Полноэкзомное секвенирование

Наследственные заболевания, также известные как генетические расстройства, — это состояния, вызванные аномалиями в ДНК человека. Они могут быть унаследованы от одного или обоих родителей, появиться впервые у ребенка и отсутствовать у родителей, и привести к широкому спектру проблем со здоровьем, от легких до тяжелых. Генетические расстройства могут возникать из-за мутации в отдельных генах, комбинации генетических и экологических факторов или из-за хромосомных аномалий, поэтому генетическое тестирование становится более актуальным, растет спрос на надежные методы диагностики, которые могут выявить сложные наследственные заболевания. Полноэкзомное секвенирование стало ключевым инструментом в этом контексте, предлагая детальный анализ генетического материала и понимание генетических основ определенных заболеваний.

Что такое полноэкзомное секвенирование и его роль в диагностике

Полноэкзомное секвенирование (WES, whole exome sequencing) — это революционный инструмент генетической диагностики, сосредоточенный на секвенировании экзома, состоящий из всех белок-кодирующих участков генома. Хотя эти участки составляют всего около 1–2% всего генома, именно там происходит большинство известных болезнетворных мутаций. Сосредотачиваясь на экзоме, WES предлагает более целенаправленный подход к выявлению генетических мутаций, связанных с наследственными заболеваниями. 

Основное преимущество WES в диагностике наследственных заболеваний состоит в комплексном анализе экзома. В отличие от традиционных генетических тестов, направленных на конкретные гены или мутации, WES исследует весь экзом, чтобы выявлять уже известные и новые мутации. Это делает его особенно важным для диагностики редких или сложных генетических заболеваний, где причина мутации не сразу очевидна. 

Еще одним значительным преимуществом WES является его диагностическая ценность, особенно для сложных или редких генетических заболеваний. Многие наследственные заболевания вызваны мутациями в генах, которые обычно не включены в стандартные генетические панели. WES преодолевает это ограничение, анализируя все кодирующие участки белки, увеличивая вероятность обнаружения причинной мутации. Этот комплексный подход особенно ценен в случаях, когда клиническая картина четко не указывает на конкретную генетическую причину, позволяющую выявить неожиданные или нестандартные мутации, которые в противном случае могли бы остаться незамеченными.

Применение в перинатальной диагностике

В перинатальном исследовании полноэкзомное секвенирование стало особенно ценным в следующих случаях:

• Когда у плода обнаруживаются структурные пороки развития (например, микроцефалия, болезни сердца, аномалии почек), экзомное секвенирование может помочь определить генетическое происхождение проблемы.
• Повторяющиеся или непонятные выкидыши: генетический анализ ДНК плода или тканей плода при спонтанных абортах может выявить ответственные наследственные синдромы.
• Ранняя постнатальная диагностика: У новорожденных с тяжелыми клиническими признаками без видимой причины (судороги, гипотония, дисморфизмы и т.п.) помогает своевременно поставить диагноз для определения лечения и прогноза.

Благодаря этой технологии многие семьи могут получить конкретное генетическое объяснение существующего заболевания.

Диагностика наследственных заболеваний

Вне перинатального периода полноэкзомное секвенирование революционизировало диагностику наследственных заболеваний во всех возрастных группах. На консультации врач-генетик может назначить его пациентам с:

• Задержками психического или интеллектуального развития.
• Эпилепсией неизвестного происхождения.
• Редкими нервно-мышечными или метаболическими заболеваниями.
• Семейным анамнезом генетических заболеваний без молекулярной диагностики.
• Мультисистемными заболеваниями неопределенного происхождения.

WES может не только идентифицировать мутации в известных генах, но и выявлять новые потенциально патогенные варианты, что способствует выявлению новых генетических заболеваний.

Как выполняется секвенирование всего экзома?

Процесс начинается с забора образца ДНК, который может быть получен из крови (чаще всего), слюны, амниотической жидкости или ворсинок хориона (в пренатальных исследованиях), ткани плода (в случаях выкидыша), в виде биопсии (в онкологических или редких случаях).

После получения образец обрабатывается в лаборатории для выделения и очищения геномной ДНК. Очищенная ДНК фрагментируется в небольшие сегменты с помощью физических или ферментативных процессов. Это делается, чтобы врач-лаборант мог работать с управляемыми частями генетического материала и облегчает дальнейший анализ.

Используя методы гибридизации со специфическими зондами, выбираются только участки ДНК, которые кодируют белки (экзоны). Этот шаг называется обогащением экзома и является решающим для сосредоточения анализа только на участках, имеющих наибольшую клиническую ценность.

Обогащенные фрагменты вводятся в секвенатор, считывающий точную нуклеотидную последовательность (A, T, C, G) каждого экзонного фрагмента, генерируя миллионы считываний необработанных данных. Этот шаг создает большое количество генетической информации, которая затем обрабатывается цифровым способом.

Сгенерированные данные обрабатываются современными биоинформатическими программами, которые сравнивают последовательность пациента с последовательностью эталонного генома человека, определяют генетические варианты (изменения в последовательности) и классифицируют эти варианты в соответствии с их потенциальным влиянием (доброкачественное, патогенное, неопределенное значение).

Этот шаг критически важен и требует правильной интерпретации результатов. После того, как соответствующие генетические варианты были идентифицированы, врач-лаборант анализирует их связь с симптомами пациента и семейной наследственностью. Во многих случаях проводится дополнительная проверка с помощью другой методики (например, секвенирование Сенгера) для подтверждения выявленного варианта.