Victorian Clinical Genetics Services (VCGS), spółka zależna Murdoch Children’s Research Institute, działa non-profit i oferuje kompleksowe testy genetyczne, doradztwo genetyczne oraz usługi kliniczne w całej Australii. Wykonuje wszystkie standardowe badania biochemiczne noworodków w stanie Wiktoria, co daje łącznie prawie 80 000 dzieci rocznie. VCGS prowadzi również badania nad chorobami genetycznymi u dzieci oraz nowymi zastosowaniami, które mogą kiedyś stać się rutynową opcją testową.

Kiedy profesor nadzwyczajny Sebastian Lunke rozpoczął tam pracę w 2016 r., miał zaledwie garstkę współpracowników w tym, co wówczas nazywano Translational Genomics Unit, a zadaniem było zbudowanie klinicznej usługi sekwencjonowania eksomu. Obecnie Lunke jest dyrektorem generalnym Genetic and Genomic Innovation i szefem Division of Genetics and Genomics, w którym pracuje ponad 130 osób w trzech jednostkach badawczych i laboratoriach klinicznych.

Część działu Lunke koncentruje się na badaniach metod i optymalizacji rzadkich chorób, realizując misję wykorzystania nowych technologii w celu zwiększenia liczby i szybkości diagnoz. Jedną z jej kluczowych specjalności jest ultraszybkie sekwencjonowanie genomu dla dzieci w stanie krytycznym, które zostało zapoczątkowane w regionie Azji i Pacyfiku przez badanie Acute Care Genomics prowadzone przez koleżankę i kluczową współpracowniczkę Lunke, profesor Zornitzę Stark.

Dzięki swoim wysiłkom Lunke i Stark zdali sobie sprawę, że w niektórych przypadkach, nawet jeśli udało im się zdiagnozować dziecko w badaniu Acute Care Genomics w ciągu zaledwie 48 godzin, dziecko mogło otrzymać odpowiednie leczenie szybciej — i być może w ogóle uniknąć pobytu na oddziale intensywnej terapii — gdyby zostało zsekwencjonowane jako noworodek, zanim zachorowało.

To pobudziło ich zainteresowanie badaniem genomicznym noworodków w postaci krwiobiegu (NBS) i w połowie 2022 r. uruchomili BabyScreen+. To pilotażowe badanie miało na celu przeprowadzenie NBS u 1000 niemowląt oprócz standardowego biochemicznego badania przesiewowego noworodków, mając na celu wczesną identyfikację ponad 600 uleczalnych chorób wieku dziecięcego w ramach protokołu badawczego. Ostateczny cel tej dużej inicjatywy badawczej jest prosty — w przyszłości zapobieganie zachorowaniom jak największej liczby niemowląt. Śledzą również dane dotyczące wykonalności i wdrażania projektu, mając na uwadze większe badania w przyszłości. Zespół rozpoczął od wypracowania kwestii etycznych i zbudowania systemów oraz infrastruktury wsparcia.

Badania BabyScreen+ mają na celu udzielenie odpowiedzi na wiele pytań dotyczących wyzwań edukacyjnych i komunikacyjnych (dla pracowników służby zdrowia, przyszłych rodziców i społeczeństwa) oraz najlepszych praktyk w zakresie uzyskiwania świadomej zgody i innych zagadnień etycznych.

Rekrutacja rozpoczęła się w sierpniu 2023 r., a rodzice byli kontaktowani w trakcie ciąży, a nie tuż po porodzie. System zbierania danych w całym stanie dostarcza kartę z testu NBS dla każdego dziecka urodzonego w Victorii do laboratorium VCGS, gdzie zespół Lunke’a dopasuje karty do pacjentów, których rodzice zapisali się do badania naukowego, i przeprowadzi u nich sekwencjonowanie całego genomu.

Wykorzystanie narzędzi automatyzacji

W badaniu Acute Care Genomics firma VCGS przetwarza test genomiczny w ciągu 72 godzin, co jest niesamowicie szybkie. Jednak ponad 40 z tych 72 godzin poświęca się na uzyskanie danych. „Gdy już mamy dane, możemy uzyskać wynik w ciągu kilku godzin, a nie dni” — mówi Lunke.

VCGS współpracuje z Illumina przy badaniu naukowym i korzysta z oprogramowania Emedgene — części portfolio oprogramowania Illumina Connected Software, które umożliwia usprawnione i zautomatyzowane przesiewanie oraz interpretację genomu linii zarodkowej na potrzeby badań — i jest to pierwsza aplikacja do badania naukowego tego rodzaju i na taką skalę. „Niektóre aspekty tego, co próbowaliśmy tutaj osiągnąć, nie byłyby możliwe do zrealizowania przy użyciu systemów, które mieliśmy” — mówi Lunke. „W szczególności aspekty skali, nad którymi musimy pracować w przesiewie genomicznym, w dużej mierze zależą od automatyzacji”.

Wcześniej analitycy spędzali godziny na ręcznym badaniu tych danych. Nie jest to wykonalne w skali populacji, jakiej potencjalnie może wymagać przyszłość badań przesiewowych noworodków. Lunke przytacza nie tylko czas, ale i koszty, które wiązałyby się z zatrudnieniem i przeszkoleniem ludzi do analizowania zestawów danych.

Przebadanie 1000 noworodków nie da setek niemowląt wysokiego ryzyka, ponieważ większość wyników pojedynczych osób biorących udział w badaniu będzie „normalna”. Zespół szacuje, że konieczne będzie dokładne zbadanie danych badawczych dotyczących jedynie około 2% osób biorących udział w badaniu.

Plan zakłada zautomatyzowanie analizy i interpretacji przypadków, które określa się mianem „negatywnych przypadków przesiewowych”. „Oprogramowanie Emedgene to narzędzie zaprojektowane do obsługi całych genomów i dużych zbiorów danych” — mówi Lunke. „Co ważne, ma rozbudowane możliwości interfejsu API (Application Program Interface), co oznacza, że ​​może komunikować się z innymi narzędziami programowymi w VCGS w bardzo wydajny, ale wysoce bezpieczny sposób i koordynować wszystkie informacje. Gdy tylko załadujemy próbkę na maszynę, przechodzi ona przez system interpretacji za pośrednictwem oprogramowania do analizy wtórnej DRAGEN™ i oprogramowania Emedgene, aby zautomatyzować zdefiniowany w laboratorium znormalizowany proces”.

VCGS udało się zautomatyzować około 70% przypadków negatywnych badań przesiewowych — z kilkoma punktami kontrolnymi w tym procesie. Ostatecznie chcą generować automatyczny raport dla 90%–95% przypadków. Wraz z przedstawicielami Illumina i zespołem bioinformatycznym Lunke pracowali nad integracją systemu i wdrożeniem go. „Gdy był gotowy zgodnie z protokołami naszego laboratorium i lokalnymi wymaganiami, wdrożyliśmy go i uruchomiliśmy, i korzystamy z niego z zadowoleniem od ponad roku” — mówi Lunke. „Ta automatyzacja pomoże nam skalować się na znacznie większy poziom”.

Biorąc pod uwagę sukces, jaki odnieśli dzięki oprogramowaniu Emedgene w szeroko zakrojonych inicjatywach badawczych w zakresie badań przesiewowych, a także wzrost lokalnego zainteresowania, zwłaszcza trzema schorzeniami – mukowiscydozą, rdzeniowy zanik mięśni i zespołem łamliwego chromosomu X – firma zdecydowała się przenieść wszystkie rozszerzone procesy badawcze w zakresie badań przesiewowych nosicieli do oprogramowania Emedgene.

Dzięki oprogramowaniu Emedgene, talentowi w VCGS i pasji wszystkich zaangażowanych, Lunke szacuje, że zakończą rekrutację do inicjatywy badawczej BabyScreen+ do połowy 2024 r. Ponieważ rekrutują rodziny na trzy do sześciu miesięcy przed narodzinami dziecka, badacze spodziewają się zakończyć badanie pod koniec roku.

Badania BabyScreen+ będą stanowić solidny, poparty dowodami model tego, jak podobny program mógłby wyglądać w skali populacji. Następna faza badania może obejmować sekwencjonowanie 10 000 niemowląt. Ostatecznie VCGS ma nadzieję rozszerzyć program na szerszy system opieki zdrowotnej i populację ogólną.

Inspirowana wizja przyszłości

Przy obecnym standardzie opieki naukowcy będą przeglądać dane pacjenta tylko wtedy, gdy lekarz będzie miał konkretne pytanie. Lunke mówi, że po udzieleniu odpowiedzi na to pytanie dane genetyczne pacjenta trafiają do bezpiecznego archiwum, pozostają tam i nie są ponownie dostępne, dopóki nie pojawi się nowe pytanie.

Niektórzy naukowcy uważają, że ponieważ sekwencjonowanie stanie się tańsze — i będzie kosztowało mniej niż przechowywanie danych — powinniśmy ponownie sekwencjonować za każdym razem, gdy pacjent zachoruje, zamiast ponownie analizować istniejące dane za każdym razem, gdy publikowane są nowe informacje i odkrycia genetyczne. Lunke uważa, że ​​takie podejście „nie rozumie istoty sprawy — jeśli wyrzucasz dane, wyrzucasz również okazję do zintegrowania zaktualizowanej wiedzy i przyjęcia o wiele bardziej holistycznego punktu widzenia”.

Dla Lunke „następnym niezbędnym krokiem w genomice” jest posiadanie danych od samego początku. Średnio- i długoterminowym celem jest „eksploracja wartości tych informacji dla zdrowia przez całe życie, gdy już je zdobędziemy”. W idealnym przypadku standardem opieki byłoby sekwencjonowanie każdego dziecka przy urodzeniu i przechowywanie jego danych genomicznych w bezpiecznym miejscu jako części jego dokumentacji medycznej. Mogłoby to zapobiec pewnym chorobom i udostępnić ich dane do wykorzystania w razie potrzeby — pod warunkiem, że oni lub ich rodzice zachowają kontrolę nad tym wykorzystaniem. Osoba powinna mieć kontrolę nad swoimi danymi na każdym etapie, niezależnie od tego, czy chodzi o pytania dotyczące farmakogenomiki, własnego ryzyka reprodukcyjnego w wieku trzydziestu lat, czy ryzyka zachorowania na raka lub chorobę serca w wieku czterdziestu lub pięćdziesiątu lat.

„Co najważniejsze, chodzi o oddanie sprawczości osobie, do której dane genomiczne należą w pierwszej kolejności” — mówi Lunke. „Mogą wybrać, czy chcą wiedzieć, czy nie. Tak widzę przyszłość — prawdziwszą definicję spersonalizowanej opieki zdrowotnej, opartą na Twoim składzie genetycznym”.

Ponadto Lunke wyobraża sobie przyszłość, w której rodzice rutynowo poddają się badaniom przesiewowym na nosicielstwo u siebie i noworodków u swoich dzieci. Jest to jeszcze bardziej skuteczne niż każdy z tych typów badań przesiewowych z osobna i może rzucić światło na informacje o zdrowiu zarówno na poziomie indywidualnym, jak i rodzinnym. „Jest jeszcze wiele do nauczenia. I to dobrze. Potencjał w tej przestrzeni, jeśli chodzi o badania przesiewowe genomiczne, jest oszałamiający. Myślę, że dopiero zaczynamy odkrywać, co możemy zrobić ze wszystkimi tymi informacjami. Musimy upewnić się, że zrobimy to we właściwy sposób. Wtedy będziemy mogli nadal uczyć się nowych rzeczy, jednocześnie zabierając ze sobą wszystkich w tę podróż. Genomika jest częścią niezbędnej, podstawowej opieki zdrowotnej. Chcemy budować świadomość tego, co możemy zrobić, aby poprawić zdrowie każdego człowieka dzisiaj i dla przyszłych pokoleń”.