Путь вашей пробирки в лаборатории при генетическом анализе методом NGS

Сдача биологического материала для генетического исследования — волнительный момент. После того, как вы сдали образец крови или слюны, начинается сложный и высокотехнологичный процесс, скрытый от глаз. Понимание того, какой путь проходит ваша пробирка в лаборатории при генетическом анализе методом NGS (секвенирования нового поколения), поможет снизить тревожность и осознанно подойти к ожиданию результатов. Это многоэтапная работа, где каждый шаг строго контролируется, чтобы обеспечить максимальную точность и достоверность заключения. От момента поступления в лабораторию до финального отчета ваш генетический материал проходит через руки нескольких специалистов и сложное оборудование.

Поступление и регистрация биоматериала: первый и самый важный шаг

Путешествие начинается, как только ваш образец попадает в лабораторию. Первоочередная задача — исключить любую возможность путаницы или утери. Для этого каждый образец немедленно регистрируется в лабораторной информационной системе (ЛИС). Пробирке присваивается уникальный штрихкод, который будет сопровождать ее на всех последующих этапах. Этот код связывает ваш биологический материал с вашими анонимными данными в системе. Благодаря этому, даже если на пробирке сотрётся фамилия, система всегда сможет безошибочно идентифицировать образец. Этот этап является основой безопасности и гарантией того, что анализироваться будет именно ваш генетический материал.

Выделение ДНК: получение «инструкции» для чтения

Чтобы прочитать генетическую информацию, её сначала нужно извлечь из клеток. В зависимости от типа биоматериала (кровь, слюна, ткань) лаборант-генетик использует специальные наборы реагентов для выделения дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Процесс заключается в разрушении клеточных мембран и удалении всех лишних компонентов — белков, жиров, РНК. В результате получается чистый раствор ДНК. На этом этапе крайне важна стерильность и аккуратность, чтобы не загрязнить ваш образец чужеродной ДНК, например, ДНК самого лаборанта или других образцов. Этот процесс можно сравнить с извлечением книги с инструкциями из запертого сейфа — мы получаем доступ к самой ценной информации.

Оценка качества и количества: достаточно ли материала для анализа

Не всякая выделенная ДНК подходит для сложного анализа методом секвенирования нового поколения. Прежде чем двигаться дальше, специалисты должны убедиться в двух вещах: что ДНК достаточно много и что она хорошего качества. Количество измеряется с помощью высокоточных приборов, флуориметров, которые определяют концентрацию ДНК в растворе. Качество (целостность и чистота) оценивается методом спектрофотометрии или электрофореза. Если ДНК будет фрагментирована (порвана на слишком мелкие кусочки) или загрязнена посторонними веществами, результаты исследования могут быть неточными. Этот этап — своего рода «входной контроль», который гарантирует, что в дальнейшую работу пойдёт только качественный материал, способный дать достоверный результат.

Пробоподготовка или создание «библиотек»: подготовка ДНК к секвенированию нового поколения

Это один из самых сложных и трудоёмких этапов. Цельную ДНК невозможно «прочитать» сразу целиком. Поэтому её сначала случайным образом фрагментируют — нарезают на короткие отрезки определённой длины. Затем к концам каждого такого фрагмента «пришивают» специальные синтетические последовательности ДНК — адаптеры. Они работают как уникальные идентификаторы, позволяя прибору-секвенатору понять, к какому образцу относится каждый прочитанный фрагмент. Весь пул таких подготовленных фрагментов ДНК из одного образца называется «ДНК-библиотекой». Процесс создания библиотек позволяет анализировать ДНК от десятков пациентов одновременно в одном запуске прибора, что значительно удешевляет и ускоряет исследование.

Секвенирование: непосредственно «чтение» генетического кода

Подготовленные ДНК-библиотеки загружаются в специальный прибор — секвенатор. Внутри прибора происходит многократное «чтение» (определение последовательности нуклеотидов A, T, G, C) каждого фрагмента ДНК в библиотеке. Современные приборы метода NGS способны за один запуск генерировать миллиарды коротких прочтений. Этот процесс можно сравнить с фотографированием каждой страницы в огромной библиотеке, причём каждую страницу фотографируют десятки, а то и сотни раз с разных ракурсов. Такая избыточность необходима для повышения точности и надёжности последующего анализа.

Биоинформатический анализ: от необработанных данных к списку вариантов

После завершения секвенирования лаборатория получает огромный массив необработанных данных — миллиарды коротких последовательностей букв. Этот массив данных невозможно проанализировать вручную. Здесь в работу вступают биоинформатики. С помощью мощных компьютеров и специализированных алгоритмов они выполняют несколько ключевых задач:

• Оценка качества прочтений: удаление технических ошибок и некачественных данных.
• Выравнивание: «сборка» коротких фрагментов путём их сопоставления с эталонным геномом человека. Это похоже на сборку пазла, где в качестве образца используется полная карта генома.
• Поиск вариантов: выявление отличий (генетических вариантов) в вашем геноме от эталонного. На этом этапе формируется список всех «опечаток» или изменений в вашей ДНК.

Этот этап превращает сырые данные секвенатора в структурированный файл, готовый для клинической интерпретации.

Клиническая интерпретация и формирование заключения: работа врача-генетика

Список генетических вариантов, полученный от биоинформатиков, — это ещё не диагноз. Это финальный и самый ответственный этап, где требуется экспертиза врача-генетика. Врач анализирует каждый найденный вариант, используя международные базы данных, научные публикации и клинические рекомендации. Его задача — определить, является ли найденный вариант патогенным (вызывающим заболевание), доброкачественным (не влияющим на здоровье) или вариантом с неизвестным клиническим значением. Врач сопоставляет генетические находки с клинической картиной пациента (если она предоставлена) и формирует итоговое заключение. Именно этот документ, подписанный врачом, вы и получаете в итоге. Это не автоматический процесс, а глубокая аналитическая работа специалиста.

Почему генетический анализ NGS занимает так много времени: сводная таблица этапов

Многих пациентов волнует, почему результаты такого важного анализа приходится ждать несколько недель. Сложность и многоступенчатость процесса объясняют эти сроки. Ниже представлена таблица, которая наглядно показывает примерную длительность каждого этапа.

Список литературы

1. Гинтер Е. К. Медицинская генетика: Учебник. — М.: Медицина, 2003. — 448 с.
2. Клинические рекомендации «Пренатальная (дородовая) диагностика нарушений развития ребенка». Российское общество акушеров-гинекологов, Российское общество медицинских генетиков. — 2021.
3. 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;17(5):405-424.
4. Бочков Н. П. Клиническая генетика: Учебник. — 4-е изд., доп. и перераб. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2011. — 592 с.
5. Nussbaum R. L., McInnes R. R., Willard H. F. Thompson & Thompson Genetics in Medicine. 8th Edition. — Saunders, 2015. — 544 p.