wtorek, 30 grudnia 2014

Sekwencjonowanie nowej generacji

   
     
       W ciągu ostatnich kilku dekad obserwujemy ogromny postęp w dziedzinie badań genetycznych. Kiedy w 2003 roku zakończono projekt sekwencjonowania genomu ludzkiego – nastąpiła prawdziwa ewolucja w badaniach naukowych. Wreszcie udało się odczytać kluczową informację, stanowiącą swego rodzaju „system operacyjny” człowieka, w którym zapisane są nie tylko cechy charakteru, kolor oczu czy włosów, ale także predyspozycje do osiągnięć sportowych, skłonności do nałogów, czy też informacje dotyczące zachorowalności na różne choroby.
      Przez wiele lat genetyka kojarzona była przede wszystkim z bardzo rzadkimi chorobami jednogenowymi tj. Dystrofia mięśniowa Duchenne'a, czy pląsawica Huntingtona. Jak się okazało – podłoże genetyczne ma większość chorób cywilizacyjnych tj. cukrzyca, otyłość, czy nowotwory.

Trochę historii...

       Pierwsza użyteczna metoda sekwencjonowania DNA została opracowana i opisana przez Sagnera i Coulsona w 1975 roku. Opiera się ona na syntetyzowaniu nici DNA „de novo” z wykorzystaniem dideoksyrybonukleotydowych terminatorów. Metoda ta podlegała wielu usprawnieniom. Na początku wykorzystywano izotopowe znaczniki nukleotydów, zaś sekwencjonowanie przeprowadzano w czterech oddzielnych mieszaninach reakcyjnych. Po rozdziale elektroforetycznym na niezależnych ścieżkach w żelach poliakrylamidowych, ustalano pozycję fragmentów DNA poprzez naświetlenie kliszy rentgenowskiej. Obecnie wykorzystuje się głównie barwniki fluorescencyjne, które przyłączane są do dideoksyrybonukleotydowych terminatorów. Do każdego rodzaju dołączany jest barwnik emitujący światło o innej długości fali po wzbudzeniu laserem. Dzięki temu możemy cały proces przeprowadzić w jednej probówce. Wadą tej metody była niewątpliwie niska wydajność.

     Istotna zmiana nastąpiła, kiedy pojawiły się nowoczesne sekwenatory do sekwencjonowania następnej generacji (Next-Generation Sequencing – NGS), w których możliwa jest jednoczesna analiza kilku genomów w pojedynczym urządzeniu i to w niezwykle krótkim czasie. Nieco nowszą metodą sekwencjonowania jest sekwencjonowanie drugiej generacji. Technika ta pozwala na sekwencjonowanie dłuższych fragmentów DNA, w tym małych genomów (wirusowych lub bakteryjnych). Wykorzystuje się w niej sekwencjonowanie poprzez odwracalną reakcję terminacji. W metodzie tej wykorzystuje się hybrydyzacje pofragmentowanego genomowego DNA na szklanej płytce. Odczyt sekwencji odbywa się przez jednoczesne sekwencjonowanie wielu fragmentów. Nukleotydy wyznakowane są barwnikami fluorescencyjnymi. Światło lasera wzbudza barwnik, następuje odczyt, po którym blokująca reakcję grupa chemiczna zostaje usunięta i możliwe jest przyłączenie następnego nukleotydu.

     Jeszcze bardziej zaawansowaną technologię wykorzystuje się w przypadku sekwencjonowania trzeciej generacji. Technologia ta oparta jest na sekwenatorach o dużej przepustowości, dzięki czemu możliwe jest sekwencjonowanie i resekwencjonowanie dużych genomów, w tym także ludzkiego.

Ogrom możliwości.

    NGS oznacza zbiór technologii, które pozwalają na równoległe przetwarzanie  na większą skale miliona matryc DNA. W przypadku NGS cena odczytu pojedynczego nukleotydu jest dużo niższa w porównaniu z urządzeniami bazującymi na sekwencjonowaniu sangerowskim. Sprawia to, ze technologie tego typu świetnie nadają się do sekwencjonowania dużych genów. Wydajność technologi NGS jest imponująca – możliwe jest odczytanie ludzkiego genomu w zaledwie kilkanaście godzin. Otwiera to przed badaczami zupełnie nowe możliwości. Większość chorób ma podłoże genetyczne. Tak jak w przypadku chorób jednogenowych, gdzie aby doszło do ujawnienia się fenotypu wystarczy jeden wadliwy gen, tak w przypadku chorób takich jak nowotwory – wymagana jest analiza wielu różnych genów zaangażowanych w proces nowotworzenia. Umiejętne wykorzystanie sekwencjonowania następnej generacji pozwala nie tylko na skuteczną diagnostykę nowotworową, ale także umożliwia określenie predyspozycji do określonego rodzaju nowotworu, co przekłada się na skuteczną profilaktykę i znacznie bardziej skuteczne leczenie.

    Powoli wkraczamy w erę medycyny „spersonalizowanej”, gdzie podejście do leczenia dostosowane będzie indywidualnie do każdego pacjenta. Pozwoli to na minimalizację kosztów leczenia, a także przełoży się na większą skuteczność zastosowanej metody. Znając profil genetyczny pacjenta, będzie można nie tylko dostosować lek do konkretnego schorzenia, ale będzie można także przewidzieć reakcję pacjenta na ten lek, dzięki czemu łatwiejsze będzie ustalenie skutecznej dawki.











Brak komentarzy:

Prześlij komentarz