Длинноцепочечное секвенирование успешно раскрывает генетические причины редких заболеваний
Причина редких заболеваний все чаще обнаруживается с помощью секвенирования генома, которое включает в себя чтение всей человеческой ДНК, сначала разбивая ее на небольшие части — короткие прочтения. Кристиан Гилиссен, Лисенка Виссерс и коллеги обнаружили, что новая техника, использующая длинные прочтения, еще более эффективна для обнаружения сложных причин. Они сообщают, что 80–90% случаев были обнаружены, как указано в The American Journal of Human Genetics .
Редкие заболевания обычно вызваны генетическими причинами . Эти причины все чаще идентифицируются с помощью методов секвенирования генома . Секвенирование генома исследует весь геном человека, который состоит из более чем 3 миллиардов строительных блоков ДНК.
Чтобы прочитать геном, ДНК сначала разрезается на небольшие фрагменты примерно по 300 букв, известные как короткие прочтения. Эти фрагменты считываются, а затем собираются заново, пока не будет картирован полный геном.
«Этот метод позволил нам определить причину многих редких заболеваний », — говорит Гилиссен, профессор геномной биоинформатики в Радбоудумце.
Однако метод коротких прочтений также имеет свои недостатки. Огромное собрание небольших генетических фрагментов не всегда может быть повторно собрано в точно нужных местах. Это особенно касается очень длинных повторяющихся участков ДНК (повторов) и фрагментов ДНК, которые были удалены, вставлены или перестроены (транслокации). Чтобы компенсировать эти проблемы с короткими прочтениями, часто используются несколько других методов для обнаружения того, что могло быть пропущено.
Длинные тексты
В последние годы появилась новая технология секвенирования, основанная на длинных ридах, среди прочих, PacBio HiFi sequencing. С помощью этой технологии можно считывать генетические сегменты из 20 000 букв, в отличие от 300 букв коротких ридов.
Виссерс, профессор трансляционной геномики в Радбоудумце, объясняет: «Изначально этот метод был менее точным и довольно дорогим, но теперь он стал надежным и гораздо более доступным. Поэтому мы задали себе вопрос: можем ли мы заменить короткие прочтения и все дополнительные тесты длинными прочтениями? Смогут ли длинные прочтения зафиксировать достаточно генетических мутаций , чтобы мы могли заменить короткие прочтения и другие дополнительные тесты в клинике длинными прочтениями?»
Более 90%
Гилиссен и коллеги выбрали 100 образцов, в которых генетические причины редких заболеваний было трудно определить в предыдущих исследованиях с использованием коротких прочтений в сочетании с различными дополнительными тестами. Эти образцы теперь исследуются исключительно с использованием длинных прочтений.
Гилиссен говорит: «Благодаря длительным чтениям мы сразу же определили 83% причин. При дальнейшем изучении мы обнаружили, что еще 10% были обнаружены методом, но не были автоматически идентифицированы. Для оставшихся 7% могут потребоваться дальнейшие усовершенствования метода».
«По сути, теперь мы выявляем 93% причин в этом более сложном тесте. Причины, которые невозможно или очень трудно обнаружить с помощью современных методов быстрого прочтения. Для менее сложных причин этот процент, вероятно, еще выше».
Включение и выключение генов
Длинные риды также имеют преимущество прямого картирования метилирования. Метилирование — это процесс, посредством которого гены включаются или выключаются посредством химических изменений в ДНК.
Гилиссен говорит: «Короткие прочтения не могут этого сделать, и для этого нужен дополнительный тест. Мы включили пример этого в наши образцы. Обычно ген матери активен, а ген отца неактивен, но в этом случае пациент не получил ни одного гена от отца и два гена от матери. Оба гена матери были неактивны. Это стало причиной этого редкого заболевания. Это немного сложно, но мы смогли сразу идентифицировать такой редкий и сложный пример».
Один тест
В последние годы было проведено больше исследований по использованию длинных прочтений для клинических приложений. По словам Виссерс, это первый случай, когда было проведено такое прямое сравнение между 100 уже известными и труднообнаруживаемыми причинами редких заболеваний и использованием длинных прочтений.
Она говорит: «С дальнейшим совершенствованием методики и снижением цен в ближайшем будущем длинные прочтения, по-видимому, станут предпочтительным методом для редких заболеваний с точки зрения качества, простоты использования (один тест вместо нескольких) и доступности».