آزمایشات توالی یابی نسل جدید

تعیین توالی DNA مانند خواندن یک کتاب است یعنی اینکه بتوانیم کتاب ژنتیک یک فرد را کلمه به کلمه و حرف به حرف بخوانیم و غلط ها یا همان جهش ها را پیدا کنیم. توالی یابی اولین بار توسط سنگر انجام گرفت که با وجود پیشرفت های فراوان تنها بررسی یک ژن را در یک زمان امکان پذیر می کند. امروزه با توجه به افزایش تقاضا برای توالی یابی هایی با هزینه کمتر، روش next generation sequencing (NGS) که امکان بررسی همزمان هزاران ژن یا حتی تمام ژنوم را فراهم می کند گسترش یافته است. عبارت توالی یابی نسل جدید (NGS) تمام تکنولوژی های توالی یابی با توان بالا را پوشش می دهد. توالی یابی نسل جدید برپایه توالی یابی موازی میلیون ها قطعه مختلف DNA در یک خوانش توالی یابی منفرد استوار است. در مقایسه با روش قدیمی سنگر، این تکنولوژی جدید با انواع مختلف و هزینه های کمتر موجب افزایش توان عملیاتی می شود. معرفی توالی یابی نسل جدید (NGS) به طور بنیادی رویکرد مسائل علمی و تشخیصی را تغییر داد. پتانسل توالی یابی نسل جدید برای تولید داده های انبوه با هزینه نسبتا پایین منجر به یک سری از اکتشافات پیشگامانه شد و رشته ژنومیکس را وارد عرصه جدیدی کرد.

مراحل انجام توالی یابی نسل جدید

در این روش مراحل از DNA تا داده ها به سه بخش تقسیم می شوند:

(1) آماده سازی کتابخانه DNA: ابتدا باید DNA قطعه قطعه شود. سپس انتهاهای قطعات DNA که در اثر قطعه قطعه شدن آسیب دیدند، ترمیم می شود. اتصال آداپتور به دو سر قطعات ترمیم شده، آماده سازی کتابخانه DNA را تکمیل می کند. این آداپتورها شامل توالی موتیف هایی است که در مراحل بعدی (تکثیر کلونال و توالی یابی) مورد نیازند.

(2) تکثیر کلونال و موازی: تکنولوژی Illumina، برای تکثیر قطعات DNAی منفرد از Bridge-PCR استفاده می کند. این PCR بر روی Flow Cell (شیشه ای مشابه اسلاید میکروسکوپ) که توالی یابی نهایی روی آن اجرا می شود، انجام می گیرد. قطعات DNA با آداپتورشان به Flow Cell  متصل شده، سپس Bridge-PCR اجرا می شود. الیگونوکلئوتیدهای متصل به Flow Cell  بعنوان پرایمر عمل می کنند و هر قطعه DNAی منفرد خوشه مجزایی از قطعات DNAی یکسان ایجاد می کند.

(3) توالی یابی: توالی یابیIllumina’s Sequencing-by-Synthesis (SBS) برپایه روش Cyclic Reversible Termination (CRT) انجام می گیرد. هر کدام از چهار نوکلئوتید به رنگ مختلفی متصل شده و با گروه پایان دهنده ای اصلاح می شوند. در طی چرخه واکنشی، هر چهار نوکلئوتید بطور یکسان به پلیمراز برای سنتز رشته ها ارائه می شوند. بعد از اتصال نوکلئوتید تکمیل کننده، ادامه سنتز رشته بدلیل خاصیت بلاک کنندگی گروه پایان دهنده، ممکن نیست. چهار رنگ هر نوکلئوتید با تصویربرداری مشخص می شود؛ رنگ و گروه پایان دهنده جدا شده و چرخه سنتزی جدیدی آغاز می شود. سپس توالی هر خوشه بطور یکسان باز به باز بررسی می شود. با بکارگیری روش های سطح بالای بیوانفورماتیکی، توالی های بازی منفرد (reads) برای تشخیص جهش ها با ژنوم مرجع هم تراز و مقایسه می شوند. 

مزایا و کاربردهای توالی یابی نسل جدید

آنالیزهای توالی یابی برای تشخیص بیماری های نادر مفید هستند که با افزایش تعداد ژن های بررسی شده، نتایج دقیق تری بدست می آید. در روش NGS برای افزایش دقت، هر باز چندین بار توالی یابی شده و جهش های DNA بطور دقیق بررسی می شوند بنابراین برای تشخیص علل بیماری و بررسی افراد ناقل مناسب می باشد. این روش طیفی از جهش های موجود در DNAی انسان شامل تغییرات کوچک بازی، درج ها وحذف های کوچک و بزرگ را مشخص می کند. در این نوع توالی یابی تمام ژنوم یا کل اگزون ها یا فقط برخی از ژن ها می توانند بررسی شوند که برای پی بردن به دلایل بیماری خصوصا شناسایی جهش های بیماری زای جدید بسیار مناسب می باشد. این روش را می توان برای شناسایی علل بیماری های شناخته شده و حتی سندرم های ناشناخته و پیش بینی افراد ناقل بکار گرفت. لازم به ذکر است که روش NGS، پزشکان را قادر می سازد تا به صورت انبوه و با هزینه کمتر به صورت همزمان صدها و حتی هزاران ژن را بررسی نمایند. این روش در تشخیص ژنتیکی قبل از تولد و قبل از لانه گزینی و در دوران مختلف زندگی کاربرد دارد. به علاوه با استفاده از این روش می توان با استفاده از خون مادر با دقت بالایی ناهنجاری ژنتیکی در جنین را معلوم نمود. به این طریق در بسیاری از موارد نیاز به آمنیوسنتز و یا بررسی های تهاجمی دیگر کاهش می یابد.

انواع توالی یابی نسل جدید

از زمان ابداع و معرفي توالي يابي نسل جديد تا كنون پيشرفت هاي زيادي در خصوص كارايي، سرعت و بازده روش مزبور صورت گرفته كه منجر به معرفي انواعي از اين روش شده است.

• توالی یابی ژنوم
• توالی یابی هدفمند (اگزوم و پنل ها)
• توالی یابی DNAی مرتبط با Restriction site
• توالی یابی RNA (توالی یابی ترنسکریپتوم، توالی یابی smallRNA)
• توالی یابی Metagenome