Секвенирование нового поколения для точной генетической диагностики

Секвенирование нового поколения (НГС) — это революционная технология, которая позволяет быстро и с высокой точностью «прочитать» большие участки нашего генетического кода. Этот метод открыл новую эру в диагностике, дав возможность выявлять причину наследственных заболеваний, подбирать персонализированное лечение при онкологии и оценивать генетические риски при планировании семьи. Если раньше генетический анализ был похож на поиск одной опечатки в огромной библиотеке, то секвенирование нового поколения позволяет одновременно просканировать целые тома или даже все книги сразу, значительно повышая шансы найти ту самую мутацию, которая является причиной проблемы.

Что такое секвенирование нового поколения и как оно работает

Если представить наш геном как огромную инструкцию по сборке и работе организма, состоящую из 3 миллиардов букв, то метод НГС — это способ высокоскоростного чтения этой инструкции. В отличие от старых методов, которые могли прочитать только одно предложение за раз, секвенирование нового поколения анализирует миллионы фрагментов ДНК параллельно, что делает процесс несравнимо быстрее и эффективнее.

Процесс можно условно разделить на несколько ключевых этапов:

• Подготовка образца. Из биологического материала пациента (чаще всего это венозная кровь, но может быть слюна или ткань) выделяется ДНК. Затем длинные молекулы ДНК «нарезаются» на множество коротких фрагментов.
• Создание «библиотеки». К каждому фрагменту ДНК прикрепляются специальные технические последовательности — адаптеры. Это необходимо для того, чтобы секвенатор (прибор, который проводит анализ) мог распознать и прочитать эти фрагменты.
• Секвенирование. Подготовленная «библиотека» фрагментов загружается в секвенатор. Прибор определяет последовательность нуклеотидов («букв» А, Т, Г, Ц) в каждом из миллионов фрагментов одновременно.
• Биоинформатический анализ. Полученные данные — это огромный массив коротких последовательностей. Специальные компьютерные программы «собирают» их воедино, как пазл, и сравнивают с эталонным геномом человека. На этом этапе выявляются отличия — генетические варианты, которые могут быть причиной заболевания.

Почему это важно? Такой подход позволяет за одно исследование проанализировать не один ген, а десятки, сотни или даже все гены человека, что критически важно для диагностики заболеваний со сложной генетической природой.

Ключевые отличия НГС от традиционных методов генетической диагностики

Основное преимущество секвенирования нового поколения заключается в его масштабе и производительности. Традиционные методы, такие как секвенирование по Сэнгеру, были золотым стандартом десятилетиями, но они эффективны для анализа одного или нескольких небольших генов. Метод НГС же кардинально изменил подходы к диагностике.

Для наглядности приведем сравнение основных характеристик этих двух подходов в таблице.

В каких случаях назначают секвенирование нового поколения

Метод НГС не является рутинным анализом и назначается врачом-генетиком при наличии определенных показаний. Это мощный инструмент, который используется тогда, когда другие методы диагностики не дали результата или когда есть подозрение на заболевание с широким спектром возможных генетических причин.

Вот основные ситуации, когда может быть рекомендовано секвенирование нового поколения:

• Диагностика редких (орфанных) заболеваний. Многие наследственные синдромы, особенно у детей, имеют схожие симптомы, но могут быть вызваны мутациями в разных генах. НГС позволяет провести «широкий поиск» и найти причину.
• Неврологические заболевания. Эпилепсия, задержка психоречевого развития, мышечные дистрофии и другие состояния часто имеют генетическую природу.
• Планирование семьи. Анализ на носительство рецессивных заболеваний у будущих родителей помогает оценить риск рождения больного ребенка. Также метод используется в преимплантационной генетической диагностике (ПГТ) при ЭКО.
• Онкология. Анализ опухолевой ткани с помощью НГС помогает выявить мутации, которые являются мишенью для таргетной терапии. Это позволяет подобрать наиболее эффективное и щадящее лечение. Также исследуются наследственные онкологические синдромы.
• Сложные диагностические случаи. Когда у пациента есть комплекс симптомов, не укладывающихся в картину известного заболевания, секвенирование нового поколения может стать ключом к постановке верного диагноза.

Виды диагностики методом НГС: экзом, геном и таргетные панели

В зависимости от клинической задачи врач может назначить разные виды исследования методом секвенирования нового поколения. Они отличаются по объему анализируемой генетической информации и, соответственно, по своим возможностям и стоимости. Важно понимать, что «больше» не всегда означает «лучше»; выбор теста должен быть обоснованным.

Давайте разберем основные типы НГС-исследований.

Этапы диагностического процесса: от консультации до получения заключения

Путь пациента от решения провести генетическое тестирование до получения результатов состоит из нескольких важных шагов. Понимание этого процесса помогает снизить тревожность и подготовиться к каждому этапу.

Процесс диагностики с использованием секвенирования нового поколения обычно включает:

1. Медико-генетическое консультирование. Это первый и самый важный этап. Врач-генетик собирает анамнез, анализирует медицинские документы, строит родословную. Именно на этой консультации определяется необходимость проведения НГС, выбирается оптимальный тип теста (панель, экзом или геном) и обсуждаются возможные результаты и их последствия.
2. Подписание информированного согласия. Пациент подписывает документ, подтверждающий, что он понимает цели, ограничения и возможные исходы исследования, включая вероятность обнаружения вариантов с неизвестным значением или случайных находок.
3. Сдача биологического материала. В большинстве случаев это стандартный и безопасный забор венозной крови. Никакой специальной подготовки, как правило, не требуется.
4. Лабораторный этап. Происходит выделение ДНК, подготовка библиотек и само секвенирование. Этот этап занимает от нескольких дней до нескольких недель.
5. Биоинформационная обработка и интерпретация данных. Врачи-лабораторные генетики и биоинформатики анализируют полученные данные, ищут генетические варианты и оценивают их потенциальное влияние на здоровье согласно международным базам данных и клиническим рекомендациям.
6. Заключительная консультация. Врач-генетик в доступной форме объясняет результаты исследования, что они означают для пациента и его семьи, и дает дальнейшие рекомендации по наблюдению или лечению.

Интерпретация результатов секвенирования нового поколения: что важно понимать

Получение заключения НГС — это не конец, а начало нового этапа. Результаты могут быть сложными для понимания без помощи специалиста. Важно знать, что у каждого человека есть тысячи генетических вариантов, и подавляющее большинство из них безвредны. Задача врача — найти среди них те, что связаны с заболеванием.

Результаты классифицируются по степени патогенности на пять классов:

• Класс 5 (Патогенный). Вариант однозначно связан с развитием заболевания. Диагноз подтверждён.
• Класс 4 (Вероятно патогенный). Высокая вероятность того, что вариант является причиной заболевания.
• Класс 3 (Вариант с неясной клинической значимостью, VUS). Это самый сложный для интерпретации результат. Найдено изменение в ДНК, но на сегодняшний день у науки недостаточно данных, чтобы сказать, вызывает оно болезнь или является безвредной индивидуальной особенностью. Такие варианты требуют дальнейшего наблюдения и иногда дополнительных исследований у членов семьи.
• Класс 2 (Вероятно доброкачественный). С высокой вероятностью вариант не влияет на здоровье.
• Класс 1 (Доброкачественный). Обычный вариант, встречающийся у здоровых людей.

Также важно быть готовым к тому, что исследование может не найти причину заболевания. Это не означает, что у болезни нет генетической основы, а лишь говорит о том, что при текущем уровне знаний ее не удалось обнаружить данным методом.

Ограничения и этические аспекты технологии НГС

Несмотря на свою огромную мощь, секвенирование нового поколения имеет свои ограничения и поднимает важные этические вопросы. Пациенту необходимо знать о них до начала тестирования, чтобы принимать взвешенное решение.

Ключевые ограничения:

• Не 100% покрытие. Технология не всегда может «прочитать» абсолютно все участки генома с одинаковой точностью. Некоторые сложные регионы могут быть пропущены.
• Не все типы мутаций выявляются. Стандартные подходы НГС могут не обнаружить некоторые крупные структурные перестройки, повторы или изменения в митохондриальной ДНК.
• Проблема VUS. Обнаружение вариантов с неясной клинической значимостью может вызывать тревогу и неопределенность, не давая четкого ответа.
• Случайные находки. При анализе экзома или генома можно случайно обнаружить мутации, связанные с риском развития других заболеваний, не относящихся к причине обращения (например, высокий риск рака или кардиологических проблем). Пациент заранее решает, хочет ли он знать такую информацию.

Этические вопросы касаются конфиденциальности генетических данных, их возможного использования страховыми компаниями или работодателями, а также психологического бремени знания о рисках заболеваний, которые могут никогда не проявиться.

Подготовка к исследованию методом НГС: практические рекомендации

Специальной физической подготовки, такой как диета или отмена приема лекарств, для проведения секвенирования нового поколения обычно не требуется. Главная подготовка — информационная и психологическая.

Вот несколько шагов, которые помогут подготовиться к исследованию:

• Пройдите консультацию врача-генетика. Не принимайте решение о дорогостоящем тесте самостоятельно. Специалист поможет определить, действительно ли он вам нужен и какой именно вид исследования будет оптимальным.
• Соберите семейный анамнез. Постарайтесь узнать как можно больше о здоровье ваших ближайших родственников (родителей, братьев, сестёр, бабушек и дедушек). Информация о том, чем они болели и в каком возрасте, может быть бесценной для интерпретации результатов.
• Подготовьте медицинскую документацию. Возьмите на консультацию все имеющиеся выписки, результаты предыдущих анализов и обследований.
• Задавайте вопросы. Не стесняйтесь спрашивать у врача всё, что вас беспокоит: о возможностях и ограничениях теста, о сроках выполнения, о том, что будет означать тот или иной результат.

Список литературы

1. Клинические рекомендации «Медико-генетическое консультирование и обследование при наследственных и врожденных заболеваниях». Российское общество медицинских генетиков. — 2021.
2. Гинтер Е.К. Медицинская генетика: Учебник. — М.: Медицина, 2003. — 448 с.
3. Бочков Н.П., Пузырев В.П., Смирнихина С.А. Клиническая генетика: учебник. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2011. — 592 с.
4. Richards S., Aziz N., Bale S., et al. Standards and guidelines for the interpretation of sequence variants: a joint consensus recommendation of the American College of Medical Genetics and Genomics and the Association for Molecular Pathology. Genet Med. 2015 May;17(5):405-24.
5. Nussbaum R.L., McInnes R.R., Willard H.F. Thompson & Thompson Genetics in Medicine. 8th ed. — Philadelphia: Elsevier, 2016. — 544 p.