17 نکته مهم درباره آزمایش NGS | چگونه هزاران ژن هم‌زمان بررسی می‌شوند؟
گاهی یک آزمایش ژنتیکی فقط یک ژن مشخص را بررسی می‌کند؛ اما اگر علت بیماری در ژنی باشد که اصلاً در فهرست اولیه قرار نگرفته چه؟ آیا باید ژن‌ها یکی‌یکی آزمایش شوند یا می‌توان تعداد زیادی از آن‌ها را هم‌زمان بررسی کرد؟
اینجاست که آزمایش NGS اهمیت پیدا می‌کند. NGS مخفف Next Generation Sequencing یا «توالی‌یابی نسل جدید» است؛ فناوری‌ای که امکان خواندن حجم زیادی از اطلاعات DNA را به‌صورت هم‌زمان فراهم می‌کند.
به زبان ساده، اگر روش‌های قدیمی تعیین توالی را شبیه خواندن چند صفحه مشخص از یک کتاب بدانیم، NGS می‌تواند تعداد بسیار بیشتری از صفحات را در یک مرحله بخواند و به دنبال تغییراتی بگردد که ممکن است با بیماری یا ویژگی ژنتیکی فرد ارتباط داشته باشند.
نکته مهم این است که NGS نام یک آزمایش واحد نیست؛ بلکه فناوری‌ای برای تعیین توالی DNA یا RNA است که می‌تواند در قالب پنل‌های ژنی، WES، WGS و برخی آزمایش‌های دیگر استفاده شود.
آزمایش NGS دقیقاً چه چیزی را بررسی می‌کند؟
DNA را می‌توان نقشه اطلاعات ژنتیکی بدن دانست. در این نقشه، ژن‌ها دستورالعمل‌هایی دارند که در ساخت پروتئین‌ها و عملکرد سلول‌ها نقش دارند. بررسی ساختار DNA، عملکرد ژن‌ها و تغییراتی که در سطح مولکولی رخ می‌دهند، از موضوعات اصلی ژنتیک مولکولی است.
بین DNA افراد تفاوت‌های زیادی وجود دارد. به این تفاوت‌ها معمولاً واریانت ژنتیکی گفته می‌شود. بیشتر این واریانت‌ها مشکل‌زا نیستند؛ اما بعضی از آن‌ها می‌توانند با یک بیماری ژنتیکی، استعداد ابتلا به یک بیماری یا ویژگی خاص ارتباط داشته باشند.
در آزمایش NGS، بخش‌های انتخاب‌شده از DNA خوانده می‌شوند و سپس نرم‌افزارهای تخصصی به دنبال این تفاوت‌ها می‌گردند. در مرحله بعد، متخصصان بررسی می‌کنند که آیا واریانت پیدا شده از نظر پزشکی اهمیت دارد یا خیر.
بسته به هدف آزمایش، ممکن است فقط چند ده ژن بررسی شوند یا دامنه آزمایش تا هزاران ژن و حتی تقریباً کل ژنوم گسترش پیدا کند.
آزمایش NGS چگونه انجام می‌شود؟
فرآیند از یک نمونه نسبتاً ساده شروع می‌شود. در بسیاری از آزمایش‌های ژنتیکی، نمونه خون گرفته می‌شود؛ هرچند بسته به نوع بررسی، نمونه‌های دیگری نیز ممکن است استفاده شوند.
پس از استخراج DNA، بخش‌های موردنظر برای توالی‌یابی آماده می‌شوند. دستگاه NGS تعداد بسیار زیادی قطعه DNA را به‌صورت موازی می‌خواند. سپس داده‌های خام وارد مرحله تحلیل رایانه‌ای می‌شوند.
در پایان، تغییرات پیدا شده باید تفسیر شوند. در واقع، دستگاه فقط اطلاعات را می‌خواند؛ معنای پزشکی اطلاعات را تحلیل تخصصی مشخص می‌کند.
چرا NGS با آزمایش‌های قدیمی ژنتیک تفاوت دارد؟
در روش‌هایی مانند تعیین توالی سنگر، معمولاً بخش مشخص و محدودی از DNA بررسی می‌شود. این روش هنوز ارزش زیادی دارد، به‌خصوص وقتی ژن یا تغییر موردنظر از قبل مشخص باشد.
اما زمانی که چندین ژن می‌توانند علت یک بیماری باشند، بررسی تک‌تک آن‌ها زمان‌بر می‌شود. NGS امکان بررسی تعداد زیادی ناحیه ژنتیکی را به‌صورت موازی فراهم کرده و به همین دلیل جایگاه مهمی در تشخیص مولکولی پیدا کرده است.
۱۷ نکته مهم درباره اطلاعاتی که آزمایش NGS می‌تواند آشکار کند
آنچه در نتیجه NGS دیده می‌شود به نوع آزمایش، ژن‌های بررسی‌شده، کیفیت نمونه و هدف پزشکی بستگی دارد. بنابراین قرار نیست هر آزمایش NGS همه موارد زیر را بررسی کند؛ اما این ۱۷ مورد کمک می‌کنند بدانیم این فناوری در پزشکی چه اطلاعاتی می‌تواند در اختیار متخصص قرار دهد.
۱. شناسایی برخی تغییرات بیماری‌زا در DNA
یکی از اصلی‌ترین کاربردهای NGS پیدا کردن واریانت‌هایی است که شواهد علمی آن‌ها را با یک بیماری ژنتیکی مرتبط می‌دانند. پیدا شدن چنین تغییری می‌تواند به تشخیص مولکولی دقیق‌تر کمک کند.
۲. بررسی چندین ژن به‌صورت هم‌زمان
بسیاری از بیماری‌ها فقط به یک ژن وابسته نیستند. NGS اجازه می‌دهد مجموعه‌ای از ژن‌های مرتبط با علائم بیمار در یک بررسی واحد ارزیابی شوند.
۳. پیدا کردن سرنخ در بیماری‌های نادر
بعضی بیماران سال‌ها با علائم مختلف زندگی می‌کنند بدون اینکه علت دقیق مشخص شود. NGS، به‌خصوص در قالب پنل‌های گسترده، WES یا WGS، می‌تواند در برخی از این موارد به یافتن علت ژنتیکی کمک کند.
۴. شناسایی تغییرات ژنتیکی ارثی
برخی واریانت‌ها از یکی از والدین یا هر دو به فرزند منتقل می‌شوند. بررسی نتیجه در کنار سابقه خانوادگی می‌تواند به روشن‌تر شدن الگوی وراثت کمک کند.
۵. یافتن برخی تغییرات جدید یا De novo
گاهی یک تغییر ژنتیکی در کودک دیده می‌شود که در نمونه والدین وجود ندارد. به این تغییرات de novo گفته می‌شود. بررسی هم‌زمان کودک و والدین در بعضی بیماری‌ها می‌تواند در شناسایی این موارد مفید باشد.
۶. بررسی ناقل بودن در برخی بیماری‌های ارثی
در آزمایش‌هایی که برای این هدف طراحی شده‌اند، ممکن است مشخص شود فرد ناقل یک واریانت مرتبط با بیماری مغلوب است؛ یعنی خودش بیمار نیست اما امکان انتقال آن تغییر ژنتیکی را دارد.
۷. روشن‌تر شدن الگوی بعضی بیماری‌های خانوادگی
اگر چند نفر از اعضای یک خانواده علائم مشابهی داشته باشند، مقایسه اطلاعات ژنتیکی آن‌ها می‌تواند نشان دهد آیا یک تغییر مشخص همراه با بیماری در خانواده منتقل شده است یا خیر.
۸. بررسی علت برخی اختلالات رشدی و مادرزادی
در برخی کودکان با تأخیر تکاملی، ناهنجاری‌های مادرزادی یا ترکیبی از علائم مختلف، ممکن است یک علت ژنتیکی مطرح باشد. بررسی گسترده‌تر ژن‌ها می‌تواند در بعضی از این موارد مفید باشد.
۹. شناسایی بعضی زمینه‌های ارثی سرطان
برخی واریانت‌های ژنتیکی ارثی می‌توانند خطر ابتلا به بعضی سرطان‌ها را افزایش دهند. پنل‌های NGS می‌توانند چند ژن مرتبط با سندرم‌های سرطان ارثی را هم‌زمان بررسی کنند.
۱۰. بررسی تغییرات ژنتیکی داخل تومور
همه تغییرات ژنتیکی سرطان ارثی نیستند. بعضی تغییرات در طول زندگی و فقط در سلول‌های تومور ایجاد می‌شوند. NGS می‌تواند در برخی سرطان‌ها برای بررسی این تغییرات استفاده شود.
۱۱. کمک به انتخاب بعضی درمان‌های هدفمند
در برخی سرطان‌ها، وجود یک تغییر مولکولی خاص می‌تواند در انتخاب درمان اهمیت داشته باشد. در چنین شرایطی، نتیجه NGS ممکن است بخشی از اطلاعاتی باشد که پزشک برای تصمیم‌گیری درمانی در نظر می‌گیرد.
۱۲. پیدا کردن تغییراتی که آزمایش محدودتر بررسی نکرده است
گاهی آزمایش قبلی فقط یک یا چند ژن را بررسی کرده و نتیجه‌ای به دست نیامده است. اگر همچنان احتمال بیماری ژنتیکی مطرح باشد، پزشک ممکن است بررسی گسترده‌تری را پیشنهاد کند.
۱۳. بررسی نواحی کدکننده ژن‌ها با WES
در Whole Exome Sequencing یا WES، تمرکز روی اگزوم یعنی بخش‌های کدکننده ژن‌ها است. این روش یکی از کاربردهای فناوری NGS محسوب می‌شود.
۱۴. بررسی بسیار گسترده‌تر DNA با WGS
در Whole Genome Sequencing یا WGS، دامنه بررسی بسیار گسترده‌تر است و تقریباً کل ژنوم توالی‌یابی می‌شود. WGS نیز بر پایه فناوری‌های توالی‌یابی نسل جدید قابل انجام است.
۱۵. شناسایی بعضی تغییرات بزرگ‌تر ژنتیکی
بسته به روش آزمایش و سیستم تحلیل، بعضی تست‌های NGS می‌توانند علاوه بر تغییرات کوچک توالی، برخی تغییرات تعداد نسخه‌های DNA یا CNV را نیز شناسایی کنند. البته توانایی تشخیص این موارد در همه آزمایش‌های NGS یکسان نیست.
۱۶. پیدا شدن واریانت با اهمیت نامشخص
گاهی یک تغییر ژنتیکی پیدا می‌شود، اما علم هنوز نمی‌داند آیا آن تغییر واقعاً بیماری‌زاست یا خیر. به چنین نتیجه‌ای VUS یا Variant of Uncertain Significance گفته می‌شود.
وجود VUS به معنی ابتلا به بیماری نیست و نباید به‌تنهایی مبنای یک تصمیم مهم پزشکی قرار گیرد.
۱۷. احتمال مشاهده یافته‌های ثانویه در بررسی‌های گسترده
در برخی آزمایش‌های گسترده مانند WES یا WGS ممکن است تغییری پیدا شود که ارتباط مستقیمی با علت اولیه انجام آزمایش ندارد، اما از نظر پزشکی قابل توجه است. نحوه بررسی و گزارش این یافته‌ها به نوع آزمایش، سیاست آزمایشگاه و رضایت آگاهانه فرد بستگی دارد.
تفاوت NGS، WES و WGS در چیست؟
یکی از سردرگمی‌های رایج این است که NGS، WES و WGS سه آزمایش کاملاً مشابه در نظر گرفته می‌شوند.
در واقع NGS فناوری تعیین توالی است؛ در حالی که WES و WGS دو نوع بررسی ژنتیکی هستند که می‌توانند با استفاده از این فناوری انجام شوند.
| روش | چه چیزی بررسی می‌شود؟ | کاربرد کلی |
|---|---|---|
| پنل ژنی NGS | مجموعه‌ای مشخص از ژن‌های مرتبط | وقتی گروه ژن‌های مشکوک تا حد زیادی مشخص است |
| WES | عمدتاً نواحی کدکننده ژن‌ها | بررسی گسترده‌تر در بسیاری از بیماری‌های ژنتیکی |
| WGS | تقریباً کل ژنوم | بررسی وسیع‌تر نواحی کدکننده و غیرکدکننده |
بنابراین «بزرگ‌تر بودن» یک آزمایش لزوماً به معنی «بهتر بودن» آن نیست. آزمایش مناسب باید بر اساس سؤال پزشکی انتخاب شود.
چه کسانی ممکن است کاندید آزمایش NGS باشند؟
NGS یک آزمایش عمومی برای همه افراد نیست. ممکن است پزشک یا متخصص ژنتیک در شرایطی مانند بیماری با احتمال زمینه ژنتیکی، وجود چند علامت هم‌زمان، سابقه خانوادگی قابل توجه، برخی بیماری‌های نادر یا نتیجه‌ندادن آزمایش‌های محدودتر، استفاده از یک روش مبتنی بر NGS را مطرح کند.
در بعضی سرطان‌ها نیز آزمایش NGS می‌تواند برای بررسی ژن‌های ارثی یا تغییرات داخل بافت تومور درخواست شود؛ این دو هدف با یکدیگر متفاوت‌اند.
نتیجه آزمایش NGS چگونه تفسیر می‌شود؟
بخش مهم ماجرا بعد از پایان توالی‌یابی آغاز می‌شود.
هر تغییر ژنتیکی که پیدا می‌شود بیماری‌زا نیست. متخصصان با استفاده از شواهد علمی، پایگاه‌های اطلاعات ژنتیکی، وضعیت بیمار و سابقه خانوادگی بررسی می‌کنند که یک واریانت تا چه اندازه می‌تواند با بیماری ارتباط داشته باشد.
به همین دلیل ممکن است نتیجه شامل یک واریانت بیماری‌زا، احتمالاً بیماری‌زا، VUS یا حتی عدم شناسایی تغییر مرتبط باشد.
منفی بودن NGS نیز همیشه به معنی نبود بیماری ژنتیکی نیست. ممکن است تغییر موردنظر در بخشی قرار داشته باشد که آزمایش پوشش نداده، نوع آن با روش مورد استفاده قابل شناسایی نباشد یا علم هنوز ارتباط آن را با بیماری نشناسد.
محدودیت‌های آزمایش NGS را نباید نادیده گرفت
قدرت بررسی گسترده DNA می‌تواند این تصور را ایجاد کند که NGS پاسخ همه سؤالات ژنتیکی را می‌دهد، اما چنین نیست.
برخی محدودیت‌های مهم عبارت‌اند از:
- همه انواع تغییرات ژنتیکی با هر روش NGS قابل شناسایی نیستند.
- کیفیت و عمق پوشش همه نواحی DNA یکسان نیست.
- بعضی نتایج هنوز از نظر پزشکی قابل تفسیر نیستند.
- ممکن است یافته‌ای پیدا شود که ارتباط آن با علائم فرد مشخص نباشد.
- نتیجه باید در کنار معاینه، علائم و سابقه خانوادگی بررسی شود.
- در بعضی موارد ممکن است آزمایش تکمیلی یا تأییدی لازم باشد.
به همین دلیل، انتخاب آزمایش درست گاهی از انجام گسترده‌ترین آزمایش مهم‌تر است.
سوالات مهمی که درباره آزمایش NGS زیاد پرسیده می‌شود
1. آیا آزمایش NGS همه بیماری‌های ژنتیکی را مشخص می‌کند؟
خیر. NGS ابزار بسیار قدرتمندی است، اما توانایی آن به نوع آزمایش و تغییر ژنتیکی موردنظر بستگی دارد و هیچ تست واحدی همه بیماری‌های ژنتیکی را شناسایی نمی‌کند.
2. آیا نتیجه مثبت NGS یعنی فرد حتماً بیمار است؟
نه همیشه. معنی نتیجه به ژن، نوع واریانت، الگوی وراثت و شرایط بالینی فرد بستگی دارد. بعضی واریانت‌ها فقط احتمال ابتلا را افزایش می‌دهند.
3. اگر جواب NGS منفی باشد، بیماری ژنتیکی رد می‌شود؟
خیر. نتیجه منفی یعنی در محدوده و توان آن آزمایش، تغییر مرتبطی پیدا نشده است؛ نه اینکه تمام علل ژنتیکی ممکن کنار گذاشته شده باشند.
4. تفاوت پنل NGS با آزمایش WES چیست؟
پنل روی مجموعه‌ای مشخص از ژن‌های مرتبط تمرکز دارد، در حالی که WES بخش‌های کدکننده تعداد بسیار بیشتری از ژن‌ها را بررسی می‌کند.
5. برای آزمایش NGS حتماً باید خون گرفته شود؟
خون نمونه رایجی است، اما بسته به نوع آزمایش و هدف آن ممکن است از نمونه‌های دیگری مانند بزاق، بافت یا در بررسی سرطان از نمونه تومور نیز استفاده شود.
وقتی اطلاعات ژنتیکی بیشتر، باید به تصمیم آگاهانه‌تر منجر شود
ارزش واقعی آزمایش NGS فقط در توانایی خواندن هزاران یا میلیون‌ها قطعه DNA نیست؛ ارزش اصلی زمانی ایجاد می‌شود که این حجم بزرگ اطلاعات به یک پاسخ قابل فهم و مرتبط با شرایط فرد تبدیل شود.
برای یک نفر ممکن است یک پنل ژنی محدود بهترین انتخاب باشد و برای فردی دیگر WES یا WGS اطلاعات بیشتری فراهم کند. حتی ممکن است در بعضی شرایط اصلاً NGS اولین آزمایش مناسب نباشد.
اگر در خانواده شما بیماری ژنتیکی تکرار شده، نتیجه آزمایش قبلی مبهم بوده یا پزشک احتمال یک زمینه ارثی را مطرح کرده است، قبل از انتخاب آزمایش با متخصص یا مشاور ژنتیک صحبت کنید. می‌توانید سؤال یا نگرانی خود را با مشاوران مجموعه در میان بگذارید تا مشخص شود کدام مسیر بررسی ژنتیکی با شرایط شما تناسب بیشتری دارد.
منابع: