Technologia opracowana w ramach projektu KAUST wykorzystuje proste strategie biologii molekularnej do wyszukiwania regionów genomu podejrzanych o występowanie złożonych mutacji, delecji lub rearanżacji. Źródło: @ 2024 KAUST
NanoRanger firmy KAUST zapewnia szybką i precyzyjną diagnostykę zaburzeń genetycznych Mendla, skutecznie identyfikując krytyczne genetyczne punkty graniczne.
Pomimo szybkiego postępu w badaniach genetycznych, jaki nastąpił w ostatnich dziesięcioleciach, ponad połowa osób na całym świecie z podejrzeniem chorób genetycznych typu mendlowskiego nie ma dokładnej diagnozy molekularnej. Inni przechodzą ponad sześć lat testów, zanim zostanie postawiona diagnoza. Teraz badacze i naukowcy z KAUST Arabia Saudyjska opracowali NanoRanger, dokładną i szybką metodę genetycznego diagnozowania takich chorób w ciągu kilku godzin.
„Pilnie potrzebna jest precyzyjna, skuteczna diagnostyka genomowa, aby poprawić wyniki pacjentów i ułatwić badanie przesiewowe w kierunku nosicielstwa” – mówi dr Yingzi Zhang. kandydat w KAUST, nadzorowany przez Mo Li. „To badanie jest zgodne z wizją Arabii Saudyjskiej na rok 2030 — postęp w opiece zdrowotnej poprzez innowacje mające na celu poprawę jakości życia wszystkich obywateli”.
Zrozumienie zaburzeń mendlowskich i trudności w diagnozowaniu
Zaburzenia mendlowskie – w tym układ nerwowy i warunki rozwoju intelektualnego – są spowodowane albo zmianą w jednym konkretnym genie, albo nieprawidłową rearanżacją w jednym segmencie genomu. Każda choroba ma specyficzny „punkt przerwania” – genomową lokalizację wariantu strukturalnego, gdzie DNA zostanie usunięty, przestawiony lub odwrócony.
Chociaż warianty te można zidentyfikować przy użyciu tradycyjnych technik przesiewowych, sama złożoność przegrupowań oznacza, że często są one pomijane. Choroby mendlowskie są dziedziczne, zwłaszcza jeśli oboje rodzice są nosicielami tego samego wadliwego segmentu. Choroby takie występują częściej w regionach, w których powszechne jest zawieranie małżeństw między spokrewnionymi osobami (pokrewieństwo).
Technika NanoRanger: usprawnienie testów genetycznych
„NanoRanger wykorzystuje proste strategie biologii molekularnej, aby „wyłowić” regiony genomu podejrzane o występowanie złożonych mutacji, delecji lub rearanżacji” – mówi Li.
Technika ta jest opłacalna i wymaga jedynie niewielkiej ilości DNA od pacjenta lub podejrzanego nosiciela. NanoRanger pobiera próbkę genomowego DNA i za pomocą nożyczek molekularnych zwanych enzymami restrykcyjnymi dzieli DNA na kawałki o tych samych sekwencjach końcowych. Fragmenty te są następnie samoczynnie łączone w kręgi i amplifikowane, co ułatwia namierzanie i sekwencjonowanie interesujących regionów genomowych przy użyciu technologii sekwencjonowania o długim odczycie opracowanej przez firmę Oxford Nanopore Tecnologies.
Przełomy i przyszłe kierunki diagnostyki genetycznej
„Korzystając z naszego specjalnie opracowanego narzędzia do analizy danych, NanoRanger dokładnie odwzorowuje punkty przerwania w rozdzielczości pojedynczej pary zasad, zapewniając szczegółowy obraz, który pomaga zdiagnozować zaburzenie genetyczne” – mówi Zhang. „Diagnoza może nastąpić już po 12 minutach od wstępnego sekwencjonowania, co zmienia zasady gry”.
W badaniach przeprowadzonych we współpracy z grupą saudyjskich klinicystów pod przewodnictwem Fowzana Alkurayi w specjalistycznym szpitalu i centrum badawczym King Faisal, NanoRanger z powodzeniem zidentyfikował precyzyjne punkty graniczne w 13 rodzinnych przypadkach zaburzeń genomicznych, które nie zostały pominięte w konwencjonalnych testach genetycznych. Wykorzystując te punkty graniczne, badacze sprawdzili następnie status nosiciela spokrewnionych członków rodziny i 1000 zdrowych Saudyjczyków.
Metoda testowania skłoniła jedną z par Arabii Saudyjskiej biorących udział w badaniu do wyboru zapłodnienia in vitro po tym, jak stwierdzono u obojga delecję genomową wynikającą z dziedzicznej choroby mendlowskiej.
„Złożyliśmy wniosek o patent i planujemy zintegrować NanoRanger ze standardowymi procedurami diagnostycznymi, aby zapewnić kompleksowy zestaw narzędzi do zastosowań klinicznych, zarówno tutaj, w Arabii Saudyjskiej, jak i na całym świecie”, podsumowuje Li.
Odniesienie: „NanoRanger umożliwia szybkie usuwanie zaburzeń genomicznych przy użyciu pojedynczej pary zasad” 23 lipca 2024 r., Med.
DOI: 10.1016/j.medj.2024.07.003
