تسلسل الإكسوم

الموسوعة الحرة
سير عمل تسلسل الإكسوم: الجزء 1.
سير عمل تسلسل الإكسوم: الجزء 1.

تسلسل الإكسوم ، المعروف أيضًا بتسلسل الإكسوم الكامل ( WES )، هو تقنية جينومية لتسلسل جميع المناطق المشفرة للبروتينات في جينوم ( المعروفة باسم الإكسوم ). [ 1 ] تتكون هذه التقنية من خطوتين: الأولى هي اختيار مجموعة فرعية من الحمض النووي (DNA ) التي تشفر البروتينات . تُعرف هذه المناطق باسم الإكسونات - يمتلك الإنسان حوالي 180,000 إكسون ، تشكل حوالي 1% من الجينوم البشري ، أو ما يقارب 30 مليون زوج قاعدي . أما الخطوة الثانية فهي تسلسل الحمض النووي الإكسوني باستخدام أي تقنية تسلسل الحمض النووي عالية الإنتاجية . [ 2 ]

يهدف هذا النهج إلى تحديد المتغيرات الجينية التي تُغير تسلسل البروتينات، وذلك بتكلفة أقل بكثير من تسلسل الجينوم الكامل . ونظرًا لأن هذه المتغيرات قد تكون مسؤولة عن كل من الأمراض الوراثية المندلية والأمراض متعددة الجينات الشائعة ، مثل مرض الزهايمر ، فقد تم تطبيق تسلسل الإكسوم الكامل في كل من البحوث الأكاديمية والتشخيص السريري.

سير عمل تسلسل الإكسوم: الجزء الثاني.
سير عمل تسلسل الإكسوم: الجزء الثاني.

الدافع والمقارنة مع المناهج الأخرى

يُعدّ تسلسل الإكسوم فعالاً للغاية في دراسة الأمراض المندلية النادرة ، لأنه وسيلة فعّالة لتحديد المتغيرات الجينية في جميع جينات الفرد. غالباً ما تنجم هذه الأمراض عن متغيرات جينية نادرة جداً لا توجد إلا لدى عدد قليل جداً من الأفراد؛ [ 3 ] في المقابل، لا تستطيع تقنيات مثل مصفوفات SNP إلا الكشف عن المتغيرات الجينية المشتركة بين العديد من الأفراد في المجتمع الأوسع. [ 4 ] علاوة على ذلك، ولأن المتغيرات المسببة للأمراض الخطيرة غالباً ما تكون موجودة (وإن لم يكن حصراً) في تسلسل ترميز البروتين، [ 5 ] [ 6 ] فإن التركيز على هذه النسبة البالغة 1% أقل تكلفة بكثير من تسلسل الجينوم الكامل، ومع ذلك يكشف عن نسبة عالية من المتغيرات ذات الصلة.

في الماضي، كانت الاختبارات الجينية السريرية تُختار بناءً على الأعراض السريرية للمريض (أي التركيز على جين واحد أو عدد قليل من الجينات المعروفة بارتباطها بمتلازمة معينة ) ، أو كانت تقتصر على فحص أنواع معينة من التباين الجيني (مثل التهجين الجينومي المقارن )، ولكنها لم تُقدّم تشخيصات جينية قاطعة إلا لأقل من نصف المرضى. [ 7 ] أما الآن، فيُستخدم تسلسل الإكسوم بشكل متزايد لتكملة هذه الاختبارات الأخرى: سواءً لاكتشاف الطفرات في الجينات المعروفة بتسببها في الأمراض، أو لتحديد جينات جديدة من خلال مقارنة الإكسومات من مرضى ذوي سمات متشابهة.

المنهجية التقنية

الخطوة 1: استراتيجيات إثراء الهدف

تتيح طرق إثراء الهدف إمكانية التقاط مناطق جينومية محددة ذات أهمية من عينة الحمض النووي قبل التسلسل. وقد تم تطوير العديد من استراتيجيات إثراء الهدف منذ الوصف الأصلي لطريقة الاختيار الجينومي المباشر (DGS) في عام 2005. [ 8 ]

على الرغم من وصف العديد من التقنيات لالتقاط الجينات المستهدفة، إلا أن القليل منها فقط تم توسيعه لالتقاط الإكسومات الكاملة. [ 9 ] كانت أول استراتيجية لإثراء الجينات المستهدفة التي طُبقت على تسلسل الإكسوم الكامل هي طريقة الالتقاط الهجين القائمة على المصفوفات في عام 2007، ولكن اكتسبت تقنية الالتقاط في المحلول شعبية في السنوات الأخيرة.

التقاط قائم على المصفوفة

التقاط داخل المحلول
التقاط داخل المحلول.

تحتوي المصفوفات الدقيقة على أوليغونوكليوتيدات أحادية السلسلة تحمل تسلسلات من الجينوم البشري لتغطية المنطقة المستهدفة المثبتة على السطح. يُقطع الحمض النووي الجينومي لتكوين شظايا ثنائية السلسلة. تخضع هذه الشظايا لإصلاح الأطراف لإنتاج نهايات غير لاصقة، وتُضاف إليها محولات ذات تسلسلات بدء عامة. تُهجن هذه الشظايا مع الأوليغونوكليوتيدات الموجودة على المصفوفة الدقيقة. تُغسل الشظايا غير المهجنة، وتُستخلص الشظايا المطلوبة. ثم تُضخّم الشظايا باستخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) . [ 10 ] [ 11 ]

كانت شركة روش نيمبلجين أول من استخدم تقنية DGS الأصلية [ 8 ] وطوّرها لتسلسل الجيل التالي. طوّرت الشركة مصفوفة Sequence Capture Human Exome 2.1M Array لالتقاط ما يقارب 180,000 إكسون مشفر. [ 12 ] تتميز هذه الطريقة بتوفير الوقت والتكلفة مقارنةً بالطرق القائمة على تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR). تُعدّ مصفوفة Agilent Capture Array ومصفوفة التهجين الجينومي المقارن من الطرق الأخرى التي يمكن استخدامها لالتقاط التسلسلات المستهدفة. تشمل قيود هذه التقنية الحاجة إلى أجهزة باهظة الثمن وكمية كبيرة نسبيًا من الحمض النووي. [ 13 ]

التقاط داخل المحلول

لالتقاط المناطق الجينومية المستهدفة باستخدام تقنية الالتقاط في المحلول، يتم تصنيع مجموعة من النيوكليوتيدات قليلة السلسلة (المجسات) المصممة خصيصًا، ثم تُهجّن في المحلول مع عينة من الحمض النووي الجينومي المجزأ. تتهجن المجسات (الموسومة بخرزات) بشكل انتقائي مع المناطق الجينومية المستهدفة، وبعد ذلك تُزال الخرزات (التي تحتوي الآن على أجزاء الحمض النووي المستهدفة) وتُغسل لإزالة المواد الزائدة. ثم تُزال الخرزات، ويمكن تسلسل أجزاء الحمض النووي الجينومي ، مما يسمح بتسلسل الحمض النووي الانتقائي للمناطق الجينومية المستهدفة (مثل الإكسونات).

طُوِّرت هذه الطريقة لتحسين طريقة التهجين لالتقاط الهدف وإثرائه. في طريقة الالتقاط من المحلول (على عكس الالتقاط الهجين)، يوجد فائض من المجسات لاستهداف المناطق المهمة مقارنةً بكمية القالب المطلوبة. [ 13 ] يبلغ الحجم الأمثل للهدف حوالي 3.5 ميغابايت، ويُحقق تغطية تسلسلية ممتازة للمناطق المستهدفة. تعتمد الطريقة المُفضَّلة على عدة عوامل، منها: عدد أزواج القواعد في المنطقة المهمة، ومتطلبات القراءة على الهدف، والمعدات المتوفرة، إلخ. [ 14 ]

الخطوة الثانية: التسلسل

تتوفر العديد من منصات تسلسل الجيل التالي ، والتي ظهرت بعد منهجيات تسلسل سانجر الكلاسيكية. تشمل هذه المنصات جهاز التسلسل Roche 454 وأنظمة SOLiD من Life Technologies ، وجهاز Ion Torrent من Life Technologies ، وجهاز Illumina Genome Analyzer II (الذي توقف إنتاجه)، بالإضافة إلى أجهزة سلسلة MiSeq وHiSeq وNovaSeq اللاحقة من Illumina، والتي يمكن استخدامها جميعًا لتسلسل الإكسوم المتوازي على نطاق واسع. تُعد أنظمة NGS هذه، التي تعتمد على "القراءة القصيرة"، مناسبة بشكل خاص لتحليل العديد من أجزاء تسلسل الحمض النووي القصيرة نسبيًا، كما هو الحال في الإكسونات البشرية.

مقارنة بالتقنيات الأخرى

تتوفر تقنيات متعددة لتحديد المتغيرات الجينية. ولكل تقنية مزاياها وعيوبها من الناحية التقنية والمالية. ومن هذه التقنيات تقنية المصفوفات الدقيقة وتقنية تسلسل الجينوم الكامل .

التنميط الجيني القائم على المصفوفات الدقيقة

تستخدم المصفوفات الدقيقة مجسات التهجين لاختبار مدى انتشار تسلسلات الحمض النووي المعروفة، ولذلك لا يمكن استخدامها لتحديد التغيرات الجينية غير المتوقعة. [ 13 ] في المقابل، توفر تقنيات التسلسل عالي الإنتاجية المستخدمة في تسلسل الإكسوم تسلسلات النيوكليوتيدات للحمض النووي مباشرةً في آلاف المواقع الإكسونية المختبرة. [ 15 ] ومن ثم، يعالج تسلسل الإكسوم الكامل بعض القيود الحالية لمصفوفات التنميط الجيني بالتهجين .

على الرغم من أن تسلسل الإكسوم أغلى من التقنيات القائمة على التهجين على أساس كل عينة، إلا أن تكلفته تتناقص بسبب انخفاض تكلفة وزيادة إنتاجية تسلسل الجينوم الكامل .

تسلسل الجينوم الكامل

يقتصر تسلسل الإكسوم على تحديد المتغيرات الموجودة في المنطقة المشفرة للجينات والتي تؤثر على وظيفة البروتين. ولا يمكنه تحديد المتغيرات البنيوية وغير المشفرة المرتبطة بالمرض، والتي يمكن اكتشافها باستخدام طرق أخرى مثل تسلسل الجينوم الكامل . [ 2 ] ولا يزال 99% من الجينوم البشري غير مغطى بتسلسل الإكسوم، كما يتيح تسلسل الإكسوم تسلسل أجزاء من الجينوم على عينات أكثر بعشرين ضعفًا على الأقل مقارنةً بتسلسل الجينوم الكامل. [ 2 ] ولترجمة المتغيرات النادرة المحددة إلى تطبيقات سريرية، يشير حجم العينة والقدرة على تفسير النتائج لتوفير تشخيص سريري إلى أنه في ظل المعرفة الحالية في علم الوراثة، توجد تقارير عن استخدام تسلسل الإكسوم للمساعدة في التشخيص. [ 12 ] وعادةً ما تكون تكلفة تسلسل الإكسوم أقل من تكلفة تسلسل الجينوم الكامل. [ 16 ]

تحليل البيانات

يُعدّ التحليل الإحصائي للكميات الهائلة من البيانات الناتجة عن تقنيات التسلسل تحديًا كبيرًا. فحتى عند تسلسل الإكسومات للأفراد فقط، تُنتج كمية كبيرة من البيانات ومعلومات التسلسل، مما يستلزم تحليلًا مكثفًا. ومن التحديات المرتبطة بتحليل هذه البيانات التغييرات في البرامج المستخدمة لمحاذاة وتجميع قراءات التسلسل. [ 13 ] كما أن تقنيات التسلسل المختلفة تتباين في معدلات الخطأ وتُنتج أطوال قراءات متفاوتة، مما قد يُصعّب مقارنة النتائج من منصات التسلسل المختلفة.

تُعدّ النتائج الإيجابية والسلبية الخاطئة من المشكلات الحرجة المرتبطة بتقنيات إعادة تسلسل الجينوم. وقد طُوّرت بعض الاستراتيجيات لتحسين جودة بيانات الإكسوم، مثل:

  • مقارنة المتغيرات الجينية المحددة بين التسلسل والنمط الجيني القائم على المصفوفة [ 2 ]
  • مقارنة المتغيرات النوكليوتيدية المفردة المشفرة بفرد تم تسلسل جينومه بالكامل مصاب بالاضطراب [ 2 ]
  • مقارنة تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة المشفرة مع تسلسل سانجر لأفراد هاب ماب [ 2 ]

قد لا تحتوي قواعد البيانات العامة، مثل dbSNP ، على تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة (SNPs) للأمراض المتنحية النادرة . في المقابل، من المرجح أن تحتوي الأنماط الظاهرية المتنحية الأكثر شيوعًا على متغيرات مسببة للمرض مُبلغ عنها في dbSNP. على سبيل المثال، يبلغ تردد أليل المتغير الأكثر شيوعًا للتليف الكيسي حوالي 3% في معظم المجموعات السكانية. قد يؤدي فحص هذه المتغيرات إلى استبعاد هذه الجينات من الدراسة بشكل خاطئ. عادةً ما يكون تحديد جينات الأمراض المتنحية أسهل من تحديد جينات الأمراض السائدة، لأن احتمالية احتواء هذه الجينات على أكثر من متغير نادر غير مترادف أقل. [ 2 ] يعتمد النظام الذي يفحص المتغيرات الجينية الشائعة على dbSNP، الذي قد لا يحتوي على معلومات دقيقة حول تنوع الأليلات. يُعد استخدام قوائم التباين الشائعة من دراسة الإكسوم أو تسلسل الجينوم الكامل للفرد أكثر موثوقية. يتمثل أحد التحديات في هذا النهج في أنه مع ازدياد عدد الإكسومات المتسلسلة، سيزداد أيضًا عدد المتغيرات غير الشائعة في dbSNP . سيكون من الضروري وضع عتبات لتحديد المتغيرات الشائعة التي من غير المرجح أن ترتبط بنمط ظاهري للمرض. [ 15 ]

يُعدّ التباين الجيني والاختلافات العرقية من أبرز المعوقات، إذ قد يزيدان من عدد النتائج الإيجابية والسلبية الخاطئة، مما يُصعّب تحديد الجينات المرشحة . صحيحٌ أنه من الممكن تخفيف صرامة العتبات في ظل وجود التباين والاختلافات العرقية، إلا أن ذلك سيُقلّل من القدرة على كشف المتغيرات. وقد يُوفّر استخدام منهجية تعتمد على النمط الجيني أولًا لتحديد الجينات المرشحة حلًا للتغلب على هذه المعوقات.

على عكس تحليل المتغيرات الشائعة، يُقيّم تحليل المتغيرات النادرة في دراسات تسلسل الإكسوم الكامل مجموعات المتغيرات بدلاً من المتغيرات الفردية. [ 17 ] [ 18 ] تتنبأ الشروحات الوظيفية بتأثير أو وظيفة المتغيرات النادرة وتساعد في تحديد أولويات المتغيرات الوظيفية النادرة. ويمكن أن يُعزز دمج هذه الشروحات بشكل فعال قوة تحليل الارتباط الجيني للمتغيرات النادرة في دراسات تسلسل الجينوم الكامل. [ 19 ] وقد طُوّرت بعض الطرق والأدوات لإجراء تحليل ارتباط المتغيرات النادرة المُستند إلى المعلومات الوظيفية من خلال دمج الشروحات الوظيفية لتمكين التحليل في دراسات تسلسل الإكسوم الكامل. [ 20 ] [ 21 ]

الآثار الأخلاقية

أحدثت التقنيات الحديثة في علم الجينوم تغييرًا جذريًا في منهجية الباحثين في كلٍ من البحوث الأساسية والتطبيقية. فبفضل تقنيات مثل تسلسل الإكسوم ، أصبح من الممكن تحسين البيانات المُستخلصة من الجينومات الفردية بشكلٍ ملحوظ، مما أثار سلسلة من التساؤلات حول كيفية التعامل مع هذا الكم الهائل من المعلومات. هل ينبغي السماح للأفراد المشاركين في هذه الدراسات بالاطلاع على معلومات تسلسلهم الجيني؟ وهل ينبغي مشاركة هذه المعلومات مع شركات التأمين؟ قد تُفضي هذه البيانات إلى نتائج غير متوقعة، وتُعقّد الفائدة السريرية وأثرها على المرضى. لا يزال هذا المجال من علم الجينوم يُمثّل تحديًا، ويبحث الباحثون عن كيفية الإجابة على هذه التساؤلات. [ 15 ]

تطبيقات تسلسل الإكسوم

باستخدام تقنية تسلسل الإكسوم، يمكن للدراسات ذات التكلفة الثابتة تسلسل العينات بعمق أكبر بكثير مما يمكن تحقيقه باستخدام تسلسل الجينوم الكامل. هذا العمق الإضافي يجعل تسلسل الإكسوم مناسبًا تمامًا للعديد من التطبيقات التي تتطلب تحديدًا دقيقًا للمتغيرات الجينية.

تحديد المتغيرات النادرة في الاضطرابات المعقدة

ركزت الدراسات الارتباطية الحالية على التباين الشائع عبر الجينوم، نظرًا لسهولة تحديده باستخدام التحليلات الحالية. مع ذلك، وُجد أن المتغيرات المسببة للأمراض ذات التأثير الكبير تقع ضمن الإكسومات في دراسات الجينات المرشحة، وبسبب الانتقاء السلبي ، توجد بترددات أليلية أقل بكثير، وقد تبقى غير مُحددة في تحليلات التنميط الجيني القياسية الحالية. يُعد تسلسل الجينوم الكامل طريقة محتملة لتحليل المتغيرات الجديدة عبر الجينوم. مع ذلك، في الاضطرابات المعقدة (مثل التوحد )، يُعتقد أن عددًا كبيرًا من الجينات مرتبط بخطر الإصابة بالمرض. [ 1 ] [ 22 ] هذا التباين في المخاطر الكامنة يعني أن اكتشاف الجينات يتطلب أحجام عينات كبيرة جدًا، وبالتالي فإن تسلسل الجينوم الكامل ليس فعالًا من حيث التكلفة. يتم التخفيف من مشكلة حجم العينة هذه من خلال تطوير أساليب تحليلية متقدمة جديدة، والتي ترسم خرائط جينات الأمراض بفعالية على الرغم من ندرة الطفرات الجينية على مستوى المتغير. [ 22 ] بالإضافة إلى ذلك، تمت دراسة المتغيرات في المناطق المشفرة على نطاق أوسع بكثير، كما أن آثارها الوظيفية أسهل بكثير في استخلاصها، مما يجعل التطبيقات العملية للمتغيرات داخل منطقة الإكسوم المستهدفة أكثر سهولة في الوصول إليها على الفور.

لا يزال تسلسل الإكسوم في اكتشاف الجينات ذات المتغيرات النادرة مجالًا بحثيًا نشطًا ومستمرًا، وهناك أدلة متزايدة على وجود عبء كبير من المخاطر عبر مجموعات من الجينات. وقد تم الإبلاغ عن وجود متغيرات نادرة في جين KRT82 في اضطراب المناعة الذاتية المعروف باسم داء الثعلبة البقعية . [ 1 ]

اكتشاف الاضطرابات المندلية

في الاضطرابات المندلية ذات التأثير الكبير، تشير النتائج حتى الآن إلى أن متغيرًا واحدًا أو عددًا قليلًا جدًا من المتغيرات ضمن الجينات المشفرة هو المسؤول عن الحالة المرضية بأكملها. ونظرًا لخطورة هذه الاضطرابات، يُفترض أن المتغيرات المسببة القليلة نادرة للغاية أو جديدة في المجتمع، ولن يتم اكتشافها بواسطة أي فحص جيني قياسي . يوفر تسلسل الإكسوم تغطية عالية لتحديد المتغيرات عبر المناطق المشفرة، وهو أمر ضروري لفصل المتغيرات الحقيقية عن التشويش. يتضمن نموذج ناجح لاكتشاف الجينات المندلية اكتشاف المتغيرات الجديدة باستخدام تسلسل ثلاثي، حيث يتم تحديد النمط الجيني للوالدين والمريض.

دراسات الحالة

ناقشت دراسة نُشرت في سبتمبر 2009 تجربةً لإثبات المفهوم، بهدف تحديد إمكانية تحديد المتغيرات الجينية المسببة للمرض باستخدام تسلسل الإكسوم. وقد قام الباحثون بتسلسل جينوم أربعة أفراد مصابين بمتلازمة فريمان-شيلدون (FSS) (OMIM 193700)، وهي اضطراب وراثي سائد نادر ، معروف بأنه ناتج عن طفرة في جين MYH3 . [ 2 ] كما تم تسلسل جينوم ثمانية أفراد من مشروع HapMap لاستبعاد المتغيرات الشائعة، وذلك لتحديد الجين المسبب لمتلازمة فريمان-شيلدون. بعد استبعاد المتغيرات الشائعة، تمكن الباحثون من تحديد جين MYH3 ، مما يؤكد إمكانية استخدام تسلسل الإكسوم لتحديد المتغيرات المسببة للاضطرابات النادرة. [ 2 ] وكانت هذه أول دراسة منشورة تستخدم تسلسل الإكسوم كمنهج لتحديد جين مسبب غير معروف لاضطراب وراثي نادر.

لاحقًا، أبلغت مجموعة أخرى عن تشخيص سريري ناجح لمريض من أصل تركي يُشتبه بإصابته بمتلازمة بارتر . [ 12 ] متلازمة بارتر هي مرض كلوي يُسبب فقدان الأملاح. كشف تسلسل الإكسوم عن طفرة متنحية محفوظة جيدًا وغير متوقعة في جين يُسمى SLC26A3 ، وهو مرتبط بالإسهال الكلوريدي الخلقي . وقد أكد الطبيب المُحيل هذا التشخيص الجزيئي للإسهال الكلوريدي الخلقي. قدم هذا المثال دليلًا على جدوى استخدام تسلسل الإكسوم الكامل كأداة سريرية في تقييم المرضى الذين يعانون من أمراض وراثية غير مشخصة. يُعتبر هذا التقرير أول تطبيق لتقنية التسلسل من الجيل التالي للتشخيص الجزيئي للمرضى.

أُجري تقرير ثانٍ حول تسلسل الإكسوم لأفراد مصابين باضطراب وراثي مندلي يُعرف باسم متلازمة ميلر (MIM#263750)، وهو اضطراب نادر ينتقل بصفة متنحية جسدية . شملت الدراسة شقيقين وشخصين آخرين غير مرتبطين مصابين بمتلازمة ميلر. ركزت الدراسة على المتغيرات التي يُحتمل أن تكون مُمرضة، مثل الطفرات غير المترادفة، ومواقع مستقبلات ومانحات الربط، وإضافات أو حذف أجزاء قصيرة من التسلسل المشفر. [ 3 ] نظرًا لندرة متلازمة ميلر، فمن المتوقع عدم تحديد المتغير المُسبب لها سابقًا. استُخدمت دراسات تسلسل الإكسوم السابقة لتعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة الشائعة (SNPs) في قواعد بيانات SNP العامة لاستبعاد الجينات المرشحة. بعد استبعاد هذه الجينات، وجد الباحثون طفرات في جين DHODH مشتركة بين الأفراد المصابين بمتلازمة ميلر. كان كل فرد مصاب بمتلازمة ميلر حاملًا لطفرات DHODH المركبة ، والتي ورثها من والديه اللذين وُجدا حاملين لها. [ 3 ]

كانت هذه المرة الأولى التي يُظهر فيها تسلسل الإكسوم قدرته على تحديد جين جديد مسؤول عن مرض وراثي نادر. يُبرهن هذا الاكتشاف المثير على أن تسلسل الإكسوم يمتلك القدرة على تحديد الجينات المُسببة للأمراض المعقدة، وهو ما لم يكن ممكنًا سابقًا بسبب قيود الطرق التقليدية. يُمثل الاستهداف المُوجّه والتسلسل المتوازي عالي الإنتاجية استراتيجية فعّالة من حيث التكلفة، وقابلة للتكرار، وقوية، تتميز بحساسية ونوعية عاليتين للكشف عن المتغيرات التي تُسبب تغييرات في ترميز البروتين في الجينوم البشري الفردي.

التشخيص السريري

يمكن استخدام تسلسل الإكسوم لتشخيص السبب الجيني للمرض لدى المريض. إن تحديد الطفرة (الطفرات) الجينية المسببة للمرض له آثار بالغة الأهمية على أساليب التشخيص والعلاج، ويمكن أن يوجه التنبؤ بالمسار الطبيعي للمرض، ويتيح إمكانية فحص أفراد العائلة المعرضين للخطر. [ 2 ] [ 3 ] [ 12 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] هناك العديد من العوامل التي تجعل تسلسل الإكسوم متفوقًا على تحليل الجينات المفردة، بما في ذلك القدرة على تحديد الطفرات في الجينات التي لم يتم فحصها بسبب ظهور أعراض سريرية غير نمطية [ 25 ] أو القدرة على تحديد الحالات السريرية التي تساهم فيها طفرات من جينات مختلفة في الأنماط الظاهرية المختلفة لدى المريض نفسه. [ 3 ]

بعد تشخيص السبب الجيني للمرض، يمكن لهذه المعلومات أن توجه اختيار العلاج المناسب. وقد طُبقت هذه الاستراتيجية بنجاح لأول مرة في العيادة لعلاج رضيع مصاب بداء الأمعاء الالتهابي . [ 24 ] [ 26 ] استُخدمت سابقًا عدة طرق تشخيصية تقليدية، لكن نتائجها لم تُفسر أعراض الرضيع. كشف تحليل بيانات تسلسل الإكسوم عن طفرة في جين XIAP . ساعدت معرفة وظيفة هذا الجين في توجيه علاج الرضيع، مما أدى إلى زراعة نخاع عظمي شفى الطفل من المرض. [ 24 ]

استخدم الباحثون تقنية تسلسل الإكسوم لتحديد الطفرة الجينية الكامنة لدى مريض مصاب بمتلازمة بارتر والإسهال الكلوريدي الخلقي . [ 12 ] كما استخدم فريق بيلغولار تقنية تسلسل الإكسوم وحددوا الطفرة الجينية الكامنة لدى مريض يعاني من تشوهات دماغية حادة، مصرحين: "[تُبرز هذه النتائج] أهمية استخدام تسلسل الإكسوم الكامل لتحديد مواقع الجينات المسببة للأمراض في الحالات التي أثبتت فيها الطرق التقليدية صعوبتها... تُظهر نتائجنا أن هذه التقنية ستكون ذات قيمة خاصة لاكتشاف الجينات في الحالات التي تعقّد فيها تحديد المواقع الجينية بسبب عدم تجانس المواقع وعدم اليقين بشأن حدود التصنيف التشخيصي، مما يُشير إلى مستقبل واعد لتطبيقها الواسع في الطب". [ 23 ]

استخدم باحثون في جامعة كيب تاون بجنوب إفريقيا تقنية تسلسل الإكسوم لاكتشاف الطفرة الجينية لـ CDH2 باعتبارها السبب الكامن وراء اضطراب وراثي يُعرف باسم اعتلال عضلة القلب البطيني الأيمن المسبب لاضطراب النظم (ARVC)، والذي يزيد من خطر الإصابة بأمراض القلب والسكتة القلبية.

التكاليف التجارية

قدمت شركات عديدة خدمة تسلسل الإكسوم للمستهلكين. وكانت شركة Knome أول من قدم هذه الخدمة ، بتكلفة بلغت عدة آلاف من الدولارات. [ 27 ] لاحقًا، أطلقت شركة 23andMe برنامجًا تجريبيًا لتسلسل الإكسوم الكامل (WES) في سبتمبر 2011، ثم توقف في عام 2012. وكان بإمكان المستهلكين الحصول على بيانات الإكسوم مقابل 999 دولارًا. وقدّمت الشركة البيانات الخام فقط، دون تقديم خدمات التحليل. [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]

في نوفمبر 2012، بدأت شركة DNADTC، التابعة لشركة Gene by Gene، بتقديم خدمة تحليل الإكسوم بتغطية 80 ضعفًا وسعر تمهيدي قدره 695 دولارًا أمريكيًا. [ 30 ] ويبلغ هذا السعر حاليًا 895 دولارًا أمريكيًا لكل موقع ويب تابع لشركة DNADTC. وفي أكتوبر 2013، أعلنت شركة BGI عن عرض ترويجي لتحليل الإكسوم الكامل الشخصي بتغطية 50 ضعفًا مقابل 499 دولارًا أمريكيًا. [ 31 ] وفي يونيو 2016، تمكنت شركة Genos من خفض السعر إلى 399 دولارًا أمريكيًا مع تحليل إكسوم معتمد من CLIA بتغطية 75 ضعفًا، تم الحصول عليه من عينة لعاب. [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]

أظهرت مراجعة أجريت عام 2018 لـ 36 دراسة أن تكلفة تسلسل الإكسوم تتراوح بين 555 دولارًا  أمريكيًا و5169 دولارًا  أمريكيًا، مع نسبة تشخيص تتراوح بين 3% و79% اعتمادًا على مجموعات المرضى. [ 16 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 Erjavec SO، Gelfman S، عبد العزيز AR، Lee EY، Monga I، Alkelai A، Ionita-Laza I، Petukhova L، Christiano AM (فبراير 2022). "تسلسل الإكسوم الكامل في داء الثعلبة يحدد المتغيرات النادرة في KRT82" . نات كومون . 13 (1) 800. بيب كود : 2022NatCo..13..800E . دوى : 10.1038/s41467-022-28343-3 . بمك 8831607 . بميد 35145093 .  
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Ng SB، Turner EH، Robertson PD، Flygare SD، Bigham AW، Lee C، Shaffer T، Wong M، Bhattacharjee A، Eichler EE، Bamshad M، Nickerson DA، Shendure J (10 سبتمبر 2009). "الالتقاط المستهدف والتسلسل المتوازي على نطاق واسع لـ 12 إكسومًا بشريًا" . طبيعة . 461 (7261): 272–276 . بيب كود : 2009Natur.461..272N . دوى : 10.1038 / طبيعة08250 . بمك 2844771 . بميد 19684571 .  
  3. ١ ٢ ٣ ٤ ٥ سارة ب. نج؛ كاتي ج. باكينجهام؛ تشولي لي؛ أبيجيل و. بيجام؛ هولي ك. تابور؛ كارين م. دينت؛ تشاد د. هاف؛ بول ت. شانون؛ إيثيلين وانج جابز؛ ديبورا أ. نيكرسون؛ جاي شندور؛ مايكل ج. بامشاد (٢٠١٠). "تحديد سبب اضطراب مندلي من خلال تسلسل الإكسوم" . مجلة نيتشر جينيتكس . ٤٢ (١): ٣٠-٣٥ . doi : 10.1038/ng.499 . PMC 2847889. PMID 19915526 .  
  4. ↑ وانغ، دي جي؛ فان، جيه بي؛ سياو، سي جيه؛ بيرنو، إيه؛ يونغ، بي؛ سابولسكي، آر؛ غندور، جي؛ بيركنز، إن؛ وينشستر، إي. (15 مايو 1998). "تحديد ورسم خرائط وتحديد النمط الجيني على نطاق واسع لتعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة في الجينوم البشري". مجلة ساينس . 280 (5366): 1077-1082 . رمز Bibcode : 1998Sci...280.1077W . doi : 10.1126/science.280.5366.1077 . ISSN 0036-8075 . PMID 9582121 .  
  5. ↑ بيترسن، بريت-سابينا؛ فريدريش، برودر؛ هوبنر، مارك ب.؛ إلينغهاوس، ديفيد؛ فرانك، أندريه (14 فبراير 2017). "فرص وتحديات تسلسل الجينوم الكامل والإكسوم" . مجلة BMC Genetics . 18 (1): 14. doi : 10.1186/s12863-017-0479-5 . ISSN 1471-2156 . PMC 5307692. PMID 28193154 .   
  6. ↑ بوتستين، ديفيد؛ ريش، نيل (مارس 2003). "اكتشاف الأنماط الجينية الكامنة وراء الأنماط الظاهرية البشرية: نجاحات سابقة في الأمراض المندلية، ونهج مستقبلية للأمراض المعقدة" . علم الوراثة الطبيعية . 33 (3): 228-237 . doi : 10.1038/ng1090 . ISSN 1546-1718 . PMID 12610532. S2CID 10599219 .   
  7. ↑ راوخ، أ؛ هوير، ج؛ غوث، س؛ تسفير، س؛ كراوس، س؛ بيكر، س؛ زينكر، م؛ هوفماير، يو؛ ثيل، س؛ روشندورف، ف؛ نورنبرغ، ب؛ رايس، أ؛ تراوتمان، يو (1 أكتوبر 2006). "الجدوى التشخيصية لمختلف المناهج الجينية لدى المرضى الذين يعانون من تأخر نمائي أو تخلف عقلي غير مفسر" . المجلة الأمريكية لعلم الوراثة الطبية، الجزء أ . 140 (19): 2063-2074 . doi : 10.1002/ajmg.a.31416 . PMID 16917849. S2CID 24570999 .  
  8. 1 2 ستافروس باسياردس؛ روز فيل؛ سيندي هيلمز؛ إيلين ر. مارديس؛ آن م. بوكوك؛ مايكل لوفيت (2005). "الاختيار الجينومي المباشر". Nature Methods . 1 (2): 63–69 . doi : 10.1038/nmeth0105-63 . PMID 16152676. S2CID 667227 .  
  9. ↑ تير، جيه كيه؛ موليكين، جيه سي (12 أغسطس 2010). "تسلسل الإكسوم: المرحلة المثالية قبل الجينوم الكامل" . علم الوراثة الجزيئية البشرية . 19 (R2): R145– R151. doi : 10.1093/hmg/ddq333 . PMC 2953745. PMID 20705737 .  
  10. ↑ إميلي هـ. تيرنر؛ سارة ب. نغ؛ ديبورا أ. نيكرسون؛ جاي شندور (2009). "طرق تقسيم الجينوم". المجلة السنوية لعلم الجينوم البشري . 10 (1): 30-35 . doi : 10.1146/annurev-genom-082908-150112 . PMID 19630561 . 
  11. ↑ ميرتيس ف، والشراوي أ، وساور س، وفان هيلفورت ج م، وفان دير زاغ ب ج، وفرانك أ، ونيلسون م، وليرش ه، وبروكس أ ج (2011). " الإثراء المستهدف لمناطق الحمض النووي الجينومي لتسلسل الجيل التالي" . موجز علم الجينوم الوظيفي . 10 (6): 374-386 . doi : 10.1093/bfgp/elr033 . PMC 3245553. PMID 22121152. مؤرشف من الأصل (PDF) في 21-09-2017 . تم الاسترجاع في 24-10-2018 .  
  12. 1 2 3 4 5 Choi M، Scholl UI، Ji W، Liu T، Tikhonova IR، Zumbo P، Nayir A، Bakkaloğlu A، Ozen S، Sanjad S، Nelson-Williams C، Farhi A، Mane S، Lifton RP (10 نوفمبر 2009). "التشخيص الوراثي عن طريق التقاط الإكسوم الكامل وتسلسل الحمض النووي المتوازي على نطاق واسع" . Proc Natl Acad Sci الولايات المتحدة الأمريكية . 106 (45): 19096– 19101. بيب كود : 2009PNAS..10619096C . دوى : 10.1073/pnas.0910672106 . بمك 2768590 . بميد 19861545 .  
  13. 1 2 3 4 كاهفيجيان أ، كواكنبوش ج، طومسون ج ف (2008). "ماذا ستفعل لو كان بإمكانك تحديد تسلسل كل شيء؟" . مجلة نيتشر للتكنولوجيا الحيوية . 26 (10): 1125-1133 . doi : 10.1038/nbt1494 . PMC 4153598. PMID 18846086 .  
  14. ↑ ليرا مامانوفا؛ كوفي، أليسون جيه؛ سكوت، كارول إي؛ كوزاريوا، إيوانكا؛ تيرنر، إميلي إتش؛ كومار، أكاش؛ هوارد، إليانور؛ شندور، جاي؛ تيرنر، دانيال جيه؛ وآخرون . (فبراير 2010). "استراتيجيات إثراء الهدف لتسلسل الجيل التالي". Nature Methods . 7 (2): 111–118 . doi : 10.1038/nmeth.1419 . PMID 20111037. S2CID 21410733 .   
  15. 1 2 3 بيسيكر إل جي (يناير 2010). "تسلسل الإكسوم يجعل علم الجينوم الطبي حقيقة واقعة" . نات. جينيت . 42 (1): 13-14 . doi : 10.1038/ng0110-13 . PMID 20037612 . 
  16. شوارز ، ك؛ بوكانان، ج؛ تايلور، ج.س؛ ووردزورث، س (مايو 2018). "هل تُعدّ مناهج تسلسل الإكسوم الكامل والجينوم الكامل فعّالة من حيث التكلفة؟ مراجعة منهجية للأدبيات" . القيمة في الصحة . 21 : S100. doi : 10.1016/j.jval.2018.04.677 . ISSN 1098-3015 . 
  17. ↑ لي، سيونغ جيونغ؛ أبيكاسيس، غونكالو ر.؛ بونكه، مايكل؛ لين، شيهونغ (يوليو 2014). "تحليل ارتباط المتغيرات النادرة: تصميمات الدراسات والاختبارات الإحصائية" . المجلة الأمريكية لعلم الوراثة البشرية . 95 (1): 5-23 . doi : 10.1016/j.ajhg.2014.06.009 . PMC 4085641. PMID 24995866 .  
  18. ^ وانغ ، تشيوانلي. دهيندسا، ريان س. كارس، كيرين؛ هاربر، أندرو ر. وآخرون . (23 سبتمبر 2021). "مساهمة متغيرة نادرة في الأمراض التي تصيب الإنسان في 281,104 إكسومات البنك الحيوي في المملكة المتحدة" . طبيعة . 597 (7877): 527– 532. بيب كود : 2021Natur.597..527W . دوى : 10.1038/s41586-021-03855-y . بمك 8458098 . بميد 34375979 .   
  19. ↑ لي، شيهاو؛ لي، زيلين؛ تشو، هوفنغ؛ غاينور، شيلا م.؛ وآخرون . (سبتمبر 2020). "الدمج الديناميكي للعديد من الشروحات الوظيفية الحاسوبية يُعزز تحليل ارتباط المتغيرات النادرة في دراسات تسلسل الجينوم الكامل واسعة النطاق" . مجلة Nature Genetics . 52 (9): 969-983 . doi : 10.1038/s41588-020-0676-4 . PMC 7483769. PMID 32839606 .   
  20. ↑ "STAARpipeline: أداة شاملة لتحليل المتغيرات النادرة لبيانات تسلسل الجينوم الكامل على نطاق بنوك البيانات الحيوية". Nature Methods . 19 (12): 1532–1533 . ديسمبر 2022. doi : 10.1038/s41592-022-01641-w . PMID 36316564. S2CID 253246835 .  
  21. ^ لي شيهاو. سريعًا يا كوربين؛ تشو، هوفنغ. جاينور، شيلا م.؛ ليو، ياوو؛ تشين، هان؛ سيلفاراج، مارغريت سونيثا؛ صن، ريان؛ داي روناك. أرنيت، دونا ك. بيلاك، لورانس ف. مكرر، جوشوا C.؛ بلانجيرو، جون. بوروينكل، إريك؛ بودين، دونالد دبليو. برودي، جينيفر أ.؛ كيد، بريان E.؛ كوريا، أدولفو؛ كوبلس، إل. أدريان؛ كوران، جوان E.؛ دي فريس، بول س. دوجيرالا، رافيندراناث؛ فريدمان، باري آي. جورنج ، هارالد سمو ؛ قوه، شيوتشينغ. هيسلر، جيفري. كالياني، ريتا ر. كوبربيرج، تشارلز. كرال، بريان ج. لانج، ليزلي أ. مانيشايكول، العاني؛ مارتن، ليزا دبليو؛ ماكغارفي، ستيفن تي؛ ميتشل، براكستون دي؛ منتصر، ماي إي؛ موريسون، ألانا سي؛ ناصري، تاكي؛ أوكونيل، جيفري آر؛ بالمر، نيكوليت دي؛ بيسر، باتريشيا إيه؛ بساتي، بروس إم؛ رافيلد، لورا إم؛ ريدلاين، سوزان؛ راينر، ألكسندر بي؛ ريوبينا، مواغوتوتيا سيفويفا؛ رايس، كينيث إم؛ ريتش، ستيفن إس؛ سيتلاني، كولين إم؛ سميث، جينيفر إيه؛ تايلور، كينت دي؛ فاسان، راماتشاندران إس؛ ويلر، كريستين جيه؛ ويلسون، جيمس جي؛ يانيك، ليزا آر؛ تشاو، وي؛ اتحاد NHLBI Trans-Omics للطب الدقيق (TOPMed)؛ مجموعة عمل TOPMed للدهون؛ روتر، جيروم آي؛ ناتاراجان، براديب؛ بيلوسو، جينا م.؛ لي، زيلين؛ لين، شيهونغ (يناير 2023). "تحليل تجميعي قوي وقابل للتوسع وفعال من حيث الموارد لارتباطات المتغيرات النادرة في دراسات تسلسل الجينوم الكامل واسعة النطاق" . مجلة علم الوراثة الطبيعية . 55 (1): 154-164 . doi : 10.1038/s41588-022-01225-6 . PMC 10084891. PMID 36564505. S2CID 255084231 .   
  22. 1 2 ويجون لو؛ تشاولين تشانغ؛ يونغ هوي جيانغ؛ كوري ر. بروير (2018). "إعادة بناء منهجية لبيولوجيا التوحد من خلال بيانات الطفرات الجينية الضخمة" . مجلة ساينس أدفانسز . 4 (4) e1701799. Bibcode : 2018SciA....4.1799L . doi : 10.1126/sciadv.1701799 . PMC 5895441. PMID 29651456 .  
  23. 1 2 Bilgüvar K، Oztürk AK، Louvi A، Kwan KY، Choi M، Tatli B، Yalnizoğlu D، Tüysüz B، Cağlayan AO، Gökben S، Kaymakçalan H، Barak T، Bakircioğlu M، Yasuno K، Ho W، Sanders S، Zhu Y، Yilmaz S، Dincer A، Johnson MH، Bronen RA، Koçer N، Per H، Mane S، Pamir MN، Yalçinkaya C، Kumandaş S، Topçu M، Ozmen M، Sestan N، Lifton RP، State MW، Günel M (9 سبتمبر 2010). "التسلسل الكامل للإكسوم يحدد طفرات WDR62 المتنحية في تشوهات الدماغ الشديدة" . طبيعة . 467 (7312): 207– 210. Bibcode : 2010Natur.467..207B . doi : 10.1038/ nature09327 . PMC 3129007. PMID 20729831 .  
  24. 1 2 3 وورثي إي إيه، ماير إيه إن، سيفيرسون جي دي، هيلبلينغ دي، بوناتشي بي بي، ديكر بي، سيربي جي إم، داسو تي، تشانين إم آر، فيث آر إل، بيسهور إم جي، برويكل يو، توميتا-ميتشل إيه، أركا إم جي، كاسبر جي تي، مارغوليس دي إيه، بيك دي بي، هيسنر إم جي، روتس جي إم، فيربسكي جي دبليو، جاكوب إتش جي، ديموك دي بي (مارس 2011). "الوصول إلى تشخيص نهائي: تطبيق سريري ناجح لتسلسل الإكسوم الكامل لدى طفل مصاب بداء الأمعاء الالتهابي المستعصي" . مجلة علم الوراثة الطبية . 13 (3): 255-262 . doi : 10.1097/GIM.0b013e3182088158 . PMID 21173700 . 
  25. 1 2 رافان إي، هيرست إل إيه، تركي إس إيه، كاربنتر جي، سكوت سي، دالي إيه، كوفي إيه، بهاسكار إس، هوارد إي، خان إن، كينغستون إتش، بالوتي إيه، سافاج دي بي، أودريسكول إم، سميث سي، أوراهيلي إس، باروسو آي، سيمبل آر كيه (2011). "التشخيص المبكر لمتلازمة ويرنر باستخدام تسلسل الإكسوم الكامل في مريض واحد غير نمطي" . فرونت إندوكرينول (لوزان) . 2 (8): 8. doi : 10.3389/fendo.2011.00008 . PMC 3356119. PMID 22654791 .  
  26. ↑ وار، أ.؛ روبرت، س.؛ هيوم، د.؛ أرشيبالد، أ.؛ ديب، ن.؛ واتسون، م. (2 يوليو 2015). "تسلسل الإكسوم: وجهات نظر حالية ومستقبلية" . G3 . 5 (8): 1543-1550 . doi : 10.1534/g3.115.018564 . PMC 4528311. PMID 26139844 .  
  27. 1 2 هيربر، ماثيو (27 سبتمبر 2011). "المستقبل الآن: 23andMe تقدم الآن جميع جيناتك مقابل 999 دولارًا" . فوربس . تم الاطلاع عليه في 11 ديسمبر 2011 .
  28. ↑ "23andMe تطلق برنامجًا تجريبيًا لتسلسل الإكسوم المباشر للمستهلك" . GenomeWeb . GenomeWeb LLC. 28 سبتمبر 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 ديسمبر 2011 .
  29. ↑ "تسلسل الجينوم الشخصي لدى الأفراد الأصحاء ظاهريًا وائتلاف PeopleSeq" (ملف PDF) . Genomes2People. 14 يونيو 2016.
  30. ↑ فورهاوس، دان (29 نوفمبر 2012). "DNA DTC: عودة تسلسل الجينوم الكامل المباشر للمستهلك" . تقرير قانون الجينوم . تم الاطلاع عليه في 30 مايو 2013 .
  31. ↑ "الترويج الأمثل للإكسوم" . بي جي آي أمريكا. ١٨ أكتوبر ٢٠١٣. مؤرشف من الأصل في ١٠ نوفمبر ٢٠١٣. تم الاطلاع عليه في ١٧ نوفمبر ٢٠١٣ .
  32. ↑ "امتلاك بياناتك: نموذج جينوس" . عالم تكنولوجيا المعلومات الحيوية. 6 يوليو 2016.
  33. ↑ "شركة جينوس ريسيرش الناشئة في مجال علم الجينوم الاستهلاكي تخطط للسماح للعملاء باستكشاف بياناتهم ومشاركتها" . جينوم ويب ذ.م.م. 13 يونيو 2016.
  34. ↑ "جينوس - امتلك حمضك النووي، تعرّف على نفسك، قُد البحث" . www.genosresearch.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 25 أغسطس 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 أكتوبر 2016 .