次世代定序技術研究基因的希望與挑戰

次世代定序技術研究基因的希望與挑戰
高雄長庚神經內科 蔡孟翰醫師

想提筆寫這篇文章其實已經是好幾個月前的念頭了,但是一直沒有動筆,一方面是因為臨床及研究工作忙碌,另一方面也是因為想要如何來讓這個複雜的議題能用簡單的方式被了解,會想寫這篇文章是因為越來越常被病患或是同事問到次世代定序的結果要如何解讀,我常常發現很難用短短幾句話解釋清楚,因而有了寫下來的念頭

首先要先說明一下次世代基因定序技術NGS,顧名思義這是一種新的科技可以用來進行基因定序,跟"上一代"也就是傳統的Sanger基因定序最大的差異是價格比較便宜,可以一次定序大量(數十個到上萬個)的基因,傳統定序一般一次定序一個基因,所以又有所謂的基因組套(數十個到數百個基因)或是外顯子定序(約兩萬五千個基因),因此外顯子定序基本上幾乎可以將人類現在
已知的所有基因都一次定序完成,在臨床上的應用也越來越多,我們也開始使用這樣的技術在臨床診斷或是研究上面

但是新的技術同時也帶來新的挑戰,最常見的疑問就是,我做了外顯子定序,可是結果卻找不到基因突變,這是怎麼回事?

首先,基本上要先知道的是任何技術都有一定的限制,次世代定序也不是萬能的,有某些類型的突變,例如基因大片段缺失或是複製,或是比較複雜的基因序列,次世代定序是有其盲點的,因此可能沒有辦法偵測出來,或許未來第三代或是第四代定序技術使用較長的片段,有可能可以改善這個問題

接下來的解釋就會比較複雜了,另一種狀況是有可能其實基因突變已經被次世代定序技術偵測到了,但是我們無法將其篩選出來,為什麼會這樣呢?
首先要說明的是次世代定序技術產生的資料量是非常可觀的,一個人的外顯子定序檔案大小約在6到8G,產生的基因變異約在25萬筆左右,因此要如何從這麼大量的資料中找到導致病人的疾病的基因突變,其實不是件容易的事
打個比方,研究人員尋找致病基因跟警察辦案抓壞人其實有點像,今天在人來人往的市場發生搶案,警察來到現場要找嫌犯,結果被搶的人說光線太暗,她看不清楚病人的長相,身高,性別,要警察趕快幫忙抓住兇手,我想警察也是很難完成任務的,總不能市場裡每個看起來像壞人的人都抓起來,因此臨床上的症狀,發病過程,檢查結果,診斷等等,對於醫師和研究人員來說是很重要的線索,方便篩選出可疑的基因變異,進一步找到真正的突變

當然有的時候運氣很好,犯案現場附近正好有搶劫前科的犯人(已知基因),警察合理的懷疑他跟這起搶案有關,很快地就破案了(例如我們最近發表的案例,請參考Tsai et al. 2017 Clinical Genetics)
但是有時候,犯案的是個沒有前科白白淨淨的大學生(未知基因),這時研究人員就會需要很多的時間和力氣,一步一步抽絲剝繭,將證據拼湊起來,把真凶找出來,當然也有可能有破不了的多年懸案

最後,如果這個疾病本身不是基因造成的(非人為犯案的靈異事件?外星人綁架案?),而是後天環境因素的影響,那麼不管定序技術發展到第N代,都不可能發現基因突變的

這篇文章的主要目的是希望藉由簡單的比喻,讓醫療人員或是病患本身了解到新的基因定序技術所帶來的希望(更快速便宜的找到致病基因),但同時也能夠了解其限制以及可能的挑戰,並不是使用這樣的技術就一定能抓到兇手破案的,希望這樣的說明對在決定是否要使用次世代定序來找尋自身疾病的答案時可以有幫助