Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Pokaż mi swoją...komórkę, a powiem Ci ile masz lat!
Pokaż mi swoją...komórkę, a powiem Ci ile masz lat!
Steve Horvath, biostatystyk i genetyk z Uniwersytetu Kalifornijskiego opracował algorytm umożliwiający oszacowanie wieku człowieka na podstawie wzoru metylacji materiału genetycznego komórek pochodzących z różnych tkanek jego organizmu.

Oszacowanie wieku możliwe jest z dokładnością od kilku dni do około trzech lat, w zależności od pochodzenia komórki. Istniejące dotychczas podejścia, bazujące na racemizacji kwasu asparaginowego, mogą być stosowane jedynie do komórek pochodzących z jednej czy dwóch tkanek. Nowy algorytm umożliwia oszacowanie wieku pacjenta na podstawie DNA wyizolowanego z wymazu z policzka, komórek mózgu, okrężnicy i wielu innych organów. Na przykład białe krwinki, które mogą żyć w organizmie tylko kilka dni lub tygodni noszą znamiona wieku dawcy od którego zostały pobrane z błędem na poziomie zaledwie kilku dni.

 

To, że opracowana metoda faktycznie jest skuteczna potwierdzają naukowcy z niezależnych ośrodków. Marco Boks z University Medical Centre w Utrecht w Holandii wykorzystał ją do oceny wieku pacjentów na podstawie próbek krwi pobranych od 96 holenderskich weteranów wojny w Afganistanie, w wieku od 18 do 53 lat. Korelacja między oszacowanym, a rzeczywistym wiekiem wynosiła 99,7% z medianą błędów na poziomie kilku miesięcy.

Naukowcy z Zymo Research w Kaliforni postawili poprzeczkę jeszcze wyżej – postanowili przetestować skuteczność metody w stosunku do próbek moczu. Badania na 11 próbkach pobranych od kobiet i mężczyzn w wieku od 28 do 72 lat, wykazały korelację z rzeczywistym wiekiem na poziomie 98% z błędem standardowym zaledwie 2,7 roku. Biorąc pod uwagę, że podczas opracowywania algorytmu Horvath nie uwzględniał próbek moczu można bez wahania mówić o dużej skuteczności i uniwersalności metody.

 

Jak to działa?

Zasada wydaje się dość prosta. Algorytm bazuje na epigenetyce, czyli śledzeniu zmian chemicznych i strukturalnych w genomie, które nie zmieniają sekwencji DNA, ale mogą mieć wpływ na poziom ekspresji określonych genów. Podstawową i najczęściej występującą tego typu zmianą jest przyłączanie grup metylowych do miejsc CpG, czyli takich gdzie cytozyna poprzedza guaninę w sekwencji DNA . Typowy ludzki genom zawiera ponad 28 mln takich miejsc. Horvath przebadał ponad 13 tysięcy próbek ludzkich tkanek pod kątem zmian epigenetycznych nawet w bardzo odległych od siebie fragmentach DNA. Analiza statystyczna częstotliwości metylacji lub jej braku w dokładnie wyselekcjonowanych 353 rejonach kodu genetycznego pozwoliła ustalić uniwersalny schemat zachodzących wraz z wiekiem zmian.
 

Opracowany algorytm jest nie tylko dokładny, ale póki co wydaje się, że ma on praktycznie nieograniczony zakres w odniesieniu do wieku – potrafi wskazać nawet bardzo młody wiek embrionów na podstawie wyizolowanych komórek macierzystych oraz wiek stulatków na podstawie m.in. komórek mózgu. Jak mówi autor nowego podejścia: "Chciałem opracować metodę, która będzie działać w większości tkanek. To było bardzo ryzykowne przedsięwzięcie" – okazuje się, że jednak wykonalne.

 

W  nowym algorytmie naukowcy upatrują też dodatkową możliwość. Korelacje, które on uwzględnia wskazują, że w komórkach wraz z wiekiem zachodzi pozornie niezmienny proces. Zaburzenia tego procesu mogą być wykorzystywane w diagnostyce i medycynie – rozbieżność między rzeczywistym, a oszacowanym na podstawie zmian epigenetycznych  DNA wiekiem, może wskazywać na zaburzenia prawidłowego funkcjonowania organizmu, bądź określonej tkanki/organu. Naukowcy z US National Heart, Lung, and Blood Institute już poddali analizie metylacji ponad 2100 próbek pobranych od kobiet i mężczyzn w wieku od 40 do 92 lat w ramach  Framingham Heart Study. Ich wyniki wskazują, że w ciągu pięciu lat od analizy DNA u 15% osób, których materiał genetyczny wykazywał niestandardowe zmiany epigenetyczne stwierdzono podwyższone ryzyko zgonu z różnych przyczyn. Dwa inne duże badania potwierdzają, że ‘epigenetyczne przyspieszenie starzenia’ stanowi znaczący czynnik ryzyka zgonu. Dodatkowo badania DNA komórek nowotworowych, takich jak zmienione komórki piersi, nerek, płuc oraz skóry wskazują, że ich materiał genetyczny sugeruje, że są o około 40% ‘starsze’ niż pacjenci, od których pochodzą. Proces metylacji DNA jest jednak odwracalny. Wielu naukowców zastanawia się teraz nad opracowaniem systemu cofającego niepożądane zmiany epigenetyczne.

 

Są to jednak tylko niektóre z możliwych zastosowań nowego podejścia. Może być ono również wykorzystywane do identyfikacji etapu choroby w wyniku zakażenia wirusem HIV.  Ostatnie badania wykazały, że komórki osób z ‘aktywnym’ wirusem HIV wykazują ‘zawyżony wiek epigenetyczny’ niż osoby zdrowe oraz osób ze stłumioną aktywnością HIV. Inną dziedziną, w której przydatny może się okazać algorytm Hovarth’a jest medycyna sądowa. W kryminalistyce metoda może posłużyć do określania wieku ofiary lub napastnika na podstawie pozostawionych śladów biologicznych.

 

Mimo wielu pozytywnych opinii na temat nowego algorytmu oceny zmian epigenetycznych DNA i jej potencjalnych zastosowań pojawia się również wiele wątpliwości. Nie należy bowiem zapominać o ewolucji, która powoduje zmiany w wielu procesach, w tym również zapewne w schemacie modyfikacji DNA. W związku z tym algorytm bazujący na 353 odcinkach DNA może stracić dokładność, a my nawet tego nie zauważymy. Póki co jednak, w planach są dalsze badania w celu sprawdzenia czy wiek epigenetyczny może być lepszym wskaźnikiem wystąpienia choroby niż wiek ‘metrykalny’. Celem na najbliższe miesiące jest przeanalizowanie ogromnej bazy danych - Women's Health Initiative , która zawiera tysiące profili metylacji zgromadzonych w ramach tego 20-letniego badania 160000-osobowej grupy kobiet. Analiza ta ma pomóc udoskonalić algorytm i ocenić jego przydatność na przestrzeni lat.
 

KOMENTARZE
Newsletter