Новый метод анализа данных секвенирования поможет быстро диагностировать генетические заболевания у новорожденных

Секвенаторы нового поколения вкупе со специальной методикой анализа данных позволят диагностировать генетические заболевания у детей всего за несколько дней, а не недель. Специалисты надеются, что вскоре полногеномное секвенирование станет рутинной процедурой в отделениях интенсивной терапии новорожденных.

Приблизительно одна треть детей, госпитализируемых в отделения интенсивной терапии новорожденных, имеет то или иное генетическое заболевание. Несмотря на то, что симптомы болезни иногда могут быть ярко выражены, установить генетическую причину отклонения бывает очень трудно. Описаны тысячи генетических заболеваний, однако диагностировать их можно с помощью относительно небольшого числа тестов, и даже они могут определить только самые распространенные мутации.

Полногеномное секвенирование позволяет выявить наличие сразу нескольких заболеваний у обследуемого, но этот метод дорогостоящий, полученные результаты сложно интерпретировать, а их анализ занимает много времени. Научная группа под руководством Стефена Кингсмора (Stephen Kingsmore) из Детской Благотворительной Больницы (Children’s Mercy Hospital, США) для своих исследований использовала секвенатор компании Illumina и новую, специально разработанную для врачей без генетического образования, систему выявления значимых мутаций в геноме на основе данных полногемномного секвенирования. Результаты их исследования опубликованы в журнале Science Translational Medicine [1]. К концу этого года Детская Благотворительная Больница планирует внедрить применение полногеномного секвенирования в рутинную клиническую практику в отделении интенсивной терапии новорожденных.

По словам Ричарда Гиббса (Richard Gibbs), директора центра секвенирования генома человека при Медицинском Колледже Бейлора (Baylor College of Medicine, США), инновационный подход поможет многим больницам внедрить анализ генома в рутинную клиническую практику.

Ранее полногеномное секвенирование проводили для точного выявления причины заболевания. В 2011 г. Гиббс возглавлял исследовательскую команду, которая секвенировала геном 14-летних близнецов с неврологическим расстройством двигательной функции и нашла способ повысить эффективность лечения подростков [2]. В другом клиническом случае на основании результатов полногеномного секвенирования специалисты смогли определить, что непонятный случай острого воспалительного заболевания кишечника обусловлен генетической причиной, а состояние пациента можно улучшить с помощью трансплантации костного мозга [3]. Однако в приведенных выше случаях исследователям потребовались недели на проведение анализа и целая команда экспертов для оценки его результатов.

Как будет осуществляться исследование с помощью новой методики?

Для того чтобы провести необходимое исследование, врач в специальной компьютерной программе выбирает специализированные термины, описывающие симптомы заболевания у ребенка. Затем компьютерная программа компилирует список генов, которые могут быть ассоциированы с развитием заболевания, и после секвенирования генома происходит автоматический анализ мутаций только в нужных генах. У исследовательской команды из Детской Благотворительной Больницы раньше других специалистов появилась возможность оценить работу нового секвенатора, выпущенного компанией Illumina (Сан-Диего, Калифорния). Новый прибор может провести анализ всего генома за 25 часов. Процесс секвенирования генома с помощью инновационной технологии занял от момента получения согласия пациента на проведение исследования до постановки предварительного диагноза всего 50 часов без учета времени, которое потребовалось на транспортировку образцов ДНК и компьютерных жестких дисков из лаборатории компании Illumina в больницу, где был проведен анализ. Кингсмор подсчитал, что стоимость секвенирования и анализа полученных результатов составила 13 тыс. 500 долларов США, включая затраты на верификацию генных вариантов в лаборатории, сертифицированной для выполнения клинических анализов.

Исследовательская команда использовала новую систему для анализа генома пяти детей с неизвестными заболеваниями; двое из обследуемых детей были братьями. Благодаря проведенному анализу в четырех клинических случаях были выявлены точные или наиболее вероятные мутации, ассоциированные с развитием заболевания. Ученые также секвенировали участки геномов родителей обследованных детей, чтобы установить, унаследовал ли ребенок вызывающую заболевание мутацию от одного из родителей. Оказалось, что в некоторых случаях мутации возникли у ребенка de novo, в других – дети унаследовали от обоих родителей рецессивные аллели, связанные с заболеванием.

Преимущество во времени

По словам Кингсмора, поскольку ни один из поставленных диагнозов не повлиял на терапевтический подход, знание правильного диагноза может просто обеспечить комфорт врачу и пациенту. Медики могут перестать проводить дорогостоящие и инвазивные исследования, а семьи могут получить генетическую консультацию относительно планирования следующих беременностей. Новый метод также может обнаружить новые гены и генные мутации, ассоциированные с развитием заболеваний, что, в свою очередь, послужит основой для разработки гипотез при проведении фундаментальных исследований.

По словам Элизабет Уорси (Elizabeth Worthey), специалиста в области геномики из Медицинского Колледжа Висконсина (Medical College of Wisconsin, США), применяющей секвенирование для диагностики редких заболеваний у детей, для оказания помощи тяжело больным детям время имеет решающее значение [3]. Детская Больница Висконсина (Children's Hospital of Wisconsin, США), равно как и Детская Благотворительная Больница, после поступления секвенаторов компаний Illumina и Life Technologies (Карлсбад, Калифорния) планирует проводить полногеномное секвенирование в отделении интенсивной терапии новорожденных.

Уорси предсказывает, что многие учреждения будут обмениваться информацией и технологиями, чтобы ускорить оказание помощи больным детям, находящимся в тяжелом состоянии. «Все крупные медицинские центры будут обдумывать возможность применения этого метода в течение следующего года», - говорит она.

По словам Кингсмора, секвенирование не может диагностировать все генетические заболевания, однако оно облегчит диагностирование заболеваний во многих клинических случаях, которые в других обстоятельствах остались бы загадкой.

Теперь можно провести секвенирование генома детей с генетическими заболеваниями в течение всего лишь двух дней. (фото: Taylor S. Kennedy/ Getty Images)

По материалам NatureNews

Оригинальная статья:

Nature doi:10.1038/nature.2012.11527

Литература:

1. Saunders, C. J. et al. Sci. Transl. Med. 4, 154ra135 (2012).

2. Bainbridge, M. N. et al. Sci. Transl. Med. 3, 87re3 (2011).

3. Worthey, E. A. et al. Genet. Med. 13, 255–262 (2011).