Полногеномное исследование что это

12.09.202211.09.2022 admin 0 Comments

Полногеномное секвенирование: опасайтесь ошибок!

Насколько надёжно медицинское секвенирование ДНК?

Анализ ДНК может много рассказать о том, какие болезни грозят человеку. Пусть и не все возможные мутации известны и изучены, у нас всё же достаточно знаний, чтобы оценить риск того или иного вида злокачественной опухоли или, скажем, диабета. Конечно, проявление мутации зависит от внешних факторов, однако вряд ли кто-то будет спорить с тем, что генетический дефект при прочих равных условиях всё-таки повышает вероятность болезни.

Но чтобы найти мутацию, ДНК нужно секвенировать, прочитать последовательность нуклеотидов в ней. То есть нам нужен метод анализа, с помощью которого мы смогли бы разобрать ДНК на буквы и узнать, какие буквы оказались мутированными. Методов сиквенса много, и совершенствуются они с головокружительной быстротой. Ещё бы, ведь огромная часть научных работ начинается с выяснения последовательности ДНК, и нужно это не только в молекулярно-биологических областях, но и при решении каких-нибудь эволюционно-зоологических проблем. И это не говоря уже о медицинских потребностях.

Один из лабораторных способов сиквенса ДНК с использованием радиоактивно или флуоресцентно меченых нуклеотидов,
излучение которых фиксируется чувствительной плёнкой. (Фото Michael Rosenfeld.)

Но метод секвенирования ДНК далёк от совершенства – то есть, проще говоря, у него есть какой-то процент брака, ошибок в чтении ДНК. И в данном случае под «методом секвенирования» мы понимаем все современные его варианты; среди них есть похуже, есть получше, но идеальной 100-процентной точности они не дают. Тут, впрочем, стоит задуматься, так ли уж критична для нас эта точность?

Юэн Эшли (Euan A. Ashley) и Томас Квертермос (Thomas Quertermous) из Центра наследственных сердечно-сосудистых болезней при Стэнфордском университете (США) вместе с коллегами решили проверить, насколько полную информацию об опасных мутациях дадут две машины для сиквенса ДНК – производства Illumina и Complete Genomics (обе – США). В исследовании участвовали 12 здоровых людей, без каких-либо признаков генетических заболеваний. Однако их ДНК всё же несли в себе нехорошие мутации, числом от двух до шести; более того, у одной женщины нашли мутацию в гене BRCA1, который тесно связан с опухолями яичников или молочных желёз. Хотя испытуемые были здоровы, осведомлённость о неполадках в собственной ДНК могла бы помочь им так организовать свою жизнь, чтобы не провоцировать мутации, уменьшить вероятность срабатывания этих генетических «мин».

Эти результаты, бесспорно, говорили в пользу метода (точнее, двух его вариантов, представленных разными технологическими решениями). Однако, как пишут исследователи в Journal of the American Medical Association (Dewey et al., Clinical Interpretation and Implications of Whole-Genome Sequencing), от 10 до 19% генов, связанных с болезнями, прочитывались обоими агрегатами неудовлетворительно. А это значит, что мутации в них могут ускользнуть от внимания медиков. Кроме того, эти два варианта сиквенса часто не сходились между собой в отношении особо опасных мутаций, когда в ген, связанный с болезнью, вносится вставка, или, наоборот, когда он теряет фрагмент последовательности.

Тут стоит заметить, что полногеномное секвенирование, когда прочитывается и анализируется с одинаковым тщанием абсолютно вся ДНК, в современной медицине пока что применяется не очень широко; обычно анализу подвергаются лишь те гены, которые вызывают особое подозрение в связи с какими-то симптомами. Геномный анализ, бесспорно, мог бы стать большим подспорьем в медицине, однако тут есть несколько проблем, одна из которых – пока ещё недостаточная дешевизна и доступность таких систем, а вторая – то, о чём мы только что говорили, то есть всё ещё не вполне идеальная точность. Впрочем, стоит надеяться, что точность в скором времени «дотянут» до нужного уровня: всё-таки сделанная загодя полная генетическая карта со всеми генетическими рисками сильно помогла бы и врачам, и их потенциальным пациентам.

Источник

Секвенирование генома

Весь геном человека состоит из более чем трех миллиардов этих нуклеотидов, которые расположены в строго определенной последовательности.

К сожалению, иногда бывает так, что некотоые нуклеотиды исчезают или наоборот удваиваются или заменяются один на другой. Во многих случаях это ведет к неправильному формированию организма. Это может проявляться в виде врожденных пороков или малых аномалий развития, задержке психического развития, аутизме или имеет другие проявления.

Cеквенирование – это тест для определения генетических повреждений (мутаций) в ДНК, которые являются причиной наследственных болезней, наследственных предрасположенностей или особенностией организма.

Полногеномное секвенирование дает максимально полный набор данных о структуре генетического материала и позволяет детально оценить все индивидуальные генетические вариации

Секвенатор нового поколения IlluminaNextSeq 500 применяемый для секвенирования может определять полную структуру генома человека. Каждый участок генома при этом прочитывается 30 раз для повышения точности полученных данных.

Что можно получить при полногеномном секвенировании?

Когда нужно делать секвенирование генома?

В результате полногеномного секвениования получается огромный объем данных который требует специальной обработки. Такая обработка включает несколько этапов:

Источник

Полногеномное исследование что это

Сегодня много пациентов страдает от неверного диагноза или несвоевременно обнаруженного заболевания, связанного с нарушениями в структуре ДНК.

Распространенные генетические тесты, такие как анализ одного гена, панели из нескольких генов или микроматричный анализ, часто не могут до конца выявить точную причину болезни из-за своих ограниченных возможностей.

Недавние достижения молекулярной генетики позволили сделать доступным по цене и скорости выполнения новый метод генетического тестирования — полногеномное секвенирование.

Полное секвенирование генома способно обнаружить почти все изменения в ДНК пациента, расшифровывая последовательность всех кодирующих и некодирующих областей. Результат такого исследования — информация о тысячах генов, участвующих в нормальном росте и развитии организма.

Этот метод с успехом заменяет все ранее известные способы генетического тестирования, соединяя в себе их возможности. С каждым годом он позволяет установить точный диагноз все большего числа заболеваний.

Используя полногеномное секвенирование, лечащий врач получает помощь не только в диагностике, но и более точно принимает решения по лечению, может наблюдать за течением заболевания, делать прогноз развития болезни и выздоровления. В некоторых случаях также возможны рекомендации о прогрессировании заболевания.

По результатам тестирования может быть проведена оценка риска наследственных заболеваний для других членов семьи.

Полное секвенирование может быть проведено по направлению лечащего врача, а также по желанию пациента без наличия срочных медицинских показаний.

Структура генома не изменяется. Сделав анализ однократно, его результатами можно пользоваться всю жизнь. К ним можно повторно обращаться при появлении очередных открытий в генетике и с учетом новых знаний более точно интерпретировать данные.

Имея на руках готовую расшифровку своего генотипа, человек подготовит себя к возможным экстренным ситуациям, когда подробная генетическая информация может спасти жизнь — при травмах, операциях, тяжелых заболеваниях, пересадке органов и др.

Полногеномное секвенирование — лучший на сегодня метод продолжать исследования структуры ДНК, функций генов, их влияния друг на друга и на проявления фенотипа.

Несмотря на работу в этом направлении крупных исследовательских центров, ее результаты не всегда широко доступны.

Поэтому многие исследователи делают это самостоятельно для своих узкоспециализированных целей — подбора и разработки препаратов, спортивных достижений, селекции растений и животных, диагностики и лечения болезней.

Обладая современным оборудованием, проверенными технологиями и квалифицированными специалистами-генетиками, лаборатория «Геномед» готова предоставлять эти ресурсы для целого ряда научных разработок.

Фундаментальные исследования

Изучение структуры и функции генома

Исследование генома человека не завершено до сих пор. Полногеномное секвенирование дает новые возможности поиска нераскрытых функций генов, изучения некодирующих областей и регуляторных участков ДНК.

Структурные изменения и CNV

В отличие от большинства других генетических методов, полногеномное секвенирование позволяет точно определять любые изменения структуры ДНК.

Точность определения часто достигается до уровня единичного нуклеотида. Поэтому если требуется достоверно определить транслокации, инверсии, вставки или делеции участков, целесообразно использовать тест Genome UNI.

Эпигенетика

После создания технологии полногеномного секвенирования появилась возможность изучать закономерности наследования, не связанные с генетической последовательностью. В первую очередь речь идет о механизмах регуляции экспрессии генов.

В вопросах эпигенетики важную роль играют методики исследования метилирования ДНК (MeDIP-Seq, WGBS), взаимодействия и модификации гистонов (ChlP-Seq), метилирования РНК (TRM).

Полногеномные ассоциативные исследования

Исследование связи между структурой генома и фенотипическими признаками позволяет определить, как проявляются различные сочетания генов.

Результат такой работы — более четкое понимание механизмов развития полигенных и многофакторных заболеваний, выявление влияния гетерозиготности на развитие признаков и оценка влияния средовых факторов.

Митохондриальный геном

В отличие от других генетических тестов, полногеномное секвенирование одновременно исследует весь генетический материал клетки — ДНК ядра и митохондрий. Это особенно важно при изучении наследственности по материнской линии и обнаружении наследственных митохондриальных заболеваний.

Транскриптом

Полногеномное секвенирование позволяет оценивать не только геном клетки, но и ее транскриптом — совокупность всех типов РНК.

Важность транскриптома в том, что он показывает активность экспрессии определенных генов на текущий момент, которая сильно зависит от состояния окружающей среды и самого организма и может свидетельствовать о наличии неблагоприятных процессов.

Биоинформатический анализ

Расширенный пайплайн

Многопотоковое секвенирование позволяет одновременно проводить расшифровку множества участков одной ДНК. Это значительно ускоряет процесс чтения, позволяет снизить стоимость исследования и добиться высокой точности.

В настоящее время полногеномный анализ покрывает больше 96% генов с глубиной прочтения >20х, а время исследования одного генома сократилось до 24 часов.

Платформа управления данными

Результаты анализов представлены в виде удобного пользовательского интерфейса в личном кабинете. Там же доступны данные интерпретации, если она проводилась, а также полученные рекомендации.

Владелец доступа может в любое время обратиться к своим результатам или загрузить их для офлайн-использования.

Пользовательский биоинформационный сервис

Кроме оборудования и передовых технологий, «Геномед» рад предоставить консультационные услуги опытных врачей-генетиков.

Направляя пациента на анализ, вы получите не только расшифровку нуклеотидной последовательности, но и, при необходимости, ее клиническую интерпретацию и рекомендации по использованию результатов.

Собственное хранилище данных

Данные о проведенных исследованиях хранятся на собственных серверах лаборатории.

Все данные шифруются, и доступ к ним предоставляется исключительно заказчику с индивидуальным логином и паролем.

Прикладные исследования

Диагностика генетических заболеваний

Сегодня насчитывают около 6000 различных генетических заболеваний и нарушений. Многие из них обладают схожими симптомами, но вызваны патологией разных генов. Для поиска каждого конкретного заболевания потребуется огромное количество исследований.

Полногеномное секвенирование позволяет заменить все виды генетических и многих лабораторных исследований единственным точным и высокоинформативным тестом.

Геном опухоли

Полногеномное секвенирование опухоли дает ключ к пониманию канцерогенеза. Это не только определение основных мутаций, приводящих к развитию рака.

Получив полную расшифровку генома, онколог может оценить уровень сопротивляемости организма росту опухоли, следить за изменением опухоли под воздействием терапии, подбирать наиболее эффективные и безопасные сочетания препаратов.

Профилактическое здоровье

Данные об индивидуальных предрасположенностях к заболеваниям могут изменить образ жизни человека.

На этом основании проще подобрать диету, нагрузки, препятствовать или способствовать воздействию различных факторов внешней среды.

Это позволит не просто увеличить продолжительность жизни, но и улучшить ее качество.

Создание лекарств

Данные об индивидуальных предрасположенностях к заболеваниям могут изменить образ жизни человека.

В зависимости от своего генетического статуса человек по-разному реагирует на лекарственную терапию. Гены влияют как на эффективность, так и на переносимость препаратов. Полногеномное тестирование позволяет решать две важные задачи фармакотерапии.

Первая задача — поиск биомаркеров заболеваний. Наглядный пример — простатоспецифический антиген, используемый для диагностики опухолей предстательной железы.

Вторая задача — персонализация лекарственной терапии. В идеале препарат должен разрабатываться для генотипически близких групп пациентов или даже индивидуально с учетом конкретного набора генов.

Судебная медицина/ Судебная патология

Генетические данные сегодня широко используются в криминалистической и судебной практике. Ниже перечислены некоторые примеры такого применения. Определение родства\материнства\отцовства.

Антропология и этнос

Изучение ДНК предков или представителей различных этнических групп позволяет понимать историю происхождения и развития человека и законы передачи наследственной информации.

Для отдельного человека появляется возможность разобраться в своих корнях и родословной. Для общества и науки это источник изучения этнических особенностей здоровья, заболеваемости, долголетия и возможностей развития.

Диагностика наследственных заболеваний

Анализ всего генома в одном исследовании чаще всего способствует более быстрой постановке диагноза генетического состояния по сравнению с многочисленными сериями одиночных генетических тестов. Это особенно справедливо, если клиническая картина не дает генетику четких указаний, в каких локализациях следует искать патологию, либо когда клиника может быть обусловлена патологией разных или нескольких генов.

Репродуктивное здоровье

Четко определена связь ряда генов с репродуктивной функцией. Мужское и женское бесплодие, невынашивание, хромосомные болезни новорожденных — все это можно обнаружить, а впоследствии и успешно лечить, если знать состояние генов, ответственных за процессы зачатия и развития плода.

Онкология

Молекулярно-генетические исследования — мощный инструмент в борьбе с онкологическими заболеваниями.

Во-первых, расшифровав полный геном, можно оценить не только гены, напрямую связанные с развитием рака. Врач одновременно получает полную картину состояния антиоксидантной защиты, противоопухолевого иммунитета, антитоксической функции и других систем, которые косвенно влияют на появление и течение онкопроцесса.

Во-вторых, генетические методы позволяют более эффективно подобрать препарат, контролировать процесс лечения и склонность к рецидивам.

Важно, что полногеномное исследование (WGS) экономически намного выгоднее, чем исследование отдельных генов или серии генетических панелей (наборов анализов генов, связанных с определенной патологией).

Сегодня с помощью полногеномного тестирования можно оценить 649 опухолевых генов и еще 28 генов, способных нести хромосомные транслокации (перенос участков ДНК между хромосомами), связанные с развитием рака.

Планирование семьи

Известно, что предрасположенность к заболеваниям передается по наследству. Существует группа заболеваний, которые зависят от состояния генов и носят название аутосомно-рецессивных.

Полногеномное секвенирование способно определить степень риска в каждом конкретном случае.

Предрасположенность к заболеваниям

Почему одни люди заболевают раком, а другие нет? Кто-то живет до 100 лет, а некоторые умирают в молодости. Как узнать причину?

Сегодня уже четко установлена связь многих генов с развитием заболеваний. Причем состояние одних генов улучшает прогноз, других — ухудшает. Примеры таких болезней — атеросклероз, остеопороз, тромбозы.

Зная генетические особенности человека, можно рассчитывать риск развития у него заболеваний, даже если он пока абсолютно здоров, а также предотвращать их появление.

Индивидуальные способности

Для многих способностей и склонностей человека показана прямая зависимость от состояния его генотипа. К ним относятся мышечная выносливость и сила, темперамент, склонность к разного рода зависимостям и многое другое. Планируя профессию и образ жизни на основании генетического анализа, можно достигать лучших результатов быстрее и с меньшими усилиями.

Почему нужно использовать
секвенирование генома

Полногеномное тестирование обладает целым рядом преимуществ перед другими методами
в части скорости, широты и точности расшифровки генетической последовательности
и постановки диагноза.

Секвенирование панелей генов	Клиническое секвенирование экзома	Полное секвенирование экзома	Genome UNI
Покрытие кодирующих участков генома	Равномерное, только в области экзонов исследуемых генов	Неравномерное	Неравномерное	Равномерное по всему геному
Поиск вариантов в интронах	—	—	—	+
Поиск вариантов мтДНК	—	—	—	+
Определение CNVs с высокой точностью	—	—	—	+
Определение экспансии тринуклеотидных повторов	—	—	—	+
Вероятность выявления причины заболевания при повторном анализе данных	Низкая	Низкая	Средняя	Высокая
Показания к исследованию	Заболевания с преимущественным поражением одной системы органов или одним ведущим симптомом, когда определены гены, ассоциированные с фенотипом	Подозрение на определенную генетическую патологию, когда другие методы (анализ отдельного гена или панели) недоступны	Секвенирование пробанда или родителей (трио) для поиска генов кандидатов (GUS) при отсутствии патогенных вариантов в клинически значимых генах	«В качестве теста первой линии у пациентов с признаками наследственного заболевания или при отсутствии специфического фенотипа»
Другие особенности	Повышенное покрытие таргетных участков генома позволяет лучше выявить однонуклиотидные и in/del варианты	Нет рекомендованного перечня клинически значимых генов	Не обладает преимуществами при секвенировании только пробанда	Большой объем данных требует использования дополнительных вычислительных ресурсов

Информация для исследователей

Фундаментальные исследования

Секвенирование и ресеквенирование генома, анализ метагенома, экспрессии и метилирования генов.

Прикладные исследования

Поиск биомаркеров, рекрутинг пациентов, решения для селекции.

Медицинские исследования

Секвенирование генома и экзома, анализ на микрочипах.

Биоинформатический анализ

Расширенный пайплайн, биоинформационный сервис, платформа управления данными, хранилище данных.

Genome UNI рекомендован при:

Врачам на заметку!
Genome UNI выявит:

Обладает ли тест Genome UNI
доказанной эффективностью?

Для анализа данных используются проприетарный алгоритм и пайплайн одной из ведущих компаний США, специализирующейся на анализе данных полного секвенирования генома.

Пайплайн разработан в соответствии с требованиями профессиональной ассоциации медицинских генетиков (ACMG) и ассоциации клинических патологов (CAP) США и включает возможность анализа данных с учетом формализованного описания фенотипа в терминах HPO.

Строгий подход к оценке качества лабораторных данных при использовании профессионального пайплайна позволяет не только повысить выявляемость вариантов, но и избежать ошибок, которые могут возникнуть на стадии сиквенса, а также снизить вероятность ложноположительных результатов.

WGS охватывает больше генов на при 30х, чем WES при 100х

WGS охватывает больше генов на при 30х,
чем WES при 100х

Источник

Полногеномное исследование что это

Используя полногеномное секвенирование, лечащий врач получает помощь не только в диагностике, но и более точно принимает решения по лечению, может наблюдать за течением заболевания, делать прогноз развития болезни и выздоровления. Точные рекомендации о прогрессировании заболевания также возможны в некоторых случаях.

Структура генома не изменяется в течение всей жизни. Сделав анализ однократно, его результатами можно пользоваться всю жизнь. К ним можно повторно обращаться при появлении очередных открытий в генетике и с учетом новых знаний более точно интерпретировать данные.

Имея на руках готовую расшифровку своего генотипа, человек подготовит себя к возможным экстренным ситуациям, когда подробная генетическая информация может спасти жизнь — травмы, операции, тяжелые заболевания, пересадка органов и другие.

Полногеномное секвенирование — лучший на сегодня метод продолжать исследование структуры ДНК, функций генов, их влияния друг на друга и на проявления фенотипа.

Хотя крупные исследовательские центры в мире ведут эту работу, ее результаты не всегда широко доступны.

Поэтому многие исследователи делают это самостоятельно для своих узкоспециализированных целей — подбор и разработка препаратов, спортивные достижения, селекция растений и животных, диагностика и лечение болезней.

Лаборатория «Геномед», обладая современным оборудованием, проверенными технологиями и квалифицированными специалистами-генетиками, готова предоставлять эти ресурсы для целого ряда научных разработок.