ריצוף אקסומי מול ריצוף גנום מלא

ריצוף אקסום (Whole Exome Sequencing – ES) וריצוף גנום מלא (Whole Genome Sequencing – GS) הן טכנולוגיות מתקדמות לאפיון ואבחון של וריאציות גנטיות.

בעוד ES מתמקד ב-2% מהגנום האנושי (אקסונים המקודדים לחלבונים), GS סוקר את כלל ה-3.2 מיליארד זוגות הבסיסים, כולל אינטרונים ואזורים לא מקודדים.

ההבדלים הטכניים משפיעים על יכולת האבחון, העלות והשימוש הקליני.

בסקירה שלפניך נסביר על המשותף והשונה בין שתי הבדיקות המתקדמות, תוך מתן דגש על אפשרויות האבחון הגנטי שלהן בכל הנוגע לאבחון פגיעות גנטיות המוכרות ככאלה שגורמות לאוטיזם.

נקודות משותפות: עקרונות ושימושים

טכנולוגיית ריצוף מהדור הבא (NGS)

שתי השיטות מבוססות על ריצוף מסיבי במקביל, המאפשר סריקה מהירה של מיליוני מקטעי DNA.

עם זאת, GS דורש כיסוי רחב יותר (30x בממוצע) לעומת ES (100x בממוצע באזורים מקודדים), בשל נפח הנתונים הגדול.

שיפור אבחון מחלות גנטיות

מחקר מרתק וחשוב שהתפרסם במגזין Nature (2022) הראה כי GS מספק תוספת אבחון של 9% מעבר ל-ES בחולים עם חשד להפרעות מנדליאניות, בעיקר בזכות גילוי וריאנטים מבניים (CNVs) ואזורים לא מקודדים.

אנליזת טריו (Trio analysis) משלבת נתונים מהילד וההורים, ומגבירה את דיוק האבחון ב-50% לפי מחקר ב-Frontiers in Pediatrics (2023).

בבדיקת 224 ילדים, שילוב אנליזת CNV עם טריו-ES העלה את התשובה האבחונית ל-57.4%, לעומת 44.4% ללא CNV.

ייעוץ גנטי הכרחי

שתי הבדיקות מחייבות, בכל מקרה, ייעוץ גנטי לפני ואחרי הבדיקה, בשל הסיכוי לממצאים משניים (Secondary findings).

לפי מחקר ב-Genetics in Medicine (2018), שיעור הממצאים המשניים ב-ES נע בין 1%-3%, בהתאם לרשימת הגנים שנבדקת.

הבדלים קריטיים: יכולות טכניות ויישומים קליניים

כיסוי גנומי וסוגי וריאנטים

בדיקת אקסום ES מתמקדת ב-20,000 גנים מקודדים. מחקר שהתפרסם ב-PMC (2015) מצא כי הריצוף האקסומי מחמיץ כ-3% מהווריאנטים הקשורים למחלות באזורים מקודדים, עקב כיסוי לא אחיד.

כמו כן, בדיקת האקסום לא מזהה וריאנטים באינטרונים או באזורים רגולטוריים (למקדימי ביטוי גנים).

לדוגמה, מחקר שהתפרסם ב-Nature (2022) זיהה מוטציה בגן RAB39B הקשור לפיגור שכלי באמצעות GS, שנעדרה בנתוני ES עקב פער בכיסוי.

שיעורי האבחון של בדיקת אקסום

שיעור אבחון ממוצע של 30%-35% בילדים עם מומים מולדים או הפרעות נוירולוגיות, לפי מחקר שהתפרסם ב-Nature (2023).

באבחון טרום-לידתי: שיעור אבחון של 19% לעומת 26.7% בילדים.

בדיקת ריצוף גנום מלא מזהה 98% מהווריאציות הגנטיות, כולל CNVs, וריאנטים מבניים, ומוטציות באזורים לא מקודדים.

מחקר פרינטלי (2023) הראה כי GS איתר 25% יותר אבחנות בהשוואה ל-ES בעוברים עם מומים.

בדיקת ריצוף גנום מלא GS בעלת כיסוי אחיד יותר באקסונים. מחקר השוואתי ב-6 מטופלים מצא כי ל-GS כיסוי טוב יותר ב-81.5% מהאקסונים, עם פחות "חורים" טכניים.

שיעורי האבחון של בדיקת גנום מלא

בדיקת גנום מלא מעלה את שיעור האבחון ב-10%-34% בהשוואה ל-ES במחקרים שונים. מחקר אוסטרלי (2022) הראה כי GS איתר אבחנות ב-34% ממטופלים עם תוצאות ES שליליות.

בדיקת אקסום טריו עולה בישראל כ-6500 ש"ח ומחירה הולך ויורד עם השנים. בדיקת גנום מלא יקרה יותר בכ-50%.

בדיקת GS מייצרת קובץ נתונים בגודל 90 ג'יגה-בייט, לעומת 10 ג'יגה-בייט ב-ES, והדבר מצריך תשתית מחשוב ענן או שרתים ייעודיים.

זמן האנליזה הממוצע של בדיקת אקסום הוא 23 ימים בטכנולוגיות מתקדמות, בעוד שזמן האנליזה של בדיקת גנום מלא ארוך יותר ומגיע ל- 30-40 ימים בשל נפח הנתונים, אך טכנולוגיות AI כמו DRAGEN מקצרות את התהליך.

מתי לבחור בדיקת אקסום?

• בכל הריון שלא כל אשה על מנת לבדוק את ה-DNA העוברי.
• חשד למחלה מנדליאנית עם מוטציה ידועה באקסונים.
• מגבלות תקציב: עלות נמוכה בכ-50% מבדיקת גנום מלא.
• בעת שעולה הצורך בתשובה ואבחון מהירים יותר.

מתי לבחור בדיקת גנום מלא?

• תוצאות ES שליליות, במיוחד במחלות עם חשד למוטציות לא מקודדות למשל, אפילפסיה עמידה לטיפול.
• חשד ל-CNVs גדולים או מוטציות מבניות למשל, מחלות נוירו-התפתחותיות כמו אוטיזם.
• אבחון טרום-לידתי של מומים מורכבים.

בדיקת אקסום או ריצוף גנום מלא לאבחון אוטיזם

ריצוף אקסום (ES) וריצוף גנום מלא (GS) הם כלים קריטיים באבחון פגיעות גנטיות מוכרות הגורמות לאוטיזם.

בעוד ש-ES מתמקד ב-2% מהגנום המקודד לחלבונים, GS סוקר את כלל ה-3.2 מיליארד זוגות הבסיסים, כולל אזורים לא מקודדים ורגולטוריים.

מחקרים עדכניים מראים ש-GS מספק תוספת אבחון של 10-34% לעומת ES, עם יכולת לזהות וריאנטים מבניים (CNVs) ומוטציות באזורים רגולטוריים התורמים ל-14% ממקרי האוטיזם.

עם זאת, עלות GS גבוהה בכ-50% מזו של ES, וזמן העיבוד ארוך יותר.

כיסוי גנומי ויכולות אבחון

ריצוף אקסום (ES)

האזורים הנבדקים מתמקדים ב-20,000 גנים המקודדים לחלבונים המהווים 1%-2.5% מהגנום האנושי.

שיעור האבחון של בדיקת האקסום מגיע ל-25%-50% מהמאובחנים עם אוטיזם המלווה בפיגור שכלי או אפילפסיה.

במחקר בהשתתפות 18,000 מאובחנים עם אוטיזם, 90% מהם קיבלו תוצאות שליליות בבדיקות גנטיות קודמות, אך בדיקת האקסום איתרה אבחנה ב-37% מהמקרים עם תסמינים נלווים.

מגבלות:

מחמיץ 15% מהווריאנטים באזורים מקודדים עקב כיסוי לא אחיד.

אינו מזהה מוטציות באינטרונים או באזורים רגולטוריים הקשורים לגנים כמו SCN2A ו-CHD8

ריצוף גנום מלא (GS)

האזורים הנבדקים כוללים את כל הגנום, לרבות אינטרונים, אזורים לא מקודדים ו-CNVs.

שיעור האבחון של ריצוף גנום מלא מגיע ל-46.1% במומים עובריים מורכבים, עלייה של 17.2% לעומת ES.

במחקר שהתפרסם ב-SickKids על 7,000 מאובחנים עם אוטיזם, ריצוף גנום מלא זיהה 134 גנים חדשים הקשורים לאוטיזם, כולל CNVs ב-14% מהמקרים.

יתרונות קריטיים:

איתור וריאנטים מבניים (SVs) באזורים כמו CSMD1 ו-RBFOX1, שאינם ניתנים לזיהוי ב-ES.

גילוי מוטציות דה נובו באזורים רגולטוריים של גנים כמו SCN2A, התורמות ל-28% ממקרי האוטיזם עם תוצאות ES שליליות.

דוגמאות קליניות ממחקרים

מקרה 1: איתור מוטציות ב-SCN2A

במחקר שהתפרסם ב-SPARK שכלל 12,411 משתתפים, GS זיהה מוטציות דה נובו לא מקודדות בגן SCN2A, הקשורות ל-7% ממקרי האוטיזם.

מוטציות אלה, הממוקמות באזורים רגולטוריים של הגן, הוחמצו בבדיקות ES קודמות.

מקרה 2: גילוי CNVs ב-CHD8

במחקר שהתפרסם ב-MSSNG, בדיקת גנום מלא חשפה וריאציות במספר העותקים (CNVs) בגן CHD8 ב-2% מהחולים. וריאנטים אלה קשורים לפגיעות קוגניטיביות חמורות יותר בהשוואה למוטציות נקודתיות.

מקרה 3: אבחון מוטציות רגולטוריות ב-ACTG1

במחקר על 68 משפחות עם היסטוריה משפחתית של אוטיזם, GS איתר מוטציות הומוזיגוטיות באזורים רגולטוריים של הגן ACTG1, הגורמות לשיבושים בביטוי גנים מוחיים.

אקסום וריצוף גנום מלא: מגמות עתידיות

אחסון ועיבוד נתונים: GS מייצר קובץ נתונים בגודל 90 ג'יגה-בייט, הדורש תשתיות מחשוב עתירות ביצועים כפי שכבר הזכרנו.

כלים כמו Sei Framework משפרים את הפענוח של וריאנטים רגולטוריים, אך נדרשים אימותים פונקציונליים.

צפויה ירידה של 80% בעלויות ה-GS עד 2030, עם מעבר לטכנולוגיות ריצוף דור שלישי.

בעוד שבדיקת האקסום נותרה כלי אבחוני פרקטי למקרים עם חשד למוטציות מנדליאניות, הרי שבדיקת ריצוף גנום מלא מציעה יתרון מכריע בפענוח הגנטיקה המורכבת של אוטיזם.

יכולתה לאתר וריאנטים מבניים ומוטציות גנטיות רגולטוריות מגדילה את שיעור האבחון ב-34%, עם פוטנציאל לזיהוי גורמים גנטיים ב-85% מהמקרים שנותרו בלתי מוסברים.

השילוב בין AI לנתוני GS צפוי לחולל מהפכה באבחון מוקדם והתערבות מותאמת אישית. הבחירה בין ES ל-GS תלויה בשאלה הקלינית, זמינות משאבים ומורכבות המחלה.

בעוד ES מספק תשובה מהירה ויעילה למחלות מנדליאניות, GS מציע פתרונות למקרים מורכבים יותר, עם עלות-תועלת הולכת ומשתפרת.

קריאה נוספת: האם האוטיזם גנטי?