Многим кажется, что секвенирование генома — это что-то на “языке будущего”, что-то из пока ещё фантастических далёких технологий, которые откроют нам когда-нибудь потрясающие возможности в медицине и не только. Однако на самом деле секвенирование генома — это настоящее, в котором мы уже живём, и даже немного наше прошлое.
В 1990м году был запущен глобальный международный научно-исследовательский проект “Геном человека”, целью которого было картирование и секвенирование всех генов человека.
Ген — это единица наследственного материала. Гены, причём неравномерно, распределены по хромосомам. Человеческий геном — это 23 пары хромосом, а также митохондриальная ДНК. Иными словами, геном человека — это весь наследственный материал, который заключён в клетке[1].
Секвенирование генома сейчас — это исследование, с каждым годом становящееся для пациентов все более доступным, а для генетических лабораторий по всему миру – всё более рутинным. Многие даже дарят подобные исследования своим близким.
Для чего нужно секвенирование и что такое NGS?
Для чего нам это нужно? Геномный анализ используется для диагностики многих заболеваний в таких областях, как неврология, кардиология, офтальмология, психиатрия, эпилептология, нефрология и др. Также широко распространено применение генотипирования не только для выявления моногенных патологий у пациентов любого возраста, но и для скрининга будущих родителей при подготовке к беременности.
Использование секвенирования генома в персонализированной медицине, в биотехнологии, в вирусологии стало доступным с началом использования метода NGS, next generation sequencing, или Секвенирования нового поколения.
NGS одновременно может прочитать большое количество участков генома, и это его главное отличие от более ранних методов. Его второе название — массивное параллельное секвенирование. За один рабочий цикл могут быть сгенерированы сотни мегабаз и даже гигабаз нуклеотидных последовательностей. Приставки “мега” и “гига” могут создать впечатление, что секвенирование применяется и приносит пользу только в глобальном научном масштабе. Однако это совсем не так. Несмотря на наличие слова “новый” в своём названии, NGS уже доказало свою эффективность в персонализированном клиническом применении, и выполнение панелей NGS включено в официальные клинические рекомендации развитых стран.
NGS-секвенирование в кардиологии
Например, Европейское Общество Кардиологов ещё в 2016 выпустило рекомендации, в которых было рекомендовано тестирование по генам, мутации которых приводят к сердечно-сосудистым заболеваниям, таким как острая или хроническая сердечная недостаточность, неишемическая кардиомиопатия, гипертрофическая кардиомиопатия[2].
Гипертрофическая кардиомиопатия является первым наследственным заболеванием сердца, для которого ещё в 80-х было определено генетическое происхождение. На данный момент около 60% случаев гипертрофической кардиомиопатии можно объяснить с помощью генетики, благодаря NGS[3].
Сердечно-сосудистые заболевания остаются на первом месте по причине смертности человека, и часть из них вызваны нарушениями в генетических механизмах — это мы знаем теперь благодаря NGS[4]. В таких ситуациях ранняя диагностика с помощью генотипирования чрезвычайно важна для сохранения качества и продолжительности жизни. Понимая это, Европейское Общество Кардиологов в 2019 году создало Совет по сердечно-сосудистой геномике[5].
В Великобритании также очень внимательно относятся к важности генетических исследований. В октябре этого года правительство дало финансирование компании Genomics England — на секвенирование генома новорожденных для выявления генетических аномалий развития[6]. Для детей такая точная диагностика особенно важна: NGS позволяет вовремя начать или скорректировать терапию, что напрямую влияет на качество жизни, ее продолжительность и смертность. Результаты могут повлиять на решение провести генетическое тестирование членам семьи. Но самое главное — генетическое тестирование снимает огромную психологическую нагрузку с семей, которые находятся в смятении из-за неустановленного диагноза или неясного прогноза — NGS быстро и эффективно может положить конец “диагностической одиссее”.
NGS-секвенирование в педиатрии и эпилептологии
Педиатрия — это важная область медицины, где активно используется NGS. В 2020 году был опубликован метаанализ нескольких десятков исследований применения NGS в педиатрии, инициированный Американской коллегией медицинской генетики и геномики. Метаанализ является основой для клинических рекомендаций — его авторы настоятельно рекомендуют NGS в качестве основного теста при подозрении на различные аномалии развития: это врождённые пороки сердца, аномалии развития конечностей, интеллектуальные нарушения, расстройства аутистического спектра, эпилепсия[7]. Генетическая диагностика эпилепсии особенно важна, ведь в ряде случаев может быть подобрана специфическая терапия, которая может повлиять на купирование приступов и развитие ребёнка. Использование NGS-панелей для этих целей уже входит в методические рекомендации Департамента здравоохранения Москвы.
Диагностика расстройств аутистического спектра с помощью генотипирования также уже утверждена Минздравом России: с 2020 года проведение тестирования рекомендуется пациентам с диагнозом РАС, для таких случаев в том числе рекомендована консультация генетика. Помимо этого, рекомендуется генетическое обследование для уточнения этиологии расстройства всем детям и подросткам с уже установленным диагнозом[8].
NGS-панели в лаборатории Genetico
Вообще, включения генетических панелей в ОМС ожидают в ближайшие годы — например, диагностика некоторых онкологических заболеваний с помощью NGS-секвенаторов уже входит в этот список[9]. Лаборатория Genetico располагает наиболее объёмными диагностическими NGS-панелями в стране. Наши врачи-генетики и биоинформатики провели большую работу по поиску в мировых базах данных информации о генах, связанным с наследственными формами эпилепсий, аутизмом и задержкой психоречевого развития, болезнями почек и иммунной системы.
В Genetico для пациентов уже доступны панели таких наследственных заболеваний, как аутизм на 450 генов, эпилепсии (Эпи-панель) на 596 генов, болезни иммунитета (Иммуно–панель) на 434 гена и болезни почек (Нефро-панель) на 333 гена. Данные проверяются тремя опытными специалистами в самые короткие сроки — в течение 35 рабочих дней результаты уже будут у пациента на руках.
Исследования проводятся на самом современном оборудовании Illumina NovaSeq 6000. Исследование генов, входящих в состав NGS-панели, в лаборатории Genetico проводится на основе полноэкзомного секвенирования (а экзом — это часть генома, в которой содержится около 85% всех причин генетической патологии), поэтому при обнаружении новых генов, ассоциированных с заболеванием пациента, нет необходимости заново сдавать кровь и проходить более расширенное исследование. Достаточно провести переанализ уже имеющихся сырых данных секвенирования с учетом новой информации. Если же, например, по итогам анализа включенных в панель генов в них не найдено мутаций, всегда есть возможность обратиться за переанализом данных секвенирования полного экзома и консультацией генетика.
И, безусловно, прежде чем обратиться за выполнением тестирования, необходимо проконсультироваться с врачом-генетиком — ведь любой метод исследования имеет свои возможности и ограничения.
Итак, что же такое NGS-секвенирование, секвенирование нового поколения? Это сравнительно быстрое (от 45 дней — геном, 35 дней — экзом) и объёмное исследование, которое с каждым днём становится всё доступнее. С помощью NGS-панелей мы можем получить точный и быстрый диагноз или прогноз, а врач в некоторых случаях может назначить или скорректировать лечение — это то, ради чего, в том числе, создавался проект “Геном человека”, ради чего когда-то учёные взялись за такую сложную работу — прочитать человеческий геном.
NGS-панели
Наиболее полные мультигенные панели, в рамках которых методом секвенирования нового поколения (NGS) проводится определение возможных генетических причин различных заболеваний.
Сравнительная геномная гибридизация на чипах (aCGH) — молекулярно-цитогенетический метод, используемый для обнаружения вариаций числа копий генов (CNV) в ДНК человека.
Как проводятся генетические тесты и почему так дорого стоят?
Генетические тесты используют не только в судебной экспертизе, криминалистике или для установления родства. Анализ ДНК стал неотъемлемой частью современной медицины. Генетическое тестирование активно используют врачи разных специальностей: кардиологи, пульмонологи, стоматологи и многие другие специалисты.
Под секвенированием подразумевают несколько методов, цель которых — определение нуклеотидной последовательности в ДНК. На данный момент нет ни одного способа, который бы работал для этой макромолекулы целиком.
