מבנה הדנ"א
על מנת להבין את המשמעות של ריצוף אקזומי, יש צורך להקדים מספר מילים אודות המבנה הבסיסי של החומר התורשתי שלנו – הדנ"א.
הדנ"א הוא מולקולת ענק, המורכבת מיותר משלושה מיליארד יחידות בסיס. קיימות ארבע יחידות בסיס שונות, המקודדות את כל המידע הדורש לגוף ליצירת החלבונים המפעילים את המערכות השונות.
הסדר של יחידות אלו מביא לתעתוק ושעתוק שלהן, במנגנון מורכב ומרתק, לחלבונים בעלי פעילות ביולוגית. השינויים בחומר התורשתי מתבטאים בשינויים ברצף הדנ"א – המביאים בתורם לתוצרים חלבוניים שונים.
כל רצף של דנ"א המקודד לחלבון נקרא גן. משערים שבדנ"א האנושי מקודדים כ – 20,000 גנים שונים. מספר זה נמוך למדי, בייחוד ביחס למספר הגנים שהוערך כמקודד בחומר התורשתי בשנים הקודמות.
מסתבר, שחלק גדול מאוד מהחומר התורשתי איננו מקודד ליצירת חלבונים באופן ישיר. אחוז גבוה מאוד של הדנ"א קשור לבקרה על ביטויים של חלבונים שונים (זמן וכמות היצירה של החלבונים על פי תבנית הדנ"א). אחוז נכבד מאוד גם נראה ללא תפקיד משמעותי כלשהו.
חלק מהדנ"א ה"מיותר" הזה הוא שריד ביולוגי של נגיפים שונים שהסתננו לתוך הגנום, הכפלות של מקטעים שונים וגנים שונים, וגם אזורים נרחבים שמטרתם ודרך היווצרותם לא ברורה כלל. מלבד זאת, גם בתוך הדנ"א המקודד לחלבון (כלומר בתוך גן מסוים) נמצאים אזורים שאינם חשובים ליצירה הסופית של החלבון.
הגן מורכב משורה של אזורים מקודדים ואזורים "מיותרים", המכונים אקסונים ואינטרונים, בהתאמה. תפקידם של האינטרונים לא ברור לגמרי, אבל שינויים בהם בדרך כלל אינם מביאים לשינוי במבנה החלבון. גם שינויים באזורים בלתי מקודדים אחרים הם בדרך כלל (אך לא תמיד!) ללא משמעות ביולוגית מעשית.
ריצוף דנ"א כשיטת אבחון של מחלות גנטיות
אחת השיטות המקיפות והיעילות ביותר לאבחנה של מחלות גנטיות היא ריצוף מלא של הגנום. בריצוף כזה נערכת בדיקה מלאה של כל החומר התורשתי של אדם אחד, ונערך רישום מלא של סדר הבסיסים בתאיו.
הרישום משווה למאגרי מידע ידועים אודות הגנום האנושי – לבחינתם של שינויים בעלי משמעות, שנקשרים להופעה של מחלות גנטיות.
ריצוף מלא של הגנום נעשה על ידי דגימה פשוטה של תאים. החומר התורשתי זהה ונמצא ב(כמעט) כל תאי הגוף. בדרך כלל נעזרים בדגימת דם עם בידוד של תאי דם לבנים (תאי דם אדומים אינם מכילים דנ"א).
כיצד ניתן להפוך את הריצוף לזמין יותר?
אין ספק שריצוף מלא של הגנום הוא שיטה רבת עוצמה לזיהוי מחלות. אך יש לציין שזוהי שיטה זו יקרה מאוד ועל כן איננה אפשרית לכל אחד.
למעשה, עד לפני כעשור, נעשה מאמץ עילאי למפות את הגנום "האנושי" כולו – מאמץ המשתווה למיפוי הגנום של אדם אחד. מפעל זה דרש שיתוף פעולה בין לאומי ומשאבים מרובים. עם ההתפתחות הטכנולוגית בשנים האחרונות, הפך המיפוי הכלל גנומי לזמין יותר, מהיר יותר וזול יותר.
עם זאת, עדיין מדובר בהוצאה גדולה מבחינה כספית ומעבדתית – ולא ניתן להפוך בדיקה זו לזמינה בשגרה הרפואית. האם יש דרך להשתמש בשיטות ריצוף נרחבות באופן יעיל יותר וזמין יותר?
מהו ריצוף אקזומי?
ריצוף אקזומי נועד לנסות ולפתור בעיה זו. בריצוף אקזומי מרצפים אך ורק את החלק המקודד שנמצא בדנ"א, ללא האזורים שאינם מקודדים ואינם שייכים לגנים ידועים.
מכיוון שהרוב הגדול של המוטציות והשינויים המשמעותיים בדנ"א נמצאים באזורים המקודדים, שיטה זו מאפשרת ריצוף של אחוז קטן בהרבה של החומר התורשתי, תוך הפסד מינימאלי של מוטציות חשובות.
בדיקה זו יכולה לגלות את מרבית המחלות הגנטיות התורשתיות הידועות, כמו גם לזהות מוטציות בלתי ידועות, ולנסות לברר את משמעותן. חסרונה הבולט נובע מחוסר רגישותה לשינויים באזורי הבקרה של הדנ"א, ואזורים שתפקידם טרם הוברר לחלוטין, שלא במסגרת קידוד לחלבון ידוע. ריצוף אקזומי מאפשר, לכן, בדיקה מלאה של הגנום האנושי, במחיר סביר יותר.
אילו מחלות ניתן לאתר באמצעות הבדיקה?
ניתן לזהות מחלות מורכבות רבות בעזרת בדיקה זו. מחלות מסוימות, כמו מחלות שריר הלב (קרדיומיופתיות) נקשרו לגנים שונים, שלא כולם זוהו בוודאות. בדיקה כזו מאפשרת בזמן קצר לנסות ולבדוק מה הגן הפגוע אצל החולה – ובמידת הצורך לערוך בדיקות מדויקות יותר בקרב בני משפחה וחולים נוספים.
הבדיקה מתאימה, למעשה, לכל חולה שאצלו נמצאה מחלה עם רקע לא ברור, אבחנה בלתי ידועה, או חשד למחלה גנטית כאשר הגן המקודד למחלה טרם נמצא ואותר. גם חולים עם מחלות פוליגניות מורכבות יכולים לעבור בדיקה זו.
הריצוף המודרני נעשה בעזרת טכנולוגיה מתקדמת, המזהה את הרכב הבסיסים לאחר חלוקה של הגנום למקטעים שונים. מכיוון שמדובר בריצוף מלא – יש צורך בפענוח של התוצאות. לעיתים קרובות מתגלים שינויים שמשמעותן לא ידועה, ולא ברור לחלוטין האם אכן יש להם קשר למצבו של החולה או השפעה עתידית על צאצאיו.