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Técnica de sequenciamento de DNA mais rápida ajuda pacientes não diagnosticados a encontrar respostas em poucas horas

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sábado, 22 janeiro 2022 13:55

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Bioinformática. Diagnóstico. Genoma.

Uma nova abordagem de sequenciamento de genoma ultrarrápida desenvolvida por cientistas da Escola de Medicina da Universidade Stanford, nos Estados Unidos, e seus colaboradores foi usada para diagnosticar doenças genéticas raras em uma média de oito horas – um feito quase inédito no atendimento clínico padrão.

“Algumas semanas é o que a maioria dos médicos chama de ‘rápido’ quando se trata de sequenciar o genoma de um paciente e retornar resultados”, disse o Dr. Euan Ashley, professor de Medicina, Genética e Ciência de Dados biomédicos na Universidade Stanford.

O sequenciamento do genoma permite que os cientistas vejam a composição completa do DNA de um paciente, que contém informações sobre tudo, desde a cor dos olhos até doenças hereditárias. O sequenciamento do genoma é vital para diagnosticar pacientes com doenças oriundas de seu DNA: uma vez que os médicos conheçam a mutação genética específica, eles podem adaptar os tratamentos de acordo.

Agora, uma abordagem de mega-sequenciamento desenvolvida pelo Dr. Ashley e seus colegas redefiniu o conceito de ‘rápido’ para diagnósticos genéticos: o diagnóstico mais rápido foi feito em pouco mais de sete horas. Diagnósticos rápidos significam que os pacientes podem passar menos tempo em unidades de cuidados intensivos, exigir menos testes, recuperar mais rapidamente e gastar menos em cuidados. Notavelmente, o sequenciamento mais rápido não sacrifica a precisão.

Um artigo descrevendo o trabalho dos pesquisadores foi publicado recentemente na revista científica The New England Journal of Medicine. O Dr. Ashley é o autor sênior do artigo. O pesquisador de pós-doutorado Dr. John Gorzynski, é o principal autor.

Novo recorde

Ao longo de menos de seis meses, a equipe inscreveu e sequenciou os genomas de 12 pacientes, cinco dos quais receberam um diagnóstico genético a partir das informações de sequenciamento no tempo necessário para completar um dia no consultório. (Nem todas as doenças são de base genética, o que provavelmente é a razão pela qual alguns dos pacientes não receberam um diagnóstico depois que suas informações de sequenciamento foram devolvidas, disse o Dr. Ashley). A taxa de diagnóstico da equipe, de aproximadamente 42%, é cerca de 12% maior do que a média da taxa de diagnóstico de doenças ‘misteriosas’.

Em um dos casos, foram necessárias 5 horas e 2 minutos para sequenciar o genoma de um paciente, o que estabeleceu o primeiro título do Guinness World Records para a técnica de sequenciamento de DNA mais rápida.

O tempo necessário para sequenciar e diagnosticar esse caso foi de 7 horas e 18 minutos, o que, até onde o Dr. Ashley sabe, é cerca de duas vezes mais rápido que o recorde anterior para um diagnóstico baseado em sequenciamento de genoma (14 horas) realizado pelo Rady Children’s Institute. Quatorze horas ainda é uma reviravolta impressionantemente rápida, disse o Dr. Ashley. Os cientistas de Stanford planejam oferecer uma resposta de menos de 10 horas para pacientes em unidades de terapia intensiva no Stanford Hospital e no Lucile Packard Children’s Hospital Stanford – e, eventualmente, em outros hospitais.

Acelerando

Para alcançar velocidades de sequenciamento super-rápidas, os pesquisadores precisavam de um novo hardware. Então o Dr. Ashley entrou em contato com colegas da Oxford Nanopore Technologies, que construíram uma máquina composta por 48 unidades de sequenciamento conhecidas como células de fluxo. A ideia era sequenciar o genoma de apenas uma pessoa usando todas as células de fluxo simultaneamente. A abordagem da megamáquina foi um sucesso, mas os dados genômicos chegaram a sobrecarregar os sistemas computacionais do laboratório.

“Não conseguimos processar os dados com rapidez suficiente. Tivemos que repensar e reformular completamente nossos pipelines de dados e sistemas de armazenamento”, disse o Dr. Ashley. “ A estudante de pós-graduação Sneha Goenka encontrou uma maneira de canalizar os dados diretamente para um sistema de armazenamento baseado em nuvem, onde o poder computacional poderia ser amplificado o suficiente para filtrar os dados em tempo real. Os algoritmos então escanearam independentemente o código genético de entrada em busca de erros que poderiam causar doenças e, na etapa final, os cientistas realizaram uma comparação das variantes genéticas do paciente com variantes documentadas publicamente conhecidas por causar doenças.

Do início ao fim, a equipe procurou acelerar todos os aspectos do sequenciamento do genoma de um paciente. Os pesquisadores literalmente levaram amostras a pé para o laboratório, novas máquinas foram manipuladas para suportar o sequenciamento simultâneo do genoma e o poder de computação foi escalado para processar com eficiência enormes conjuntos de dados. Agora, a equipe está otimizando seu sistema para reduzir ainda mais o tempo. “Acho que podemos reduzir pela metade novamente. Se conseguirmos fazer isso, estamos falando em conseguir uma resposta antes do final de uma rodada de enfermaria do hospital. Esse é um salto dramático”, concluiu o Dr. Euan Ashley.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Escola de Medicina da Universidade Stanford (em inglês).

Fonte: Hanae Armitage, Universidade Stanford. Imagem: geralt via Pixabay.

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