Akut solunum yolu hastalıklarının üçte birinden fazlasının, mide-bağırsak bozukluklarının %40’ının ve ensefalit vakalarının yarısından fazlasının bilinen bir sebebi yoktur. Kanserlerin %20 kadarının, multipl skleroz ve romatoid artrit gibi oto-immün hastalıkların önemli bir kısmının viral tetikleyicilere sahip olduğu düşünülüyor, ancak bunların büyük çoğunluğu henüz tanımlanmadı.
***
New York Times’ da Jennifer Khan' ın “The Disease Detective” başlıklı makalesinin özeti:
Bugün hâlâ çok sayıda gizemli enfeksiyonun var olması şaşırtıcı. Akut solunum yolu hastalıklarının üçte birinden fazlasının, mide-bağırsak bozukluklarının yüzde 40'ına kadarının ve ensefalit vakalarının yarısından fazlasının bilinen bir sebebi yoktur.
Kanserlerin yüzde 20'sine kadarının, multipl skleroz ve romatoid artrit dâhil olmak üzere oto-immün hastalıkların önemli bir kısmının viral tetikleyicilere sahip olduğu düşünülüyor, ancak bunların büyük çoğunluğu henüz tanımlanmadı.
Geleneksel olarak, bilim adamlarının bir numunedeki organizmaları tanımlama şekli onların kültürünü yapmaktır: Belirli bir bakteri (veya virüs veya parazit veya mantarı) izole edilir; bir petri kabında üretilir sonra mikroskop altında incelenir veya tam olarak ne olduğunu anlamak için genomik sekansları incelenir.
Ancak bir laboratuarda bakterilerin yüzde 2'sinden daha azı - ve hatta daha az virüs - üretilebildiğinden, genellikle orada gerçekte olanın sadece küçük bir kısmı ortaya çıkarılabilir.
Farklı bakteri türlerinin üremesi için belirli şartlar gerekirken, aranan şey hakkında da biraz bilgiye ihtiyaç vardır.
Aynı durum, farklı nükleotid kombinasyonlarını (DNA ve RNA'nın yapı taşları) eşleştirmek için tasarlanmış "primerlere" dayanan genomik dizileme için de geçerlidir.
Organizmaların mikroskopta daha kolay görülmesini sağlamak için boyama gerekir - ancak örneğin bakteri ve parazitleri tanımlamak için kullanılan boyalar aynı değildir.
Bu mesele, metagenomik dizileme ile aşılabilir.
Bilinen tek bir organizmanın saflaştırılmış DNA'sını hecelemeye çalışan sıradan genomik dizilemenin aksine, metagenomik dizileme genellikle düzinelerce veya yüzlerce farklı organizma ihtiva eden hiçbiri bilinmeyen ve her birinin kendine has DNA’ sı olan kan, salya, sümük gibi hemen hemen her örneğe uygulanabilir.
Tüm parçalanmış genetik materyali okumak için metagenomik dizileme, üst üste binen segmentleri eşleştirerek parçaları birbirine dikmek için gelişmiş bir yazılım kullanır.
Metagenomik dizileme, tüm parçalanmış genetik materyali okumak için, üst üste binen segmentleri eşleştirerek parçaları bir araya getirmek üzere karmaşık bir yazılım kullanır.
Bir araya getirilen genomlar daha sonra, Ulusal Biyoteknoloji Bilgi Merkezi tarafından sağlanan, bilinen tüm genomik dizilerin geniş bir veritabanıyla karşılaştırılarak karışımdaki her şeyin tanımlaması mümkün olur.
Bu senaryoda, keşfedilmemiş veya tamamen yeni bir virüs bir eşleşmeyi sağlamaz, bunun yerine işaretlenir.
Metagenomik dizileme, bağırsak mikrobiyomunda veya bir çay kaşığı deniz suyunda bulunan her tür bakteriyi tanımlamak gibi çevresel örneklemeler için uygundur.
Bu tür çalışmalar, mikrobiyal dünyanın ne kadar geniş olduğunu ve onun hakkında ne kadar az şey bildiğimizi ortaya çıkardı.
Mesela, bir çalışmada, çok az miktarda insan dışkısında 1000'den fazla, bir diğerinde birkaç kilo deniz tortusunda bir milyon farklı virüs bulundu ve bunların çoğu, daha önce kimsenin görmediği organizmalardı.
2002’ de DeRisi ve David Wang, bir hastanın kanından veya dokusundan bilinen herhangi bir virüsü tanımlamak ve ayrıca yeni veya bilinmeyen herhangi bir virüsü tespit etmek için ViroChip adlı bir DNA mikrodizisi yarattılar.
ViroChip'i geliştirdikten sonraki yıllarda, DeRisi bunu çoğunlukla astım da dâhil olmak üzere solunum yolu hastalıklarına bağlı bilinmeyen patojenleri yakalamak için kullandı.
İlk başarılarından biri, Hong Kong'da SARS'a dönüşecek gizemli bir hastalığın tespit edilmesini sağlamak oldu.
Bir vakada, beyin iltihabının, doktorların bir yıldan uzun süredir düşündüğü gibi tüberkülozdan değil, enfekte domuzdan gelen ve hastanın beynine göç etmiş bir tenyadan kaynaklandığını ortaya koydu.
Hayvan salgınlarıyla da uğraştı ve birçok vakada etkeni gösterdi.
2016'da Biohub açıldıktan sonra, DeRisi'nin hedeflerinden biri, metagenomikleri bir avuç seçkin üniversite tarafından kullanılan nadir bir teknolojiden dünyanın dört bir yanındaki araştırmacıların yararlanabileceği bir uygulamaya dönüştürmekti
Artık ucuz olan normal genomik olanın aksine, metagenomik dizileme muazzam miktarda bilgi işlem gücü gerektirir ve bu da onu en iyi finanse edilen araştırma laboratuvarları dışında herkesin erişemeyeceği bir yere koyar.
DeRisi'nin yarattığı uygulama olan IDseq, dünyanın herhangi bir yerindeki araştırmacıların küçük, kullanıma hazır bir sıralayıcı kullanarak örnekleri işlemesini mümkün kılıyor, ardından sonuçlar analiz için buluta yükleniyor.
DeRisi'nin ana yeniliği, metagenomiklerin olağanüstü karmaşık hesaplama tarafını düzene koymak ve basitleştirmek olmuştur. “Çoğu metagenomik programın kullanımı gerçekten zor olmasına, çok pratik yapmak ve çalışmak gerekmesine karşılık IDseq ayrıca hızlıdır, diğer sistemlerin haftalarını alacak olan analizleri saatler içinde yapabilir.
Ülkelerin düzenli ve gerçek zamanlı olarak kendi metagenomik testlerini yapmalarını mümkün kılarak, yeni pandemilerin ortaya çıkma ihtimalinin en yüksek olduğu yerlerde patojen tespitini artırabilir.
Ancak ısı haritası aynı zamanda birçok organizmadan hangisinin bir insanı hasta ettiğini belirlemenin ne kadar zor olduğunu da gösterdi.
Metagenomiklerin bir tehlikesi, bir numunedeki tüm genetik materyali ayrım gözetmeksizin büyütmesidir, bu da işlemin tespit ettiği çeşitli bakteri veya virüslerden hangilerinin gerçekten önemli olduğunu bilmeyi zorlaştırır.