Dalam dekade terakhir, penggunaan genomik di India telah mengalami transformasi signifikan, sedemikian rupa sehingga diagnosis, pengelolaan, dan pengobatan banyak penyakit — termasuk tuberkulosis, kanker, dan penyakit yang disebabkan oleh resistensi antimikroba — berada di titik puncak revolusi.
Baru-baru ini, pada Januari 2024, Departemen Bioteknologi menyatakan telah melakukannya pengurutan selesai 10.000 genom dari 99 kelompok etnis di bawah proyek 'Genome India'. Inisiatif nasional ini bertujuan untuk mengembangkan genom referensi bagi masyarakat India, yang akan membantu merancang 'chip genetik' yang mencakup seluruh genom dan spesifik penyakit untuk diagnostik dan penelitian berbiaya rendah.
Sebelumnya, pada Oktober 2020, Council for Scientific and Industrial Research (CSIR) dikabarkan telah mengurutkan keseluruhannya genom 1.008 individu di India mewakili beragam kelompok etnis dalam enam bulan. Upaya ini merupakan bagian dari misi yang disebut 'Asli' — untuk membuat kumpulan data percontohan yang dapat digunakan peneliti untuk menganalisis epidemiologi penyakit genetik dan membantu mengembangkan pendekatan penyaringan yang terjangkau, mengoptimalkan pengobatan, dan meminimalkan kejadian buruk akibat penyakit tersebut.
Konsorsium lain yang lebih spesifik terhadap penyakit juga bermunculan di seluruh negeri dan upaya sedang dilakukan untuk membuat kumpulan data baru untuk mengatasi masalah kesehatan individu, mulai dari penyakit tuberkulosis hingga kanker, kelainan genetik langka pada anak-anak, dan bahkan resistensi antimikroba. . Para peneliti juga dapat mengambil manfaat lebih dari hal ini menggunakan kecerdasan buatan dan pembelajaran mesin, dan dengan menggabungkan kontennya dengan kumpulan data ekstensif lainnya tentang protein (proteomik), ekspresi gen dalam sel (transkriptomik), dan perubahan kimia yang mengatur ekspresi gen (epigenomics). ) untuk mengembangkan pendekatan 'multi-omics' untuk mengatasi penyakit.
Tuberkulosis
Konsorsium baru-baru ini membahas tuberkulosis, penyakit yang terus menimbulkan tantangan signifikan terhadap pemberantasannya, di India dan di seluruh dunia. Konsorsium Pengawasan Genom Tuberkulosis India (InTGS) terdiri dari 10 lokasi Report India yang mencakup delapan negara bagian untuk tuberkulosis, dengan tujuan mengurutkan sekitar 32.000 galur klinis tuberkulosis dari pasien aktif, dan mengembangkan repositori biologis terpusat dari klinis Mycobacterium tuberkulosis strain di India.
Tujuan utama lainnya terkait tuberkulosis meliputi pemetaan keragaman genetik isolat bakteri tuberkulosis paru dan ekstra paru dari kasus aktif yang baru dilaporkan di India, hasil pengobatan terkait, dan korelasi mutasi dengan pola resistensi obat, menurut Vinay Nandicoori, direktur CSIR-Centre for Cellular and Molecular Biology (CCMB), Hyderabad. Tujuan akhir proyek ini adalah untuk memvalidasi mutasi yang teridentifikasi guna mengembangkan metode berbasis sekuens untuk menentukan resistensi obat, dan untuk menggabungkan data epidemiologi dengan hasil dari sekuensing genom secara keseluruhan guna mengembangkan solusi yang berfungsi.
Para ilmuwan dari berbagai lembaga penelitian terkemuka telah membagi berbagai bagian proyek tersebut. Pada tahap pertama, para ilmuwan dari Jawaharlal Institute of Postgraduate Medical Education and Research, Puducherry; Institut Nasional Penelitian Tuberkulosis, Pusat Penelitian Medis Bhagwan Mahavir, Hyderabad; Perguruan Tinggi Kedokteran Pemerintah Byramjee Jeejeebhoy, Pune; dan Rumah Sakit PD Hinduja, Mumbai, akan mengumpulkan sampel klinis, termasuk metadata pasien. Selanjutnya, para ilmuwan di Pusat Internasional untuk Rekayasa Genetika dan Bioteknologi, New Delhi, akan mengisolasi materi genetik dari sampel dan menyiapkan tempat penyimpanan strain. Pada tahap ketiga, ilmuwan di CCMB dan National Institute of Biomedical Genomics, Kalyani, akan melakukan pengurutan seluruh genom. Pada tahap keempat dan terakhir, tim di Institut Imunologi Nasional, New Delhi, akan melakukan analisis data pengurutan RNA, dan mengembangkan model AI dan ML untuk memprediksi resistensi obat dan memperhatikan metadata untuk mendeteksi pola resistensi, menurut Dr. .Nandikori.
“Ini adalah proyek yang sangat, sangat, sangat besar,” tambahnya. Titik awalnya adalah menghasilkan data dasar – sebuah tugas yang relatif diabaikan di India dibandingkan dengan beberapa negara lain.
Kelainan genetik yang langka
India juga telah meluncurkan misi lintas negara untuk Pediatric Rare Genetic Disorders (PRaGeD), yang meskipun jarang terjadi, telah menjadi masalah kesehatan masyarakat yang umum. Misi PRaGeD berencana untuk menciptakan kesadaran, melakukan diagnosis genetik, menemukan dan mengkarakterisasi gen atau varian baru, memberikan konseling, dan mengembangkan terapi baru untuk penyakit genetik langka yang menimpa anak-anak India.
Misi ini akan menggabungkan data IndiGen ke dalam jalur bioinformatik internal yang akan digunakan untuk menganalisis bagian genom yang mengkode protein (exome). CSIR-Pusat Sidik Jari dan Diagnostik DNA (CDFD), Hyderabad, bekerja sama dengan 15 pusat di seluruh India, berencana untuk merekrut pasien dan keluarga mereka dengan kelainan genetik langka.
“Penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi gen-gen baru untuk berbagai fenotipe bawaan yang diketahui maupun yang tidak dapat dijelaskan (ciri-ciri yang dapat diamati) tetapi juga membantu pasien dan keluarga dalam pengelolaan penyakit dan diagnosis prenatal,” Ashwin Dalal, pemimpin kelompok diagnostik dan ilmuwan di CDFD. Tim juga akan mengkarakterisasi gen baru atau variannya untuk menentukan fungsi atau perannya dalam kelainan tersebut, menggunakan garis sel dan/atau model organisme seperti tikus, lalat buah, dan ikan zebra.
Yang juga menjadi landasan misi ini adalah penggunaan pengurutan generasi berikutnya, salah satu alat terbaru untuk mengelola penyakit langka dan untuk menilai kemungkinan berkembangnya beberapa penyakit kronis, terutama ketika tes konvensional memberikan hasil negatif. “Menerapkan pengujian genetik bayi baru lahir di tingkat nasional dapat berkontribusi pada pengelolaan kondisi genetik langka melalui diagnosis yang lebih cepat dan akurat,” kata Dr. Dalal.
Kanker
Konsorsium Genom Kanker India (ICGC-India), bagian dari Konsorsium Genom Kanker Internasional (ICGC) yang lebih besar dan didukung oleh Departemen Bioteknologi, berencana untuk mengkarakterisasi kelainan genom pada berbagai jenis kanker pada pasien India dan mengidentifikasi variasi genetik spesifik populasi. yang terkait dengan risiko kanker dan respon pengobatan. Proyek pengurutan genom seluruh populasi dapat memfasilitasi penemuan biomarker baru, potensi target pengobatan baru, dan strategi pengobatan yang dipersonalisasi, menurut Dinesh Gupta, pemimpin kelompok bioinformatika translasi di Pusat Internasional untuk Rekayasa Genetika dan Bioteknologi, New Delhi.
Beberapa institusi di India telah membentuk gudang data genom mirip ICGC untuk memfasilitasi penelitian kanker dan inisiatif pengobatan presisi yang memenuhi susunan genetik masyarakat India, kata Dr. Gupta. Contoh lainnya adalah proyek Indian Cancer Genome Atlas, sebuah inisiatif filantropi publik-swasta nirlaba yang mencoba membuat katalog komprehensif mengenai perubahan genom pada berbagai jenis kanker yang lazim di India. Hal ini dapat membantu peneliti mengidentifikasi biomarker baru dan target pengobatan. Atlas mengumpulkan dan menghasilkan genomik terperinci dengan data klinis terkait.
Uji klinis pada kanker juga mulai memasukkan genomik di negara tersebut, Dr. Gupta menambahkan. Pusat kanker di India mengklasifikasikan pasien menggunakan profil genom untuk uji klinis berdasarkan subtipe molekulernya, dan mencocokkan calon responden dengan terapi yang ditargetkan.
Resistensi antimikroba
Genomik dan metagenomik berguna untuk menganalisis resistensi antimikroba dan memahami kemungkinan penyebaran cepat fungsi resistensi antibiotik antar spesies bakteri. Beberapa mikroba, seperti bakteri penyebab tuberkulosis, tumbuh sangat lambat, bahkan dalam kondisi laboratorium, jelas Bhabhatosh Das, profesor di Institut Sains dan Teknologi Kesehatan Translasional, Faridabad. “Jadi dokter meresepkan antibiotik tanpa mengetahui profil resistensi sebenarnya dari agen infeksi tersebut.”
Dalam kasus seperti itu, pengurutan genom sangat membantu karena dapat memberikan informasi tentang profil resistensi mikroba tanpa harus dikembangkan oleh peneliti di laboratorium, katanya. “Informasi tersebut membantu dokter dalam menggunakan antibiotik secara bijaksana.” Pada tuberkulosis, tanda-tanda resistensi yang spesifik terhadap patogen “harus memberikan nilai tambah yang besar pada diagnosis resistensi antimikroba dan pemilihan kombinasi obat yang tepat untuk keberhasilan terapi antimikroba.”
AI, ML, dan multi-omik
Sementara itu, algoritma kecerdasan buatan (AI) dan pembelajaran mesin (ML) membantu genomik dalam menganalisis kumpulan data yang luas. Teknologi ini dapat membantu memprediksi risiko seseorang terkena kanker, mengembangkan alat diagnostik untuk mendeteksi beberapa jenis kanker secara dini, mengklasifikasikannya, dan mengembangkan strategi pengobatan, kata Dr. Gupta.
Para peneliti juga menyatakan penggunaan AI dan ML untuk membantu menganalisis data pengurutan genom dalam kasus kelainan genetik langka. Satu contoh pengurutan seluruh eksome suatu individu dapat menghasilkan 5 Gb data dan pengurutan seluruh genom dapat menghasilkan 90 Gb, Dr. Dalal menjelaskan: “Analisis pengurutan sebesar itu tidak mungkin dilakukan tanpa menggunakan alat komputasi.” Para teknisi menggunakan pendekatan berbasis AI dan ML dalam jalur bioinformatik internal serta bagian dari alat komersial untuk menganalisis data pengurutan guna mengidentifikasi varian penyebab penyakit.
Dengan pesatnya perluasan AI, kini mudah untuk mengakses multi-omik dan menganalisis produk Big Data dengan cepat, bahkan hanya dengan fasilitas komputasi standar, menurut Dr. Das, seraya menambahkan bahwa multi-omik saat ini merupakan teknologi yang sedang berkembang dalam bidang ilmu klinis di India.
TV Padma adalah jurnalis sains di New Delhi.
