Технология NGS: основа точности современного генетического паспорта

Технология NGS, или секвенирование нового поколения, представляет собой революционный метод прочтения ДНК, который лежит в основе создания точного и информативного генетического паспорта. В отличие от предыдущих методов, позволявших анализировать лишь короткие фрагменты генома, секвенирование нового поколения дает возможность одновременно «читать» миллионы и даже миллиарды участков ДНК. Это обеспечивает беспрецедентную глубину и широту анализа, что критически важно для выявления генетических предрасположенностей, носительства наследственных заболеваний и индивидуальных особенностей организма.

Что такое секвенирование нового поколения и как оно работает

Секвенирование нового поколения (Next-Generation Sequencing) — это общий термин для нескольких высокопроизводительных технологий, позволяющих определить точную последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК. Если представить геном как огромную энциклопедию, то старые методы позволяли прочитать лишь несколько предложений на разных страницах. Технология NGS позволяет сделать миллионы копий каждой страницы, прочитать их все одновременно и затем, сравнивая копии между собой, составить идеально точный текст без опечаток и пропусков.

Процесс работает по принципу массового параллельного секвенирования. Это означает, что генетический материал пациента (например, ДНК из образца крови или слюны) сначала фрагментируется на миллионы коротких отрезков. Затем каждый из этих фрагментов многократно копируется и «прочитывается» специальным прибором — секвенатором. Компьютерная программа собирает эти короткие прочтения воедино, как пазл, восстанавливая полную последовательность исследуемых участков генома. Многократное прочтение одного и того же участка (этот параметр называют «глубиной покрытия») позволяет с высочайшей точностью определить каждую «букву» генетического кода и выявить даже самые редкие варианты.

Ключевые преимущества технологии NGS перед методами прошлого поколения

Основное отличие NGS от классического метода секвенирования по Сэнгеру заключается в производительности, скорости и стоимости анализа в пересчете на один ген. Секвенирование нового поколения открыло двери для персонализированной медицины, сделав комплексный генетический анализ доступным для широкого круга пациентов.

Для наглядного сравнения рассмотрим ключевые характеристики этих двух подходов в таблице.

Виды исследований на основе секвенирования нового поколения

Технология NGS — это не один тест, а платформа для проведения различных по масштабу генетических исследований. Выбор конкретного вида анализа зависит от клинической задачи, поставленной врачом. Это позволяет гибко подходить к диагностике: от поиска конкретной мутации до полного анализа всего генетического кода.

Существует несколько основных типов NGS-исследований, которые используются для составления генетического паспорта:

• Таргетное секвенирование (панели генов). При этом исследовании анализируется не вся ДНК, а только определенный набор генов, которые связаны с конкретными заболеваниями или состояниями (например, панель генов наследственного рака молочной железы или панель кардиологических заболеваний). Это экономичный и быстрый способ для диагностики прицельных состояний.
• Секвенирование экзома (WES). Экзом — это совокупность всех кодирующих участков генов, составляющая всего 1–2% от всего генома, но содержащая около 85% известных мутаций, приводящих к заболеваниям. Этот анализ позволяет найти «поломки» в большинстве генов и является золотым стандартом в диагностике многих редких наследственных болезней.
• Секвенирование генома (WGS). Это наиболее полное генетическое исследование, в ходе которого прочитывается практически вся последовательность ДНК человека, включая как кодирующие (экзом), так и некодирующие участки. Полногеномное секвенирование дает максимум информации и может выявить структурные перестройки хромосом, которые пропускают другие методы.

От образца до результата: основные этапы NGS-диагностики

Для пациента процесс сдачи анализа прост и не отличается от стандартных процедур, однако за ним стоит сложная и высокотехнологичная лабораторная работа. Понимание этих этапов помогает развеять тревогу и осознать, почему получение результатов требует времени.

Весь путь от сдачи биоматериала до получения заключения можно разделить на несколько ключевых стадий:

1. Сбор биоматериала. Чаще всего для анализа используется венозная кровь или слюна. Процедура стандартна и безопасна. Важно, что из этого материала выделяется ДНК, которая и будет служить основой для всего дальнейшего исследования.
2. Пробоподготовка и создание «библиотек» ДНК. В лаборатории выделенную ДНК фрагментируют на короткие отрезки. К концам этих фрагментов присоединяют специальные молекулярные «метки» (адаптеры). Этот пул подготовленных фрагментов называют библиотекой ДНК.
3. Секвенирование. Подготовленная библиотека загружается в специальный прибор — секвенатор. Внутри прибора происходит многократное считывание последовательности каждого фрагмента. Процесс полностью автоматизирован и может занимать от одного до нескольких дней.
4. Биоинформатический анализ. На выходе из секвенатора получается огромный массив необработанных данных. Специальные компьютерные алгоритмы сравнивают полученные последовательности с эталонным геномом человека, выявляют отличия (генетические варианты) и оценивают их качество. Это самый наукоемкий и вычислительно сложный этап.
5. Клиническая интерпретация. Найденные генетические варианты анализируются врачом — лабораторным генетиком и врачом-генетиком. Они определяют, какие из них могут быть связаны с заболеваниями или влиять на здоровье, и формируют заключение для пациента и лечащего врача.

Почему точность генетического паспорта зависит от NGS

Точность и полнота генетического паспорта напрямую определяются возможностями метода, который используется для его создания. Секвенирование нового поколения обеспечивает необходимый уровень детализации благодаря двум ключевым параметрам: широте и глубине покрытия. «Широта» — это то, какая часть генома анализируется (например, одна панель генов или весь геном). «Глубина» — это количество раз, которое каждый нуклеотид был прочитан.

Высокая глубина покрытия, достигаемая при технологии NGS, позволяет надежно отличать истинный генетический вариант от случайной ошибки секвенирования. Это критически важно для снижения риска ложноотрицательных результатов, когда существующая мутация не обнаруживается. Именно комбинация широкого охвата и глубокого анализа делает секвенирование нового поколения фундаментом для создания достоверного и клинически значимого генетического паспорта, на который можно опираться при планировании жизни, профилактике заболеваний и выборе терапии.

Что важно знать пациенту о результатах NGS-исследования

Получение результатов генетического теста — это ответственный момент, который может вызвать много вопросов. Важно понимать, что заключение NGS-исследования — это не просто список «хороших» и «плохих» генов. Это сложный медицинский документ, который требует обязательной интерпретации специалистом.

После завершения анализа необходимо проконсультироваться с врачом-генетиком. Только специалист может правильно соотнести выявленные генетические варианты с вашим состоянием здоровья, семейной историей и дать конкретные рекомендации. В некоторых случаях могут быть обнаружены «варианты с неизвестной клинической значимостью» (VUS) — это изменения в ДНК, влияние которых на здоровье на данный момент науке неизвестно. Врач объяснит, что это означает и какая тактика наблюдения может потребоваться. Генетический паспорт — это не диагноз, а мощный инструмент для управления своим здоровьем, и использовать его нужно совместно с врачом.

Список литературы

1. Гинтер Е. К. Медицинская генетика: Учебник. — М.: Медицина, 2003. — 448 с.
2. Бочков Н. П., Пузырев В. П., Смирнихина С. А. Клиническая генетика: учебник. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2011. — 592 с.
3. Клинические рекомендации «Наследственные нарушения обмена веществ». — Министерство здравоохранения Российской Федерации, 2020.
4. Nussbaum R. L., McInnes R. R., Willard H. F. Thompson & Thompson Genetics in Medicine. 8th ed. — Philadelphia: Elsevier, 2016. — 544 p.
5. 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 // Genetics in Medicine. — 2015. — Vol. 17(5). — P. 405–424.