Whole Genome Sequencing (WGS) vs Whole Exome Sequencing (WES) คืออะไร และอันไหนเหมาะสมกับงานประเภทอะไร?
จากบทความเรื่องก่อน เรามีความรู้พื้นฐานเรื่องของสารพันธุกรรม และการแปลรหัสพันธุกรรมแล้ว ในบทความวันนี้เราจะทำความรู้จักกับการถอดรหัสพันธุกรรมแบบ Whole Genome Sequencing กับ Whole Exome Sequencing กันครับ
การหาลำดับเบสทั้งสองวิธี มีความแตกต่างอยู่ที่ WGS เป็นการหาลำดับจีโนมทั้งหมด ในขณะที่ WES จะเป็นการหาลำดับ Exome ทั้งหมด
Exome คืออะไร
รูปที่ 1 แสดงการถอดรหัสจีโนม
Exome มาจากรากศัพท์คือ Exon และ ome (all) รวมกันจึงแปลว่า Exon ทั้งหมด
Exon เป็นส่วนของจีโนมที่สามารถนำมาถอดรหัสพันธุกรรมเพื่อเป็นโปรตีนได้ ในรูปเราจะเห็นจีโนมประกอบด้วยส่วนสีเทาที่เป็น Introns และส่วนสีน้ำเงิน สีเขียว สีแดง สีเหลือง ซึ่งเป็น Exons
Introns เป็นรหัสพันธุกรรมที่ไม่ได้นำมาถอดรหัสเพื่อไปสู่ขั้นตอนการแปลรหัสเพื่อสร้างโปรตีน จะกระจัดกระจายอยู่บนจีโนม ซึ่งหลังจากการผ่านกระบวนการ “splicing” จะมีการตัด Introns ทั้งหมดออกไป และมีการรวม Exons เข้าด้วยกัน
ดังนั้นจึงสามารถทำความเข้าใจเบื้องต้นได้ว่า การดูจีโนมทั้งหมด (WGS) จะทำให้สามารถเข้าถึงรหัสพันธุกรรมทั้งหมด และสามารถระบุการเปลี่ยนแปลงใน DNA ในขณะที่ การดู Exome ทั้งหมด (WES) จะตรวจสอบเฉพาะส่วนที่สามารถถอดรหัสเพื่อแปลรหัสเป็นโปรตีนได้เท่านั้น
เปรียบเทียบข้อดีและข้อจำกัดของสองเทคนิค
|
WGS |
WES |
|
เข้าถึงรหัสจีโนมทั้งหมด ทำให้ครอบคลุมถึงพันธุกรรมทั้งหมด |
เข้าถึงเฉพาะ Exome ที่จะเกี่ยวข้องกับกระบวนการแปลรหัสเป็นโปรตีน |
|
สามารถระบุตัวแปรที่เกิดขึ้นบนโครงสร้าง DNA ซึ่งตัวแปรเหล่านี้อาจเป็นสิ่งที่แปลกใหม่ หรือเกิดขึ้นในระดับ Rare |
สำหรับระบุลำดับของสารพันธุกรรมใน Exome ที่ทำให้เกิดโรคที่รู้จักกันอย่างแพร่หลาย |
|
รหัสจีโนมทั้งหมด 100% |
มีสัดส่วนประมาณ 2% ของจีโนม |
|
ใช้ระยะเวลาวิเคราะห์ที่นานกว่า |
ใช้ระยะเวลาวิเคราะห์สั้นกว่า |
|
ต้นทุนการวิเคราะห์สูงกว่า |
ต้นทุนการวิเคราะห์ต่ำกว่า |
รูปที่ 2 แสดงการวิเคราะห์แบบ WES และ WGS
อย่างไรก็ตามโรคทางพันธุกรรมทั่วๆไป ที่เกิดขึ้นกับผู้ป่วยมักสืบเนื่องมาจากการกลายพันธุ์ในตำแหน่งของ Exome ทำให้การวิเคราะห์ด้วย WES เป็นเครื่องมือมาตรฐานในการวิเคราะห์ทางคลินิก รวมถึงในปัจจุบันได้มีการใช้ WES ในการศึกษาการเกิดโรคมะเร็ง จนสามารถระบุการกลายพันธุ์ในขั้นตอนการเจริญของเซลล์มะเร็ง
ในขณะที่ WGS ไม่มีข้อจำกัดในเรื่องการกลายพันธุ์บนตำแหน่งนอก Exome เช่นบนตำแหน่ง Introns หรือตำแหน่งที่ควบคุมการแสดงออกของยีนเช่น Promotor หรือ Operon
ปัจจุบัน WGS เข้าสู่ยุคของยาแม่นยำหรือ Personalized Medicine ซึ่งเกี่ยวข้องกับลำดับเบสของสารพันธุกรรมที่เหมาะกับยารักษาโรคชนิดหนึ่งๆ อีกทั้งในปัจจุบันเทคโนโลยี WGS ได้ถูกพัฒนาอย่างเข้มข้นมากขึ้นอีกครั้ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการโฟกัสตำแหน่ง Single Nucleotide Polymorphism (SNPs) และ Copy Number Variants (CNVs)
รูปที่ 3 แสดง CNVs ลักษณะต่างๆสี่รูปแบบอันประกอบด้วยการขาดหาย (Deletion) การซ้ำกัน (Duplication) การสลับตำแหน่ง (Inversion) และการเติม (Insertion) ซึ่ง CNVs จะสามารถคาดการณ์ความเสี่ยงที่จะเกิดโรครวมไปถึงความรุนแรงของโรคได้
นอกจากนี้ยังมีการหาลำดับเบสที่จำเพาะต่อบางตำแหน่งหรือ Targeted Sequencing (tNGS) ซึ่งหลายๆคนอาจเรียกว่า “Panel”
รูปที่ 4 แสดง tNGS
การทำ tNGS หรือ Panel นี้ไม่ซับซ้อนเท่าสองเทคนิคแรก เนื่องจากพุ่งตรงไปยังตำแหน่งยีนเป้าหมาย สามารถแปลผลได้ง่ายไม่ต้องพึ่งพา Bioinformatic เหมือนอย่างสองเทคนิคแรก อย่างไรก็ตามเทคนิคนี้จะไม่สามารถตรวจวิเคราะห์ยีนตำแหน่งใหม่ที่ก่อให้เกิดโรคได้นั่นเอง
ในบทความหน้าจะกล่าวถึงเครื่องมือพันธุวิทยาศาสตร์ในปัจจุบัน จะมีเครื่องมืออะไรกันบ้างนั้น ติดตามกันต่อครับ