تکنیک جدید توالی‌یابی DNA نقص‌های ژنتیکی را آشکار میکند

علت بیماری‌های نادر به طور فزاینده‌ای از طریق توالی‌یابی ژنوم تشخیص داده می‌شود که شامل خواندن کل DNA انسان با تقسیم آن به قطعات کوچک است که به آن‌ها (خواندن‌های کوتاه) گفته می‌شود. کریستین گیلیسن، لیسکا ویسرز و همکارانش کشف کرده‌اند که یک تکنیک جدید با استفاده از خواندن‌های طولانی، در شناسایی علل پیچیده مؤثرتر است. آن‌ها گزارش می‌دهند که بین هشتاد تا نود درصد از موارد قابل شناسایی بودند.

به گزارش رسانه اخبار پزشکی مدنا، بیماری‌های نادر معمولاً به علت‌های ژنتیکی ایجاد می‌شوند. این علت‌ها به طور فزاینده‌ای با استفاده از تکنیک‌های توالی‌یابی ژنوم شناسایی می‌شوند. توالی‌یابی ژنوم، کل ژنوم فرد را که از بیش از ۳ میلیارد واحد ساختمان DNA تشکیل شده است، بررسی می‌کند. برای خواندن یک ژنوم، ابتدا DNA به قطعات کوچکی حدود ۳۰۰ حرف تقسیم می‌شود که به آن‌ها “خواندن‌های کوتاه” گفته می‌شود. این قطعات خوانده شده و سپس دوباره جمع‌بندی می‌شوند تا نقشه کامل ژنوم به دست آید.

کریستین گیلیسن، استاد بیوانفورماتیک ژنوم، Radboudumc گفت: «این روش به ما این امکان را داده است که علت تعدادی از بیماری‌های نادر را شناسایی کنیم.»

اما تکنیک خواندن‌های کوتاه معایب خود را دارد. جمع‌آوری عظیم قطعات کوچک ژنتیکی همیشه نمی‌تواند به درستی در مکان‌های دقیق خود بازسازی شود. این مشکل به‌ویژه برای بخش‌های بسیار طولانی و تکراری DNA (تکرارها) و برای قطعات DNA که حذف، وارد شده یا جابجا شده‌اند (جابجایی‌ها) صادق است. برای جبران این مشکلات با خواندن‌های کوتاه، معمولاً چندین تکنیک دیگر برای شناسایی آنچه که ممکن است از دست رفته باشد، استفاده می‌شود.

در سال‌های اخیر، یک تکنیک توالی‌یابی جدید مبتنی بر خواندن‌های طولانی به‌ویژه با استفاده از توالی‌یابی PacBio HiFi پدید آمده است. با این تکنیک، قطعات ژنتیکی ۲۰,۰۰۰ حرفی قابل خواندن هستند، برخلاف ۳۰۰ حرفی که در خواندن‌های کوتاه استفاده می‌شود. لیسکا ویسرز، استاد ژنومیک انتقالی در Radboudumc توضیح می‌دهد: «در ابتدا این تکنیک دقت کمتری داشت و بسیار گران بود، اما اکنون قابل اعتماد و بسیار مقرون به صرفه‌تر شده است. بنابراین از خود پرسیدیم: آیا می‌توانیم خواندن‌های کوتاه و تمام آزمایشات اضافی را با خواندن‌های طولانی جایگزین کنیم؟ آیا خواندن‌های طولانی می‌توانند جهش‌های ژنتیکی کافی را شناسایی کنند تا بتوانیم آن‌ها را در کلینیک جایگزین خواندن‌های کوتاه و سایر آزمایشات تکمیلی کنیم؟»

گیلیسن و همکارانش ۱۰۰ نمونه را انتخاب کردند که در آن‌ها علل ژنتیکی بیماری‌های نادر در تحقیقات قبلی با استفاده از خواندن‌های کوتاه و آزمایشات تکمیلی مختلف شناسایی نشده بود. این نمونه‌ها اکنون فقط با استفاده از خواندن‌های طولانی مورد بررسی قرار گرفتند. گیلیسن می‌گوید: «با خواندن‌های طولانی، ما بلافاصله ۸۳ درصد از علل را شناسایی کردیم. پس از بررسی بیشتر، متوجه شدیم که ۱۰ درصد اضافی توسط این تکنیک شناسایی شده‌اند، اما به طور خودکار شناسایی نشدند. برای ۷ درصد باقی‌مانده، ممکن است نیاز به بهبودهای بیشتری در تکنیک باشد. اساساً اکنون ما ۹۳ درصد از علل را در این آزمایش دشوار شناسایی می‌کنیم. عللی که با تکنیک‌های فعلی خواندن‌های کوتاه قابل شناسایی نیستند یا شناسایی آن‌ها بسیار دشوار است. برای علل کمتر دشوار، این درصد احتمالاً حتی بالاتر است.» خواندن‌های طولانی همچنین مزیت نقشه‌برداری مستقیم از متیلاسیون را دارند. متیلاسیون فرآیندی است که در آن ژن‌ها از طریق تغییرات شیمیایی در DNA روشن یا خاموش می‌شوند.

گیلیسن می‌گوید، «خواندن‌های کوتاه نمی‌توانند این کار را انجام دهند و برای آن به یک آزمایش اضافی نیاز دارید. ما یک نمونه از این را در نمونه‌های خود گنجاندیم. معمولاً ژن مادر فعال است و ژن پدر غیرفعال، اما در این حالت بیمار هیچ ژنی از پدر دریافت نکرده و دو ژن از مادر دریافت کرده است. هر دو ژن مادر غیرفعال بودند. این علت این بیماری نادر بود. کمی پیچیده است، اما ما توانستیم چنین نمونه نادر و پیچیده‌ای را بلافاصله شناسایی کنیم.»

در سال‌های اخیر، تحقیقات بیشتری در زمینه استفاده از خواندن‌های طولانی برای کاربردهای بالینی انجام شده است. طبق گفته ویسرز، این اولین بار است که چنین مقایسه مستقیمی بین ۱۰۰ علت شناخته شده و سخت به‌دست‌آمده از بیماری‌های نادر و استفاده از خواندن‌های طولانی انجام شده است. با نتایج مثبت، او می‌گوید: «با بهبودهای بیشتر در تکنیک و کاهش قیمت‌ها، در آینده نزدیک، خواندن‌های طولانی به نظر می‌رسد که روش مورد نظر برای اختلالات نادر از نظر کیفیت، سهولت استفاده – یک آزمایش به‌جای چندین آزمایش – و مقرون به صرفه بودن باشد.»