توالی‌یابی پیشرفته DNA برای تشخیص دقیق بیماری‌های ژنتیکی و تحلیل جامع ژنوم

مقدمه

Next‑Generation Sequencing یا NGS نسل جدید فناوری‌های تعیین توالی DNA/RNA است که امکان خواندن میلیون‌ها قطعه ژنتیکی را به‌صورت هم‌زمان فراهم می‌کند. این روش بسیار سریع‌تر، دقیق‌تر و کم‌هزینه‌تر از روش‌های سنتی مانند Sanger است و پایهٔ تشخیص‌های ژنتیکی مدرن، پزشکی فردمحور و پژوهش‌های ژنومی محسوب می‌شود.

شرح

Next‑Generation Sequencing (NGS) مجموعه‌ای از فناوری‌های پیشرفتهٔ تعیین توالی DNA و RNA است که با ایجاد امکان توالی‌یابی موازی و انبوه، انقلابی در علوم ژنتیک و پزشکی ایجاد کرده است. برخلاف روش سنتی Sanger که تنها قادر به خواندن یک قطعه DNA در هر بار بود، NGS می‌تواند میلیون‌ها قطعه را هم‌زمان بخواند و در مدت کوتاهی حجم عظیمی از داده‌های ژنومی تولید کند. این ویژگی باعث شده NGS به ابزار اصلی در تشخیص بیماری‌های ژنتیکی، بررسی جهش‌های سرطان، مطالعات تکاملی، بیوانفورماتیک و تحقیقات زیست‌پزشکی تبدیل شود.

NGS بر پایهٔ چند مرحلهٔ کلیدی عمل می‌کند: ابتدا DNA یا RNA استخراج و به قطعات کوچک‌تر تقسیم می‌شود. سپس با افزودن توالی‌های اتصال‌دهنده (Adapters)، کتابخانهٔ ژنومی ساخته می‌شود. این کتابخانه وارد دستگاه توالی‌یاب می‌شود و بسته به نوع فناوری، بازهای نوکلئوتیدی با روش‌های مختلفی شناسایی می‌شوند. در سیستم‌های Illumina، شناسایی بازها با سیگنال‌های فلورسانس انجام می‌شود؛ در Ion Torrent تغییرات pH اندازه‌گیری می‌شود؛ در Nanopore عبور مولکول از نانوحفره باعث تغییر جریان الکتریکی می‌شود؛ و در PacBio از تکنیک Single Molecule Real-Time استفاده می‌شود. هرکدام از این فناوری‌ها مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارند، اما همگی در یک نکته مشترک‌اند: تولید سریع و دقیق داده‌های ژنومی در مقیاس بسیار بزرگ.

پس از تولید داده خام، مرحلهٔ تحلیل بیوانفورماتیکی آغاز می‌شود. خوانش‌ها با ژنوم مرجع هم‌تراز می‌شوند، کیفیت آن‌ها بررسی می‌شود و جهش‌ها، حذف‌ها، افزوده‌ها، تغییرات ساختاری و سایر واریانت‌ها شناسایی می‌گردند. این مرحله نیازمند نرم‌افزارهای تخصصی، الگوریتم‌های پیچیده و دانش بیوانفورماتیک است. خروجی نهایی معمولاً شامل گزارش‌های دقیق برای پزشکان، متخصصان ژنتیک یا پژوهشگران است.

NGS به دلیل سرعت بالا، هزینهٔ کم، دقت زیاد و توانایی بررسی کل ژنوم یا بخش‌های هدفمند، به یکی از ابزارهای اصلی پزشکی مدرن تبدیل شده است. در تشخیص سرطان، NGS امکان شناسایی جهش‌های توموری و انتخاب درمان‌های هدفمند را فراهم می‌کند. در ژنتیک تشخیصی، این روش برای بررسی بیماری‌های ارثی، اختلالات تک‌ژنی، ناهنجاری‌های کروموزومی و غربالگری پیش از تولد استفاده می‌شود. در میکروبیولوژی، تعیین توالی ژنوم میکروب‌ها به شناسایی سویه‌ها، تشخیص مقاومت دارویی و کنترل اپیدمی‌ها کمک می‌کند. همچنین در تحقیقات تکاملی، NGS امکان مطالعهٔ تاریخچهٔ ژنوم‌ها و روابط میان گونه‌ها را فراهم می‌کند.

در مجموع، NGS یکی از ستون‌های اصلی زیست‌شناسی مدرن است که با پیشرفت‌های سریع فناوری، هر روز کاربردهای جدیدی پیدا می‌کند و نقش آن در پزشکی فردمحور، تشخیص دقیق، پژوهش‌های ژنومی و توسعهٔ فناوری‌های زیستی بیش از پیش پررنگ می‌شود.

کاربردهای NGS

  • تشخیص بیماری‌های ژنتیکی — بررسی جهش‌های ارثی، اختلالات تک‌ژنی، بیماری‌های نادر.
  • آنکولوژی مولکولی — شناسایی جهش‌های توموری، انتخاب درمان هدفمند، پایش پاسخ درمان.
  • میکروبیولوژی و ویروس‌شناسی — تعیین توالی ویروس‌ها و باکتری‌ها، تشخیص مقاومت دارویی، ردیابی اپیدمی‌ها.
  • Whole Genome Sequencing — تعیین توالی کامل ژنوم انسان یا موجودات دیگر.
  • Whole Exome Sequencing — بررسی تمام نواحی کدکنندهٔ ژن‌ها.
  • RNA‑Seq — تحلیل بیان ژن‌ها و بررسی پروفایل RNA.
  • مطالعات تکاملی — مقایسه ژنوم گونه‌ها، تحلیل تاریخچهٔ تکاملی.
  • کشاورزی و دام‌پروری — اصلاح نژاد، افزایش مقاومت گیاهان و حیوانات.
  • بیوتکنولوژی — طراحی داروهای نوترکیب، مهندسی ژنتیک.

مراحل انجام NGS (Workflow)

  • استخراج DNA/RNA — جداسازی مادهٔ ژنتیکی از نمونه.
  • Fragmentation — خرد کردن DNA به قطعات کوچک.
  • Library Preparation — افزودن Adapter، بارکدگذاری، PCR.
  • توالی‌یابی — خواندن بازها با Illumina، Nanopore، PacBio و…
  • تحلیل بیوانفورماتیکی — هم‌ترازی، فیلتر کیفیت، شناسایی جهش‌ها.
  • تفسیر نتایج — ارائه گزارش برای پزشک یا متخصص ژنتیک.

ضرورت استفاده از NGS (چرا و در چه مواردی لازم است؟)

  • تشخیص دقیق بیماری‌های ژنتیکی — بسیاری از بیماری‌ها فقط با NGS قابل شناسایی‌اند.
  • درمان‌های هدفمند سرطان — انتخاب دارو بر اساس جهش‌های تومور.
  • پایش اپیدمی‌ها — شناسایی سویه‌های ویروسی و مسیر انتشار.
  • تحلیل ژنوم کامل — بررسی ساختار ژنوم، جهش‌های پنهان، تغییرات ساختاری.
  • مطالعات بیان ژن — تحلیل دقیق فعالیت ژن‌ها در شرایط مختلف.
  • مهندسی ژنتیک — طراحی ژن‌ها، اصلاح ژنوم، توسعهٔ داروهای نوترکیب.
  • پژوهش‌های زیست‌پزشکی — بررسی مسیرهای سلولی، شبکه‌های ژنی، مکانیسم‌های بیماری.

هم اکنون با همکاری مراکز معتبر در خارج از کشور امکان انجام بررسی مولکولی تعداد زیادی از ژن هایی که در بروز یک بیماری دخیل هستند را بطور همزمان و با روش NGS در مرکز تشخیص ژنتیک پزشکی ابن سینا تبریز و با تعرفه های قابل پرداخت و هزینه بسیار پائین تر از تمام نقاط دنیا فراهم گردیده است. در این بخش ابتدا گروه بیماری ها انتخاب می شود و سپس با کلیک کردن نام و کد اختصاصی بیماری از داخل جدول انتخاب می گردد. برای هر گونه کمک و راهنمایی بیشتر لطفا با مرکز  تماس حاصل فرمائید.

 

پانل بیمهاری ها
  – پانل غربالگری ناقلین به بیماریهای شایع تک ژنی ( Carrier Screening Panels For Common Monogenic Diseases )
  – تستهای غربالگری ژنتیکی سرطانها ( Genetic Screening Tests For Cancers )
  – بیماریهای قلبی و عروقی ( Cardiovascular / Arrhythmogenic Diseases)
  – بیماریهای خون و سیستم لنفاوی  ( Blood and Lymphatic Diseases )
  – بیماریهای سیستم اعصاب بزرگسالان ( Elderly Diseases of Nervous System )
  – بیماریهای میتوکندری ( Mitochondrial Diseases )
  – بیماریهای غدد ( Diseases of Endocrine System )
  – بیماریهای متابولیک ارثی ( Inherited Metabolic Diseases )
  – دیابت تک ژنی ( Monogenic Diabetes )
  – بیماریهای چشم (Ophthalmic Diseases )
  – بیماریهای متابولیک ارثی ( Inherited Metabolic Diseases )
  – بیماریهای گوش حلق و بینی ( Ear, Nose, Throat Diseases )
  – بیماریهای پوستی ( Dermal, Skin Diseases )
  – بیماری‌های اوروژنیتال ( Urogenital Diseases )
  – بیماریهای سیستم ایمنی ( Immune System Diseases )
  – بیماریهای غدد و خون و کلیه و سیستم ایمنی ( Endocrine, Urinary, Blood, and Immune Systems )
  – توالی یابی کلیه اگزونونهای ژنوم انسانی ( Whole Exome Sequencing )