توالی‌یابی نسل جدید Next-generation sequencing (NGS)

تشخیص بیماری‌های نادر ژنتیکی را به‌ویژه در کودکان در حد غیرقابل‌ تصوری ممکن ساخته است. در سال 2011 با توالی‌یابی همه ژنوم (whole genome sequencing (WGS در یک کودک مراحل اولیه شروع بیماری التهاب روده تشخیص داده شد. از آن زمان تاکنون بیماری‌های قابل درمان که با روش (Whole Exome Sequencing (WES تشخیص داده می‌شوند به‌طور روزافزون افزایش یافته است

همه آزمایشات WGS یا WES چنین نتایج بالینی مثبتی را به همراه ندارند اما تقریباً همیشه رسیدن به تشخیص برای خانواده‌ها سودمند است. تشخیص مولکولی در کنار سایر مزایایی که دارد امکان تشخیص پس از تولد را هم در حاملگی‌های بعدی فراهم می‌ساز‌د.

علاوه بر اینکه خیال خانواده از تشخیص نهایی طفل آسوده می‌شود، خود کودک هم از تشخیص توسط WGS یا WES سود می‌برد چراکه %50 کودکانی که با این روش بیماری‌شان تشخیص داده می‌شود در نحوه برخورد با بیماری‌شان تغییراتی انجام می‌شود. حتی در مواردی تشخیص زودهنگام می‌تواند به درمان قطعی منجر شود.

گرچه تحقیقات نشان می‌دهند که WGS در تشخیص بیماری‌های ژنتیک می‌تواند منجر به تغییر روش اداره و برخورد با نوزادان بدحال شده و سرنوشت آنها را تغییر دهد، اما گسترش این فناوری به حیطه مهدکودک‌ها یا غربالگری وسیع‌تر نامشخص است.

 

تغییرات در غربالگری نوزادان

غربالگری نوزادان در 50 سال اخیر تحوالت شگرفی در کاهش و حذف مرگ‌ومیر داشته است. این غربالگری منجر به کشف بیماری در کودکانی شده که به‌ظاهر بدون علامت بوده‌اند و پس از کشف بیماری در مواردی با اقدامات درمانی سرنوشت آنها قابل‌تغییر می‌تواند باشد. فنیل کتونوری اولین مثالی است که در این راستا می‌توان از آن نام برد. این بیماری هدف خوبی برای غربالگری است چراکه خطرناک اما قابل درمان می‌باشد و اقدام درمانی سریع برای پیشگیری از عواقب آن الزام است.

کمیته‌ای در کالج آمریکایی ژنتیک و ژنومیک مأمور شد که بیماری‌هایی را که نیازمند غربالگری هستند مشخص نماید. این گروه 29 بیماری را مشخص کردند که اکنـون آن را به نامRecommended Uniform ScreeningPanel)) RUSP می‌شناسند . بیماری دیگر هم وجود دارند که برای غربالگری آنها اجماعی وجود ندارد چراکه یا در حال حاضر قابل‌درمان نیستند و یا اینکه بسیار نادر می‌باشند. کمیته مذکور این دسته از بیماری‌ها را در اولویت دوم قرار داده است.

انضمام اهدافی خارج از آنچه که تاکنون در غربالگری نوزادان متداول بود اساس غربالگری نوزادان را متحول می‌نماید. غربالگری بر مبنای NGS این توان را دارد که اختلالت بسیار زیادی را کشف کند که در روش سنتی قابل‌شناسایی نبودند و نیز اطلاعات جانبی بسیاری درخصوص این اختلالات ارائه دهد. پیش‌بینی می‌شود که در چند دهه آینده کل ژنوم نوزاد توالی‌یابی شود و این گام نهادن در مسیر طب شخصی‌شده می‌باشد .

 

اشکالات احتمالیNGS

یکی از مزایایی که برای غربالگری نوزادان با NGS فرض می‌شود این است که آزمایشگاه‌ها می‌توانند بیماری‌های بیشتری را غربالگری نمایند، بی‌آنکه هزینه بیشتری را تحمیل کنند. از نظر تکنیکی این فرض تاحدودی درست است. معذلک اگرچه هزینه WGS در مواردی تا 1000 دلار هم کاهش یافته، اما این عدد شامل هزینه‌های اضافه همچون تجزیه و تحلیل، تفسیر مدیریت نگهداری داده‌ها، مشاوره، عودت نتایج و یا انجام آزمایش‌های تکمیلی جهت موارد مبهم نمی‌باشد. هزینه آزمایش‌های غربالگری نوزادان با تکنیک MS/MS در ایالت‌های مختلف آمریکا بین 30 تا 100 دلار می‌باشد. در برخی ایالات هم انجام این غربالگری برای خانواده‌ها رایگان است. هزینه غربالگری با روش NGS برای سیستم‌های بهداشتی و بیمه‌ها باید به‌دقت بررسی شود و به نظر نمی‌رسد که در حال حاضر بودجه بهداشت عمومی توان پرداخت آن را داشته باشد. برخی از اطلاعاتی که توسط WGS و WES بدست می‌آیند به‌طور مستقیم به درد نوزاد نمی‌خورند، اما امکان ابتلای وی را در آینده به بیماری‌های سخت و یا ناقل یک بیماری بودن را مشخص می‌نمایند.

اخیراً در برخی ایالت‌ها با استفاده از روش‌های WGS و WES بیماری‌هایی را ردیابی می‌کنند که جزو مواردی که به‌طور روتین باید غربال شوند نیستند؛ به‌عنوان مثال در دو ایالت اختلالت ذخیره لیزوزومی شامل بیماری Krabbe غربالگری می‌شوند. این اقدام در حالی انجام می‌شود که اطلعاتی که حاکی از مفید بودن این کار باشد کم است و تفسیر نتایج نیز مشکل می‌باشد.

در حال حاضر آزمایشگاه‌ها قادر به تفسیر اکثر نتایج WGS نیستندپی بردن به اهمیت بسیاری از تغییرات در ناحیه کدکننده بسیار مشکل است. این ناحیه فقط %20 ژنوم را تشکیل می‌دهد. نواحی غیرکدکننده بسیار وسیع‌تر بوده و چالش‌های بزرگ‌تری دارند. یک گزینه این است که تغییرات پاتوژنیک یا احتمال پاتوژنیک گزارش شوند تا موارد مثبت کاذب کاهش یافته و شناسایی افراد مبتلا به حداکثر برسد، اما در حال حاضر در خصوص اینکه چه تغییراتی باید گزارش شوند اجماعی وجود ندارد. از طرفی ارتباط ژنوتیپ و فنوتیپ همیشه سرراست و ساده نیست و تشخیص اینکه چرا و چه زمانی یک فرد با یک پروفایل ژنتیکی خاص علائم بیماری را بروز می‌دهد بندرت همچون فنیل کتونوری ساده و شفاف می‌باشد.

سؤال دیگری که مطرح می‌شود این است که بکارگیری روش‌های NGS چه میزان سرمایه مادی و انسانی بر آزمایشگاه‌های بهداشتی دولتی تحمیل خواهد کرد. در حال حاضر غربالگری نوزادان در آزمایشگاه‌های ایالتی و تحت شرایط استاندارد با اندازه‌گیری فعالیت آنزیم‌ها، متابولیت‌ها و سایر مولکول‌ها انجام می‌شود. آزمایش DNA روتین نیست و تنها در موارد معدودی انجام می‌شود 21(،)22، اما راه‌اندازی آزمایشات NGS محتاج سرمایه‌گذاری وسیع در خصوص نیروی انسانی و تجهیزات می‌باشد. درحال حاضر تعداد معدودی آزمایشگاه در آمریکا قادر به انجام آزمایشات NGS در مقیاس قابل‌قبول می‌باشند . باید دید که آیا آزمایشگاه‌ها می‌توانند از نظر تجهیزات و نفرات خود را با NGS انطباق دهند یا اینکه پارادایم دیگری همچون تمرکز بر آزمایشگاه‌های مرکزی ضرورت می‌یابد.

نکته دیگری که در توسعه غربالگری نوزادان توسط NGS باید مدنظر باشد مسئله رضایت والدین است. با فرض اینکه غربالگری موجب کاهش مرگ‌ومیر کودکان می‌گردد، عده‌ای معتقدند که نیازی به اخذ رضایت والدین جهت امور غربالگری نیست اما درخصوص استفاده از WGS یا WES برای غربالگری الزاماً باید رضایت والدین لحاظ شود و این مسئله‌ای است که می‌تواند در مسیر گسترش این نوع غربالگری مانع ایجاد نماید.

 

چگونگی برخورد با نتایج نامطمئن

غربالگری نوزادان به شناسایی افراد مبتلا کمک می‌کند و در عین‌حال تلاش دارد که از موارد مثبت کاذب اجتناب کند، ولی یک آزمایش غربالگری صرف‌نظر از روش انجام آن حتماً موارد مثبت کاذب هم دارد. در یک بررسی آینده‌نگر که بر روی 1696 نوزاد سالم انجام شد، نتایج غربالگری مرسوم با غربالگری نوزاد و والدین به‌وسیله WGS مقایسه گردید. غربالگری با WGS برای 163 اختلال متداول بود. میزان موارد نامطمئن با روش WGS در مقایسه با غربالگری متداول بسیار زیاد بود %90( در مقایسه با .)%0/013 بیشتر این یافته‌ها مربوط به تغییراتی بودند که اهمیت آنها مشخص نیست.[Variants of Unknown Significance (VUS)]

یک راه‌حل این است که VUSها گزارش نشوند اما این اقدام به‌منزله از قلم افتادن تغییراتی می‌تواند باشد که واقعاً پاتوژنیک هستند.

در این مطالعه بخصوص غربالگری روتین از WGS در میزان تشخیص موارد مبتلا پیشی گرفت. با غربالگری روتین 4 نوزاد از پنج نوزاد مبتلا شناسایی شدند درحالی‌که با روش WGS، 2 تن از آنها تشخیص داده شدند. این یافته‌ها حکایت از برخی اشکالات در غربالگری نوزادان توسط NGS می‌نماید که می‌تواند به علت وجود آلل‌های غیرقابل شناسایی یا غیرقابل تفسیر و سایر اشکالات در توالی‌یابی ژن‌ها باشد.

اما از طرف دیگر مقدار مثبت کاذب در روش WGS کمتر بوده و قادر به شناسایی علت ایجاد اختلل می‌باشد و به نمونه کمتری هم نیاز دارد.

سؤالی که هنوز پاسخ داده نشده این است که محدوده اختلالاتی که توسط غربالگری به‌وسیله NGS قابل کشف هستند ولی روش غربالگری روتین قادر به کشف آنها نیست کجا قرار دارد. پیشنهاد نویسندگان این است که این دو روش به‌طور توأمان بکار گرفته شوند تا بتوان به پاسخ این سؤال دست یافت. گرچه محدودیت‌های مالی مانع بزرگی در این مسیر محسوب می‌شود.

 

گام‌های بعدی برای دولتمردان و دانشمندان

غربالگری نوزادان به روش NGS احتمالا در آینده جایگزین روش فعلی غربالگری شده و یا در کنار آن بکار گرفته خواهد شد. چالش‌هایی همچون هزینه آزمایش، استانداردهایی برای اینکه کدام ژن‌ها بررسی شوند، زیرساخت‌ها و آموزش جامعه پزشکی در این مسیر شکل خواهند گرفت و تبعات ناشی از نتایج آزمایش های غیرواقعی تشخیص بیماری سل که اکثراً پنهان هم می ماند، متوجه مسئولین مراکز درمانی وآزمایشگاه های ارجاع دهنده نمونه ها خواهد بود.

منبع:  مجله اخبار آزمایشگاهی جلد 158