در این مقاله به نکاتی در مورد NGS و تشخیص بالینی و چالش های پیش روی آن می پردازیم.

سی و پنج سال پیش ، دکتر Janet Davison Rowley در آزمایشگاهش در دانشگاه شیکاگو پشت میکروسکوپ نشسته بود و کشف بزرگی در زمیته سرطان انجام داد، وی نشان داد که لوسمی در اثر ترنسلوکاسیون کروموزومی اتفاق می افتد. به مفهوم دیگر این یک بیماری DNA است. امروز با کمک NGS (Next generation sequencing) ما می توانیم بر روی آن کروموزوم و بقیه آنها تمرکز کنیم و نشان دهیم کدام نوکلئوتیدعامل بیماری بوده است.

به سمت پزشکی شخصی

اولین توالی یابی ژنوم انسان در سال ۲۰۰۳ میلیارها دلار هزینه داشت و نزدیک  به یک دهه به طول انجامید. امروزه هزینه این کار کمتر از ۱۰۰۰ دلار است و این رقم به ازای هر باز در حال کاهش است. پیشرفت های حاصل شده در زمینه ذخیره سازی داده ها و انباشت توالی های بدست آمده منجر به کنترل بهتر در زمینه مدیریت داده و آنالیز آن شده است. اکنون NGS توانسته ما را یک قدم به پزشکی شخصی نزدیکتر کند. در این مقاله نمونه هایی از یافته های پزشکی شخصی را می خوانید که با کمک NGS به انجام رسیده است.

نقش بیماری های تک ژنی (Monogenic) در مرگ نوزادان

بیماری های تک ژنی یا بیماری حاصل از موتاسیون در یک ژن یکی از دلایل رایج مرگ نوزادان است. اگرچه بیش از ۳۵۰۰ بیماری ژنتیکی تا به امروز مشخص شده است، تنها تعدادی از آنها دارای تست غربالگری است. در یک مطالعه که در بیمارستان کودکان Mercy در کانزاس انجام شد، به منظور تشخیص مولکولی علل بیماری کودکان تعیین توالی کل ژنوم (WGS) انجام گرفت. ۲ نمونه توالی یابی شدند. ۵۰ ساعت آماده سازی نمونه ها، ساخت کتابخانه (Library)، توالی یابی و آنالیز  به طول انجامید . این نمونه ها با دستگاه Illumina Hiseq 2500, 2×۱۰۰ با کاوریج ۵۰X خوانش شدند. آنالیز نمونه ها با کمک نرم افزار RUNES ( نرم افزار فراخوانی واریانت) دو ساعت و نیم به طول انجامید. این فرآیند منجر به کشف دو موتاسیون هتروزیگوت معنی دار شد. این یک نمونه از مزایای NGS است و در مواقعی که نمی دانیم دقیقا در کدام قسمت باید متمرکز شویم به کمک ما می آید.

داستان یک نجات یافته از سرطان … و محقق

دکتر Lukas Wartman زمانی که بر روی سرطان در دانشگاه واشینگتن مطالعه می کرد، مبتلا به لوسمی حاد لیمفوبلاستیک شد. پس از شیمی درمانی و دو سال بهبود او اولین عود بیماری را تجربه کرد. زمانی که بیماری او بعد از پیوند مغز استخوان عود کرد، NGS به عنوان ابزاری تایید شده که نشان می داد دقیقا چه در بدن افتاده است مطرح شد. وی ژنوم خود را در انستیتو  Genome دانشگاه واشینگتن آزمایش نمود. آنالیز ترنسکریپتوم نشان داد که سطح بیان پروتئین FLT3 وی بالا رفته است، که یک ژن تنظیم کننده رشد است. خوشبختانه یه داروی مهار کننده FLT3 که تاییدیه FDA را داشت برای درمان سرطان کلیه وجود داشت. جدا از اینکه شرکت های بیمه هزینه این دارو را پرداخت نمی کنند هیچ مانعی برای تست این دارو در بیماری لوسمی حاد لیمفوبلاستیک نبود. بدن دکتر Lukas به این دارو پاسخ مثبت داد و درمان شد. شما می توانید در مورد داستان وی در اینجا بخوانید.

 

تشخیص آنتی ژن لوکوسیت انسانی

خانواده ژنی آنتی ژن لوکوسیت انسانی (HLA) شامل ژن هایی است که مجموعه پروتئینی HLA را بیان می کند. این مجموعه در توانایی سیستم ایمنی بدن برای تشخیص پروتئین های خود فرد از پروتئین های خارجی نقش مهمی دارد (برای مثال میکروبها، انگلها و در پیوند). HLA آنالوگ مجموعه سازگاری نسجی (MHC) که در بسیاری از دیگر گونه ها دیده می شود است. مجموعه HLA متشکل از  بیش از ۲۰۰ ژن در کروموزوم ۶ است و درک این ژن جهت پیوند اعضا و جلوگیری از پس زدن بافت توسط سیستم ایمنی فرد گیرنده بسیار ضروری است. (برای مثال: گرفت در مقابل بیماری فرد گیرنده). در این خصوص NGS این امکان را فرآهم آورده که از طریق HLA typing و HLA maching افراد گیرنده عضو، بهترین شانس را در انجام یک پیوند عضو موفق داشته باشند.

چالش های NGS برای تبدیل شدن به یک ابزار تشخیصی

با وجود کاهش هزینه ها، هنوز چالش های زیادی برای تبدیل شدن NGS به یک پایه اصلی در تمام آزمایشگاه های تشخیصی وجود دارد. ابزارهای مورد نیاز برای اجرای داخلی NGS گران است و راه اندازی مرکز NGS و تجزیه و تحلیل داده های آن زمانبر بوده و نیاز به پرسنل متخصص دارد. تعیین توالی کل ژنوم یا کل اگزوم می تواند از آماده سازی نمونه تا توالی یابی و آنالیز چند هفته به طول بیانجامد. زمان بهینه برای یک تست تشخیصی بین یک الی سه روز می باشد. توالی یابی در چندین پلتفرم با کاوریج بالاتر حتی می تواند به مبلغ و زمان انجام کار بیافزاید. چالش های فنی هم مانند توالی های غنی از GC وجود دارد که نیاز به توالی یابی عمیق تر و تغییر در استراتژی های تجزیه و تحلیل دارد.

حریم خصوصی و NGS

از دیگر جنبه های مهم، حریم خصوصی است. زمانی که تشخیص بیماری مد نظر باشد، ساخت لایبری، توالی یابی و آنالیز اصلی ترین بخشهای NGS خواهند بود. در یازدهم اکتبر ۲۰۱۲، کمیسیون اخلاق زیستی ریاست جمهوری ایالات متحده آمریکا گزارش مهمی را با عنوان حریم خصوصی و پیشرفت در NGS  منتشر کرد. این گزارش توصیه می کند که NGS بدون اجازه فرد انجام نشود ، از اطلاعات بدست آمده از توالی یابی محافظت شود و مشاوره به عنوان پیش شرط آزمایش ژنتیک قبل از WGS انجام شود. این توصیه نامه ها به ایجاد اطمینان از حفظ حریم خصوصی افراد کمک می کند. به عنوان مثال توالی یابی بقایای به جا مانده بر روی فنجان قهوه یا بشقاب ها از جمله آزمایشات است.

اخلاق در NGS و آموزش

آخرین و البته مهمترین مساله در WGS کشف اطلاعاتی است که بیمار ممکن است دریافت نکرده باشد. آنالیزها ممکن است منجر به تشخیص موارد مشخص نشده  شود که ممکن است دارای درمان باشند یا خیر. از سمتی دیگر آنالیزها می توانند منجر به دیده شدن موتاسیونی گردند که منجر به بیماری بشود یا خیر. ژنومیکس شخصی ابزاری است که به سرعت همه گیر شد و سوالات بسیاری بزرگ اخلاقی ایجاد نمود. از جمله این سوالات می توان به موارد زیر اشاره نمود:

  • آیا مشاوره اختصاصی بیماری به صورت موازی با NGS ابزار تشخیصی هستند؟

  • ما چگونه کمک کنیم تا مردم به پتانسیل اطلاعات پی ببرند تا این فرآیند فعال باشد و از آن سوء استفاده نشود.

منابع:

 

  1. Goldberg B, Sichtig H, Geyer C, Ledeboer N, Weinstock GM. 2015. Making the Leap from Research Laboratory to Clinic: Challenges and Opportunities for Next-Generation Sequencing in Infectious Disease Diagnostics. mBio. 6(6): e01888-15.

  2. Kamps R, Brandao RD, van den Bosch BJ, Paulussen ADC, Xanthoulea S, Blok MJ, Romano A. 2017. Next-Generation Sequencing in Oncology: Genetic Diagnosis, Risk Prediction and Cancer Classification. Int J Mol Sci. 18(2): 308.

  3. Rigter T, Henneman L, Kristoffersson U, Hall A, Yntema HG, Borry P, Tönnies H, Waisfisz Q, Elting MW, Dondorp WJ, Cornel MC. 2013. Reflecting on Earlier Experiences with Unsolicited Findings: Points to Consider for Next-Generation Sequencing and Informed Consent in Diagnostics. Hum Mutat. 34/10):1322-1328.