Optimizacija
odkrivanja vzročnih mutacij pri diagnosticiranju dednih bolezni s
tehnologijo sekvenciranja naslednje generacije
Akronim:
OptMutNGS
Trajanje projekta: 4 meseci
Klasius-P-16: 9 - Zdravstvo in socialna varnost
OSNOVNI PODATKI VISOKOŠOLSKEGA ZAVODA
Medicinska Fakulteta, Univerza v Mariboru, Taborska Ulica 8, 2000
Maribor
Telefonska številka: (02)2345854
Elektronski naslov: uros.potocnik@um.si
Zakonit zastopnik visokošolskega zavoda: Prof. dr. Zdravko
Kačič, rektor UM
OSNOVNI PODATKI ORGANIZACIJE IZ NEGOSPODARSKEGA ALI NEPROFITNEGA
PODROČJA
Univerzitetni klinični center Maribor, Ljubljanska ulica 5, 2000 Maribor
Zakonit zastopnik: Prof. dr. Vojko Flis, dr. med.
Strokovni sodelavec: Prof. dr. Nataša Marčun Varda, dr. med.
Utemeljitev in cilji projekta
Izum tehnologije sekvenciranje naslednje generacije (ang. NGS za Next
generation sequencing) je prinesel revolucijo v diagnosticiranju
dednih, predvsem monogenskih bolezni. Do danes je bilo odkritih več kot
7000 monogenskih dednih bolezni, ki nastanejo zaradi
podedovane
mutacije v enem samem genu in skupno prizadenejo okrog 2%
populacije. Te bolezni praviloma prizadenejo otroke do 5 leta
in
so večino izredno hude, mnoge povzročijo smrt že v zgodnjem
otroštvu, večina pa doživljensko invalidnost. Odkritje
vzročne
mutacije je tako edini relevantni pristop za postavitev pravilne
diagnoze in pravočasno pravilno zdravljenje. V Univerzitetnem kliničnem
centru Maribor vsako leto odkrijejo več kot sto posameznikov, ki so
primereni za genetsko testiranje. Glede na to, da NGS tehnologija v UKC
MB še ni na razpolago, večino vzorcev najbolj nujnih
primerov
pošiljajo na genetske analize v tujino, v zadnjem času pa
tudi v
UKC Ljubljana, kar je povezano z dodatnimi finančnimi
stroški,
dolgotrajnimi postopki zaradi oddaljene lokacije in
omejitvami
samo na najnujnejše primere.
Na Medicinski fakulteti Univerze v Mariboru (MFUM), v Centru za humano
genetiko in farmakogenomiko (CHMGF) imamo na razpolago ustrezno znanje
in infrastrukturo za NGS tehnologijo in v sodelovanju z UKC MB že
izvajamo raziskave za vpeljavo diagnostičnih postopkov na osnovi NGS v
klinično prakso v UKC MB, v katero so vključeni predvsem bolniki
iz Mariborske regije, ki se zdravijo v UKC MB. Cilj
ŠIPK
projekta je, optimizacija postopkov NGS za učinkovitejše
odkrivanja vzročne mutacije in diagnosticiranje. Cilj je tudi
pridobitev kompetenc študentov MFUM s področja uporabe NGS
diagnosticiranja v klinični praksi in študentov FKKT UM in
FZV
za delo v diagnostičnih laboratorijih.
S tehnologijo NGS pridobimo pri eni sami analizi pri enem samem bolniku
ogromno podatkov, ki zahtevajo kompleksno bioinformatsko analizo, da
lahko izluščimo pravo vzročno mutacijo in pravo
diagnozo.
V prvi fazi analize iz surovih podatkov pridobimo seznam več kot 100
000 variant v genetskem zapisu bolnika. Sledi analiza kakovosti
podatkov, po kateri običajno pridobimo nekaj deset tisoč verodostojnih
variacij. Za procesiranje podatkov do te faza so že razvita dovolj
učinkovita bioinformatska orodja in relativno avtomatizirani protokoli.
Največja izziv in največjo porabo časa pa predstavlja razvoj pristopa,
s katerim bi z dovolj veliko zanesljivostjo iz nekaj deset tisoč
variacij v najkrajšem možnem času in kar se da
avtomatizirano
ugotovili eno mutacijo, ki je vzročna za nastanek bolezni in na osnovi
katere lahko diagnosticiramo bolezen. Cilj predlaganega projekta je
primerjati zanesljivosti in časovno učinkovitost standardnega postopka
ugotovitve vzročne variante, ki temelji na oceni patogenosti variacije
z algoritmi Sift ter PolyPhen2 ter preverjanju najboljših
kandidatnih različic na podlagi ročnega pregleda znanstvene literature
z bolj avtomatiziranimi bioinformatskimi orodji kot sta Human Phenotype
Ontology in Exomiser. Cilj projekta je tudi pridobitev kompetenc
študentov za diagnosticiranje dednih bolezni s pomočjo NGS
tehnologije, ki vključuje celoten postopek od izbora primernih
preiskovancev za genetsko testiranje na osnovi kliničnih opisov, odvzem
vzorca in izolacija DNA, izvedba sekvenciranja na NGS aparatu,
bioinformatska analiza in priprava diagnostičnega poročila.
Izvedljivost vsebinske zasnove projekta
Za dosego cilja bomo izvedli:
1. Vključitev bolnikov. Najprej na osnovi kliničnih opisov bolnikov
izbrali bolnike, ki ustrezajo pogojem za gentsko testiranje. Za bolnike
bomo izdelali napotne diagnoze, vključno z določitvijo M10 kode.
Nadalje bomo odvzeli vzorec krvi. Ta del bo v celoti potekal v UKCMB
(partner 1) pod vodstvom prof. Marčun.
2. Laboratorijska analiza. Izolacija DNA iz krvi. Kontrola kakovosti
izolirane DNA. Priprava DNA knjižnice. Izvedba sekvenciranja na aparatu
MiSeq. Ta del bo potekal v laboratoriju MFUM, v CHMGF pod vodstvom
pedagoških mentorjev. 3. Bioinformatska analiza.
Obdelava
surovih podatkov sekvenciranja iz pridobljenih iz aparata MiSeq.
Izvedba kontrole kakovosti podatkov (vključno števila
klastrov,
pokritosti, uporaba FastQC in Bw, PicardTools v2.3.0 in algoritma
MarkDuplicates). Uporaba programa GATK za izdelavo seznama variaciji.
Kontrola kakovosti za potrditev verodostojnosti variacij. Ugotovitve
vzročne variante, ki temelji na oceni patogenosti variacije z algoritmi
Sift ter PolyPhen2 ter preverjanju najboljših kandidatnih
različic na podlagi ročnega pregleda znanstvene literature
ter
uporaba bolj avtomatiziranimi bioinformatskimi orodji kot sta Human
Phenotype Ontology in Exomiser. Ta del bo potekal na MF pod vodstvom
pedagoških mentorjev.
4. Priprava diagnostičnega poročila. Interpretacija variacij in
določitev vzročnih variant povezanih z napotno diagnozo. Določitev
potencialno patogenih različic v genih, ki so povezani z napotno
diagnozo, vendar jih ne moremo z zadostno verjetnostjo opredeliti kot
vzročne različice. Določitev patogenih različic v genih, ki niso
povezani z napotno diagnozo in druga značilna opažanja. Določitev
benignih različicv genih, ki so povezani z napotno diagnozo. Ta del bo
potekal tako na MF UM kot v UKCMB (partner 1) pod vodstvom vseh
pedagoških mentorjev in strokovnega sodelavca. 5.
Laboratorijska
potrditev vzročnih mutacij z metoto sekvenciranja po Sangerju in RFLP
metodi. Ta del poteka na MF UM pod vodstvom pedagoških
mentorjev.
6. Primerjava zanesljivosti in časovne učinkovitosti standardne metode
in bioinformatskih orodij za avtomatizirano ugotavljanje vzročne
mutacije in postavitve diagnoze. Ta del poteka na MF UM in UKCMB pod
vodstvom vseh mentorjev.
|