ОСНАЩЕНИЕ И УСЛУГИ ДЛЯ НАУЧНЫХ ЛАБОРАТОРИЙ
Html code will be here
Полный геном в медицине:
перспективы WGS-диагностики
Полногеномное секвенирование в клинике – новые горизонты диагностики
Полный геном человека – это весь объём наследственной информации, и современные технологии позволяют «прочитать» его целиком за один анализ.
В клинической практике полногеномное секвенирование (Whole Genome Sequencing, WGS) постепенно становится ценным инструментом, особенно в сложных диагностических случаях. WGS даёт максимально полные данные о генетических вариациях пациента – от однонуклеотидных замен до крупных перестроек – что принципиально важно для выявления причин заболеваний, когда более узкие методы не дали результата.
В отличие от более ограниченных подходов, полногеномное секвенирование охватывает и экзоны, и интроны, и межгенные области ДНК, предоставляя наиболее всеобъемлющую картину генома. Уже сейчас WGS применяется в продвинутых клиниках для диагностики редких генетических заболеваний, онкологии, а также в рамках проектов персонализированной медицины, направленных на профилактику болезней по геному.
Когда нужен полный геном?
Основной сценарий, при котором врачи выбирают WGS, – это ситуация «одиcсея диагностики», когда у пациента имеются серьёзные симптомы, указывающие на генетическое заболевание, но панели генов и даже экзомный анализ не выявили очевидной мутации. Полногеномное секвенирование позволяет заглянуть глубже: например, обнаружить структурные перестройки генома (делеции, дупликации, инверсии), затрагивающие регуляторные области генов, или мутации в интронах, влияющие на сплайсинг. Такие варианты обычно не покрываются стандартными целевыми наборами и легко пропускаются экзомным секвенированием, а WGS их выявляет. Кроме того, WGS эффективнее для поиска новых, ранее не описанных мутаций. В медицинской генетике всё чаще возникают случаи, когда у пациента мутация в новом гене – WGS позволяет найти такие варианты и затем, с помощью биоинформатики и научных данных, связать их с патологией. Например, полногеномный анализ помог установить диагнозы в случаях неизвестных ранее синдромов, завершив многолетние поиски у ряда семей. В итоге WGS становится «золотым стандартом» для диагностики самых сложных, неразгаданных случаев в клинике.
Преимущества перед WES и панелями
Возникает вопрос: почему бы сразу не делать полный геном всем? Дело в том, что до недавнего времени WGS считалось слишком дорогим и трудоёмким. Однако стоимость секвенирования генома неуклонно падает, а информативность – несомненно выше, чем у любого другого метода. Главное преимущество WGS – это охват 100% генетического материала (включая митохондриальную ДНК, которую тоже секвенируют вместе с ядерной).
Для сравнения, полноэкзомное секвенирование охватывает только ~1–2% генома (все экзоны) – огромный пласт информации остаётся за кадром. Полногеномное секвенирование позволяет выявить вариации числа копий генов, хромосомные перестройки, повторы и другие виды мутаций, которые экзом и панели либо не ловят, либо делают с меньшей точностью. Например, при анализе генома можно одновременно получить данные и для поиска полиморфизмов, влияющих на лекарственный ответ, и для оценки наследственной предрасположенности к болезням, и для уточнения диагноза текущего состояния пациента.
Ещё один плюс: равномерность покрытия. Панели и экзом используют обогащение и склонны к «провалам» в некоторых зонах; WGS же теоретически охватывает всё (хотя на практике тоже бывают трудные для секвенирования участки, но их меньше). Таким образом, WGS даёт наиболее полную и однородную информацию, что особенно важно, когда неизвестно, в каком именно месте генома скрывается мутация.
Примеры клинического использования WGS
В мире накоплено уже немало примеров успешного применения полногеномного секвенирования для диагностики. Один из ярких случаев – программа “100,000 Genomes” в Великобритании, в рамках которой проанализировали геномы пациентов с редкими болезнями и онкологией. Это позволило сотням семей получить ответы относительно причины болезни, а некоторым пациентам – назначить таргетное лечение.
В практике отдельных клиник полногеномное секвенирование применяется, например, для экспресс-диагностики новорождённых в отделениях реанимации (NICU sequencing). В критических ситуациях, когда у новорождённого подозревается генетическое заболевание, но время ограничено, WGS может быть выполнено за 2-3 дня, что помогает врачам быстро получить диагноз и скорректировать лечение. Такие пилотные проекты, проведённые в США и Европе, показали повышение выживаемости и снижение затрат на ненужные процедуры благодаря быстрой геномной диагностике.
В онкологии полногеномное секвенирование тоже находит своё применение: помимо поиска мутаций в известных генах, WGS позволяет обнаружить новые структурные перестройки, химерные гены или вирусные вставки, связанные с раком. Например, полногеномный анализ опухоли может выявить редкую транслокацию генов, на которую есть конкретный лекарственный препарат. Подобные случаи уже описаны в литературе, когда персонализированная терапия, основанная на WGS-данных опухоли, приводила к ремиссии у пациента, для которого другие варианты лечения были исчерпаны.
Технические и практические аспекты
Проведение WGS в клинике связано с определёнными вызовами. Обработка и хранение данных – геном одного человека это ~100–150 Гб сырых прочтений, а после выравнивания и вычисления вариаций – десятки миллионов потенциальных вариантов. Нужно надёжное хранилище, мощные серверы и биоимформатические конвейеры, чтобы фильтровать и интерпретировать эти данные. К счастью, сейчас доступны облачные решения и специализированные программы, которые облегчают эту задачу.
Второй аспект – интерпретация результатов. В полном геноме любого человека найдутся сотни тысяч варианций, и выделить из них одну патологическую – сложнейшая задача. Здесь на помощь приходят специализированные базы данных, алгоритмы приоритизации и командная работа генетиков. Иногда после WGS случаются находки случайных отклонений (например, предрасположенность к другой болезни) – нужно продуманно подходить к вопросу информирования пациента. В клиническом протоколе обычно оговаривается, какие дополнительные результаты сообщаются.
И последний момент – финансовый. Пока что WGS остаётся дороже экзома, но разница быстро сокращается. Кроме того, некоторые специалисты отмечают, что комплексный анализ генома* может оказаться экономичнее серии последовательных узких тестов, которые пациент проходил бы в попытках найти диагноз.
Развитие технологий WGS – доступность для клиник
Стоит отметить, что аппаратные решения для полногеномного секвенирования тоже эволюционируют. Ещё несколько лет назад выполнить WGS могла только крупная референсная лаборатория с дорогим оборудованием (например, Illumina HiSeq/NovaSeq). Сейчас же появляются альтернативные платформы, более доступные по цене, но способные на высокую производительность.
Такие устройства делают WGS-анализы реальностью даже для относительно небольших лабораторий. Их преимущество – более низкая стоимость владения и реагивов по сравнению с гигантами рынка, при сопоставимом качестве данных. Локальная поддержка Sesana гарантирует быстрое сервисное обслуживание и поставку реагентов, что важно при клиническом применении (где простой аппарата недопустим).
Полногеномное секвенирование постепенно переходит из разряда научных проектов в разряд практических клинических инструментов. Оно уже доказало свою эффективность в решении сложнейших диагностических загадок и показало, каким может быть будущее медицины – персонализированным, превентивным и точным. По мере удешевления и упрощения технологий WGS всё больше клиник смогут воспользоваться этим методом. Возможно, через несколько лет геном каждого новорождённого будет секвенирован в рамках медицинской помощи – и это позволит человеку всю жизнь пользоваться «генетическим паспортом» для профилактики болезней. Уже сегодня клиники, внедряющие WGS, стоят на переднем крае прогресса. Благодаря сотрудничеству с компаниями вроде Sesana, которые предоставляют оборудование, реагенты и экспертную поддержку, переход к эре полногеномной диагностики становится плавным и успешным.
Полный геном открывает перед медициной горизонты, о которых поколение назад можно было лишь мечтать – и эти мечты становятся реальностью на наших глазах.
Полный геном человека – это весь объём наследственной информации, и современные технологии позволяют «прочитать» его целиком за один анализ.
В клинической практике полногеномное секвенирование (Whole Genome Sequencing, WGS) постепенно становится ценным инструментом, особенно в сложных диагностических случаях. WGS даёт максимально полные данные о генетических вариациях пациента – от однонуклеотидных замен до крупных перестроек – что принципиально важно для выявления причин заболеваний, когда более узкие методы не дали результата.
В отличие от более ограниченных подходов, полногеномное секвенирование охватывает и экзоны, и интроны, и межгенные области ДНК, предоставляя наиболее всеобъемлющую картину генома. Уже сейчас WGS применяется в продвинутых клиниках для диагностики редких генетических заболеваний, онкологии, а также в рамках проектов персонализированной медицины, направленных на профилактику болезней по геному.
Когда нужен полный геном?
Основной сценарий, при котором врачи выбирают WGS, – это ситуация «одиcсея диагностики», когда у пациента имеются серьёзные симптомы, указывающие на генетическое заболевание, но панели генов и даже экзомный анализ не выявили очевидной мутации. Полногеномное секвенирование позволяет заглянуть глубже: например, обнаружить структурные перестройки генома (делеции, дупликации, инверсии), затрагивающие регуляторные области генов, или мутации в интронах, влияющие на сплайсинг. Такие варианты обычно не покрываются стандартными целевыми наборами и легко пропускаются экзомным секвенированием, а WGS их выявляет. Кроме того, WGS эффективнее для поиска новых, ранее не описанных мутаций. В медицинской генетике всё чаще возникают случаи, когда у пациента мутация в новом гене – WGS позволяет найти такие варианты и затем, с помощью биоинформатики и научных данных, связать их с патологией. Например, полногеномный анализ помог установить диагнозы в случаях неизвестных ранее синдромов, завершив многолетние поиски у ряда семей. В итоге WGS становится «золотым стандартом» для диагностики самых сложных, неразгаданных случаев в клинике.
Преимущества перед WES и панелями
Возникает вопрос: почему бы сразу не делать полный геном всем? Дело в том, что до недавнего времени WGS считалось слишком дорогим и трудоёмким. Однако стоимость секвенирования генома неуклонно падает, а информативность – несомненно выше, чем у любого другого метода. Главное преимущество WGS – это охват 100% генетического материала (включая митохондриальную ДНК, которую тоже секвенируют вместе с ядерной).
Для сравнения, полноэкзомное секвенирование охватывает только ~1–2% генома (все экзоны) – огромный пласт информации остаётся за кадром. Полногеномное секвенирование позволяет выявить вариации числа копий генов, хромосомные перестройки, повторы и другие виды мутаций, которые экзом и панели либо не ловят, либо делают с меньшей точностью. Например, при анализе генома можно одновременно получить данные и для поиска полиморфизмов, влияющих на лекарственный ответ, и для оценки наследственной предрасположенности к болезням, и для уточнения диагноза текущего состояния пациента.
Ещё один плюс: равномерность покрытия. Панели и экзом используют обогащение и склонны к «провалам» в некоторых зонах; WGS же теоретически охватывает всё (хотя на практике тоже бывают трудные для секвенирования участки, но их меньше). Таким образом, WGS даёт наиболее полную и однородную информацию, что особенно важно, когда неизвестно, в каком именно месте генома скрывается мутация.
Примеры клинического использования WGS
В мире накоплено уже немало примеров успешного применения полногеномного секвенирования для диагностики. Один из ярких случаев – программа “100,000 Genomes” в Великобритании, в рамках которой проанализировали геномы пациентов с редкими болезнями и онкологией. Это позволило сотням семей получить ответы относительно причины болезни, а некоторым пациентам – назначить таргетное лечение.
В практике отдельных клиник полногеномное секвенирование применяется, например, для экспресс-диагностики новорождённых в отделениях реанимации (NICU sequencing). В критических ситуациях, когда у новорождённого подозревается генетическое заболевание, но время ограничено, WGS может быть выполнено за 2-3 дня, что помогает врачам быстро получить диагноз и скорректировать лечение. Такие пилотные проекты, проведённые в США и Европе, показали повышение выживаемости и снижение затрат на ненужные процедуры благодаря быстрой геномной диагностике.
В онкологии полногеномное секвенирование тоже находит своё применение: помимо поиска мутаций в известных генах, WGS позволяет обнаружить новые структурные перестройки, химерные гены или вирусные вставки, связанные с раком. Например, полногеномный анализ опухоли может выявить редкую транслокацию генов, на которую есть конкретный лекарственный препарат. Подобные случаи уже описаны в литературе, когда персонализированная терапия, основанная на WGS-данных опухоли, приводила к ремиссии у пациента, для которого другие варианты лечения были исчерпаны.
Технические и практические аспекты
Проведение WGS в клинике связано с определёнными вызовами. Обработка и хранение данных – геном одного человека это ~100–150 Гб сырых прочтений, а после выравнивания и вычисления вариаций – десятки миллионов потенциальных вариантов. Нужно надёжное хранилище, мощные серверы и биоимформатические конвейеры, чтобы фильтровать и интерпретировать эти данные. К счастью, сейчас доступны облачные решения и специализированные программы, которые облегчают эту задачу.
Второй аспект – интерпретация результатов. В полном геноме любого человека найдутся сотни тысяч варианций, и выделить из них одну патологическую – сложнейшая задача. Здесь на помощь приходят специализированные базы данных, алгоритмы приоритизации и командная работа генетиков. Иногда после WGS случаются находки случайных отклонений (например, предрасположенность к другой болезни) – нужно продуманно подходить к вопросу информирования пациента. В клиническом протоколе обычно оговаривается, какие дополнительные результаты сообщаются.
И последний момент – финансовый. Пока что WGS остаётся дороже экзома, но разница быстро сокращается. Кроме того, некоторые специалисты отмечают, что комплексный анализ генома* может оказаться экономичнее серии последовательных узких тестов, которые пациент проходил бы в попытках найти диагноз.
Развитие технологий WGS – доступность для клиник
Стоит отметить, что аппаратные решения для полногеномного секвенирования тоже эволюционируют. Ещё несколько лет назад выполнить WGS могла только крупная референсная лаборатория с дорогим оборудованием (например, Illumina HiSeq/NovaSeq). Сейчас же появляются альтернативные платформы, более доступные по цене, но способные на высокую производительность.
Такие устройства делают WGS-анализы реальностью даже для относительно небольших лабораторий. Их преимущество – более низкая стоимость владения и реагивов по сравнению с гигантами рынка, при сопоставимом качестве данных. Локальная поддержка Sesana гарантирует быстрое сервисное обслуживание и поставку реагентов, что важно при клиническом применении (где простой аппарата недопустим).
Полногеномное секвенирование постепенно переходит из разряда научных проектов в разряд практических клинических инструментов. Оно уже доказало свою эффективность в решении сложнейших диагностических загадок и показало, каким может быть будущее медицины – персонализированным, превентивным и точным. По мере удешевления и упрощения технологий WGS всё больше клиник смогут воспользоваться этим методом. Возможно, через несколько лет геном каждого новорождённого будет секвенирован в рамках медицинской помощи – и это позволит человеку всю жизнь пользоваться «генетическим паспортом» для профилактики болезней. Уже сегодня клиники, внедряющие WGS, стоят на переднем крае прогресса. Благодаря сотрудничеству с компаниями вроде Sesana, которые предоставляют оборудование, реагенты и экспертную поддержку, переход к эре полногеномной диагностики становится плавным и успешным.
Полный геном открывает перед медициной горизонты, о которых поколение назад можно было лишь мечтать – и эти мечты становятся реальностью на наших глазах.