NGS چیست و کاربرد آن در تشخیص و درمان
مقدمه بر NGS
NGS (Next Generation Sequencing) مجموعهای از نرمافزارها و دستگاههای ضروری است که برای خواندن توالیهای DNA استفاده میشود. کارشناسان از این دادهها برای به دست آوردن اطلاعات مفید در مورد بیماریهای ناشناخته یا انتخاب بهترین درمان برای بیماریهایی مانند سرطان استفاده میکنند. در ادامه با هم به بررسی ساختار DNA، نحوه تغییر آن و ارتباط این تغییرات با بیماری میپردازیم و نقش روشهای NGS را در این زمینه بیشتر بررسی خواهیم کرد.
کاربرد NGS در تشخیص و درمان
DNA از واحدهای کوچکتری به نام نوکلئوتید تشکیل شده است و هرگونه تغییر در آنها مانند جایگزینی، حذف یا اضافه کردن یک عدد میتواند عواقب زیانباری برای انسان داشته باشد. این تغییرات جهش نامیده میشوند.
تشخیص این تغییرات در توالی DNA با خواندن نوکلئوتیدها امکانپذیر است که به آن توالییابی میگویند. اولین نسل از روشهای توالییابی، توالیهای کوچک DNA را رمزگشایی میکردند، در حالی که پیشرفت این روشها ژنوم انسانی سه میلیارد نوکلئوتید را تعیین توالییابی کرد. در گذشته، این فرآیند با هزینهای حدود سه میلیارد دلار در سیزده سال انجام میشد، اما اکنون با قیمت کمتر از هزار دلار در دو ساعت انجام میشود. این روشهای بسیار ارزشمند، بهاصطلاح توالییابی نسل بعدی (NGS) نامیده میشوند که به عنوان روشهای پرتوان با سرعت بسیار بالا طبقهبندی میشوند.
مراحل کلیدی NGS
- تهیه کتابخانه
- ترتیببندی
- تجزیه و تحلیل دادهها
خواندن میلیونها بخش به طور همزمان و موازی تنها در یک اجرای دستگاه، یک فایل خروجی جامع از خواندههای نوکلئوتید ژنوم به نام FASTQ ایجاد میکند.
کاربردهای NGS
بخشهایی از DNA که به RNA رونویسی میشوند، مناطق کد کننده یا ژن نامیده میشوند. همچنین میتوان از روشهای توالییابی برای شمارش رونوشتهای RNA که از DNA در هر سلول ساخته میشود، استفاده کرد و با کمک آنها میزان بیان ژن در بافتهای مختلف را بررسی کرد. به این میدان توالییابی RNA میگویند.
از دیگر کاربردهای NGS میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- میکروبیولوژی و ویروسشناسی
- پزشکی قانونی
- تشخیص ناهنجاریهای جنین قبل از تولد با استفاده از توالیهای DNA جنین منتشر شده در خون مادر (cffDNA)
تجزیه و تحلیل دادههای NGS
اگرچه روشهای NGS فناوری پیشرفتهای را برای خواندن نوکلئوتیدها با خطای بسیار کم ارائه میدهند، اما بخش مهمی برای محقق برای رسیدن به پاسخ به تحلیل صحیح و اصولی این خروجی بستگی دارد. این مسیر شامل بررسی کیفیت فایلهای خواندهشده FASTQ و انجام اصلاحاتی مانند حذف توالیهای اضافی در طول فرآیند برش، سپس تراز کردن یا تراز خواندن با ژنوم مرجع برای به دست آوردن تفاوتهایی است که خروجی حاصل در فایلی به نام VCF ذخیره میشود.
این فرآیند فراخوانی متغیر نامیده میشود. سپس فایلهای VCF با کمک اطلاعات حاشیهای در مورد واریانتها در طول فرآیند حاشیهنویسی پر میشوند و در نهایت با کمک دستورالعملهای فیلتر موجود، نوع بیماری اصلی انتخاب میشود.
آینده NGS و نیاز به تحلیلگران مجرب
به همین دلیل است که امروزه با توجه به کاربردهای گسترده NGS در تشخیص و درمان، یادگیری روش صحیح تجزیه و تحلیل دادههای NGS از ارزش بالایی برخوردار است و نیاز روزافزون جامعه به تحلیلگران مجرب در زمینه NGS بسیار مشهود است. در این زمینه، آزمایشگاه ژنیران، یکی از معدود مراکز در ایران، آموزش کامل تجزیه و تحلیل دادههای NGS را به صورت حضوری برای دانشمندان ارائه کرده است. علاقهمندان پس از گذراندن این دوره در بازار کار بسیار خوبی قرار میگیرند و بسته به تواناییهای فردی میتوانند به عنوان تحلیلگر در همان مرکز استخدام شوند. آزمایشگاه بر حوزه آموزشی در زمینه خدمات نیز فعالیت میکند. این خدمات شامل استخراج RNA و DNA، ارسال نمونه به شرکتهای توالییابی و در نهایت تجزیه و تحلیل دادههای مرحله FASTQ برای نوشتن گزارش میباشد.
جدول مقایسه نسلهای مختلف توالییابی
| نسل توالییابی | هزینه (تقریباً) | زمان انجام | دقت |
|---|---|---|---|
| نسل اول | 3 میلیارد دلار | 13 سال | کم |
| نسل دوم | کمتر از 1000 دلار | 2 ساعت | بسیار بالا |
سوالات متداول (FAQ)
1. NGS چیست و چه کاربردهایی دارد؟
NGS یک روش پیشرفته برای توالییابی DNA است که در تشخیص و درمان بیماریها، به ویژه سرطان، کاربرد دارد.
2. چه نوع تغییراتی در DNA میتواند تأثیرگذار باشد؟
تغییرات شامل جایگزینی، حذف یا اضافه کردن نوکلئوتیدها هستند که میتوانند منجر به جهشهای زیانبار شوند.
3. چگونه میتوان دادههای NGS را تجزیه و تحلیل کرد؟
تحلیل دادههای NGS شامل بررسی کیفیت فایلهای FASTQ، تراز کردن با ژنوم مرجع و استفاده از فایلهای VCF برای شناسایی واریانتها است.
نکات عملی برای سال 2026
- همواره بهروز باشید و از جدیدترین نرمافزارها و تکنیکهای تجزیه و تحلیل دادههای NGS استفاده کنید.
- در انتخاب مراکز آموزشی معتبر برای یادگیری NGS دقت کنید.
- به همکاری با دیگر متخصصان در زمینههای مختلف ژنتیک و بیوانفورماتیک توجه کنید.
