Повноекзомне секвенування

Спадкові захворювання, також відомі як генетичні розлади, — це стани, спричинені аномаліями в ДНК людини. Вони можуть бути успадковані від одного або обох батьків, з'явитись вперше у дитини і відсутні у батьків, та призвести до широкого спектра проблем зі здоров'ям, від легких до важких. Генетичні розлади можуть виникати через мутації в окремих генах, комбінації генетичних та екологічних чинників або через хромосомні аномалії, тому генетичне тестування стає більш актуальним, зростає попит на надійні методи діагностики, які можуть виявити складні спадкові захворювання. Повноекзомне секвенування стало ключовим інструментом у цьому контексті, пропонуючи детальний аналіз генетичного матеріалу та надаючи розуміння генетичних основ певних захворювань.

Що таке повноекзомне секвенування та його роль у діагностиці

Повноекзомне секвенування (WES, whole exome sequencing) — це революційний інструмент генетичної діагностики, який зосереджений на секвенуванні екзому, який складається з усіх білок-кодувальних ділянок геному. Хоча ці ділянки становлять лише близько 1–2% всього геному, саме там відбувається більшість відомих хвороботворних мутацій. Зосереджуючись на екзомі, WES пропонує більш цілеспрямований підхід до виявлення генетичних мутацій, пов'язаних зі спадковими захворюваннями. 

Основна перевага WES у діагностиці спадкових захворювань полягає в комплексному аналізі екзому. На відміну від традиційних генетичних тестів, спрямованих на конкретні гени або мутації, WES досліджує весь екзом, щоб виявляти вже відомі та нові мутації. Це робить його особливо важливим для діагностики рідкісних або складних генетичних захворювань, де причина мутації не відразу очевидна. 

Ще однією значною перевагою WES є його діагностична цінність, особливо для складних або рідкісних генетичних захворювань. Багато спадкових захворювань спричинені мутаціями в генах, які зазвичай не включені до стандартних генетичних панелей. WES долає це обмеження, аналізуючи всі ділянки, що кодують білки, збільшуючи ймовірність виявлення причинної мутації. Цей комплексний підхід особливо цінний у випадках, коли клінічна картина чітко не вказує на конкретну генетичну причину, що дає змогу виявити неочікувані або нестандартні мутації, які в іншому випадку могли б залишитися непоміченими.

Застосування в перинатальній діагностиці

У перинатальному дослідженні повноекзомне секвенування стало особливо цінним у таких випадках:

• Вагітність з патологічними результатами УЗД: Коли у плода виявляються структурні вади розвитку (наприклад, мікроцефалія, хвороби серця, аномалії нирок), екзомне секвенування може допомогти визначити генетичне походження проблеми.
• Повторювані або незрозумілі викидні: Генетичний аналіз ДНК плода або тканин плода у разі спонтанних абортів може виявити відповідальні спадкові синдроми.
• Рання постнатальна діагностика: У новонароджених з тяжкими клінічними ознаками без видимої причини (судоми, гіпотонія, дисморфізми тощо) допомагає своєчасно поставити діагноз для визначення лікування та прогнозу.

Завдяки цій технології багато сімей можуть отримати конкретне генетичне пояснення наявного захворювання.

Діагностика спадкових захворювань

Поза перинатальним періодом повноекзомне секвенування революціонізувало діагностику спадкових захворювань у всіх вікових групах. На консультації лікар-генетик може призначити його пацієнтам з:

• Затримками психічного або інтелектуального розвитку.
• Епілепсією невідомого походження.
• Рідкісними нервово-м'язовими або метаболічними захворюваннями.
• Сімейним анамнезом генетичних захворювань без молекулярної діагностики.
• Мультисистемними захворюваннями невизначеного походження.

WES не лише може ідентифікувати мутації у відомих генах, але й виявляти нові потенційно патогенні варіанти, що сприяє виявленню нових генетичних захворювань.

Як виконується секвенування всього екзому?

Процес починається з забору зразка ДНК, який може бути отриманий з крові (найчастіше), слини, амніотичної рідини або ворсинок хоріона (у пренатальних дослідженнях), тканини плода (у випадках викидня), у вигляді біопсії (в онкологічних або рідкісних випадках).

Після отримання зразок обробляється в лабораторії для виділення та очищення геномної ДНК. Очищена ДНК фрагментується на невеликі сегменти за допомогою фізичних або ферментативних процесів. Це робиться, щоб лікар-лаборант міг працювати з керованими частинами генетичного матеріалу та полегшує подальший аналіз.

Використовуючи методи гібридизації зі специфічними зондами, вибираються лише ті ділянки ДНК, що кодують білки (екзони). Цей крок називається збагаченням екзому і є вирішальним для зосередження аналізу лише на ділянках, що мають найбільшу клінічну цінність.

Збагачені фрагменти вводяться в секвенатор, який зчитує точну нуклеотидну послідовність (A, T, C, G) кожного екзонного фрагмента, генеруючи мільйони «зчитувань» необроблених даних. Цей крок створює велику кількість генетичної інформації, яка потім обробляється цифровим способом.

Згенеровані дані обробляються сучасними біоінформатичними програмами, які порівнюють послідовність пацієнта з послідовністю еталонного геному людини, визначають генетичні варіанти (зміни в послідовності) та класифікують ці варіанти відповідно до їх потенційного впливу (доброякісний, патогенний, невизначеного значення).

Цей крок є критично важливим і вимагає правильної інтерпретації результатів. Після того як відповідні генетичні варіанти були ідентифіковані, лікар-лаборант аналізує їхній зв'язок із симптомами пацієнта та сімейною спадковістю. У багатьох випадках проводиться додаткова перевірка за допомогою іншої методики (наприклад, секвенування Сенгера) для підтвердження виявленого варіанту.