Sekwencjonowanie DNA to proces identyfikacji sekwencji (kolejności) nukleotydów (A, T, C i G), czyli „elementów” tworzących cząsteczkę DNA. Pierwsze techniki sekwencjonowania DNA powstały w latach 70. XX w. Sekwencjonowanie Sangera (metoda terminacji łańcucha) zostało opracowane w 1977 r. przez Fredericka Sangera i jego zespół, za co w 1980 r. uczony otrzymał Nagrodę Nobla. Było to ogromne osiągnięcie w dziedzinie biologii, a metoda ta w latach 1990–2003 została wykorzystana w międzynarodowym projekcie mającym na celu sekwencjonowanie całego genomu ludzkiego (Human Genome Project).
Technologia sekwencjonowania Sangera należy do najbardziej wiarygodnych metod analizy sekwencji DNA i do dziś wykorzystuje się ją w laboratoriach medycznych i naukowych. Jednak jej istotnym ograniczeniem jest niska wydajność. Rosnące zapotrzebowanie na analizę sekwencji DNA na dużą skalę doprowadziło w 2005 r. do opracowania technologii określonej terminem „sekwencjonowanie następnej generacji” – NGS (ang. next-generation sequencing).
NGS – KROK PO KROKU
NGS to nowoczesna metoda, która umożliwia szybsze i bardziej efektywne „czytanie” sekwencji DNA. Dzięki temu możliwe jest jednoczesne sekwencjonowanie nawet miliona fragmentów DNA. Diagnostyka genetyczna z wykorzystaniem NGS polega na:
- izolacji DNA z pobranej próbki krwi lub wymazu z policzka,
- fragmentacji DNA i przygotowaniu „biblioteki” jednoniciowego DNA,
- powieleniu składowych powyższej biblioteki w procesie amplifikacji,
- sekwencjonowaniu z zastosowaniem znakowanych fluorescencyjnie nukleotydów,
- analizie danych (otrzymane wyniki zostają poddane analizie bioinformatycznej i interpretacji klinicznej).
Mając na uwadze skalę sekwencjonowania oraz obszar, którego przedmiotem analizy jest sekwencja, można wyróżnić trzy podstawowe typy sekwencjonowania NGS: całego genomu, egzomu (części kodującej genomu) oraz określonych fragmentów genomu. Kiedy NGS jest używane do oceny całego ludzkiego genomu, nazywa się to sekwencjonowaniem WGS (ang. whole genome sequencing), natomiast analiza jedynie egzomu to sekwencjonowanie WES (ang. whole exome sequencing). Sekwencjonowanie określonych fragmentów genomu to sekwencjonowanie np. pojedynczych genów.
NGS jest używane w różnych dziedzinach, takich jak badania genetyczne czy badania ewolucji. Dzięki tej technologii możemy lepiej zrozumieć genetykę organizmów, identyfikować geny związane z chorobami, a także prowadzić badania naukowe dotyczące różnorodności genetycznej. To narzędzie pomaga nam zgłębiać tajemnice naszego dziedziczenia i ma duży wpływ na rozwój medycyny i biologii.
ZALETY SEKWENCJONOWANIA NGS
Metoda NGS jest znacznie szybsza niż sekwencjonowanie metodą Sangera, ponieważ opiera się na sekwencjonowaniu milionów małych fragmentów DNA z wielu różnych części genomu jednocześnie. Projekt sekwencjonowania całego ludzkiego genomu metodą Sangera zajął ponad dekadę. Obecnie możliwe jest wykonanie sekwencjonowania ludzkiego genomu w ciągu zaledwie kilku dni. Opracowanie metod wielkoskalowych pozwoliło również na znaczne obniżenie kosztów – spadła jednostkowa cena badania w przeliczeniu na oznaczenie jednego genu.
ZASTOSOWANIE NGS W DIAGNOSTYCE KLINICZNEJ
Sekwencjonowanie DNA jest niezwykle użyteczne w diagnostyce genetycznej. Techniki sekwencjonowania wykorzystuje się do wykrywania mutacji w obrębie jednego lub kilku genów, co ma na celu zdiagnozowanie chorób o podłożu genetycznym. Znając kolejność nukleotydów w genie, posiadamy informację o budowie określonego białka. Białka odpowiadają za niemal każdy proces zachodzący w organizmie, a ich nieprawidłowa budowa może być przyczyną poważnych chorób. Technikę NGS wykorzystuje się również w badaniach z zakresu onkologii czy nieinwazyjnych testach prenatalnych. Obecnie są już dostępne liczne panelowe testy diagnostyczne oparte na sekwencjonowaniu NGS i ich liczba stale rośnie.
PANELE NGS W OFERCIE EUROIMMUN DNA
Oferta laboratorium EUROIMMUN DNA zawiera badania wykorzystujące technikę sekwencjonowania nowej generacji (NGS) w diagnostyce nowotworów. Badania mogą być wykonane z próbki krwi pełnej lub z wymazu z wewnętrznej strony policzka.
Badanie NGS w nowotworach piersi i jajnika
Badanie NGS w w nowotworach prostaty
Badanie NGS w nowotworach jelita grubego
Badanie NGS w nowotworach trzustki i jelita grubego
Literatura:
- Zhong Y. et al. Application of Next Generation Sequencing in Laboratory Medicine. Ann Lab Med 2021; 41: 25–43
- Woźniak A., Boroń M., Zbieć-Piekarska R., Spólnicka M. Zastosowanie technologii wysokoprzepustowego sekwencjonowania DNA w genetyce sądowej. Problemy Kryminalistyki 2019; 304(2): 5–14
- NGS – genetyczna rewolucja!, Biotechnologia.pl, https://biotechnologia.pl/biotechnologia/ngs-genetyczna-rewolucja,16010
- https://www.genome.gov/about-genomics/fact-sheets/DNA-Sequencing-Fact-Sheet
- https://www.illumina.com/documents/products/illumina_sequencing_introduction.pdf