Mutacje genetyczne w ludzkim DNA mogą uniemożliwić prawidłowe tworzenie się białek pełniących ważne funkcje w organizmie. Może to prowadzić do poważnych zaburzeń, które powodują choroby, a nawet niepełnosprawność. Wiele z tych chorób jest już znanych i można je przypisać konkretnym genom. Aby je zdiagnozować, klinicyści stosują standardową procedurę zwaną sekwencjonowaniem egzomu. Polega to na analizie tych odcinków ludzkiego DNA, które są bezpośrednio odpowiedzialne za prawidłowe tworzenie białek. Ta część kodująca, egzom, stanowi tylko około 1 procent całkowitego DNA, ale jest szczególnie istotna.

„Jednak w dwóch trzecich przypadków analiza egzomu nie prowadzi do postawienia diagnozy, co rodzi pytanie, co dalej robić” – mówi profesor Rami Abou Jamra. Jest profesorem genomiki medycznej na Uniwersytecie w Lipsku i kierownikiem diagnostyki genetycznej w Instytucie Genetyki Człowieka w Centrum Medycznym Uniwersytetu w Lipsku (UKL). „Dla pacjentów i ich rodzin jasna diagnoza wiele znaczy: nie tylko potwierdza, że ​​choroba nie jest ich winą, ale także otwiera drogę do publicznego uznania i, jeśli to możliwe, spersonalizowanego leczenia” – mówi lekarz.

Aby ocenić korzyści wynikające z sekwencjonowania genomu w porównaniu z sekwencjonowaniem egzomu, naukowcy z Broad Institute of MIT oraz Harvard i Harvard Medical School w Bostonie przeanalizowali 744 rodziny. Były to chore dzieci z podejrzeniem choroby genetycznej oraz ich rodzice. U niektórych z nich przeprowadzono już sekwencjonowanie egzomu, które nie pozwoliło na postawienie diagnozy. Instytut Genetyki Człowieka w Lipsku wykorzystał sekwencjonowanie genomu do analizy 350 rodzin w niezależnej kohorcie pacjentów, w przypadku której sekwencjonowanie egzomu nie rzuciło żadnego światła. Pierwsze 78 przypadków włączono do wspólnego badania z badaczami z Bostonu.

Stosując technikę zwaną sekwencjonowaniem krótkiego odczytu, całe DNA, czyli genom wszystkich rodzin, pocięto na miliardy małych kawałków i odczytano. Naukowcy przeanalizowali dane, korzystając z oprogramowania i algorytmów bioinformatycznych.

„W porównaniu z sekwencjonowaniem egzomu, sekwencjonowanie genomu zapewniło klarowność w dodatkowych 8% przypadków, czyli znacznie więcej” – wyjaśnia profesor Rami Abou Jamra, który kierował badaniami w Lipsku. „Ta metoda jest szczególnie pomocna, jeśli mutacja genetyczna powodująca chorobę wynika z braku bardzo małych odcinków DNA, wydłużenia niespecyficznych sekwencji lub jeśli mutacja w ogóle nie jest zlokalizowana w części kodującej” – mówi badacz , dodając: „W sekwencjonowaniu egzomu regiony kodujące są wyodrębniane z DNA w laboratorium i wzbogacane chemicznie, co niestety prowadzi do utraty jakości i informacji”. Ale to właśnie te informacje mogą dostarczyć kluczowych wskazówek. Ponadto segmenty genów poza egzomem również pełnią ważne funkcje, takie jak mechanizmy regulacyjne kontrolujące syntezę białek. Segmenty te są całkowicie pomijane w analizie egzomu. Docelowo naukowcy mają nadzieję zidentyfikować nowe wzorce i mechanizmy chorób poprzez kompleksowe spojrzenie na cały genom.

„Nasze dane sugerują, że sekwencjonowanie genomu powinno być stosowane szybciej, zwłaszcza gdy sekwencjonowanie egzomu nie zapewniło jasności” – mówi profesor Rami Abou Jamra. „W przeszłości w literaturze brakowało pewności co do tego, kiedy wskazane jest sekwencjonowanie genomu. Obecnie, częściowo dzięki pracom przeprowadzonym w Lipsku, uzyskany duży zbiór danych pokazuje, że wyniki z pewnością nadają się do zastosowania klinicznego, – mówi naukowiec.

Jak wskazuje profesor Rami Abou Jamra, kolejna zaleta sekwencjonowania genomu, choć obecnie jest wciąż około dwa i pół razy droższa niż sekwencjonowanie egzomu, ma charakter długoterminowy: odkrywane są i dokumentowane nowe mutacje genetyczne związane z chorobami na całym świecie, co oznacza, że ​​gdy dane dotyczące sekwencjonowania genomu będą dostępne, będzie można je łatwo ponownie zbadać w świetle nowej wiedzy.