فهرست:
تکنولوژی تعیین توالی نسل جدید یا NGS (Next Generation Sequencing) یک فناوری انقلابی است که به دانشمندان اجازه می دهد تا با “سرعت”، “حساسیت” و با “دقت” بسیار بالا توالی DNA یا RNA را تعیین کنند. برخلاف روش های سنتی مانند توالی یابی سنگر (Sanger sequencing)، NGS می تواند میلیون ها قطعه را به طور همزمان تجزیه و تحلیل کند و این ویژگی، آن را به ابزاری قدرتمند در پزشکی، ژنتیک بالینی و تحقیقات بیولوژیکی تبدیل کرده است.
NGS چگونه کار می کند؟
NGS شامل یک فرآیند چند مرحله ای است.
- آماده سازی کتابخانه: ابتدا قطعات DNA یا RNA به قطعات کوچک، تکه تکه شده و هر کدام از قطعات با آداپتورها برچسب گذاری می شوند و یک “کتابخانه” از توالی ها ایجاد شود.
- تقویت کلونال: بسته به پلتفرم مورد استفاده قطعات برچسب گذاری شده به یک سطح جامد (به عنوان مثال، مهره ها) متصل می شوند و به صورت کلونال تکثیر یا تقویت می شوند تا قدرت سیگنال را افزایش دهند.
- توالی یابی با سنتز: هر قطعه با استفاده از آشکارسازی نوری یا الکتریکی، همزمان با سنتز قطعه و اضافه شدن نوکلئوتیدها به توالی، باز به باز توالی‌یابی می‌شود.
- تجزیه و تحلیل داده ها: میلیون‌ها قطعه کوتاه تعیین توالی شده با یک ژنوم مرجع هم‌تراز و مقایسه می‌شوند و ابزارهای آنالیز بیوانفورماتیک واریانت ها را شناسایی می‌کنند.
کاربرد های NGS
از جمله کاربرد های این تکنولوژی می توان به این موارد اشاره کرد:
تشخیص بالینی:
- استفاده از تکنیک های توالی یابی هدفمند (Targeted Sequencing)، توالی یابی کل اگزوم (Whole Exome Sequencing – WES) و توالی یابی کل ژنوم (Whole Genome Sequencing) برای تشخیص واریانت های بیماری زا در ژن های شناخته شده مرتبط با بیماری های ژنتیکی. برای آگاهی بیشتر در مورد این روش های توالی یابی این مطلب را مطالعه کنید.
- فارماکوژنومیک و پزشکی شخصی: طراحی درمان، انتخاب دارو و تنظیم دوز دارو بر اساس پروفایل ژنتیکی فردی بیمار
- ژنومیک سرطان: برای شناسایی جهش های محرک (driver mutations) و مکانیسم های مقاومت دارویی
سلامت باروری و تست های قبل از تولد:
- تست های غیرتهاجمی دوران بارداری (NIPT) برای غربالگری آنوپلوئیدی
- غربالگری ناقلین برای بیماری های اتوزومال مغلوب و وابسته به X مغلوب
- آزمایش ژنتیکی قبل از لانه گزینی (Preimplantation Genetic Testing – PGT)
تحقیقات و اکتشافات جدید:
- توالی یابی کل ژنوم و کل اگزوم برای کشف ژن های جدید
- آنالیز رونوشت های RNA برای تجزیه و تحلیل بیان ژن ها
- سنجش های اپی ژنومی (ChIP-Seq، ATAC-Seq) برای نقشه برداری از حالت های کروماتین و عناصر تنظیمی
کشاورزی و اکولوژی
- ژنومیک گیاهان زراعی و دام ها برای انتخاب صفات مطلوب (مقاومت به بیماری، بهبود عملکرد)
- بررسی های متاژنومی میکروبیوم های آب و خاک برای ارتقا سلامت اکوسیستم
- پایش گونه های مهاجم از طریق DNA محیطی (eDNA)
بیماری های عفونی و میکروبیوم
- نظارت بر پاتوژن ها و ردیابی شیوع بیماری (توالی یابی ژنوم ویروسی)
- تعیین پروفایل مقاومت آنتی بیوتیکی در عفونت های باکتریایی
- تجزیه و تحلیل میکروبیوم انسانی برای مطالعه برهمکنش های میزبان و میکروب
پزشکی قانونی و حفاظت
- بارکدگذاری DNA برای شناسایی گونه ها در پایش حیات وحش
- تعیین ژنوتیپ از نمونه های کمیاب یا تخریب شده پزشکی قانونی
- ژنتیک جمعیت برای هدایت استراتژی های حفاظت از گونه های در معرض خطر انقراض
مزایای NGS
- توانایی توالی یابی همزمان در مقیاس عظیم: تعیین توالی میلیون ها سکانس در یک ران تست
- مقرون به صرفه: هزینه کمتر به ازای هر باز یا نوکلئوتید در مقایسه با روش های قدیمی
- سرعت: توانایی تعیین توالی یابی کل ژنوم در چند روز یا گاهی چند ساعت بسته به پلتفرم مورد استفاده
- دقت: توانایی شناسایی واریانت های با فرکانس پایین
- تطبیق پذیری: برای تجزیه و تحلیل نمونه های مختلف DNA، RNA، اپی ژنتیک و نمونه های میکروبی
چالش ها و ملاحظات NGS
- حجم بالا و پیچیدگی داده ها: آنالیز داده ها به ابزارهای بیوانفورماتیک پیشرفته نیاز دارد.
- تفسیرنتایج: واریانت های جدید و با اهمیت بالینی نامشخص (VUS – Variant of uncertain significance) می توانند نتایج را پیچیده کنند.
- نگرانی های اخلاقی: یافته های ثانویه (secondary findings) و مسائل مربوط به حریم خصوصی باید به دقت مورد توجه قرار بگیرد.
- زیرساخت: استفاده از این تکنولوژی نیاز به تجهیزات تخصصی و پرسنل آموزش دیده برای اجرا و آنالیز دیتا دارد.
NGS به سرعت به تکامل خود ادامه می دهد و تکنیک های نوظهور در توالی یابی دامنه آن را گسترش می دهد. با بلوغ فناوری ها و کاهش بیشتر هزینه ها، این تکنولوزی نوید بینش عمیق تری در علم و صنعت را می دهد.
برای کسب اطلاعات بیشتر مطالب زیر را نیز مطالعه نمایید:
انواع مختلف تست‌های ژنتیکی کدامند؟
توالی‌یابی کل اگزوم (Whole Exome Sequencing – WES) و توالی‌یابی کل ژنوم (Whole Genome Sequencing) چیست؟
در صورت تمایل به دریافت مشاوره ژنتیک یا نیاز به انجام تست ژنتیک، جهت هماهنگی و تعیین نوبت مراجعه اینجا را کلیک کنید.
