Секвенирование нового поколения (NGS) в онкологии: что это и как работает

Секвенирование нового поколения (NGS) в онкологии — это современный высокотехнологичный метод, который позволяет «прочитать» генетический код опухолевых клеток и найти в нем уникальные изменения, или мутации. Понимание этих мутаций дает врачу-онкологу ключ к подбору наиболее точного и эффективного лечения. Этот подход, известный как персонализированная медицина, направлен не на борьбу с раком «вслепую», а на прицельное воздействие на конкретные молекулярные «мишени», которые и заставляют опухоль расти и развиваться. Для пациента это означает возможность получить терапию, созданную с учетом индивидуальных особенностей его заболевания.

Что такое секвенирование нового поколения и почему оно так важно в онкологии

Чтобы понять суть метода, представьте, что ДНК — это огромная книга с инструкциями по работе каждой клетки организма. Рак возникает, когда в этой книге появляются «опечатки» — генетические мутации. Эти ошибки нарушают нормальные процессы, заставляя клетки бесконтрольно делиться. Секвенирование нового поколения — это технология, которая позволяет с огромной скоростью и точностью прочитать миллионы страниц этой «книги» одновременно и найти все значимые «опечатки» в ДНК опухоли.

В отличие от старых методов, которые могли искать только одну конкретную мутацию за раз (подобно поиску одного слова в тексте), NGS-тестирование анализирует сотни и даже тысячи генов одновременно. Это критически важно, поскольку разные опухоли, даже в одном и том же органе, могут иметь совершенно разный набор мутаций. Знание этого уникального «портрета» опухоли позволяет предсказать ее поведение, оценить прогноз и, самое главное, подобрать таргетную или иммунотерапию, которая будет действовать именно на те механизмы, которые сломаны в конкретном случае.

Как работает метод NGS: от образца опухоли до заключения

Процесс молекулярно-генетического тестирования с помощью секвенирования нового поколения — это сложная многоэтапная работа, требующая участия врачей, биологов и специалистов по анализу данных. Для пациента все начинается с предоставления биологического материала. Весь путь от образца до результата можно разделить на несколько ключевых этапов:

• 1. Забор биологического материала. Чаще всего для анализа используется фрагмент опухоли, полученный во время биопсии или операции. Этот материал сохраняется в виде парафиновых блоков. В некоторых случаях, когда биопсия невозможна, может использоваться кровь пациента для так называемой «жидкостной биопсии», которая позволяет обнаружить ДНК опухоли, циркулирующую в кровотоке.
• 2. Выделение ДНК или РНК. В лаборатории из полученного образца специалисты выделяют нуклеиновые кислоты (ДНК или РНК) — носители генетической информации опухолевых клеток. Качество этого этапа крайне важно для точности конечного результата.
• 3. Подготовка «библиотек». Выделенная ДНК нарезается на миллионы коротких фрагментов. К каждому фрагменту присоединяют специальные молекулярные «метки». Этот набор меченых фрагментов называется библиотекой. Подготовка библиотеки — это технически сложный процесс, который готовит генетический материал к «прочтению».
• 4. Процесс секвенирования. Подготовленная библиотека загружается в специальный прибор — секвенатор. Внутри него миллионы фрагментов ДНК считываются одновременно и параллельно. Машина определяет последовательность нуклеотидов (букв генетического кода А, Т, Г, Ц) в каждом из фрагментов.
• 5. Биоинформатический анализ. На выходе из секвенатора получается огромный массив необработанных данных. Специальные компьютерные программы (алгоритмы) собирают короткие фрагменты в единую последовательность, сравнивают ее с эталонным геномом человека и выявляют все отличия — те самые мутации.
• 6. Клиническая интерпретация. Это заключительный и самый ответственный этап. Врач-генетик или молекулярный биолог анализирует список найденных мутаций, определяет, какие из них являются клинически значимыми (то есть влияют на развитие опухоли и могут быть «мишенью» для лекарств), и формирует заключение для лечащего врача-онколога.

Весь процесс от сдачи материала до получения готового заключения обычно занимает от двух до четырех недель. Такая длительность связана с высокой технологической сложностью каждого этапа и необходимостью тщательной проверки и анализа данных.

Какие генетические «поломки» помогает обнаружить секвенирование нового поколения

Метод NGS способен выявлять самые разные типы генетических нарушений, которые могут быть причиной развития рака. Знание конкретного типа «поломки» имеет решающее значение при выборе терапии. Ниже представлена таблица с основными видами нарушений, которые обнаруживает это исследование.

Виды исследований на основе NGS и их задачи

В зависимости от клинической задачи, врач может назначить разные виды NGS-тестирования. Они отличаются по масштабу анализа — от нескольких десятков генов до всего генома. Выбор конкретного теста зависит от типа опухоли, стадии заболевания и целей, которые стоят перед врачом и пациентом.

• Таргетные панели. Это наиболее распространенный вид NGS-анализа в клинической практике. Исследуется не весь геном, а только определенный набор генов (от нескольких десятков до нескольких сотен), которые уже известны своей связью с конкретным типом рака и для мутаций в которых существуют таргетные препараты. Это экономически эффективный и быстрый способ найти значимые «мишени».
• Полное экзомное секвенирование (WES). Этот метод позволяет проанализировать все кодирующие участки генов в геноме (экзом), которые составляют около 1–2% от всей ДНК, но содержат информацию о строении всех белков. WES применяется в более сложных или редких случаях, когда таргетные панели не выявили значимых мутаций, а также в научных исследованиях.
• Полное геномное секвенирование (WGS). Это самый масштабный анализ, который включает «прочтение» всей последовательности ДНК человека, включая некодирующие участки. В рутинной клинической практике WGS пока используется редко из-за высокой стоимости и сложности интерпретации данных, но является мощным инструментом для научных открытий.

Преимущества и ограничения метода NGS

Секвенирование нового поколения — мощный инструмент, который изменил подходы к лечению рака, но важно понимать как его сильные стороны, так и ограничения. Это помогает сформировать реалистичные ожидания от исследования.

Ключевые преимущества метода NGS включают:

• Комплексность. Возможность одновременно анализировать большое количество генов и разные типы мутаций, что дает полную картину молекулярных нарушений в опухоли.
• Эффективность. За одно исследование можно получить информацию, для которой раньше потребовалось бы провести десятки отдельных тестов, что экономит время и ценный биологический материал.
• Высокая чувствительность. Метод позволяет обнаружить мутации, которые присутствуют даже в небольшом проценте опухолевых клеток.

Несмотря на высокую точность, у метода секвенирования нового поколения есть и свои ограничения:

• Сложность интерпретации. Анализ выявляет множество генетических вариантов, и не все из них имеют клиническое значение. Требуется высокая квалификация специалистов для правильной интерпретации результатов.
• Время выполнения. Как уже упоминалось, исследование занимает несколько недель, что может быть критично для пациентов с быстро прогрессирующим заболеванием.
• Требования к качеству материала. Для получения достоверных результатов необходим качественный образец опухоли с достаточным количеством раковых клеток.

Как результат NGS-тестирования влияет на выбор тактики лечения

Получение результатов NGS-тестирования — это не конечная точка, а начало нового этапа планирования лечения. Заключение генетика дает онкологу информацию, которая может кардинально изменить терапевтическую тактику. На основе обнаруженных молекулярных «мишеней» врач может подобрать таргетную терапию — препараты, которые прицельно блокируют белок, кодируемый мутировавшим геном, и тем самым останавливают рост опухоли. Такой подход часто оказывается более эффективным и менее токсичным, чем стандартная химиотерапия.

Если тест выявляет высокий уровень TMB или MSI, это становится основанием для назначения иммунотерапии. Эти препараты не воздействуют на саму опухоль, а помогают собственной иммунной системе пациента распознать и атаковать раковые клетки. В некоторых случаях результаты NGS-исследования помогают уточнить прогноз заболевания или даже пересмотреть изначальный диагноз. Таким образом, секвенирование нового поколения является фундаментом для современной персонализированной онкологии, позволяя перейти от универсальных схем лечения к индивидуально подобранной терапии.

Список литературы

1. Практические рекомендации по лекарственному лечению злокачественных опухолей (RUSSCO) / Под ред. В.М. Моисеенко. — М.: Общероссийская общественная организация «Российское общество клинической онкологии», 2023.
2. Ганцев Ш.Х. Онкология: Учебник для вузов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2022. — 720 с.
3. Имянитов Е.Н. Молекулярная онкология: клинические аспекты. — СПб.: Издательский дом СПбМАПО, 2011. — 112 с.
4. NCCN Clinical Practice Guidelines in Oncology. National Comprehensive Cancer Network (NCCN). Fort Washington, PA. Published annually. (Клинические практические рекомендации по онкологии Национальной комплексной онкологической сети (США). Публикуются ежегодно).
5. ESMO Clinical Practice Guidelines. European Society for Medical Oncology (ESMO). Published regularly. (Клинические практические рекомендации Европейского общества медицинской онкологии. Публикуются регулярно).
6. Mendelsohn J., Howley P.M., Israel M.A., Gray J.W., Thompson C.B. The Molecular Basis of Cancer. 4th Edition. — Elsevier, 2014. — 656 p.