Entenda o Sequenciamento de Nova Geração (NGS)

Entenda o Sequenciamento de Nova Geração (NGS)

Sequenciamento de Nova Geração (NGS) – a (re)evolução do sequenciamento de DNA

A última década na Medicina foi marcada pelas grandes inovações que a genética trouxe para as áreas de oncologia, doenças raras e medicina reprodutiva. Essa revolução só foi possível com o advento dos primeiros sequenciadores de Nova Geração (Next Generation Sequencing, NGS), a partir da segunda metade da década de 2000.

No passado os médicos solicitavam o sequenciamento de genes de maneira sequencial, o que implicava gravemente no tempo e custo necessário para se chegar a um diagnóstico – quando esse, de fato, era possível de ser feito.

Os equipamentos de NGS aumentaram em milhões de vezes a capacidade de análise do genoma humano e reduziram o custo e tempo de sequenciamento.

Entenda mais sobre sequenciamento de DNA e como o advento do sequenciamento de Nova Geração revolucionou as análises genéticas nesse post.

 

O que é o Sequenciamento de DNA? 

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Figura 1. Imagem ilustrativa das divisões do genoma humano.

O genoma humano é o conjunto total de DNA presente em cada uma das nossas células. O genoma humano é formado por três bilhões de pares de bases e entre 20.000 a 22.000 genes. 

O processo que permite o conhecimento da exata ordem da sequência das bases no DNA é chamado sequenciamento (Figura 1)

 

Para que serve o sequenciamento? 

Os genes são a parte nosso genoma que contém a informação para a produção de proteínas que são responsáveis pelas características e funcionalidades do nosso corpo. 

Os genes são formados por éxons e íntrons, mas apenas os éxons (chamados de regiões codificadoras) são traduzidos em proteínas (FIgura 2). Os éxons correspondem a apenas 2% do genoma humano. 

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Figura 1: Ilustração de um gene, seus éxons e íntrons.

 

Os exames de sequenciamento buscam identificar alterações na sequência dos éxons que possam afetar a função das proteínas e relacioná-las com quadros clínicos. 

O pouco conhecimento que temos hoje sobre o impacto clínico das alterações genéticas nas regiões não codificantes (íntrons e regiões não-gênicas) faz com que as análises concentram-se nas regiões de éxons ou próximas a elas. 

 

Entenda a técnica de Sequenciamento de Nova Geração

Desde a década de 70 foram desenvolvidas várias metodologias de sequenciamento: Shotgun, Sanger, Sequenciamento de Nova Geração, entre outras. Da década de 80 até metade da década de 2000 o Sequenciamento pelo método de Sanger era o principal método utilizado. 

A partir da segunda metade da década de 2000, a técnica de Sequenciamento de Nova Geração (Next Generation Sequencing, NGS) surgiu e gradativamente substituiu o método de Sanger. 

O Sanger sequencia os fragmentos de DNA individualmente, enquanto o NGS é uma técnica de sequenciamento em larga escala, no qual milhões e até bilhões de fragmentos são sequenciados simultaneamente em uma única corrida. 

Outra grande inovação do NGS foi a possibilidade de sequenciar em uma única corrida centenas de amostras.  O DNA dos pacientes que serão processados juntos são “marcados” com um identificador próprio (“barcode” ou “index”) de forma que é possível diferenciá-las na etapa de análise. As inovações técnicas do NGS também permitiram reduzir os custos do sequenciamento, que vêm decrescendo significativamente nos últimos 18 anos. 

 

Conheça as principais etapas do NGS

 

– Preparação de biblioteca 

Na etapa laboratorial do NGS são realizados protocolos que permitem a captura/amplificação exclusiva das regiões de interesse de acordo com o exame solicitado pelo médico (Figura 3). 

fluxo ngs

Figura 3: Principais etapas do NGS

 

– Sequenciamento e Bioinformática 

Após a preparação laboratorial, a amostra do paciente é submetida ao sequenciamento. Os aparelhos NGS sequenciam a amostra de DNA gerando milhões de fragmentos curtos (chamados de reads). 

Para saber exatamente onde essas sequências estão localizadas no genoma da amostra analisada, as reads são comparadas a um genoma de referência construído no Projeto Genoma Humano. Alterações (variações) detectadas na amostra do paciente em relação ao genoma de referência são denominadas de “variantes”

A enorme quantidade de dados gerados pelo NGS exigiu o desenvolvimento de uma área batizada bioinformática. O objetivo da bioinformática é transformar a imensa quantidade de dados de gerados no sequenciamento em um único arquivo, compacto, que contenha as informações mais relevantes para a posterior interpretação e análise dos médicos ou cientistas. 

 

– Análise Médica 

O médico responsável pela análise do exame deve investigar na literatura e nos bancos de dados a possível associação da(s) variante(s) identificadas no sequenciamento ao quadro clínico do paciente. Nessa etapa, na Mendelics utilizamos o Abracadabra®, uma plataforma exclusiva que usa inteligência artificial para tornar as análises genéticas mais precisas e eficientes. 

 

Análises genéticas e a Mendelics

Ao trazer a tecnologia de NGS para o Brasil e oferecer exames genéticos complexos a preços acessíveis, a Mendelics contribuiu para democratizar o acesso ao diagnóstico genético e divulgar a importância dos exames de NGS entre os médicos, operadoras de saúde e pacientes. 

Quer saber mais sobre o NGS e sobre os exames da Mendelics que usam essa tecnologia?

Deixe sua pergunta nos comentários abaixo ou entre em contato com a nossa equipe pelo telefone (11) 5096-6001 ou através do nosso site.

Variações genéticas, sistema ABO e COVID-19

Variações genéticas, sistema ABO e COVID-19

Variações no nosso DNA nos tornam mais susceptíveis à infecção pelo SARS-COV-2?

Estudo sugere potencial associação entre grupo sanguíneo ABO e gravidade de COVID-19

Um dos maiores desafios na atual epidemia de COVID-19 é compreender a grande variabilidade de sintomas associados a infecção por SARS-CoV-2, o vírus que causa a doença. Embora, a maioria das pessoas permaneça assintomática ou desenvolva apenas sintomas leves ou moderados, 4.9% a 11.5% dos infectados  podem ter formas graves e/ou letais da doença (1). 

Há muito tempo já sabemos que a susceptibilidade a patógenos pode ser influenciada por variações no nosso DNA. O melhor exemplo é a mutação “delta-32” no gene CCR5 que confere, a seus portadores, resistência ao HIV quando presente em duas cópias. Pesquisadores do mundo todo se perguntam se situação similar pode ocorrer com a COVID-19

Desde o início da pandemia vários pesquisadores ao redor do mundo conduzem estudos que analisam o DNA de pacientes que foram infectados com o vírus para identificar fatores genéticos que possam explicar a susceptibilidade a infecção e a gravidade da doença. Essas descobertas serão importantes para identificar pacientes com maior ou menor risco, e também podem contribuir para tratamentos mais eficientes e desenvolvimento de vacinas. 

 

Você conhece a COVID-19 Host Genetics Initiative?

 

Nesse contexto a colaboração internacional é fundamental. Um exemplo é o COVID-19 Host Genetics Initiative, um grande esforço de pesquisadores do mundo todo que compartilham resultados de estudos de análises genéticas de pacientes infectados por COVID-19 (2). Os resultados são disponibilizados no site da iniciativa e podem ser acessados por toda a comunidade científica (3). 

No início da pandemia especulava-se que existia relação entre variantes no gene ACE2 e a susceptibilidade à doença. O SARS-CoV-2 usa o receptor de ACE2 para entrar nas células do hospedeiro. Mas até o momento não há dados que confirmem qualquer associação com ACE2. Por outro lado, estudos  sugerem uma possível associação da doença com grupo sanguíneo ABO e outras regiões do nosso genoma. 

 

Estudo sugere potencial associação entre grupo sanguíneo ABO e gravidade de COVID-19

 

Um estudo genético publicado no mês de junho no New England Journal of Medicine (NEJM) sugere um potencial envolvimento do sistema de grupos sanguíneos ABO na COVID-19 (4). Nesse estudo, cientistas usaram uma estratégia chamada GWAS (genome wide association study) para analisar regiões específicas do genoma de 1980 pacientes com COVID-19 e compará-las com o genoma de pessoas saudáveis (grupo controle).

Os pacientes com COVID-19 apresentavam quadros respiratórios graves e estavam internados em hospitais italianos e espanhóis. Os resultados do estudo sugerem uma possível associação entre o grupo sanguíneo A e maior risco de desenvolver quadros mais graves da doença. Os resultados também sugerem um possível efeito protetor do grupo O em comparação aos outros grupos sanguíneos. Outro estudo chinês publicado anteriormente também havia identificado uma possível relação entre grupo ABO e COVID-19 (5).

É importante ressaltar que o artigo do NEJM é apenas um estudo preliminar e que mais estudos com um número maior de pacientes precisam ser publicados para confirmar uma possível associação entre grupos sanguíneos e risco de formas mais graves de COVID-19. 

O estudo também identificou uma segunda região do genoma, no cromossomo 3 (3p21.31), que também parece estar associada a quadros graves da doença e que já tinha sido previamente identificada também no COVID-19 Host Genetics Initiative. Seis genes estão localizados nessa região: SLC6A20, LZTFL1, CCR9, FYCO1, CXCR6 e XCR1. 

Este estudo do NEJM não identificou associação com complexo HLA, região do genoma importante para outras infecções virais. 

Referências

(1) Severe Outcomes Among Patients with Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) — United States, February 12–March 16, 2020. MMWR Morb Mortal Wkly Rep 2020;69:343-346

(2) COVID-19 Host Genetics Initiative. The COVID-19 Host Genetics Initiative, a global initiative to elucidate the role of host genetic factors in susceptibility and severity of the SARS-CoV-2 virus pandemic. Eur J Hum Genet 2020;28:715-718

(3)  https://www.covid19hg.org/

(4) Ellinghaus D, Degenhardt F, Bujanda L, et al. Genomewide Association Study of Severe Covid-19 with Respiratory Failure. N Engl J Med. 2020.

(5) Wu Y, Feng Z, Li P, Yu Q. Relationship between ABO blood group distribution and clinical characteristics in patients with COVID-19. Clin Chim Acta. 2020;509:220-223.