геномное секвенирование что это такое простыми словами
Сколько стоит расшифровать геном человека и зачем это нужно
Об эксперте: Михаил Застрожин, кандидат медицинских наук, руководитель лаборатории генетики и геномики МНПЦ наркологии ДЗМ, доцент кафедры наркологии РМАНПО, CEO проекта PGX2 (биомедкластер «Сколково»).
По данным американского Управления по санитарному надзору (FDA), только в США ежегодно регистрируются около 2 млн серьезных нежелательных побочных реакций на лекарства. 100—240 тыс. из них — со смертельным исходом. На возникновение этих реакций влияют не только особенности конкретного лекарства или клинико-анамнестические характеристики пациента (тяжесть течения основного заболевания, наличие сопутствующих заболеваний, возраст, пол, вредные привычки), но и его генетические особенности, с которыми обычные лечащие врачи не знакомы. Для этого пациента направляют на фармакогенетическое исследование.
Его результаты помогает анализировать и интерпретировать биоинформационный облачный сервис PGX2.
Что это за сервис и для чего он нужен
Просто: сервис помогает оценить скорость метаболизма конкретного пациента. На основе этих данных врач может подбирать подходящую дозировку или тип препарата, чтобы избежать негативных побочных эффектов.
Сложнее: то, как именно преобразуются лекарства и с какой скоростью они выводятся из организма человека (другими словами, метаболизируются), во многом зависит от его генов. У одних людей высокая скорость метаболизма лекарств, а у других — низкая. За эту скорость отвечают белки, кодируемые определенными генами.
У людей с высокой скоростью метаболизма лекарство в нормальных дозах не будет работать. С помощью сервиса врач может назначить таким пациентам другой препарат или повышенную дозу лекарства.
У людей с низкой скоростью лекарство будет накапливается, и у пациента могут быть нежелательные реакции, о которых пишут в инструкциях к препаратам: головная боль, тошнота, седация и прочее.
Мы вычисляем пациентов, генетически предрасположенных к нежелательным реакциям по каждому конкретному лекарству, даем им рекомендации в соответствии с западными гайдлайнами (клиническими рекомендациями), таким образом повышая эффективность и безопасность терапии.
Просто: когда врач общается с пациентом, часто выясняется, что лекарства, которые он пил раньше, не помогали, или их прием сопровождался головной болью, расстройствами ЖКТ и другими нежелательными побочными реакциями. Врач назначает новый препарат. Может случиться, что он поможет. Но проходит время, пациент мучается, могут развиться какие-то осложнения. Это потеря времени и качества жизни пациента.
Сложнее: персонализированная медицина позволяет сократить время поиска правильного лекарства в правильной дозе. Но для этого врач, заподозривший, что перед ним пациент с высоким риском низкой эффективности терапии, либо с высоким риском развития нежелательных реакций, должен отправить его на фармакогенетическое тестирование. Это исследование, по результатам которого можно оценить влияние особенностей конкретных генов на метаболизм, на эффективность и безопасность лекарств. Полученные данные загружают в специальный калькулятор. Это своего рода система поддержки принятия решения для конкретных лекарств. В этом калькуляторе используются все клинико-демографические данные — возраст, пол и т.д. — и генетические данные. Исходя из этого программа рекомендует лекарство и дозу.
Например: есть лекарства с узким терапевтическим интервалом: скажем, антикоагулянты и антиагреганты (они препятствуют образованию тромбов). Это значит, что оптимальной концентрации этих препаратов в крови, когда они могут помочь и не навредить, добиться сложно. Выход выше за это «окошко» чреват нежелательными реакциями вплоть до тяжелых кровотечений, а ниже — формированием тромбов и осложнений, связанных с ними.
Скажем, человеку провели кардиохирургическую операцию: поставили механический протез клапана сердца. Таким пациентам до конца жизни надо пить разжижающие кровь препараты, чтобы на новом клапане не образовался тромб. И всем им обязательно надо проводить фармакогенетическое тестирование перед назначением лекарства, иначе возможны осложнения и опасные кровотечения.
На Западе на сегодняшний день антикоагулянты и антиагреганты часто назначают на основе фармакогенетического тестирования.
В России фармакогенетическое тестирование применяется реже. Если в клинике нет своей генетической лаборатории, то врач может направить человека в какую-нибудь сетевую лабораторию и попросить его пройти тестированиет там.
Но проблема в том, что там биоинформатический сервис создает условный биоинформатик, который читает статьи, собранные по разным областям медицины, а не клиницист. Для какого-нибудь лекарства будет сказано, что с 60—70% вероятностью разовьются нежелательные реакции. Почему? На чем основано? Непонятно. У вас будет отчет по определенному количеству лекарств, с которым вы можете прийти к врачу, и он спросит: «Что это? Что я с этим должен делать?»
Во всем мире сейчас применяют модель доказательной медицины. Проводятся исследования, разрабатываются гайды. Практикующие врачи используют рекомендации из них для лечения пациентов. Это не какие-то субъективные риски, которые произведены биоинформатическим сервисом, а конкретные рекомендации. Для каждого лекарства в гайдах прописано, каким образом корректировать дозу медленным метаболизаторам, какие — быстрым. По идее врач мог бы все это читать и держать это в голове. Но на самом деле это очень сложно, да и невозможно, как показывает практика.
Сервис PGX2 основан на доказательных алгоритмах. Его делает большая команда из научных работников, которые живут этими гайдами. Кто-то специализируется на кардиологии, кто-то — на психиатрии, аллергологии и так далее. Во всех областях есть специалист, который постоянно работает с этими темами и следит за актуальностью информации в сервисе.
Как работает сервис:
1. Пациент сам приходит в лабораторию по настоянию врача, или приносят его биоматериалы (волосы, слюну). Специалисты расшифровывают генетический код и вносят информацию об особенностях тех генов, которые кодируют белки, в сервис.
2. В основе сервиса лежит алгоритм. Он учитывает всю генетическую информацию о пациенте, занесенную специалистом — это перечень наиболее часто встречающихся генов, которые могут оказывать влияние на индивидуальный лекарственный ответ. Затем сервис «подтягивает» информацию из гайдов, анализирует все это и выдает итоговый отчет.
3. Этот отчет уже может прочитать врач: алгоритм сам расписывает лекарства по группам, рассказывает, какой препарат и в какой дозе надо назначать, а какой — нет, и почему.
Мы подходим индивидуально к каждому лекарству, основываясь на доказательности, апдейтах международных гайдов, и вся эта информация перерабатывается алгоритмами сервиса. В будущем также мы планируем оценивать межлекарственные взаимодействия. И мы хотим предоставлять доступ к нашему сервису сетевым лабораториям и лабораториям при крупных клиниках.
Проблема в том, что сейчас нейросети еще не в состоянии вникнуть во все нюансы. Поэтому даже если взять самую крутую нейросетку, она, к сожалению, не сможет так проанализировать данные, как это сделает человек.
Сейчас доверять это нейросети опасно: если бы группа людей вбивала эти гайды (как сегодня делаем мы), и на основании них мне бы назначили терапию, я бы согласился. Если бы мне сказали, что это сделала нейросеть, я бы сам захотел перепроверить, что она написала.
На практике: врачи очень плохо понимают генетическое тестирование.
Даже если у врача на руках будут «сырые» данные тестирования, он ничего не сможет с этим сделать. Поэтому нужно более активно просвещать врачей о преимуществах персонализированной медицины и фармакогенетики как основного инструмента персонализации. Для этого, например, на базе Российской медицинской академии непрерывного профессионального образования Минздрава России и Московского научно-практического центра наркологии Департамента здравоохранения Москвы проводятся специализированные образовательные циклы повышения квалификации.
На практике: сейчас в лабораториях дорогие и неполные данные.
Если врач в курсе важности фармакогенетического тестирования, он может направить пациента в лабораторию. Но сейчас человек получит информацию только про одно лекарство за большие деньги — от 2 до 10 тыс. руб. Пока что частные лаборатории предоставляют только такие услуги. Доступ к нашему сервису позволит лабораториям формировать рекомендации по дозированию не для одного лекарства, а для целого спектра лекарств, не меняя стоимость услуги.
На практике: некоторые врачи уже знают о фармакогенетическом тестировании и его преимуществах перед эмпирическим подбором терапии.
Это от многих факторов зависит: есть ли, например, клинический фармаколог в больнице, частный или государственный это медицинский центр. Клинические фармакологии знают, что гены могут оказывать влияние на эффективность и безопасность лекарств, и они хотят получать нормальные рекомендации. Мы проводим определенную работу в этом направлении: например, читаем лекции в РМАНПО Минздрава России и других учреждениях.
На практике: на законодательном уровне это никак не регулируется.
Перспектива: для создания генетических паспортов надо полностью расшифровать геномы всех граждан — на каждого человека это 3 млрд нуклеотидов.
Вся эта информация записывается в специальный файл, и с ним в дальнейшем можно что-то делать. Кто будет расшифровывать и за какие средства, я не знаю. В российских лабораториях полногеномное секвенирование стоит около 90 тыс. руб. Таким образом, с помощью результатов секвенирования и достижений фармакогенетики, можно будет подобрать максимально эффективную и безопасную терапию для каждого пациента.
Перспектива: развитие телемедицины.
С телемедициной сейчас такая же штука происходит, что и с фармакогенетическим тестированием, — до конца законодательством это не отрегулировано. И хотя закон о телемедицине был принят в 2018 году, в России нет инфраструктуры для того, чтобы с этим работать — есть только несколько сервисов.
Например, DocDoc, который вошел в экосистему Сбербанка пару лет назад: созваниваешься с врачом, он тебя консультирует и дает официальное заключение с рецептом. С ним можно прийти в поликлинику и получить лекарство.
Но есть много технических проблем: например, отсутствие доступа к широкополосному интернету. В таких условиях сложно говорить о развитии телемедицины: тот же проект Единой государственной информационной системы здравоохранения — это просто запись к врачу по удаленке.
Подписывайтесь и читайте нас в Яндекс.Дзене — технологии, инновации, эко-номика, образование и шеринг в одном канале.
КЛИНИЧЕСКОЕ СЕКВЕНИРОВАНИЕ
Самый современный метод диагностики наследственных заболеваний.
Точные методы диагностики:
Что такое секвенирование
Секвенирование — это метод определения нуклеотидной последовательности ДНК и РНК. Тестирование используется для определения генетических повреждений (мутаций) в ДНК, которые являются причиной наследственных болезней, наследственных предрасположенностей или особенностей организма. Существует несколько разновидностей секвенирования, которые позволяют выявлять возможные генетические отклонения и редкие генетические варианты, тонко влияющие на появление определенных патологий в человеческом организме.
Показания к проведению анализа с помощью метода секвенирования:
Для получения более подробной информации об исследовании вы можете позвонить по телефону:
либо воспользоваться консультацией врача-генетика
Основные этапы исследованияя
Вне зависимости от типа секвенирования процедура делится на несколько основных этапов:
Таргетное секвенирование
Возможности таргетного секвенирования
Метод таргетного секвенирования позволяет выделять и исследовать конкретные области геномов или отдельные гены. Технологии нового поколения позволяют рассчитывать время и затраты на исследование. Таргетному анализу могут подвергаться отдельные интересующие пациента гены, участки генов и митохондриальные ДНК.
Преимущества таргетного секвенирования
По сравнению с комплексными методами анализа таргетное секвенирование более выгодно. Исследуются лишь отдельные участки генов, в которых могут определяться мутации. В таком случае для диагностики требуется меньше ресурсов, поэтому таргетный поиск отдельных отклонений обойдётся гораздо дешевле, нежели полная диагностика.
Панели генов
Таргетные панели были разработаны в отношении групп заболеваний, объединенных какими-то общими симптомами, например, аутизм, задержка психического развития, онкологические заболевания и т.д. К примеру, если в истории семьи обнаруживаются признаки одного или нескольких различных наследственных опухолевых заболеваний, то семья вполне может быть носителем опухолевого наследственного заболевания. Панель “наследственный рак” объединяет серию генетических мутаций, которые могут приводить к наследственному раку. В некоторых случаях наиболее эффективной может оказаться первоначальная проверка при помощи таргетных панелей нового поколения, таких как CancerNext, с целью добиться полного покрытия задействованных генов.
Мультигенные панели
Группа исследований, предназначенных для диагностики клинически сходных заболеваний. Такие исследования могут включать от 10 до 600 генов. Они могут быть эффективны для уточнения диагноза, дифференциальной диагностики и поиска патогенных мутаций.
Полногеномный анализ
Полногеномное секвенирование дает максимально полный набор данных о структуре генетического материала и позволяет детально оценить все индивидуальные генетические вариации. Секвенатор нового поколения IlluminaNextSeq 500 может определять полную структуру генома человека за 2 дня. Каждый участок генома при этом прочитывается 30 раз для повышения точности полученных данных.
Достоверность диагностики при выборе данного вида анализа повышается, если обследовать всю семью: ребенка и родителей.
Что можно получить при полногеномном секвенировании?
Этот метод позволяет обнаружить целый ряд отклонений.
Когда нужно делать секвенирование генома?
Секвенирование генома проводится в следующих случаях.
Анализ данных
В результате полногеномного секвенирования получается огромный объем данных, который требует специальной обработки. Такая обработка включает несколько этапов.
Секвенирование экзома
Секвенирование экзома – это тест для определения генетических повреждений (мутаций) в ДНК, которые являются причиной наследственных болезней, наследственных предрасположенностей или особенностей организма.
Некоторые нуклеотиды исчезают или наоборот удваиваются или заменяются. Во многих случаях это ведет к неправильному формированию организма. Это может проявляться в виде врожденных пороков или малых аномалий развития, задержке психического развития, аутизме и других формах отклонений.
Ученые считают, что полное секвенирование экзома поможет не только обнаружить болезнь, но и предсказать ход прогрессирования заболевания и вовремя начать необходимое лечение. Выявление наследуемых мутаций также важно для оценки репродуктивных рисков.
Клиническое секвенирование экзома
Полное секвенирование экзома
Этот тест включает в себя глубокий анализ 4800 клинически значимых генов, которые связаны с известными наследственными заболеваниями. Наличие обнаруженных мутаций подтверждается классическим секвенированием по Сэнгеру. При необходимости проводится поиск аналогичных мутаций у родителей.
Цель теста – исследование экзома конкретного пациента. Метод клинического секвенирования экзома подходит для обнаружения точечных мутаций, вставок, делеций, инверсий и перестановок в экзоме. Пациент получает заключение об изменениях, связанных с его заболеванием. В то же время лечащий врач может дополнительно запросить более подробную информацию, включая данные о потенциально патогенных вариантах, локализованных в хорошо изученных областях экзома.
Результаты анализируются и проверяются целой командой специалистов медиков. Отчет об обнаруженных изменениях сопровождается подробными комментариями.
Перед проведением тестирования рекомендуется дополнительная консультация врача-генетика. В таком случае пациент может убедиться в необходимости прохождения того или иного набора тестов. Также в ходе консультации рассказывается о возможных преимуществах и рисках генетического тестирования. Дело в том, что потенциальную опасность может представлять не само тестирование (оно совершенно безвредно для пациента), а информация об обнаруженных в генетическом материале отклонениях. В частности, сведения о врожденной предрасположенности к тому или иному заболеванию обычно не сообщаются лицам, не достигшим совершеннолетия. Каждая лаборатория вырабатывает свою политику поведения в подобных случаях.
Преимущества
Ход анализа
В качестве образца для анализа сдается около 10 мл крови.
Часто задаваемые вопросы
Что включает клиническое секвенирование экзома?
Клиническое секвенирование экзома разделяется на несколько этапов.
Секвенирование: Диагностическое секвенирование экзома (DES) включает секвенирование примерно 20 000 генов. Это отличает его от секвенирования всего генома, поскольку метода нацелен на исследование 1-2% областей генома, кодирующих синтез белков, которые предположительно ответственны за появление примерно 85% от числа известных заболеваний. Целью DES является выявление изменений, которые определяют фенотип пациента.
Анализ и проверка: после завершения секвенирования все полученные данные пропускаются через биоинформационный конвейер и последовательно анализируются коллективом медиков. Для каждой обнаруженной альтерации проводится проверка, является ли она связанной с исследуемыми особенностями фенотипа. Потенциально связанные альтерации отправляются на ко-сегрегационный анализ.
Формирование отчета: каждый отдельный случай проходит несколько уровней медицинской проверки, и только после последней из них формируется отчет. Каждый отчет является специфическим для пробанда (человека, генетика которого исследуется) и включает проверку и анализ в том числе литературных данных. Подготовка отчета может длиться от нескольких дней до нескольких недель в зависимости от сложности исследования.
Доступные варианты секвенирования экзома:
Первый уровень (Клиническое секвенирования): Анализ примерно 4 800 клинически охарактеризованных генов. Полное секвенирование экзома пробанда. Проведение ко-сегрегационного анализа семьи для всех положительных или неоднозначных результатов.
Второй уровень (Полное секвенирование экзома): Анализ всех предоставленных генов с целью проведения поиска новых генов (порядка 20 000 генов по всей базе NCBI RefSeq). Полное секвенирование экзома семейного трио. Семейный ко-сегрегационный анализ для обнаруженных позитивных или неоднозначных результатов. Обязательное требование: минимум три образца от членов семьи. Тестирование на образцах эмбрионов не проводится.
Какие данные входят в отчет?
Общие результаты: положительный, предположительно положительный, отрицательный, неоднозначный.
Первичные сведения могут ограничиваться информацией, напрямую связанной с фенотипом. Это помогает выделить наиболее полезную для диагностики болезни информацию. Дополнительные сведения чаще содержат более подробные данные, относящиеся к экзому в целом, безотносительно связи с фенотипом.
Дополнительные сведения: Они варьируются в зависимости от предпочтений и возраста пациента. Данный отчет обсуждается отдельно. В дополнительные сведения попадают только установленные патогенетические или предположительно патогенетические альтерации. О клинически незначимых и доброкачественных альтерациях не сообщается. Дополнительные сведения передаются только пробанду. Прочие члены семьи не получают отчета с дополнительной информацией, однако носительство может быть предположено на основании результатов пробанда.
Когда следует заказывать таргетное секвенирование (целевая панель генов) вместо полного сквенирования экзома?
Перед тем, как начать клиническое секвенирования экзома, важно определить возможность использования таргетных панелей, которые разработаны в отношении некоторой группы заболеваний, например, аутизм, задержка психического развития и пр. К примеру, если в истории семьи обнаруживаются признаки одного или нескольких различных наследственных опухолевых заболеваний, то семья вполне может быть носителем опухолевого наследственного заболевания.
В таком случае более эффективным подходом может оказаться первоначальная проверка при помощи таргетных панелей нового поколения, таких как CancerNext, с целью добиться полного покрытия задействованных генов, поскольку такая проверка позволяет получить в том числе полностью отрицательный результат и исключить наличие мутаций в основных опухолевых генах.
Можно ли комбинировать секвенирование экзома с проведением иных генетических тестов (к примеру, хромосомным микроматричным анализом) в рамках одного заказа?
Мы рекомендуем вначале делать хромосомный микроматричный анализ, а затем выполнять секвенирование экзома.
Что необходимо предоставить для клинического секвенирование экзома?
Для выполнения секвенирования экзома необходимы:
Принимаются ли для тестирования материалы только пробанда, когда образцы родителей или иных родственников первой степени предоставить невозможно (к примеру, для приемных детей)?
Если для тестирования предоставляются только образцы пробанда либо предоставляется менее трех образцов от родственников первой степени, то можно заказать лишь проведение тестирования первого уровня (FTE).
Есть ли у клинического секвенирования экзома технические ограничения?
Да, ограничения существуют.
Можно ли сделать повторный анализ данных, полученных при секвенировании?
Да, мы предоставляем такую возможность.
Повторный анализ данных без взимания дополнительной платы возможен в течение двух лет после получения образцов.
Можно ли провести полное секвенирование экзома для эмбриональных образцов?
Эмбриональные образцы принимаются только в случае гибели плода. Для эмбриональных образцов доступно тестирование первого уровня (FTE).
Если вариант ДНК был пересмотрен и классифицирован иначе, получит ли врач уведомление об этом, чтобы сообщить обновленную информацию своему пациенту?
Секвенирование экзома в нашей лаборатории предполагает повторную классификацию вариантов. Получение дополнительной информации основанной на больших популяционных исследованиях помогает облегчить интерпретацию и уточнить диагноз. Наша лаборатория, как и все научное сообщество вовлечены в активную работу с целью лучшего понимания человеческого генома. Интерпретации и методы постоянно совершенствуются.
Проверяются ли новые гены?
Новые гены анализируются при условии выбора DES тестирования (клиническая диагностика экзома). Под новыми генами подразумеваются альтерации в генах, которые ранее не связывались с болезнями. В связи со сложностью анализа новых генов, клиническая диагностика экзома (DES) требует больше времени для выполнения заказа по сравнению с тестированием первого уровня экзома (FTE).
Если альтерации в новых генах уже обнаружены и описаны, все усилия направляются на изучение гена, включая координационные исследования и функциональные исследования с группами исследователей, изучающих ген, при наличии таковой возможности.
Предоставляет ли лаборатория полный список вариантов по пациенту?
Да, список предоставляется.
Примечание: не все альтерации из списка вариантов проходят подтверждение другими методами, и потому эти данные должны использоваться лишь в исследовательских целях.
Включает ли проводимое тестирование секвенирование митохондриального генома?
Если было обнаружено, что пациент является носителем мутации (или мутаций), можно ли протестировать членов его семьи?
Да, для членов семьи пациента можно провести односайтовый анализ альтераций, классифицированных как причины болезни.
Родственники первой степени и прочие родственники с тем же фенотипом проверяются в рамках ко-сегрегационного анализа, если соответствующие образцы были получены вместе с образцами пробанда для тестирования.
Биоинформатический анализ экспертного уровня:
Возможен анализ данных, предоставляемых заказчиком. Для уточнения информации свяжитесь с врачом-генетиком.
Биоинформационный анализ включает: