XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Молекулярная диагностика в настоящее время играет важную роль в медицине и, так множество заболеваний связано с накоплением мутаций в молекуле ДНК. В настоящее время для анализа нуклеотидной последовательности ДНК широко используются традиционные подходы, включая методы секвенирования по Сэнгеру.

Секвенирование ДНК - это определение первичной нуклеотидной последовательности. При формальном описании первичной структуры макромолекулы, размеры секвенируемых участков ДНК обычно не превышают 100 пар нуклеотидов и 1000 пар нуклеотидов при секвенировании по Сэнгеру. Современная наука для секвенирования генов обычно применяет метод Сэнгера с дидезоксинуклеозидтрифосфатами. До начала проведения секвенирования производят амплификацию участка ДНК, то есть процесс образования дополнительных копий участков хромосомной ДНК, которые обычно содержат в себе определённые гены или участки структурного гетерохроматина. Учаток ДНК определяется при помощи полимеразной цепной реакции, смысл которой заключается в увеличении малых концентраций фрагментов ДНК.

В отличии от секвенаторов, построенных на основе классического метода Сенгера, технологии секвенирования нового поколения дают большое количество сравнительно коротких нуклеотидных последовательностей. На данный момент наиболее распространенными технологиями высокопроизводительного секвенирования являются: секвенирование путем синтеза с обратимой терминацией (Illumina), пиросеквенирование (Roche), секвенирование путем лигирования (SOLiD), полупроводниковое секвенирование (Ion torrent).

Технологии NGS позволяют секвенировать одновременно несколько тысяч молекул ДНК, тем самым повышая скорость исследования и увеличивая объем получаемых данных, при этом снижая себестоимость анализа. Секвенирование нового поколения увеличивает шансы обнаружить гены, которые причастны к возникновению редких геномных заболеваний.

Большое колличество технологий высокопроизводительного секвенирования включают в себя следующие этапы: подготовку библиотек, непосредственно секвенирование и анализ данных, полученных в результате исследования.

После секвенирования полученные данные могут быть обработаны с помощью биоинформатика или специального программного обеспечения, установленного на приборе или сервере. Данные проходят несколько этапов обработки: исключение ридов с низким качеством прочтения, выравнивание данных относительно референсной последовательности или сборку последовательности de novo и возможность анализировать результаты секвенирования, позволяющую определять тип генетических вариантов, наследственный характер, оценивать уровень экспрессии генов, идентифицировать новые гены и элементы, регулирующие их.

Метод секвенирование получил применение в медицине. С помощью данного метода проводят диагностику генетических заболеваний исследование фармакогенетических свойств, предрасположенность к раковым и опухолевым заболеваем, полногеномный анализ инфекционных возбудителей, метагеномов. С помощью секвенирования нового поколения стало возможным выявления генов, отвечающих за неблагоприятный исход, которые стали причиной лейкоза, злокачественного заболевания кровеносной системы. Метод NGS позволяет врачам подойти к заболеванию персонально и подобрать индивидуальное лечение.

Также данный метод применим для идентификации микроорганизмов, которые стали причиной инфекционного заболевания. Расшифровка генома патогенного микроорганизма, в том числе вызывающего летальный исход, позволяет подобрать индивидуальное лечение и профилактику. NGS используется для выявления резистентности бактерий к антибиотикам.

Метод применим и при трансплантологии органов и тканей. Технология секвенирования нового поколения позволяет в кратковременные сроки подобрать донора и с высокой точностью определить их совместимость по HLA.

Наука многие года пытается создать человека с высокой резистентностью ко многим заболеваниям, вмешиваясь в его ДНК. С помощью секвенирования нового поколения китайский ученый Цзянькуй Хэ отредактировал геном эмбриона и попытался создать человека с устойчивостью к ВИЧ инфекции.

Применение технологий секвенирования может значительно ускорить развитие медицины, позволить диагностировать заболевания на ранних стадиях, уменьшая риск летальных исходов и перехода легких форм в хронические, подобрать индивидуальное лечение и терапию, тем самым способствуя улучшению здоровья и жизни в мировом масштабе.

Используемая литература;

 1)Молекулярная биология клетки: в 3-х т. / Б. Альбертс [и др.]  — М.: Мир, 1994. — Т. 1. — 517 с.

2)  Глик Б. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение / Б. Глик, Дж. Пастернак. — М.: Мир, 2002. — 589 с.

3)Кнорре Д. Г. Биологическая химия / Д.Г. Кнорре, С.Д.Мызина. — М.: Высшая школа, 2000. — 479 с.

4) Северин Е.С. Биохимия / Е.С. Северин – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. – 212с.

5) Касьянов, А.С. Новые методы обработки данных, полученных с помощью современных технологий секвенирования, для решения задач анализа экспрессии генов: автореф. дис. на соск. учен. степ. канд. физ-мат наук (03.01.03) / Касьянов Артем Сергеевич. - Москва, 2012. – 24 с.

6) Новикова Е.И., Снигирева Г.П. Секвенирование «нового поколения» (NGS): применение для молекулярно-генетических исследований в онкологии [Электронный ресурс]. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sekvenirovanie-novogo-pokoleniya-ngs-primenenie-dlya-molekulyarno-geneticheskih-issledovaniy-v-onkologii