التسلسل الكامل للإكسوم – هل مناطق ترميز البروتين هي الأفضل فقط؟

ما هو تسلسل إكسوم الكامل؟

التسلسل الكامل للإكسوم (WES) هو تسلسل الإكسوم ، جميع جينات ترميز البروتين في الجينوم. هذه العملية تنطوي على خطوتين. تتمثل الخطوة الأولى في استهداف التسلسلات في الإكسوم البشري فقط. في علم الوراثة البشرية ، هذه المناطق المستهدفة هي حوالي 60 مليون زوج أساسي ، أو حوالي 1٪ من الجينوم المرجعي البشري. الخطوة الثانية هي ترتيب تسلسل الحمض النووي باستخدام أي منصة عالية الإنتاجية لتسلسل الحمض النووي وتحليل النتائج.

يتيح تسلسل Exome إمكانية اكتشاف التغيرات الجينية التي تؤدي إلى تغييرات في تسلسل البروتين ، والتي يمكن أن تؤدي بدورها إلى أمراض مثل تصلب الشرايين ، مرض الزهايمر ، و اخرين. تحدث العديد من الأمراض في منطقة ترميز البروتين في الجينوم ، وتتيح هذه العملية للمستخدمين معرفة المزيد عن استعدادهم للمرض أكثر من تحليل الجين الفردي. ومع ذلك ، فمن المعروف الآن أن اختلافات الحمض النووي خارج exons يمكن أن تؤثر على نشاط الجينات وإنتاج البروتين وتؤدي أيضًا إلى اضطرابات وراثية. تسلسل الإكسوم الكامل سيفتقد هذه الاختلافات.

في الماضي ، كانت الميزة الرئيسية لتسلسل الإكسوم هي القدرة على إجراء فحص جيني أكبر واكتشاف الطفرات المرتبطة بالأمراض ، مثل متغيرات عدد النسخ ، بطريقة كانت فعالة من حيث التكلفة واستهلكت وقتًا أقل من تسلسل الجينوم الكامل. ومع ذلك ، بفضل التقدم في تكنولوجيا التسلسل ، أصبح تسلسل الجينوم الكامل الآن بنفس السرعة وبأسعار معقولة. علم جينوم السديم يقدم تسلسل الجينوم الكامل 30X الأكثر تكلفة بسعر 299 دولارًا أو أقل. نقوم بفك تشفير 100٪ من الحمض النووي الخاص بك ، وليس فقط 1٪ كما هو الحال مع تسلسل الإكسوم الكامل ، مما يوفر لك رؤية شاملة عن الحمض النووي الخاص بك.

تنفيذ تسلسل إكسوم الكامل

يبدأ تسلسل الإكسوم الكامل بعزل وإثراء الحمض النووي وينتهي بتسلسل الحمض النووي وتحليله.

استراتيجيات عزل وإثراء الحمض النووي

تقوم مختبرات تسلسل الإكسوم الكامل بعزل الحمض النووي من العينة المقدمة ، مثل عينة اللعاب أو مسحة الخد. الشكل الأكثر شيوعًا لعزل الحمض النووي هو استخراج الفينول كلوروفورم.

هناك عدة استراتيجيات لإثراء الحمض النووي من العينات. غالبًا ما تعتمد الطريقة المستخدمة على العينة والنتيجة المرجوة.

• PCR: تفاعل البلمرة المتسلسل (PCR) هو الطريقة الأكثر شيوعًا لتضخيم شظايا الحمض النووي المرغوبة للتسلسل.
• الانعكاس الجزيئي: تتضمن هذه الطريقة إغلاق منطقة الاهتمام في الحلقة. يحتوي التمهيدي أليغنوكليوتيد أحادي الجديلة على جزء مركزي مع تسلسل عالمي مع مواقع تقييد ، في حين أن النهايات مكملة لمقطعي الحمض النووي الجينومي اللذين يقع بينهما تسلسل الاهتمام.
• التهجين ، الالتقاط القائم على المصفوفة: تُستخدم المصفوفات الدقيقة التي تحتوي على أليغنوكليوتيدات أحادية السلسلة مرتبطة بركيزة مع تسلسلات من الجينوم قادرة على تغطية المواقع محل الاهتمام. يتم تقطيع الحمض النووي الجينومي إلى أجزاء ، وتصنع نهايات الأجزاء غير حادة ، ويتم إضافة مواد أولية شاملة. بعد تهجين الأجزاء باستخدام مجسات على المصفوفات الدقيقة ، يتم غسل الأجزاء غير المهجنة من الركيزة ، ثم يتم تضخيم الأجزاء المتبقية باستخدام PCR
• الالتقاط داخل المحلول: يتم تصنيع مجموعة من المجسات في محلول وتثبيتها على خرز الستربتافيدين. توضع الحبيبات في محلول يحتوي على دنا جينومي مجزأ ، حيث يتم تهجين المجسات بشكل انتقائي إلى المواقع الجينومية المرغوبة ، وبعد ذلك يتم ترسيب الحبيبات ذات الأجزاء ذات الأهمية وغسلها. ثم يتم تسلسل الأقسام.

تسلسل الحمض النووي

هناك العديد تسلسل الجيل التالي (NGS) منصات التكنولوجيا المتاحة. يتضمن بعضها جهاز التسلسل Roche 454 وأنظمة Life Technologies SOLiD ، و Life Technologies Ion Torrent و Illumina Genome Analyzer II (المنحل) و Illumina MiSeq و HiSeq و NovaSeq. “قراءة قصيرة” تعد أنظمة NGS مثالية في تحليل العديد من الامتدادات القصيرة نسبيًا لتسلسل الحمض النووي ، كما هو موجود في الإكسوم.

تحليل البيانات

حتى فك تشفير 1٪ فقط من الجينوم البشري يولد أحجامًا كاملة لبيانات تسلسل exome تبلغ حوالي 8 جيجابايت ، وبالتالي يتطلب تحليل بيانات ثقيلًا ، حيث يوجد العديد من البرامج لمحاذاة وتجميع القراءات. تتضمن بعض الاستراتيجيات المستخدمة لتحسين جودة توليد البيانات ما يلي:

• مقارنة المتغيرات الجينية المحددة بين التسلسل والتنميط الجيني القائم على الصفيف (إن أمكن)
• مقارنة SNPs المشفرة بفرد كامل متسلسل الجينوم مصاب بالاضطراب
• مقارنة SNPs الترميز مع تسلسل Sanger لأفراد HapMap

لنصنع او لنبتكر مكالمات متنوعة ، تحدد برامج التحليل المتغيرات من بيانات التسلسل لإنشاء ملفات مختلفة. بعض الملفات الشائعة هي ملفات FASTQ و BAM / CRAM و VCF.

يمكنك قراءة المزيد عن إجراء تسلسل الإكسوم بالكامل على تسلسل الإكسوم بالكامل صفحة ويكي .

من الذي يجب أن يخضع للاختبار؟

ال الكلية الأمريكية لعلم الوراثة الطبية وعلم الجينوم لديها سياسات تتعلق بوقت استخدام طرق التسلسل ، والنتائج التي قد تظهر ، وما قد تشير إليه النتائج.

على وجه التحديد ، يوصون بالنظر في الاختبارات الجينية لبعض الأفراد بما في ذلك:

1. تشير بيانات النمط الظاهري أو تاريخ العائلة إلى سبب وراثي ، لكن النمط الظاهري لا يتوافق مع اضطراب محدد يتوفر له اختبار جيني يستهدف جينًا معينًا على أساس سريري
2. يعاني المريض من اضطراب وراثي محدد يوضح درجة عالية من عدم التجانس الجيني ، مما يجعل تحليل WES أو WGS لجينات متعددة في وقت واحد نهجًا أكثر عملية
3. يعاني المريض من اضطراب وراثي محتمل ، لكن الاختبارات الجينية المحددة المتاحة لهذا النمط الظاهري فشلت في الوصول إلى التشخيص
4. جنين يعاني من اضطراب وراثي محتمل فيه اختبارات جينية محددة

مزايا التسلسل الكامل للإكسوم

تقنية تسلسل إكسوم بالكامل ، مثل غيرها طرق اختبار الحمض النووي ، يهدف إلى استخدام الجينوم للمساعدة في تشخيص وتوجيه علاجات الاضطرابات المندلية. كما يوفر للمستخدمين معلومات يمكن أن تساعدهم في تقديم المشورة لأفراد الأسرة بشأن المخاطر التي يتعرضون لها.

تتميز هذه الطريقة بالعديد من المزايا مقارنة بتحليل الجين الفردي ، وهي إحدى أكثر الطرق شيوعًا لتسلسل الحمض النووي. أولاً ، يوفر التسلسل الكامل للإكسوم القدرة على تحديد مجموعة واسعة من الطفرات في الجينات المرشحة التي لم يتم اختبارها. وبهذه الطريقة ، يمكن للمستخدم تحديد جينات المرض التي ربما لم يشك في تعرضها لخطر الإصابة بها. ثانيًا ، في العيادة ، يوفر التسلسل الكامل للإكسوم القدرة على تحديد الحالات التي تساهم فيها الطفرات من جينات مختلفة في الأنماط الظاهرية المختلفة في نفس المريض.

يمكن أيضًا استخدام تسلسل الإكسوم الكامل في البحث العلمي لتحديد الأمراض النادرة الموروثة التي لا يمكن اكتشافها بواسطة المصفوفات الدقيقة. على سبيل المثال ، من المعروف أن متغيرات الأليل للعديد من الاضطرابات الشديدة موجودة في الإكسونات ولكنها أيضًا نادرة للغاية في السكان. وبالتالي ، فإن فحوصات التنميط الجيني القياسية التي تحتاج إلى قواعد بيانات أليل كبيرة لتكون فعالة غالبًا ما تفوت هذه المتغيرات. تسلط دراسات الحالة المتعددة الضوء على فائدة نهج تسلسل الإكسوم بالكامل. في عام 2009 ، قامت مجموعة من العلماء استخدم تسلسل الإكسوم الكامل لتحديد الطفرة التي تسبب متلازمة بارتر وإسهال الكلوريد الخلقي.

في عام 2011 ، كان Ambry Genetics هو الشركة الأولى لتقديم خدمة تسلسل إكسوم لتشخيص الأمراض السريرية. تدعي الشركة أن نتائج تسلسل الإكسوم ستسمح لها بتشخيص الأمراض التي لا تنطبق عليها طرق التشخيص التقليدية. يمكنك قراءة المزيد عن تاريخ ونتائج علم الوراثة أمبري في مراجعة منتجاتنا!

حدود التسلسل الكامل للإكسوم

تسلسل الإكسوم الكامل وتسلسل الجينوم الكامل : كل من هذه الإجراءات هي تقنيات تسلسل الجيل القادم. بينما يوضح التسلسل الكامل للإكسوم بعض المزايا على التنميط الجيني المستند إلى المصفوفات الدقيقة للتحليل السريري لمخاطر المرض ، فإنه يحتوي أيضًا على قيود. يتمثل الاختلاف الأكثر أهمية بين تسلسل الإكسوم الكامل والجينوم الكامل في كمية تسلسل الحمض النووي. نظرًا لأن تسلسل الإكسوم الكامل يفك تشفير 1٪ فقط من الجينوم ، فإنه يفشل في تحليل 99٪ الأخرى ، بما في ذلك المناطق الهيكلية وغير المشفرة. من ناحية أخرى ، يكشف تسلسل الجينوم الكامل عن 100٪ من الحمض النووي الخاص بك الذي يشمل جميع الأزواج الأساسية الثلاثة مليارات (فقط 40 مليون زوج أساسي مغطاة بتسلسل إكسوم كامل).

كم يكلف تسلسل الاكسوم كله؟ لفترة من الوقت ، اعتبر تسلسل الإكسوم الكامل هو النوع الأكثر فائدة لتسلسل الحمض النووي لأنه يوفر رؤية موسعة لمناطق ترميز الحمض النووي مقارنةً بالتنميط الجيني المصفوفات الدقيقة بسعر أقل بكثير من تسلسل الجينوم الكامل. وعلى كل حال، لم تعد هذه هي القضية.

يمكن تحقيق تسلسل الجينوم الكامل بجزء بسيط من سعره الأصلي ويوفر معلومات أكثر من تسلسل الإكسوم الكامل. في علم جينوم السديم ، يمكنك الحصول على تسلسل الجينوم بأكمله بأقل من 299 دولارًا. هذا قابل للمقارنة وحتى أرخص من العديد من منتجات تسلسل exome الكامل في المنزل.

ميكروأري للكروموسومات مقابل تسلسل إكسوم الكامل مقابل تسلسل الجينوم الكامل

مباشرة إلى شركات تسلسل إكسوم المستهلك بالكامل

تبيع العديد من الشركات منتجات تسلسل إكسوم بالكامل. يجب طلب بعض هذه المنتجات من خلال مقدم رعاية صحية ويمكن أن يغطيها التأمين. غالبًا ما تستخدم هذه الاختبارات لتشخيص المرض. تقدم بعض الشركات الخدمة كاختبارات مباشرة للمستهلك في المنزل والتي يتم تحليلها في مختبرات معتمدة من CLIA ومعتمدة من CAP لذلك في حين لا يمكن استخدامها كأدوات تشخيص ، يمكن إحضارها إلى مقدمي الرعاية الصحية للاستشارة.

قامت شركة 23andMe بتشغيل برنامج تسلسل تجريبي كامل للإكسوم تم الإعلان عنه في سبتمبر 2011 وتوقف في عام 2012. يمكن للمستهلكين الحصول على بيانات بتكلفة تسلسل كاملة تبلغ 999 دولارًا. قدمت الشركة بيانات أولية ، ولم تقدم تحليلاً.

• علم الوراثة Ambry كانت أول شركة تقدم خدمة تسلسل إكسوم لتشخيص الأمراض السريرية. اليوم ، يمكن للعملاء طلب الاختبارات من خلال مقدمي الرعاية الصحية ويتم تغطية معظم التكلفة عن طريق التأمين.
• CircleDNA عروض في المنزل WES مقابل 189 دولارًا – 629 دولارًا والعديد من الاختبارات تشمل الاستشارة الوراثية. تتعاون هذه الشركة أيضًا مع DNAFit .
• مختبرات دانتي تبدأ WES عند 849 دولارًا ، بسعر أعلى بكثير من المنافسين. تقدم هذه الشركة أيضًا تسلسل الجينوم الكامل بدءًا من 599 دولارًا.
• الجينوم الكامل يقدم WES ابتداءً من 525 دولارًا.
• جيندكس بدأ تقديم WES في عام 2012. أسعارها متغيرة.
• HelixDNA تقدم WES بسعر معقول يبلغ 145 دولارًا بالإضافة إلى 299 دولارًا إضافيًا لتطبيق مفيد.
• كلاهما دعوة WES و عدد لا يحصى من علم الوراثة تقديم الاختبارات التشخيصية. هذه الاختبارات ، رغم أنها باهظة الثمن ، قد يغطيها التأمين.
• Tellmegen يبحث في مناطق مختارة من الإكسوم المعروف ارتباطها بالمرض والصحة. تكلفة الاختبارات 235 دولارًا.

يمكنك قراءة المزيد مراجعات الشركة على مدونتنا وتحقق من الدليل الكامل لأفضل مجموعة اختبار الحمض النووي والاختبارات المنزلية الأخرى .