Joe DeRisi'nin ViroScan'ı tıbbi gizemleri çözüyor

Nasıl oluyor, etrafımızı saran bu virüs florasını ve tıbbi tedavisini nasıl araştırabiliriz? Virolojideki bütün bilgi birikimimizi nasıl basit, elde yapılabilen, tek bir tanısal teste dönüştürebiliriz? Şimdi virüsleri tanımakla ilgili ve dışarıdaki virüslerin spektrumuyla ilgili bildiğimiz herşeyi küçük bir çipe dönüştürmek istiyorum diyelim.

Bu proje hakkında konuşmaya başladığımızda -- tek bir tanısal testin, rastgele olarak bütün patojenleri göstermesini nasıl sağlarız -- pekala, bu fikirde bazı sorunlar var. En başta, virüsler biraz karmaşıktır, ama ayrıca çok hızlı evrimleşirler. Bu bir pikornavirüs. Pikornavirüsler -- bunlar nezle, çocuk felci ve buna benzer hastalıklar yapan şeyler. Virüsün dış kabuğuna bakıyorsunuz, buradaki sarı renk virüsün çok çok hızlı evrimleşen bölümleri, mavi bölümler ise pek hızlı evrimleşmiyor. İnsanlar virüs tanıma ajanları yapmak istediğinde genelde söz konusu olan bu hızlı evrimleşen bölgedir, çünkü eğer bir şeyler sürekli değişiyorsa nasıl tanıyabiliriz ki? Ama evrim bir dengedir: hızlı değişimin olduğu yerde, ayrıca ultra-koruma da vardır -- neredeyse hiç değişmeyen şeyler --

Biz bu meseleye biraz daha dikkatli eğildik, ve şimdi size verileri göstereceğim. Bu kendi bilgisayarınızda yapabileceğiniz türden bir şey. Bu küçük pikornavirüslerden bir demet aldım, nezle, çocuk felci, bu tarz etkenler, ve onları küçük bölümlere ayırdım, koksaki virüsü denen bu ilk örneği aldım onu da küçük parçalara ayırdım. Ve eğer farklı bir virüsün genomunda tamamen aynı olan sekanslar varsa onları maviyle boyuyorum. Buradaki bu sekanslar -- hiç protein kodlamadıklarını belirteyim -- bütün buradakilerle neredeyse tamamen aynılar, yani bu sekansı, geniş bir virüs spektrumunu tespit etmek için kullanabilirim, hem de özel bir şeyler yapmama gerek kalmadan. Şimdi, burada büyük bir çeşitlilik var: burası hızlı evrimleşmenin olduğu yer. Aşağıda ise yavaş evrimi görebilirsiniz: daha az çeşitlilik.

Şimdi, zamanla buraya geldik, diyelim ki akut arı felci virüsü -- eğer bir arıysanız muhtemelen buna sahip olmak kötüdür -- bu virüsün koksaki virüsü ile neredeyse hiç benzerliği yok, ama size şunu garanti edebilirim ki, ekranın sağındaki bu en korunmuş sekanslar buradaki bölgelerle tamamen aynı. O zaman biz evrimden yola çıkarak, "nasıl evrimleştiler" sorusundan yola çıkarak, bu bölgelerdeki DNA ve RNA elemanlarını seçip, bu ultra-koruma alanlarını tespit edip, çipimizde tanı ajanı olarak kullanabiliriz.

Tamam, yani yaptığımız şey bu, ama bunu nasıl yapacağız? Pekala, uzunca bir zamandır, yüksek lisans yıllarımdan beri, DNA çipleri yapmakla uğraşıyordum -- bu, DNA'nın cam üzerindeki baskısı. Ve burada gördüğünüz şey: bu küçük tuz noktaları, cama yapışan DNA'lar, yani bunlardan binlercesini cam çipimize koyup tanıma ajanı olarak kullanabilirim. Çipimizi Hewlett-Packard'a götürdük ve atomik kuvvet mikroskoplarını bu noktalardan birinin üzerinde kullandık, ve işte gördüğünüz şey: camın üzerinde dümdüz uzanan DNA iplikçiklerini görebilirsiniz. Yani, yaptığımız tek şey cam üzerine DNA baskısı yapmak -- küçük düz şeyler -- bunlar da patojen işaretleciyileri olacak. Pekala, laboratuvarda bu çipleri hazırlamaları için küçük robotlar yapıyorum, ve teknolojinin yayılmasında oldukça etkiliyimdir. Eğer bir Camry almaya yetecek kadar paranız varsa, siz de bunlardan birini yapabilirsiniz. sitemize tamamen ücretsiz olarak geniş bir kılavuz koyduk dolabınızı monte eder gibi garajınızda büyük bir DNA dizisi makinesi yapabilirsiniz. Bu kısım bütün acil kapatma düğmelerinde bulunur. (Kahkahalar) Her önemli makinenin büyük kırmızı bir düğmesi olmalıdır. Ama gerçekten, çok güçlü bir şey. Gerçekten garajınızda DNA çipleri yapabilirsiniz ve bazı genetik programları hızla çözebilirsiniz. Çok eğlencelidir. (Kahkahalar)

Yani biz ne yaptık -- bu gerçekten hoş bir proje -- bir solunum virüsü çipi yaparak başladık. Bundan bahsetmiştim -- bilirsiniz, şu hastaneye gidip de tanı alamadığınız durumlar? Pekala, basitçe bütün insan solunum virüslerini bir çipe yerleştiriyoruz, ve ölçüm yapmak için uçuk virüsü fırlatıyoruz. Neden olmasın? Bir biliminsanı olarak yapacağınız ilk şey, işlerin yolunda gittiğinden emin olmaktır. Yaptığımız şey; doku kültürü hücrelerini aldık bu hücreleri farklı virüslerle enfekte ettik oluşan şeyleri aldık ve bu hücrelerden çıkan nükledik asidi, genetik materyali florasan işaretlemeyle işaretledik. çoğu viral şeyler -- ve birleştikleri yerleri görmek için dizi ile birleştirdik. Şimdi, eğer DNA sekansları uyuşuyorsa birleşecekler, ve noktaları gözlemleyebileceğiz. Eğer nokta parlarsa, orada belli bir virüs var demek.

Bu çipler işte böyle görünüyor, ve bu kırmızı noktalar da aslında virüsten gelen sinyaller. Her nokta farklı bir virüs ailesini ya da virüs türünü temsil ediyor. Aslında bakarsınız bu zor bir yöntem, o yüzden buradaki şeyleri küçük barkodlar olarak şifreleyeceğim, ailesel olarak ayrılmış şekilde, böylece sonuçları sezgisel olarak göreceksiniz. Yaptığımız şey; doku kültürü hücrelerini aldık ve adenovirüs ile enfekte ettik, ve işte, adenovirüs'ün yanındaki küçük sarı barkodu görebilirsiniz. Sonra benzer bir şekilde, parainfluenza-3 ile enfekte ettik bu bir paramiksovirüs'tür -- ve burada küçük barkodu görüyorsunuz. Sonra solunum yolunun sinsityal virüsünü denedik. Bu her yerde günlük bakım merkezlerinin baş belasıdır, karabasan gibidir. (Kahkahalar) Bu barkodun aynı aile olduğunu görebilirsiniz, ama parainfluenza-3'ten farklıdır, ciddi bir nezle kaparsınız. O zaman her virüs için bir imza, bir parmak izi elde ediyoruz. Çocuk felci ve rino: aynı ailedeler, birbirlerine çok yakınlar. Rino nezle yapar, çocuk felcinin ne olduğunu zaten biliyorsunuz, bu imzaların farklı olduğunu görebilirsiniz. Ve kaposi sarkomu yapan herpes virüsü aşağıya hoş bir imza atıyor. Yani burada, bende hangi türden virüs olduğunu söyleyen tek bir şerit tarzı bir şey değil; eksetiyetle her şeyi temsil eden bir barkod.

Pekala, bir rinovirüs görebiliyorum ve bu da rinovirüs'ün küçük barkodunun gösterisi, peki ya farklı rinovirüsler? Bende hangi rinovirüs olduğunu nasıl bilebilirim? Soğuk algınlığının bilinen 102 tane varyantı var, sadece 102 tane çünkü insanlar onları toplamaya üşenir: her sene sadece bir iki tane yeni virüs çıkıyor. Burada dört farklı rhinovirüs var, ve gözünüzle bile görebilirsiniz ki, hiç bilgisayarlı numune eşleştirme, tanımlama programlama fantazileri olmadan, buradaki barkodları diğerlerinden rahatlıkla ayırt edebilirsiniz.

Şimdi, burada işi ucuza kapatma şansımız var, çünkü bütün bu rinovirüslerin genetik sekanslarını biliyorum, hatta daha iyi ayırabilmek için bir de çip tasarladım, ama daha önce hiç bir genetik sekansçı görmeyen rinovirüsler ne olacak? Sekanslarının ne olduğunu bilmiyoruz, sadece çevreden topluyoruz. İşte haklarında hiçbir şey bilmediğimiz dört tane rinovirüs -- henüz kimse sekanslamamış benzersiz ve fark edilebilir örnekler olduklarını görebilirsiniz. Gerçekten veya hayalen, her virüsün parmak izini içeren bir kütüphane kurduğunuzu hayal edebilirsiniz. Ama bu yine, kovadan balık yakalamak olur, anlıyorsunuz değil mi? Doku kültürü hücreleriniz var: bir sürü virüs. Peki ya gerçek insanlar? Bildiğiniz gibi, gerçek insanları kontrol edemezsiniz. Biri öksürdüğünde bardağa neler saçacağı hakkında fikriniz yok, ve muhtemelen çok karmaşıktır, değil mi? Birçok bakteri olabilir, birden çok virüs olabilir, ve kesinlikle bulaştıranın genetik materyalini içeriyordur, o zaman bununla nasıl başa çıkabiliriz? Buradaki pozitif kontrolü nasıl yapalım?

Aslında oldukça basit. Bu benim, burun lavajı alırken. Fikir ise şu; deneysel olarak insanları virüsle enfekte edelim -- bu tamamen IRB onaylıdır, bunun için ödeme alıyorlar -- biz deneysel olarak insanlara soğuk algınlığı virüsünü veriyoruz. Veya, daha da iyisi, insanları acil odalarının önüne çıkarın -- tanımlanmayan, toplumdan kazanılmış solunum yolu enfeksiyonları. Kapından içeri neler gireceğini bilemeyiz. Peki, o zaman önce pozitif kontrol ile başlayalım, biliyoruz ki bu insan bir zamanlar sağlıklıydı. Burunlarından içeri virüs saldırısı oldu, neler oluyor görelim.

Sıfırıncı gün: hiçbir şey olmadı. Sağlıklılar, temizler -- bu harika. Açıkçası, etrafta gayet sağlıklı bir şekilde yürürken bile burun yolunun virüslerle dolu olacağını düşünmüştük. Oldukça temiz. Eğer sağlıklıysanız, oldukça sağlıklısınızdır. İkinci gün: çok sağlam bir rinovirüs numunemiz oldu, ve laboratuvarda yaptığımız doku kültürü deneyinde elde ettiğimiz virüslere çok benziyor. Bu harika, ama hatırlayın, ucuza kapatmalıyız değil mi? Bu adamın burnuna tonlarca virüs yerleştiriyoruz. Böylece -- (Kahkahalar) -- Yani, işe yaramasını istedik. Demek istediğim, gerçekten soğuk aldınlığı vardı. Peki, sokakta yürüyen insanlardan ne haber?

Burada gizli ID kodları ile temsil edilen iki birey var. İkisinin de rinovirüsü var; bu örneği laboratuvarda hiç görmemiştik. Virüslerinin bir kısmını sekansladık; kimsenin görmediği yeni rinovirüsler. Hatırlayın, bu dizide kullandığımız evrimsel olarak korunan sekanslarımız yeni veya tanımlanmamış virüsleri bile tespit etmemizi sağlıyor, çünkü evrime bakıp neyin korunmuş olduğunu anlıyoruz. Bir başka adam. Burada tanı koymaca oyununu kendiniz oynayabilirsiniz. Buradaki farklı bloklar bu paramikso virüs ailesindeki farklı virüsleri temsil ediyor, yani şöyle bir göz gezdirip sinyalin nerede olduğunu görebilirsiniz. Pekala, en azından gençlik hastalığı yok, bu muhtemelen iyidir. (Kahkahalar) Ama zamanda dokuzunca bloğa geldiğinizde, şu solunum yolunun sinsityal virüsünü görüyorsunuz. Belki çocukları vardır. Ve siz de görebilirsiniz, kan bağı olan bir aile üyesi: RSVB burada da var. Bu harika. İşte farklı iki günde numune alınan başka bir birey, hastaneye pek çok gez gelmiş. Bu bireyde parainfluenza-1 var, burada Sendai virüsü'nü gösteren küçük bir şerit olduğunu görebilirsiniz: bu fare parainfluenza'sı. Aralarındaki genetik ilişki oldukça yakın. Bu çok eğlenceli.

O halde, çipimizi yaptık. Üzerinde şu ana kadar kaşfedilen bütün virüsleri barındıran bir çip yaptık. Neden olmasın? Her bitki virüsü, her böcek virüsü, her deniz virüsü. GenBank'ta bulabildiğimiz her şey -- bu ulusan sekans deposudur -- Şimdi bu çipi kullanalım. Niye kullanıyoruz? Pekala, her şeyden önce, bunun gibi büyük bir çipiniz olduğunda, birazcık daha fazla bilişime ihtiyacınız olur, o yüzden otomatik tanı koyan bir sistem tasarladık. Fikir şöyle; sanal numunelerimiz var çünkü asla her virüsten örnek alamayız; bu imkansız olurdu. Ama sanal numuneler elde edebiliriz, ve gözlemlediğimiz sonuçla karşılaştırırız, bu çok karmaşık bir karışım olur ve bunu bir rinovirüs olup olmadığını gösteren bir tür puanlama ile birlikte gelir. İşte böyle görünüyor. Eğer, mesela, bir hücre kültürü kullandıysanız bu kronik olarak papilloma ile enfekte olmuştur, burada küçük bir bilgisayar çıktısı alırsınız, ve algoritmamız bize bunun muhtemelen papilloma tip 18 olduğunu söyler. Bu, buradaki herbir hücre kültürünün kronik olarak enfekte olduğu ajan.

O zaman daha zor bir şeyler yapalım. Çağrı cihazını kliniğe koyuyoruz. Biri çıkageldiği zaman ve hastane tanı koyamadığı için ne yapacağını bilmediği zaman, bizi arıyorlar. fikir bu, bu sistemi körfez bölgesine kuruyoruz. Bu vaka raporu 3 hafta önce oldu. 28 yaşında sağlıklı bir kadın, seyahat hikayesi yok, sigare içmiyor, alkol kullanmıyor. 10 gündür ateşi var, gece terlemeleri, kanlı balgam, öksürdüğünde kan geliyor, kas ağrıları var. Hastaneye gitti ve ona bazı antibiyotikler verdiler, doğru, ve sonra eve gönderdiler. On gün boyunca ateşi düşmedi ve tekrar geldi -- hala ateşi vardı -- ve hipoksik durumdaydı -- akciğerlerinde yeteri kadar oksijen yoktu. Bir BT taraması yaptılar. Buradaki karanlık siyah şeyler normal akciğer. Beyaz şeyler ise -- iyi değil. Bu tarz bir ağaç-tomurcuk yapısı iltihap olduğunu gösterir; bir enfeksiyon olması muhtemel. Tamam. Hastaya daha sonra üçüncü nesil bir sefalosporin antibiyotik ve doksisilin verildi, ve üçüncü gün, işe yaramadı; akut yetmezliğe ilerledi. Onu intübe etmeleri gerekti, boğazından bir tüp geçirdiler ve mekanik olarak hava vermeye başladılar. Artık yardım olmadan nefes alamıyordu. Şimdi ne yapalım? Bilmiyoruz. Antibiyotikleri değiştirelim, başka bir antibiyotiğe geçtiler, Tamiflu verdiler, -- neden grip olduğunu düşündükleri pek açık değil -- ama Tamiflu'ya geçtiler.

Altıncı gün, artık havlu attılar. Başka seçeneğiniz yoksa açık akciğer biyopsisi yaparsınız. Sadece bu işlemde yüzde sekiz ölüm oranı var, bu kadar açık -- peki bundan ne öğreniyorlar? Açık akciğer biyopsisini görüyorsunuz. Ben patolog değilim, ama bundan fazlasını söyleyemezsiniz. Tek söyleyebileceğiniz birçok şişliğin olduğu: bronşiolit. Bu sonuç vermiyordu: işte patoloji raporu. O zaman ne diye test yaptılar? Elbette kendi testleri var, ve her yerde bulunabilen her türlü bakteriyi, mantarı, virüsü test etmek için 70 tane farklı test yaptılar. SARS, metapnömo virüs, HIV, RSV -- bunların hepsi. Hepsi negatif çıktı. Testlerin maliyeti 100,000 dolardan fazla. Demek istediğim, bu kadın için sınırları zorladılar.

Ve hastanedeki sekizinci gün, bizi aradılar. Bize endotrakeal aspirat örneği verdiler -- bilirsiniz, boğazdan alınan bir miktar sıvı, işte aldıkları bu tüpün içinde -- ve bize verdiler. Biz bunu çipe koyduk; ne görüyoruz? İşte, parainfluenza-4. İyi güzel de, parainfluenza-4 de neyin nesi? Kimse parainfluenza-4 için test yapmaz. Kimse onu kaale almaz. Hatta, pek sekanslama da yapılmamıştır. Sadece bir kısmı sekanslandı. Neredeyse hiç epidemiyoloji ya da çalışma yok. Kimse dikkate bile almamış, çünkü kimsede solunum yetmezliği yapabileceğine dair bir ipucu yok. Peki neden? Sadece ilim. Hiç veri yok -- Ağır ya da hafif hastalığa sebep olduğunu destekleyecek hiç veri yok. Ama şurası açık ki, elimizde sağlığı dibe vuran bir insan vakası var.

Tamam, bu sadece bir vaka. Son iki dakikada size son bir şey söyleyeceğim. bu henüz yayınlanmadı -- yarın çıkacak -- yeni bir şey bulmak veya bir kapı açmak için bu çipi nasıl kullanabileceğinize dair bir vaka. Prostat kanseri. Prostat kanseriyle ilgili pek istatistik vermeme gerek yok. Çoğunuz zaten biliyorsunuz: ABD'deki kanser ölümlerinin üçüncü sıradaki sebebi. Bir sürü risk faktörü var, ama ayrıca genetik yatkınlık da söz konusu. Prostat kanseri hastalarının belki de yüzde 10'u, genetik olarak yatkın insanlardır. Ve ilişki çalışmalarında bu erken prostat kanseri konusuyla ilgili haritalanan ilk gen, adına RNASEL dediğimiz bu gendi. Ne bu? Bir antiviral savunma enzimi mi? Oturup biraz düşünelim. Antiviral savunma sisteminde mutasyon olan, hasar olan erkekler neden prostat kanseri oluyor? Pek mantıklı görünmüyor -- tabi eğer bir virüs yoksa.

Tümörleri testimize ekledik -- şimdi 100'den fazla tümör var -- Kimin RNASEL geninde hasar olduğunu, kimde olmadığını biliyoruz. Burada size çipten gelen sinyali gösteriyorum, ve retroviral oligo bloklarını gösteriyorum. Ve bu sinyale bakarak diyorum ki, bu antiviral savunma enziminde nutasyon olan bir adamın, eğer tümörü de varsa, muhtemelen -- %40 ihtimalle -- yeni bir retrovirüs ortaya koyan bir imzası vardır. Tamam, bu çok vahşice. Nedir peki? Bütün virüsü klonladık. Öncelikle şunu belirteyim, küçük bir otomatik tahmin bize bu virüsün fare virüsüne çok benzediğini söyledi. Ama bu çok da anlam ifade etmiyor, o yüzden bütün yapıyı klonladık. Şu anda size gösterdiğim viral genom nedir? Klasik bir gama retrovirüs, ama tamamen yeni; kimse daha önce görmemişti. En yakın akrabası bir farelerden geliyor, o zaman buna "farklı çoğalan" anlamında xenotropik retrovirüs diyebiliriz çünkü fareden farklı bir türü enfekte ediyor. Bu, bizi diğer virüslerle olan ilişkisini gösteren küçük bir filogenetik ağaç. Şu ana kadar birçok hastaya uyguladık, ve hepsinin birbirinden bağımsız enfeksiyonlar olduğunu söyleyebiliriz. Hepsinde aynı virüs var, ama bu virüsleri farklı yerlerden aldıklarını ispatlamaya yetecek kadar birbirlerinden farklılar. Gerçekten dokuda mı? Bunu söyleyip bitiriyorum. Evet Bu tümör dokusu biyopsilerinden dilimler alıyoruz ve virüsü yerleştirmek için malzemeyi kullanıyoruz, ve içinde viral parçacıklar olan hücreler görüyoruz. Bu adamlarda gerçekten bu virüs var.

Bu virüs prostat kanseri yapıyor mu? Aslında burada söylediklerim nedensillik ima etmiyor. Bilmiyorum. Kanserleşmeyle bağlantısı var mı? Bilmiyorum. Vakayı oluşturan sadece bu adamların daha hassas olması mı? Olabilir. Ve kanserle hiç ilişkisi olmayabilir. Ama bu bir kapı. Virüsün varlığıyla kansere yol açan genetik mutasyon arasında oldukça güçlü bir bağlantı var. Bulunduğumuz nokta burası. Korkarım bu cevaptan çok sorulara yol açıyor, ama bu tam da, bilirsiniz, bilimin gerçekten iyi olduğu şey. Bunların hepsi laboratuvar milleti tarafından yapıldı; Çoğunu kendi üzerime alamam. Bu, ben ve Don arasındaki bir işbirliği. Bu, laboratuvarımda projeyi başlatan adam, ve bu da işin prostat kısmını yapan adam. Çok teşekkür ederim.