فناوری NGS در تشخیص و درمان – تلگرام آپ

مقدمه‌ای بر NGS

NGS (Next Generation Sequencing) و یا همان توالی یابی نسل نو مجموعه‌ای از نرم افزارها و دستگاه های لازم بوده که برای خوانش توالی های DNA استفاده می شود. متخصصان با استفاده از این داده ها اطلاعات مفیدی در رابطه با بیماری های ناشناخته و یا انتخاب بهترین درمان برای بیماری هایی همچون سرطان به دست می آورند. در ادامه با هم به بررسی ساختمان DNA، چگونگی تغییر آن و ارتباط این تغییرات با بیماری ها خواهیم پرداخت و نقش روش های NGS را در این حوزه بیشتر بررسی خواهیم کرد.

 این که شما قد بلندی دارید و یا کوتاه، چشمان روشنی دارید و یا تیره، سابقه بیماری خانوادگی دارید یا خیر؛ همه و همه در ویژگی های نهفته در ژنتیک شما وجود دارد. درک این مطلب که چگونه توالی های تشکیل دهنده ژن های ما به وجود آورنده تمام این خصوصیات از جمله خصوصیات ظاهری، اخلاقی و یا سالم و یا بیمار شدن ما هستند، دانشی جذاب به نام علم ژنتیک را به وجود آورده‌اند که امروزه بسیاری از دانشجویان و پژوهشگران با آن همراه شده‌اند.

سلول ها به عنوان کوچکترین واحد تشکیل دهنده موجودات در هسته خود دارای توالی های DNA (مخفف دئوکسی ریبونوکلئیک اسید) هستند که تمامیت حیات و کنترل بسیاری از رخدادها مثل حساسیت به یک دارو و یا استعداد ابتلای بیشتر به یک بیماری در بعضی خانواده ها را در دست دارند. 
DNA از واحدهای کوچکتری به نام نوکلئوتید تشکیل شده است که هر گونه تغییر در آن‌ها همانند جا به جا شدن آن ها با هم دیگر، حذف شدن بخشی از آن‌ها و یا اضافه شدن تعدادی به آن‌ها نمی تواند تاثیرات مخربی را در افراد به همراه داشته باشد. این تغییرات جهش نامیده می‌شوند.

NGS چیست؟

تشخیص این تغییرات برروی توالی DNA با خوانش نوکلئوتید ها امکان پذیر بوده که به این روش توالی یابی و یا Sequencing گفته می شود. متد‌های توالی یابی نسل اول، رمزگشایی و یا خوانش توالی‌های کوچکی از DNA را انجام می‌دادند در حالی که با پیشرفت این روش‌ها ژنوم انسان با سه میلیارد نوکلئوتید که در گذشته با هزینه ای حدود سه میلیارد دلار طی سیزده سال توالی یابی شده بود به هزینه ای کمتر از هزار دلار و تنها در دو ساعت تقلیل یافت.

 این روش‌های بسیار ارزنده به اصطلاح توالی یابی نسل بعد و یا Next Generation Sequencing (NGS) بوده که جزء روش‌های High throughput با سرعت فوق العاده بالا دسته بندی می شوند. سه مرحله کلیدی در این روش ها دیده می شود که شامل آماده کردن کتابخانه، توالی یابی آن و آنالیز داده ها است. خوانش میلیون‌ها قطعه به طور هم زمان و موازی تنها در یک ران دستگاه فایل خروجی حجیمی از خوانش نوکلئوتیدهای ژنوم به نام FASTQ را ایجاد می‌کند. 

کاربردهای روش :NGS  

به بخش‌هایی از DNA که به RNA رونویسی شده، مناطق کد کننده یا ژن اطلاق می‌شود. برای شمارش تعداد رونوشت‌های RNA ای که در هر سلول از روی DNA ساخته می‌شوند نیز می توان از روش های توالی یابی بهره برد و به کمک آن‌ها میزان بیان ژن در بافت‌های مختلف را بررسی کرد؛ به این حوزه RNA sequencing گفته می‌شود.

از دیگر کاربردهای روش‌ های NGS در علوم میکروبیولوژی و ویروس‌ شناسی، پزشکی قانونی و تشخیص ناهنجاری‌های جنین پیش از تولد با استفاده از سکانس توالی های DNA جنینی آزاد شده در خون مادر را cell-free fetal DNA یا به اختصار cffDNA، نیز می‌توان نام برد. 

آنالیز داده های NGS:

با این که روش های NGS با فراهم آوردن تکنولوژی پیشرفته خوانش نوکلئوتید ها را با خطای بسیاری کمی انجام می دهند با این حال بخش اساسی برای رسیدن محقق به جواب به آنالیز صحیح و اصولی این داده های خروجی وابسته می باشد. 

این مسیر پر چالش شامل بررسی کیفیت فایل های خوانشی FASTQ و انجام اصلاحاتی از جمله حذف توالی های اضافه در طی فرآیند Trimming و سپس هم ردیف سازی و یا Alignment خوانش ها با ژنوم مرجع برای به دست آوردن تفاوت ها می باشد که خروجی حاصل از آن در فایلی به نام VCF ذخیره می شود.

 به این فرآیند فراخوانی واریانت و یا Variant Calling گفته می‌شود. در ادامه فایل‌های VCF به کمک اطلاعات حاشیه ای پیرامون واریانت‌ها طی پروسه Annotation تکمیل شده و در نهایت واریانت اصلی بیماری به کمک گایدلاین های فیلتراسیون موجود برگزیده می‌شوند. 
در نتیجه امروزه به جهت وسیع الطیف بودن کاربرد NGS در تشخیص و درمان فراگیری نحوه صحیح آنالیز داده های NGS از ارزش زیادی برخوردار است و نیاز روزافزون جامعه به آنالیزورهای با تجربه در حوزه NGS بسیار به چشم می‌خورد. 

در این زمینه آزمایشگاه ژنیران یکی از معدود مراکز موجود در ایران آموزش کامل آنالیز داده های NGS را برای دانش پژوهان به صورت حضوری فراهم آورده است. علاقه‌مندان پس از سپری کردن این دوره با بازار کار بسیار خوبی مواجه می شوند که بسته به قابلیت های فردی نیز در همین مرکز می توانند به عنوان آنالیزور استخدام شوند.

آزمایشگاه ژنیران علاوه بر حوزه آموزشی در حوزه خدمات رسانی نیز فعالیت دارد. این خدمات شامل  استخراج RNA و DNA، ارسال نمونه به شرکت‌های توالی یابی و در نهایت آنالیز داده‌های حاصل از مرحله FASTQ تا ریپورت نویسی می باشد.