiz sırasındaki optimize programlar sayesinde hızlıca sonuç vermemiz, bizi oldukça ileriye taşıyor.Yine gen panellerinden örnek vermemiz gerekirse, biz burada TruSight’ın hemen hemen tüm panellerini kullanıyoruz veTruSight’ın kalıtsal hastalıklar paneli bizim gibi akraba evliliğinin yüksek olduğu ülkelerde sık gözlediğimiz metabolik hastalıkların tek seferde taranmasına izin veren bir panel. Burada her ay bu panelleri rutin olarak çalışıyoruz ve daha önce test yapamadığımız için yurtdışına giden birçok hastanın testini biz burada kendimiz yapar hale geldik.

Yeni nesil sistemin bence en büyük avantajı artık her laboratuvar global bir laboratuvar gibi hemen hemen her testi yapabiliyor hale geldi.Bunların dışında kanser panelini rutinde çok sık kullanıyoruz. Bu da özellikle herediter kanserler gibi NeurofibromatosisTuberoussclerosis gibi çok büyük olup daha önce çalışamadığımız kanserlerin, heredital tablolarının analizi konusunda bize büyük oranda yardımcı oluyor. Yinefankoni anemisi bilinen 15-16 geni olan çok kompleks bir hastalık, bu paneller sayesinde çok güzel bir fankoni serimiz oldu.

Burada en önemli noktalardan bir tanesi, sistem gereklerini yerine getiriyor ancak bu sistemleri kullanan kişilerin hasta seçimine çok dikkat etmesi gerekiyor. Mutlaka bir ön tanıyla olgunun gelip panele alınması gerekiyor. Örneğin biz, kalıtsal hastalıklar paneline hasta alırken ya bu hastalar bizim metabolizma konseyimizde tartışılarak geliyor ya da biz aile öyküsünü çokiyi bildiğimiz, klinik değerlendirmesi yaptığımız olguları tek tek bu panellerini içine alıyoruz. Yine herediter kanser paneline hasta seçerken, mutlaka aileyi iyice değerlendirip, aile ağacını çizip, ailedeki kanser olan bireylerin tamamını göz önünde bulundurarak; indeks olgu üzerinden bir tarama yaparak hastanın tanısını koymaya çalışıyoruz. Yani bu paneller elimizde diye tüm hastaları bu panellere yönlendirmekte, gerçekten bu panele girmeyi hak eden hastanın önünde bir engel oluşturuyor.

Bunun dışında kullandığımız paneller içinde mutlaka bahsetmemiz gereken kardiyomiyopati paneli. Ölümcül, çok nadir olmayan ama çok da iyi tanınmayan bir hastalık grubu. Biz kardiyomiyopati panelini burada bütün olarak yapıyoruz, dilate ve hipertrofikkardiyomiyopati de özellikle genetik etiyolojide çok fazla gen olduğu için bunları aydınlatmada çok önemli bir panel. Çok trajik bir hastalıkta, ailelere çok ciddi bir oranda yardımcı olabildiğimiz bir panel kardiyomiyopati paneli.

Özetle söylersek, panel çalışmaları yeni neslin hayatımıza soktuğu en önemli avantajlardan bir tanesi. Panel sistemleri sayesinde; basamaklı genetik testler yapmak yerine, arası fazla olmuş hastalarımıza tek seferde birçok gene bakarak, çok daha ucuz maliyetle sonuç verebiliyoruz.

TIBBİ GENETİĞİN GELECEĞİ

Şu anda genetik teknolojisi yani sekanslama dizi analizi teknolojileri, genetikçilerin çok önünde. Çünkü bu teknolojileri bulan kişiler genetikçiler değil. Daha çok görüntü işlemeciler, fizikçiler ve kimyacılar bu sistemi ortaya çıkartıyor. 3. ve 4. nesil dizi analizi teknolojilerine baktığımızda bunların neredeyse hiçbirinde genetikçi göremiyoruz. Bu sebeple şu anda geldiğimiz noktada teknoloji genetikçilerin çok ilerisinde. Ekzom yada genomun fiyatının dramatik olarak düşmesi sebebiyle, önümüzdeki 10 yıl içinde göreceğiz ki; herkesin ekzomyada genom bilgisi kendi elinde olacak. Peki,“Tıbbi Genetikçi” bu öykünün neresinde yer alacak? Çünkü sistemler daha da otomatize hale geldi, örneğin Illumina sisteminden bahsedersek NeoPrep Library System diye kütüphane hazırlamayı da yapan otomatik bir robotu da var. Hani sistem bütün süreci otomatize ettiğinde tıbbi genetikçinin süreci yönetmek için aslında tıbbi genetiğe de çok ihtiyacı olmayacak. Bu noktada tıbbi genetikçi kendini nereye konumlandıracağını çok iyi bilmesi gerekiyor. Bence tıbbi genetikçinin bulunduğu konum, çıkan sonuçların klinik anlamda analiz edilmesiyle ilgili olacak.

Yani saptanan mutasyonların klinik etkinliğinin belirlenmesi, tıbbi genetikçinin en önemli görevi olacak. Bu noktada da, aslında baktığımızda çok önemli yazılımlar devreye girmiş durumda ama nihayetinde insanın karar verme algoritması herhangi bir makineye göre çok daha iyi çalışıyor.

Özetle; genetikle ilgili herhangi bir yazılımın, genetikçiler tarafından çok iyi bilinmesi gerekiyor. Biz önümüzdeki 5-10 yıl bandında sadece bu yazılımlar üzerinden sonuçları değerlendiriyor ve klinik bir sonuç veriyor hale geleceğiz. Hemen hemen her türlü mutasyon tipine dair belirli prediksiyon programlarını genetikçilerin çok iyi bilmesi gerekiyor. Bunu pratik olarak size şöyle söyleyebilirim; burada yaptığımız yoğun çalışmalarda görüyoruz ki bu laboratuvarda her hafta dünyada bugüne kadar hiç saptanmamış iki ya da üç tane yeni mutasyon buluyoruz. Biz bu yeni mutasyonların klinikle ilişkili olup olmadığını bilimsel esaslara uygun olarak değerlendirip bir rapor yazıyoruz. Genetikçinin rolü gelecekte daha da fazla şekilde bunları yorumlamakla ilgili olacak.

Genetikçilerin şu anda yeni teknolojileri çok iyi bilmesi gerekiyor, ama bundan daha önemlisi yeni yazılımları çok iyi bilmesi gerekiyor. Burada bir de firma tarafından baktığımızda firmalar arasında da bir yarış var. Genetikçinin işini kolaylaştıracak programları piyasaya sürmekle ilgili. Mesela panel çalışmalarında IlluminaTruSight’ın bu kadar iyi olmasının en önemli sebeplerinden biri arka tarafta sonuçları yorumlayacak VariantStudioya da yeni adıyla Variant Interpreter gibi programları var ve bu programlar son derece etkili şekilde varyantların kolay bir şekilde analiz edilmesini sağlıyor. Özetle baktığınızda bir ekzom yaptığınızda filtreleme öncesi kabaca bir milyon tane varyant oluyor elinizde. Genetikçinin ne kadar iyi bilgisayar alt yapısı olursa olsun bir milyon tane varyantı klinik anlamda değerlendirip bir sonuç vermesi çok zor. Mutlaka yazılımlardan faydalanacak ve bu yazılımları en iyi sunan firmalarda gelecekte genetik teknolojisinde ayakta kalan firmalar olacak.

PROF. DR. HÜSEYİN ONAY
EGE ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ GENETİK ANA BİLİM DALI ÖĞRETİM ÜYESİ
MULTİGEN GENEL MÜDÜRÜ