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.
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…
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.
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.
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.
