Komplexa diagnoser kan lösas med ny teknik
Med hjälp av en ny teknik, långläsnings-sekvensering, som gör det möjligt att analysera DNA i mycket större detalj än tidigare har ett team av svenska kliniker och forskare upptäckt en oväntad komplexitet i kromosomavvikelser. Studien öppnar dörren för mer precis och effektiv behandling av patienter med sällsynta hälsotillstånd som idag saknar tydliga diagnoser.
För patienter med sällsynta hälsotillstånd som orsakas av komplexa kromosomavvikelser har dagens standardmetoder inom rutinsjukvård varit otillräckliga. Den nya tekniken, långläsnings-sekvensering, kan dock förändra detta. Tekniken möjliggör läsning av DNA-sekvenser som är upp till 50 gånger längre än vad som är möjligt med traditionell sekvensering, vilket ger en betydligt djupare insikt i patienternas genetiska profil.
Ett nationellt forskarteam har nu använt långläsnings-sekvensering för att analysera kromosomavvikelser hos patienter med komplexa hälsotillstånd. Resultaten överraskade forskarna då tekniken avslöjade en ännu större genetisk komplexitet än vad tidigare metoder hade visat.
– Vi blev överraskade av resultatet från långläsning av DNA. Vi upptäckte en större komplexitet än vad vi hade förväntat oss för alla typer av avvikelser, säger studiens sisteförfattare Anna Lindstrand, professor i klinisk genetik, vid institutionen för molekylär medicin och kirurgi, Karolinska Institutet och överläkare vid Karolinska universitetssjukhuset.
Många patienter med dessa komplexa kromosomavvikelser drabbas av utvecklingsförseningar, men det finns även fall där individerna är friska och endast söker vård på grund av fertilitetsproblem. I dessa fall orsakar kromosomförändringarna inga symptom hos individen själv, men kan leda till svårigheter att få barn eller medicinska problem hos barnet.
Samarbete över forskningscentra
Studien som leddes av forskare vid Karolinska Institutet och Uppsala universitet har engagerat kliniker och forskare från hela Sverige.
– Styrkan i projektet ligger i det breda samarbetet mellan forskare och kliniker från alla Genomic Medicine Centers och nationella forskningsplattformar, Clinical Genomics och National Genomics Infrastructure, vid SciLifeLab. Vi kunde testa denna banbrytande teknik på kliniska prover, förklarar studiens sisteförfattare Lars Feuk, professor vid Uppsala universitet och co-director för SciLifeLab National Genomics Infrastructure.
Totalt analyserades 16 prover från 13 familjer, där kliniska laboratorier från Sveriges regioner med universitetssjukvård deltog.
Praktiska fördelar för kliniken
En viktig fråga studien svarar på är att det DNA som prepareras enligt dagens standardmetoder i kliniken, och som redan finns sparat i biobanker, kan användas för långläsnings-sekvensering. Detta gör tekniken enklare att införa i rutinsjukvården och sparar både tid och pengar.
– Särskild preparation för långläsning kan ge något längre sekvenser, men vi föreslår att använda vanliga DNA-protokoll för att minska kostnader och handläggningstid, tillägger Lindstrand.
Framtidens diagnostik
Ett särskilt bioinformatiskt analysflöde – en så kallad pipeline – har utvecklats för att tolka den detaljerade data som långläsnings-sekvenseringen ger.
– Vi har byggt en pipeline som gör det möjligt att sätta ihop bitarna och lösa pusslet med kromosomavvikelser. Den här tekniken är redo att implementeras i klinisk användning, säger studiens försteförfattare Jesper Eisfeldt, forskare vid institutionen för molekylär medicin och kirurgi, Karolinska Institutet.
Även om långläsnings-sekvensering fortfarande är dyrare än traditionella metoder, förutspår forskarna att tekniken inom fem år kommer att bli standard i klinisk diagnostik av sällsynta hälsotillstånd.
– Det sker en extremt snabb utveckling av teknologier för långläsnings-sekvensering, vilket innebär att allt fler individer kommer kunna analyseras med högre precision och till en lägre kostnad, säger studiens försteförfattare Adam Ameur, bioinformatiker vid Uppsala universitet och SciLifeLab National Genomics Infrastructure.
Den ökade precisionen kan också minska behovet av flera parallella tester, vilket ytterligare skulle sänka kostnaderna.
– Den här studien visar att steget till klinisk implementering av långläsnings-sekvensering är kortare än vi trott, avslutar Anna Lindstrand.
Publikation
”A national long-read sequencing study on chromosomal rearrangements uncovers hidden complexities”, Jesper Eisfeldt, Adam Ameur, Felix Lenner, Esmee Ten Berk de Boer, Marlene Ek, Josephine Wincent, Raquel Vaz, Jesper Ottosson, Tord Jonson, Sofie Ivarsson, Sofia Thunström, Alexandra Topa, Simon Stenberg, Anna Rohlin, Anna Sandestig, Margareta Nordling, Pia Palmebäck, Magnus Burstedt, Frida Nordin, Eva-Lena Stattin, Maria Sobol, Panagiotis Baliakas, Marie-Louise Bondeson, Ida Höijer, Kristine Bilgrav Saether, Lovisa Lovmar, Hans Ehrencrona, Malin Melin, Lars Feuk, and Anna Lindstrand. Genome Res. 2024 Oct 29. doi: 10.1101/gr.279510.124. Online ahead of print.
Long-read sequencing – långläsnings-sekvensering
- Längre läsavstånd: Långläsnings-sekvensering kan läsa av DNA-strängar på 10 000 baspar eller längre, vilket är betydligt längre än traditionella metoder som short-read sequencing, som läser 100–300 baspar.
- Högre noggrannhet för komplexa områden: Tekniken är särskilt användbar för att analysera komplexa områden i genomet, såsom repetitiva sekvenser och strukturella variationer, som kan vara svåra att sekvensera korrekt med kortare läsningar.
- Vanliga tekniker: De två mest använda teknologierna för långläsnings-sekvensering är Pacific Biosciences (PacBio) och Oxford Nanopore Technologies, som använder olika metoder för att sekvensera DNA.
- Användningsområden: Långläsnings-sekvensering används inom områden som genetik, cancerforskning, och evolutionär biologi för att upptäcka komplexa mutationer, studera genomvariationer och för helgenomsekvensering av nya arter. Långläsnings-sekvensering ger också information utöver sekvenseringsdata, såsom epigenetik (metylering), d.v.s hur en gen slås på och av.