הגורם למחלות נדירות מתגלה יותר ויותר באמצעות רצף גנום, הכולל קריאת ה-DNA האנושי כולו על ידי פירוקו לחתיכות קטנות – קריאה קצרה. כריסטיאן גיליסן, ליסנקה ויסרס ועמיתיו גילו שטכניקה חדשה המשתמשת בקריאה ארוכה יעילה אפילו יותר באיתור סיבות מורכבות. הם מדווחים ששמונים עד תשעים אחוז מהמקרים היו ניתנים לזיהוי, כפי שנאמר בכתב העת American Journal of Human Genetics.
מחלות נדירות נובעות בדרך כלל מסיבות גנטיות. סיבות אלו מזוהות לעתים קרובות יותר ויותר באמצעות טכניקות של רצף גנום. רצף הגנום בוחן את כל הגנום של אדם, המורכב מיותר מ-3 מיליארד אבני בניין של DNA.
פספס מידע
כדי לקרוא גנום, DNA נחתך תחילה לחתיכות קטנות של כ-300 אותיות, המכונה קריאה קצרה. חלקים אלה נקראים ואז מורכבים מחדש עד למיפוי הגנום המלא.
שיטה זו אפשרה לנו לזהות את הגורם ללא מעט מחלות נדירות".
כריסטיאן גיליסן, פרופסור לביואינפורמטיקה של הגנום, Radboudumc
עם זאת, לטכניקת הקריאה הקצרה יש גם חסרונות. את האוסף העצום של חלקים גנטיים קטנים לא תמיד ניתן להרכיב מחדש במקומות הנכונים בדיוק. זה נכון במיוחד עבור קטעים חוזרים ארוכים מאוד של DNA (חוזרות) ועבור פיסות DNA שנמחקו, הוכנסו או סדרו מחדש (טרנסלוקציות). כדי לפצות על בעיות אלה בקריאה קצרה, משתמשים לעתים קרובות בכמה טכניקות אחרות כדי לזהות מה ייתכן שהחמצה.
קריאה ארוכה
בשנים האחרונות צמחה טכניקת רצף חדשה המבוססת על קריאות ארוכות, בין היתר על ידי PacBio HiFi רצף. בטכניקה זו ניתן לקרוא מקטעים גנטיים של 20,000 אותיות, בניגוד ל-300 אותיות של קריאה קצרה. ויסרס, פרופסור לגנומיקה תרגום ב-Radboudumc מסביר, "בתחילה, הטכניקה הזו הייתה פחות מדויקת ודי יקרה, אך כעת היא הפכה אמינה ומשתלמת הרבה יותר. לכן, שאלנו את עצמנו: האם נוכל להחליף את הקריאה הקצרה ואת כל הבדיקות הנוספות האם קריאות ארוכות יצליחו ללכוד מספיק מוטציות גנטיות כדי שנוכל להחליף את הקריאה הקצרה ובדיקות משלימות אחרות במרפאה בקריאה ארוכה?"
מעל תשעים אחוז
גיליסן ועמיתיו בחרו 100 דגימות שבהן היה קשה לזהות את הסיבות הגנטיות למחלות נדירות בחקירות קודמות באמצעות קריאה קצרה בשילוב בדיקות משלימות שונות. דגימות אלה נבדקו כעת אך ורק באמצעות קריאות ארוכות. גיליסן אומר, "בקריאה ארוכה, זיהינו מיד 83 אחוז מהגורמים. לאחר בדיקה נוספת גילינו ש-10 אחוזים נוספים זוהו על ידי הטכניקה אך לא זוהו באופן אוטומטי. עבור 7 האחוזים הנותרים, שיפורים נוספים ב- טכניקה עשויה להיות נחוצה בעיקרו של דבר, אנו קולטים כעת 93 אחוזים מהסיבות במבחן המאתגר יותר הזה. מסיבות פחות קשות, סביר להניח שאחוז זה גבוה אף יותר".
הפעלה וכיבוי של גנים
לקריאה ארוכה יש גם יתרון של מיפוי ישיר של מתילציה. מתילציה היא תהליך שבאמצעותו גנים מופעלים או מכבים באמצעות שינויים כימיים ב-DNA. גיליסן אומר, "קריאה קצרה לא יכולה לעשות את זה, ואתה צריך בדיקה נוספת בשביל זה. כללנו דוגמה לכך בדגימות שלנו. בדרך כלל, הגן של האם פעיל והגן של האב לא פעיל, אבל במקרה הזה החולה לא קיבל גן מהאב ושני גנים של האם. זה היה הגורם למחלה הנדירה הזו, אבל הצלחנו לזהות מיד דוגמה נדירה ומורכבת.
מבחן אחד
בשנים האחרונות נערך מחקר נוסף על השימוש בקריאות ארוכות עבור יישומים קליניים. לדברי ויסרס, זו הפעם הראשונה בה נערכת השוואה ישירה כזו בין 100 גורמים ידועים וקשים לאיתור למחלות נדירות ושימוש בקריאה ארוכה. עם תוצאות חיוביות, היא אומרת. "עם שיפורים נוספים בטכניקה וירידת מחירים, נראה כי בעתיד הקרוב קריאה ארוכה היא השיטה המועדפת להפרעות נדירות מבחינת איכות, קלות שימוש – בדיקה אחת במקום כמה – ומחיר סביר".