Obor molekulární biologie má za cíl vysvětlovat podstatu fungování živých procesů na úrovni molekul identifikováním mechanismů, které produkují takové procesy. Fundamentální objevy popisující přirozené systémy živé přírody vedly k odvození molekulárních technologií, které fungují in vitro. Jejich vlastní použití nejenže dále prohlubuje poznání v oboru molekulární biologie, ale je klíčové pro zlepšování prevence, diagnostiky a léčby lidských onemocnění. Tento souhrnný článek pojednává o zásadních molekulárně genetických metodách, jejichž vývoj v uplynulých 25 letech umožnil jejich uplatnění v diagnostice a monitorování hemato(onko)logických onemocnění, a které zásadním způsobem přispěly ke zlepšení prognózy pacientů a léčebných přístupů.
The field of molecular biology aims to explain the fundamentals governing living processes at molecular level by identifying mechanisms that produce such processes. Central discoveries describing the innate systems of living nature helped derive molecular technologies that work in vitro. The application of these methods has not only improved understanding of molecular biology but has also helped to improve prevention, diagnosis and treatment of human diseases. This review focuses on the key technologies of molecular genetics and their development over the past 25 years. The application of these methods in the diagnosis and monitoring of haemato(oncolo)gical patients that have helped significantly to improve prognosis and treatment approaches, is described.
Metoda sekvenování nové generace (NGS) se stala velmi populární v biomedicínském výzkumu i v klinické praxi zejména proto, že umožňuje rychlý a detailní vhled do genomu pacienta. V kontextu nádorových onemocnění umožňují metody NGS přesnou detekci jak zárodečných záměn, tak zejména somatických mutací, které mohou pomoci rychle a precizně stanovit diagnózu a přizpůsobit léčbu podle individuálních potřeb pacienta. Vývojem nových výpočetních metod a jejich aplikací za účelem precizního zpracování NGS dat se zabývá vědní obor bioinformatika. Bioinformatická analýza je komplexní proces, jehož správné nastavení je klíčové pro získání relevantních výsledků. Je proto nutné, aby bioinformatik detailně porozuměl biologické podstatě sledovaného jevu, jako je například vznik genových mutací v průběhu onemocnění. Z hlediska bioanalytika i lékaře je naopak užitečné znát jak možnosti a limity NGS technologie, tak i základní bioinformatickou terminologii, na základě které jsou pak schopni s bioinformatiky efektivně komunikovat. V této souhrnné práci se proto autoři snaží obecně popsat bioinformatickou analýzu sekvenačních dat s důrazem na vysvětlení základních pojmů používaných v oblasti analýzy NGS dat.
Next generation sequencing (NGS) has become very popular both in research and clinical practice, in particular because it allows detailed and rapid insight into the patients genome, which can help to diagnose a disease quickly and precisely and thus enable treatment administration based on individual patient needs. The development of novel computing methods and their application for accurate processing of NGS data is the objective of the scientific field of bioinformatics. Bioinformatic analysis is a complex process and its precise set-up is absolutely crucial for obtaining relevant results. Thus, it is necessary for bioinformaticians to understand the biological principles of the given analysis, such as the development of somatic mutations during disease course. From the perspective of a bio-analyst or physician, it is essential to understand the challenges and limits of NGS technology; basic knowledge of bioinformatics and its terminology allows for effective communication with bioinformaticians. In this review, the authors attempt to describe bioinformatic analysis with emphasis on explaining the basic concepts used in the NGS data analysis.
- Klíčová slova
- sekvenování nové generace (NGS),
- MeSH
- lidé MeSH
- sekvenční analýza DNA * metody trendy MeSH
- výpočetní biologie MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
- Publikační typ
- přehledy MeSH
- MeSH
- bolest * farmakoterapie genetika prevence a kontrola MeSH
- epigenomika metody trendy MeSH
- genetika * klasifikace organizace a řízení trendy MeSH
- genom genetika imunologie účinky léků MeSH
- genomika metody trendy MeSH
- lidé MeSH
- magnetická rezonanční tomografie metody trendy využití MeSH
- management bolesti metody trendy využití MeSH
- paliativní péče metody trendy využití MeSH
- pilotní projekty MeSH
- preventivní lékařství * metody organizace a řízení trendy MeSH
- psychoterapie metody trendy MeSH
- sekvenční analýza DNA metody trendy využití MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
Ke standardním postupům při molekulárně genetických analýzách biologického materiálu se postupně i v pediatrické genetické praxi zavádí metoda sekvenování nové generace (NGS) a mikroarray techniky. Ve srovnání s klasickou „cílenou“ genetickou indikací zaměřenou na konkrétní část DNA tyto metody přinášejí možnost detekce celého lidského genomu s vysokým rozlišením, čím se rozšiřuje potenciál objevení genetické příčiny různých klinických diagnóz. Analýza chromozomů pomocí techniky mikroarray (CMA) představuje moderní diagnostickou metodu, ktera umožňuje odhalit genomické abnormality týkající se široké škály poruch psychomotorického a mentálního vývoje, mnohočetných kongenitálních malformací a problémů s učením a chováním u dětí. CMA zahrnuje metodu CGH array (komparativní genomická hybridizace) a SNP (single nucleotide polymorphism) array. Obě metody umožňují detekci genomických variant CNV (copy number variants, variabilita počtu kopií určitých sekvencí), jakými jsou mikrodelece či mikroduplikace. Frekvence záchytu CNV je nejvyšší (20–25 %) ve skupině dětí se středně těžkým až těžkým stupněm mentální retardace v kombinaci s kongenitálními anomáliemi nebo dysmorfickými črtami. Navíc se změna CNVs nachází i u 5 –10 % případů autistických dětí, opět častěji v kombinaci s nápadným fenotypem. V diagnostickém procesu u dětí s mentální retardací a poruchami řeči, vývoje, učení a chování se tyto moderní genetické technologie postupně stávají metodou první volby, jelikož můžou přinést cenné diagnostické informace u takto postižených dětí a jejich rodin.
Next generation sequencing (NGS) and microarray analysis are being used with increasing frequency in pediatric genetic research. Compared with traditional „targeted“ genetic analyses that focus on a limited portion of the human genome, these methods produce significantly larger quanties of data, increasing the potential for wide-ranging and clinically meaningful applications. Chromosomal microarray analysis (CMA) has emerged as a new useful diagnostic method to identify genomic abnormalities associated with a wide range of developmental delay including mental retardation, congenital malformations, cognitive and language impairment as whole as multiple congenital abnormalities. CMA includes array comparative genomic hybridization (CGH) and single nucleotide polymorphism (SNP) arrays. Both methods are powerful for detection of genomic copy number variants (CNV) such as microdeletions or microduplications. Genomic abnormalities occur with the highest frequency (20–25 %) in children with moderate to severe mental retardation combined with congenital malformations or dysmorphic features. However, disease-causing CNVs are found in 5 –10 % children with autistic spectrum disorders and atypical phenotypes. Nowadays CMA should replace classical karyotype examination as the first-tier test for genetic evaluation of children with developmental and behavioral delay. Potent new genetic technologies may discern important diagnostic information in this group of children and their families. congenital anomalies, autism.
- Klíčová slova
- sekvenování nové generace,
- MeSH
- autistická porucha diagnóza genetika MeSH
- chromozomální aberace MeSH
- cytogenetické vyšetření trendy MeSH
- dítě MeSH
- genetické poradenství * etika metody trendy MeSH
- genetické testování etika trendy MeSH
- genom MeSH
- lidé MeSH
- mentální retardace diagnóza genetika MeSH
- mikročipová analýza * trendy využití MeSH
- psychomotorické poruchy diagnóza genetika MeSH
- sekvenční analýza DNA * trendy využití MeSH
- těhotenství MeSH
- vrozené vady diagnóza genetika MeSH
- Check Tag
- dítě MeSH
- lidé MeSH
- těhotenství MeSH
- ženské pohlaví MeSH
- Publikační typ
- práce podpořená grantem MeSH
- přehledy MeSH
- MeSH
- genetické testování etika metody MeSH
- informovaný souhlas pacienta MeSH
- kardiovaskulární nemoci genetika terapie MeSH
- lékařská etika MeSH
- lékařská genetika etika MeSH
- lidé MeSH
- mutace genetika MeSH
- sekvenční analýza DNA etika metody trendy MeSH
- šíření informací MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
- Publikační typ
- časopisecké články MeSH
- přehledy MeSH
- MeSH
- dědičnost genetika MeSH
- dějiny 20. století MeSH
- genom lidský MeSH
- genomika etika trendy MeSH
- lékařská etika MeSH
- lidé MeSH
- sekvenční analýza DNA * dějiny ekonomika etika trendy využití MeSH
- Check Tag
- dějiny 20. století MeSH
- lidé MeSH
- Publikační typ
- historické články MeSH
Sekvenování nové generace, nazývané také masivně paralelní sekvenování (MPS), je v současnosti nejrychleji se rozvíjející metodou molekulární genetiky, která přinese zlom v oblasti personalizované medicíny. V tomto přehledu stručně popisujeme hlavní typy MPS, kterými jsou celogenomová a exomová sekvenace, sekvenace transkriptomu a amplikonové sekvenování. Dále je uveden souhrn výhod, nevýhod a možných aplikací technologií nabízených v současnosti v České republice.
Next generation or massive parallel sequencing (MPS) is a rapidly advancing method in molecular genetics that will bring significant changes in the personalized medicine field. In this review we briefly describe major types of MPS, including whole-genome, -exome, -transcriptome and amplicon sequencing. We also present an overview of the advantages, drawbacks and possible applications of sequencing technologies available in the Czech Republic.
- Klíčová slova
- masivně paralelní sekvenování, amplikonové sekvenování, sekvenování nové generace,
- MeSH
- exom MeSH
- lidé MeSH
- sekvenční analýza DNA * ekonomika přístrojové vybavení trendy MeSH
- sekvenční analýza RNA metody MeSH
- transkriptom MeSH
- vysoce účinné nukleotidové sekvenování * ekonomika metody přístrojové vybavení MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
- Publikační typ
- práce podpořená grantem MeSH
- přehledy MeSH
Druhá a třetí generace sekvenování DNA přinášejí nebo mají potenciál zlepšení důležitých parametrů jako je přesnost, rychlost nebo cena. Každá z konkrétních metod je zaměřena na různě dlouhé fragmenty DNA. Metody první generace vycházejí ze Sangerovy metody. Metody druhé generace k sekvenaci využívají stejný přístup jako generace první a to syntézu komplementárního vlákna, ale liší se principem získání signálu (pyrosekvenování), terminací (pyrosekvenování, sekvenace s využitím reversibilních terminátorů, sekvenace ligací), či způsobem syntézy komplementárního vlákna (sekvenace ligací). Třetí generace přináší i metody s jiným přístupem než je syntéza komplementárního vlákna a to sekvenování přímým zobrazením v elektronovém, či tunelovém mikroskopu a sekvenování pomocí přechodu DNA, nebo jednotlivých nukleotidů přes nanopór. Zatímco některé metody třetí generace jsou stále ve vývoji, jiné metody jsou již komerčně dostupné.
Second and third generation of DNA sequencing bring improvement in important parameters such as accuracy, speed and price. Every specific method is focused to the specific length of DNA fragments. The methods of first generation are based on Sanger‘s principle. The methods of second generation are based on the same approach towards sequencing as the first generation i.e. synthesis of complementary strands. Difference between the first and second generations is in the gaining signal (pyrosequencing), termination (pyrosequencing, The Solexa, SOLiD) or in manner of the sequencing complementary strand (SOLiD). The third generation brings methods with different approach, i.e. sequencing through direct display using electron or tunneling microscope and sequencing by DNA strand, or separate nucleotides passing nanopore. Some of the methods of the third generations are still in the development stage, some are already available.
- Klíčová slova
- první generace, druhá generace, třetí generace,
- MeSH
- lidé MeSH
- sekvenční analýza DNA * metody přístrojové vybavení trendy MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
