Həkimlər nədən xəstələndiyimizi müəyyən edə bilmədikdə, orqanizmimizdə virusların, bakteriyaların və göbələklərin genetik materialının fraqmentlərini axtara bilərlər.
2019-cu ildə Kaliforniya ştatının Fresno şəhərində yaşayan, üç uşaq anası və həmin vaxta qədər tam sağlam olan Nikol Kanoda getdikcə güclənən baş ağrıları başlayıb. Əvvəllər o, belə ağrılardan əziyyət çəkmirdi; görünür, ağrılar Kanonun Meksikanın Tixuana şəhərində etdirdiyi liposaksiya əməliyyatından sonra yaranmışdı. Əvvəlcə o, öz müalicə həkiminə, daha sonra isə nevroloqa müraciət edib və nevroloq ona miqren diaqnozu qoyub. Kanoya standart müalicə – iynə və həblər təyin edilib, lakin ağrı yalnız daha da güclənib. “Elə hiss edirdim ki, sanki kəlləmi sıxırlar, gözlərim isə yuvalarından çıxmaq üzrədir”, – o danışıb. Kano yerli təcili yardım şöbəsinə müraciət edib, burada da onu yenidən miqrendən müalicə etdikdən sonra evə buraxıblar. Bir neçə həftə sonra Kanonun əri Xavyer işlədiyi istehsal anbarında olarkən həyat yoldaşından anlaşılmaz səsli mesaj alıb. Kano evdə tək idi və nə baş verdiyini anlamırdı. Nəhayət, təcili yardım gəlib və onu xəstəxanaya çatdırıb.
Bu dəfə təcili yardım şöbəsinin həkimləri lümbal punksiya aparıblar: onurğa-beyin mayesindən nümunə götürmək üçün bel nahiyəsinə iynə yeridilib. Kano xatırlayır ki, həkimlər ona açılış təzyiqinin, yəni mayenin beyinə hansı güclə təzyiq etdiyini göstərən göstəricinin indiyədək gördükləri ən yüksək səviyyədə olduğunu deyiblər. Nəticə açıq şəkildə meningitə – baş və onurğa beynini əhatə edən qişaların iltihabına işarə edirdi. Bu xəstəliyə çox vaxt bakteriyalar, viruslar və ya digər patogenlər səbəb olur, lakin aparılan çoxsaylı analizlər heç bir infeksiya aşkar etməyib. Həkimlər xəstəliyin səbəbinin göbələk ola biləcəyini ehtimal edirdilər, lakin bu fərziyyəni təsdiqləmədən ona potensial toksik göbələkəleyhinə preparatlar təyin etmək istəmirdilər. “Onlar deyirdilər ki, artıq edə biləcəkləri başqa heç nə yoxdur”, – Kano danışıb.
Kanonu müalicə edən həkimlərdən biri yeni və güclü genetik test üsulu – bir dəfəyə minlərlə müxtəlif mikroorqanizmi axtarmağa imkan verən metagenomika haqqında eşitmişdi. Həkim San-Fransiskodakı Kaliforniya Universitetində neyroinfeksion xəstəliklərlə məşğul olan, metagenomika sahəsinin aparıcı mütəxəssislərindən biri Maykl Uilsonla əlaqə saxlayıb. Bir həftə sonra Kano artıq Uilsonun kabinetində oturub çəkdiyi əzablardan danışırdı. O, Kanonun universitet klinikasına yerləşdirilməsini tapşırıb. “Biz hər şeyi aydınlaşdıracağıq və sizinlə hər şey yaxşı olacaq”, – Uilson ona deyib.
Nadir infeksiyanın adi diaqnostika prosesini kitabxanada tapılmış bir səhifənin hansı kitabdan düşdüyünü müəyyənləşdirməyə çalışmaqla müqayisə etmək olar. Səhifədə mütləq müəyyən ipucları olacaq: bəlkə onun məzmunu konkret rəfə işarə edəcək, xarakterik ifadələr isə müəllifi tanımağa kömək edəcək. Amma bəzən uyğunluğu tapmaq mümkün olmur. Çoxsaylı xəstəliklər üçün diaqnostik testlər mövcuddur, lakin həkimin mümkün diaqnozlar siyahısı çox uzun ola bilər, xəstəliyə səbəb olan patogen isə o qədər nadir ola bilər ki, həkimin heç ağlına gəlməz. Metagenomika isə, əksinə, daha çox Google Books-un bütün məlumat bazasında axtarış aparmağa bənzəyir. Əvvəlcə alimlər xəstədən götürülən nümunədəki bütün genetik materialı sekvensiya edirlər. Daha sonra tapılan fraqmentləri məlum patogenlər haqqında nəhəng məlumat bazası ilə müqayisə edirlər. Uyğunluqlar həkimlərin laboratoriyada yetişdirə bilmədiyi və ya ümumiyyətlə axtarmağı düşünmədiyi infeksiyaları müəyyən etməyə imkan verir.
Kaliforniya Universitetində Uilson Kanonun baş ağrılarının səbəbini müəyyənləşdirməyə çalışarkən ona daha bir lümbal punksiya aparılıb. Uilsonun həmkarları onurğa-beyin mayesində aşkar edilən bütün genetik materialı sekvensiya edib və onu patogenlər üzrə genetik kitabxanaları ilə müqayisə ediblər. Nəhayət, metagenomika uyğunluğu tapıb: Candida parapsilosis – adətən dərimizdə heç bir zərər vermədən yaşayan maya göbələyi. “Maya göbələyinin onun onurğa-beyin mayesində qətiyyən işi yox idi”, – Uilson deyib. Kanonun xəstəlik tarixçəsində bir məqam Uilsonun xüsusi diqqətini çəkib: Tixuanada liposaksiyadan əvvəl ona epidural anesteziya verilmiş, preparat onurğa beyninin yaxınlığına yeridilmişdi. İndi Uilson ehtimal edir ki, həmin preparat çirklənmiş olub.
Kano nəhayət xəstəliyinin səbəbini öyrəndikdə ağlamağa başlayıb. Göbələk infeksiyasının müalicəsi çox ağır olub: ona iki güclü göbələkəleyhinə preparat təyin edilib, onlardan biri parlaq hallüsinasiyalara səbəb olurdu, beyindəki təzyiqi azaltmaq üçün isə onun başına şunt yerləşdirmək lazım gəlib. Yeddi il sonra şunt hələ də yerindədir və Kano göbələkəleyhinə dərmanları yalnız bu yaxınlarda qəbul etməyi dayandırıb. Bununla belə, o, The New Yorker jurnalının müxbirinə deyib: “Bədənim güclənir və bilirəm ki, mənimlə hər şey yaxşı olacaq”.
İnfeksion mikroorqanizmlər insanlar onları görməyi və anlamağı öyrənməzdən çox əvvəl bəşəriyyəti təqib edirdi. XVII əsrin sonunda hollandiyalı özünü yetişdirmiş alim Antoni van Levenhuk özünün hazırladığı mikroskop vasitəsilə yağış suyunda “animalcules”, yəni “kiçik heyvancıqlar” adlandırdığı mikroskopik canlı orqanizmləri aşkar edib. İki əsr sonra Lui Paster və Robert Kox bir çox xəstəliyin orqanizmdə çoxalan infeksion agentlərdən qaynaqlandığını irəli sürən mikrob nəzəriyyəsinin qəbul edilməsinə böyük töhfə veriblər. Kox bakteriyaların dayaz şüşə qabda yetişdirilməsi üsulunu hazırlayıb, Yulius Petri isə həmin qabı sıx bağlanan qapaq əlavə etməklə təkmilləşdirib. Beləliklə, həkimlər xəstəlik yaradan bir çox mikroorqanizmi laboratoriya kulturasında yetişdirə biliblər.
Mikrobioloji kulturlar böyük irəliləyiş idi, lakin onların məhdudiyyətləri də vardı. Məsələn, vərəmə səbəb olan bakteriya çox yavaş böyüyür, buna görə infeksiyanın diaqnostikası üçün kulturanın yetişdirilməsi həftələrlə vaxt apara bilər. Bir çox digər göbələk, parazit və virusların laboratoriyada kultivasiya edilməsi ya çox çətindir, ya da ümumiyyətlə mümkün deyil. 1980-ci illərdə polimeraza zəncirvari reaksiyanın, yəni PZR testlərinin meydana çıxması alimlərə nümunədəki DNT və ya RNT-nin çoxsaylı surətlərini yaratmağa imkan verdi və bu, diaqnostik testlərin həssaslığını kəskin artırdı. Lakin bu metoddan istifadə zamanı da həkimlər əvvəlcədən nə axtardıqlarını bilməli və hər bir patogeni ayrıca yoxlamalı idilər. Tənəffüs simptomları olan xəstəni PZR vasitəsilə qrip, rinovirus və respirator sinsitial virusa görə yoxlamaq mümkün idi, lakin bütün nəticələr mənfi çıxırdısa, xəstəliyin səbəbi yenə də naməlum qalırdı.
Daha sonra, 2001-ci ildə San-Fransiskodakı Kaliforniya Universitetinin biokimya professoru Co Derizi bir neçə həmkarı ilə birlikdə ViroChip adlandırdıqları cihaz hazırlayıb. Derizi Stanford Universitetində doktorantura zamanı apardığı tədqiqatlara əsaslanaraq robotu genomu tam sekvensiya edilmiş bütün virusların DNT fraqmentlərini şüşə lövhələr üzərinə yerləşdirmək üçün proqramlaşdırıb. Alimlər virus daşıyan xəstə nümunəsini götürərək onu flüoresan boya ilə işarələyib ViroChip-in üzərinə yerləşdirəndə lövhədə müəyyən nöqtə işıqlanır və hansı virusun mövcud olduğunu göstərirdi. Çip hətta əvvəllər məlum olmayan infeksiyaların da aşkarlanmasına kömək edə bilirdi. 2003-cü ildə Derizi ViroChip-dən istifadə etməklə Şərqi Asiyada baş vermiş müəmmalı infeksiya dalğasının səbəbini müəyyənləşdirib: bunun sonradan SARS-CoV adı verilən yeni koronavirus olduğu məlum olub. Hazırda həmin virus SARS-CoV-1, COVID-19-a səbəb olan virus isə SARS-CoV-2 adlanır. Bu hadisə Derizini metagenomikanın diaqnostikanı kökündən dəyişə biləcəyinə inandırıb.
Uilson 2013-cü ildə Kaliforniya Universitetində Derizinin laboratoriyasına qoşulub. Bir gün Viskonsin Universitetinin pediatriya professoru söhbət əsnasında onlara immun sistemi zəif olan 14 yaşlı oğlandan danışıb. Uşaq ağır meninqoensefalit səbəbindən dəfələrlə xəstəxanaya yerləşdirilmişdi. Həmkarlarının sözlərinə görə, aqressiv müalicə kömək etmirdi, ənənəvi diaqnostika üsulları, o cümlədən beyin biopsiyası da xəstəliyin səbəbini müəyyənləşdirə bilməmişdi. Onurğa-beyin mayesinin metagenom analizi nəhayət Leptospira bakteriyalarını aşkar edib. Bunlar leptospiroza səbəb olan bakteriyalardır. Ehtimal olunur ki, oğlan missioner səfəri çərçivəsində getdiyi Puerto-Rikoda çimərkən yoluxub. Nəticədə o, venadaxili penisillinlə müalicə olunub. Bundan sonra diaqnostika ilə bağlı köməyə ehtiyacı olan həkimlərdən komandaya çoxsaylı müraciətlər daxil olmağa başlayıb. Derizi, Uilson, onların həmkarı Çarlz Çiu və daha bir neçə mütəxəssis onurğa-beyin mayesinin metagenom tədqiqatı üzrə ixtisaslaşan Delve Bio şirkətini təsis ediblər.
May ayında müəllif Bostonun kənarında yerləşən şüşə və poladdan tikilmiş binaya – Delve Bio-nun ABŞ-nin Şərq sahilindəki qərargahına baş çəkib. Şirkətə elə həmin vaxt naməlum infeksiyası və ya mərkəzi sinir sisteminin iltihabi xəstəliyi olan bir pasiyentin onurğa-beyin mayesi ilə dolu kiçik plastik sınaq şüşəsi gətirilmişdi. Müəllif xalat və tibbi maska geyinmiş iki texnikin sınaq şüşəsini sentrifuqaya – nümunəni yüksək sürətlə silkələyən dairəvi maşına yerləşdirməsini müşahidə edib. Delve-in baş direktoru və həmtəsisçilərindən biri Bred Mürrey nümunədə ola biləcək istənilən göbələyin genetik materialını çıxarmağı “qozun içindən ləpəni çıxarmağa çalışmağa” bənzədib. Silkələnmə başa çatdıqdan sonra nümunə çıxarılıb və sekvensiya üçün hazırlanıb. Böyük soyuducuya bənzəyən sekvenatorda on saat ərzində milyonlarla qısa nuklein turşusu fraqmenti müəyyən edilməli idi. Daha sonra məlumatlar bulud əsaslı analitik sistemə yüklənirdi ki, həmin fraqmentlərdən hər hansı birinin tam sekvensiya edilmiş patogenlərə aid olub-olmadığı müəyyənləşdirilsin. Ertəsi gün metagenom tədqiqat nümunədə bir bakteriya aşkar edib. Bu bakteriyaya qarşı artıq yeni hədəflənmiş antibiotik mövcud idi və pasiyenti müalicə edən həkimlər onu hələ sınamamışdılar.
Mürreyin Delve-in köməyi ilə həll edilmiş hallar barədə danışdıqlarını dinləyərkən müəllif infeksion xəstəliklərin inanılmaz müxtəlifliyi barədə yenidən düşündüyünü qeyd edir. Kano ilə eyni tip şuntu olan on yaşlı uşaqda Moraxella-nın yeni növü aşkarlanıb. Bu bakteriyalar adətən yuxarı tənəffüs yollarında yaşayır. Şüur bulanıqlığından əziyyət çəkən və yeriməkdə çətinlik çəkən 60 yaşdan yuxarı qadında isə neyrosistiserkoz müəyyən edilib – bu xəstəlik zamanı lentşəkilli qurdların mikroskopik sürfələri beyində məskunlaşır. Müəllif bildirir ki, tibb məktəbində belə patogenlərin siyahılarını əzbərləyib, lakin həkim olduqdan sonra onları klinik praktikada çox nadir hallarda görüb. Böyük ehtimalla, həmin patogenlər onun mümkün diaqnozlar siyahısına belə düşməzdi.
Metagenomikanın tətbiq imkanları tibbdən çox kənara çıxır. Məsələn, gölməçədən götürülmüş bir qaşıq sudakı bütün DNT-ni sekvensiya etməklə orada hansı növlərin yaşadığını müəyyən etmək mümkündür. İnvaziv yosunlar aşkar edilərsə, su hövzəsinin təmizlənməsi kampaniyasına başlamaq olar; nəsli kəsilməkdə olan qurbağa növü tapılarsa, onu qorumaq üçün ərazidə tikinti dayandırıla bilər. Derizi bir neçə il əvvəl San-Fransisko körfəzində leopard köpəkbalıqlarının kütləvi şəkildə tələf olmasından danışıb. Yarılma onların beynində geniş qanaxmalar olduğunu göstərib ki, bu da infeksiyadan ölüm əlaməti idi. Derizinin komandası Kaliforniyanın Balıq və Vəhşi Təbiət İdarəsi ilə birlikdə metagenomikadan istifadə edərək səbəbkarı müəyyən edib: Miamiensis avidus paraziti. Əvvəllər bu parazitin leopard köpəkbalıqlarını yoluxdura biləcəyi düşünülmürdü. Ehtimal olunur ki, güclü yağışlardan sonra axıntı suları ilə körfəzə düşüb. “Əvvəlcədən hipotez tələb etməyən yanaşmanın gözəlliyi ondadır ki, məlumatlarla qarşılaşdığınız zaman problemin nədən ibarət olduğunu düşündüyünüzə dair koqnitiv qərəzlərin əsiri olmursunuz”, – Derizi deyib.
Əlbəttə, milyonlarla genetik fraqmentlə işləyən metod yanlış nəticəyə gəlmək üçün də milyonlarla imkan yaradır. Los-Ancelesdəki Kaliforniya Universitetinin klinik mikrobioloqu, 15 ildir metagenomikanı araşdıran Şansin Yan immun sistemi zəif olan bir pasiyentdən danışıb. Metagenom qan analizi göbələk DNT-si aşkar etdikdən sonra xəstəyə göbələkəleyhinə preparatlar təyin edilib. Yalnız sonradan həkimlər başa düşüblər ki, genetik material, böyük ehtimalla, xəstəlik törədən mikroorqanizmdən deyil, pasiyentin yediyi göbələkdən qaynaqlanıb. “Biz görəcəyimizi gözləmədiyimiz çoxlu şeyləri görməyə başlayırıq”, – Yan deyib. Sekvensiyanın miqyası və etalon məlumat bazalarının həcmi etibarlı siqnalı “səs-küy”dən ayırmağı çətinləşdirir. Bədənimiz yüzlərlə mikroorqanizm növünə aid trilyonlarla hüceyrə ilə məskunlaşıb və bu mikroorqanizmlər heç bir zərər verməsələr belə, metagenom testlərin nəticələrində görünə bilərlər. 2019-cu ildə dərc olunmuş böyük tədqiqat göstərib ki, sağlam insanların təxminən 23%-nin qanında mikrob DNT-si mövcuddur.
Mayo Klinikasında molekulyar klinik mikrobiologiya laboratoriyasına rəhbərlik edən Patrisiya Simner bildirib ki, bəzi patogen genetik kitabxanaları dəqiqlik üçün ciddi şəkildə yoxlanılır və redaktə olunur, digərlərində isə çoxsaylı səhvlər var. Məsələn, 5 min sağlam insan üzərində aparılan araşdırmada alimlər 50 bakteriya növünün kişilərdə qadınlara nisbətən əhəmiyyətli dərəcədə daha çox rast gəlindiyini düşündüklərini bildiriblər. Lakin bu “kəşf” illüziya olub: bakteriyaların etalon genetik ardıcıllıqlarına səhvən insanın Y xromosomunun fraqmentləri daxil edilmişdi. “Bu mikrob məlumat kitabxanaları nəhəngdir və daim dəyişir”, – Simner deyib.
Metagenom testlərin həssaslığı tədqiq olunan nümunənin növündən də əhəmiyyətli dərəcədə asılıdır. Onurğa-beyin mayesi baş və onurğa beynini əhatə etdiyindən, həmin toxumalardakı infeksiyaların aşkarlanması üçün xüsusilə faydalıdır. Getdikcə daha geniş yayılan metagenom qan analizləri isə həmişə birmənalı nəticə vermir: lokallaşmış infeksiyalar mütləq qan dövranına keçmir. Yan və həmkarları min metagenom qan analizinin nəticələrini araşdırarkən müəyyən ediblər ki, əldə olunan məlumatlar xəstələrin müalicəsini yalnız 16% halda əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırıb. Los-Ancelesdəki Kaliforniya Universitetinin klinik pediatriya üzrə dosenti və tədqiqatın aparıcı müəllifi İşminder Kaur bildirib ki, metagenom analiz avtomatik olaraq təyin edilməməlidir. “Doğru pasiyent və doğru vəziyyət üçün bu, yaxşı əlavə testdir. Amma infeksiyanın olduğu nahiyədən birbaşa toxuma nümunəsinin götürülməsini əvəz etmir”, – o deyib.
Yan bəzi həkimlərin metagenomikaya süni intellektə yanaşdıqları kimi münasibət göstərməsindən narahatdır: texnologiyanın məhdudiyyətlərini kifayət qədər araşdırmadan onu sürətlə tətbiq etməyə çalışırlar. “Biz texnologiyanın bütün problemlərimizi həll edə biləcəyinə inanırıq”, – o deyib. “Bu, əvvəllər olan yanaşmadan çox fərqlənir. Əvvəllər biz əvvəlcə texnologiyanı öyrənir, yalnız bundan sonra ondan istifadə etməyə başlayırdıq”. Təhlükə ondadır ki, həkimlər metagenom testlərin nəticələrini əslində olduqları kimi, yəni interpretasiya tələb edən növbəti məlumat toplusu kimi deyil, son həqiqət kimi qəbul edə bilərlər.
Bununla belə, bütün bu narahatlıqlar Yanın metagenomikaya olan həvəsini heç də azaltmayıb. Texnologiyanın potensialı bu yaz M.V. Hondius kruiz gəmisində baş vermiş xəstəliyin səbəbinin müəyyənləşdirilməsi zamanı özünü göstərib: metagenomika xəstəliyin And hantavirusundan qaynaqlandığını aşkar edib. Təxminən eyni vaxtda Konqo Demokratik Respublikasının İturi əyalətindəki xəstəxanalar yüksək hərarət, ishal və qusma şikayətləri olan pasiyentlərlə dolmağa başlayıb. Malyariya və qarın yatalağı üzrə testlər mənfi nəticə verib, Ebola virusunun geniş yayılmış Zair ştammını müəyyən etmək üçün aparılan PZR testlərində də eyni nəticə qeydə alınıb. Yalnız bir neçə həftə sonra, mayın ortalarında həkimlər pasiyent nümunələrini metagenom analiz üçün Konqo Demokratik Respublikasının paytaxtı Kinşasaya göndəriblər. Sekvensiya cəmi 16 saat ərzində insanlarda xəstəliyə səbəb olan virusu müəyyən edib: bu, Ebola virusunun Bundibugyo variantı idi. Problem PZR testlərinin səhv olması deyildi: axı pasiyentlərdə həqiqətən də onların yoxlanıldığı Ebola ştammı yox idi. Problem, görünür, ondan ibarət idi ki, xəstələrə sadəcə yanlış test tətbiq edilmişdi.
