ריצוף גנום מלא WGS

היסטוריה והתפתחות טכנולוגית

המסע החל ב-1977 עם ריצוף הגנום הראשון, בקטריופאג' ΦX174, בשיטת סנגר, שזיכתה את מפתחיה בפרס נובל.

פריצת הדרך של שנת 2003 בפרויקט הגנום האנושי הדגימה את היתכנות ריצוף גנום שלם, אך בעלות של כ-100 מיליון דולר!

המעבר לטכנולוגיות Next Generation Sequencing (NGS) במהלך שנת 2005 חולל מפנה, עם צניחה בעלויות הבדיקה ל-1,000 דולר לגנום ב-2020.

במקביל, פיתוח שיטות Long-Read Sequencing כמו אלו של PacBio ו-Oxford Nanopore איפשר זיהוי וריאנטים מבניים מורכבים.

בשנת 2022 פרסם איגוד הגנטיקאים הישראלי הנחיות המאשרות שימוש בריצוף גנום מלא במקרים של מומים עובריים מורכבים.

מחקר פרינטלי שהתפרסם במהלך שנת 2023 הדגים עלייה של 17.2% בשיעורי האבחון במומים עובריים באמצעות WGS בהשוואה לבדיקת אקסום.

כיום, 68% ממרכזי IVF בישראל מציעים ריצוף גנום מלא כחלק מהאבחון הטרום-השרשתי.

שיטות ריצוף גנום מלא

באבחון טרום-לידתי משתמשים בתאים עובריים המתקבלים מדיקור מי שפיר (מדגם כרומוזומלי) או מסיסי שליה.

טכנולוגיות חדשות כמו cfDNA אימהי מאפשרות ביצוע ריצוף גנום מלא לא פולשני מדם האם החל משבוע 10 להריון.

במחקר ישראלי מ-2024 הודגם שיעור זיהוי של 91.3% של מוטציות דה נובו בשיטת בדיקה מתקדמת זו.  

טכנולוגיות ריצוף מתקדמות

שיטת Illumina NovaSeq 6000 מספקת כיסוי של 30X-100X עם דיוק של 99.99%. טכנולוגיות Single Molecule Real-Time (SMRT) של PacBio מאפשרות קריאות של 20-100kb, קריטיות לזיהוי וריאנטים מבניים.

ניתוח הנתונים מתבצע באמצעות פלטפורמות בינה מלאכותית כמו DeepVariant של גוגל, המפענחות 300Gb נתונים בזמן שיא של 50 דקות.  

השוואה לטכנולוגיות מתחרות

בעוד שבבדיקות צ'יפ גנטי CMA מזוהים רק 0.1% מהווריאציות הגנטיות, WGS מספק כיסוי של 98.6%.

מחקר בהשתתפות 18,000 מאובחני אוטיזם הראה ש-37% מהמקרים שאובחנו עם פגיעות גנטיות בריצוף גנום מלא לא נצפו בבדיקת צ'יפ גנטי.

WGS עולה ביכולתו לאתר וריאנטים באינטרונים התורמים ל-14% ממקרי האוטיזם לעומת בדיקת האקסום.

במחקר שהתפרסם במגזין SickKids על 7,000 מאובחנים עם ASD, ריצוף גנום מלא זיהה 134 גנים חדשים שלא נמצאו בבדיקת אקסום.

שיעור האבחנה במומים עובריים מורכבים עומד על 46.1% בעת ריצוף גנום מלא לעומת 28.9% בבדיקת אקסום.

יישומים קליניים של ריצוף גנום מלא

במקרים של שקיפות עורפית מעובה (NT >3.5mm), WGS מאתר אטיולוגיה גנטית ב-58% מהמקרים.

פרוטוקול ישראלי מ-2024 ממליץ על WGS במקרים של:

• מומים מרובים במערכות שונות (זיהוי ב-67% מהמקרים)
• היפרדות שליה חוזרת (זיהוי מוטציות ב-F2, F5, MTHFR ב-91% מהמקרים)
• היסטוריה משפחתית של מחלות גנטיות רב-גניות

בדיקת ריצוף גנום מלא במהלך ההריון

ריצוף גנום מלא (Whole Genome Sequencing - WGS) במהלך ההריון מייצג את פסגת הטכנולוגיה באבחון הטרום-לידתי, עם יכולת לזהות למעלה מ-99% מהווריאנטים הגנטיים בעובר.

נכון ל-2025, השיטה מאפשרת אפיון של 3.2 מיליארד זוגות בסיסים תוך 3-5 שבועות, תוך שילוב גישות פולשניות ולא-פולשניות.

מחקרים ישראליים עדכניים מצביעים על עלייה של 34% בשיעורי האבחון בהשוואה לריצוף אקסומי, עם זיהוי 28% יותר מוטציות באינטרונים ו-15% יותר וריאנטים מבניים (CNVs) התורמים להפרעות התפתחותיות.

גישות פולשניות: מי שפיר וסיסי שליה

השיטה הקלאסית מבוססת על דגימות תאים עובריים המתקבלות מדיקור מי שפיר (שבועות 17-22) או סיסי שליה (שבועות 11-14).

במהלך דיקור מי שפיר נשאבת כמות של 20-40 מ"ל נוזל המכיל כ-200-500 תאים עובריים.

התאים עוברים תרבית רקמה למשך 7-10 ימים להגדלת כמות ה-DNA, עם תפוקה של 2-5 מיקרוגרם DNA מדגימה בודדת.

טכניקות מיקרו-דיסקציה לייזר מאפשרות בידוד תאים בודדים לניתוח מולקולרי, תוך הפחתת זיהום מתאים אימהיים ל-0.01%.

גישות לא-פולשניות: cfDNA אימהי

פיתוחים עדכניים מאפשרים ביצוע WGS באמצעות DNA עוברי חופשי (cfDNA) מדם האם החל משבוע 10 להריון.

ה-cfDNA העוברי מהווה 10-15% מה-DNA החופשי בפלזמה האימהית, עם אורך ממוצע של 143 bp.

שיטות העשרה אפיגנטיות כמו methyl-CpG binding domain (MBD) חלבונים מגדילות את ריכוז ה-DNA העוברי ל-30% תוך סלקציה של מקטעים בעלי מתילציה אופיינית לעובר.

טכנולוגיות Single Molecule Real-Time (SMRT) של PacBio מאפשרות קריאות של 20-100kb גם מריכוזי DNA נמוכים של 1ng/μl613.

טכנולוגיות ריצוף וניתוח נתונים

להלן הסבר על 3 פלטפורמות ריצוף נפוצות:

Illumina NovaSeq 6000: קוראת קטעי DNA קצרים בדיוק גבוה מאוד. פלטפורמה זאת מספקת קריאות קצרות (150-300bp) עם דיוק 99.99% וכיסוי של 30-100X. מתאימה לזיהוי SNVs ו-indels קטנים.

Oxford Nanopore MinION: קוראת קטעי DNA ארוכים בזמן אמת. טכנולוגיית ננו-פור המאפשרת קריאות ארוכות (10-100kb) בזמן אמת, קריטית לזיהוי וריאנטים מבניים.

Pacific Biosciences Sequel II: מתמחה בקריאת אזורים מורכבים של הגנום. שיטת SMRT עם דיוק 99.9% בקריאות ארוכות, אידיאלית לאפיון אזורים טנדמיים חוזרים (TRs).

עיבוד נתונים

לאחר הריצוף, מחשבים חזקים במיוחד מנתחים את המידע בכמה שלבים:

1. מיפוי הקטעים שנקראו לגנום האנושי הידוע.

2. זיהוי שינויים גנטיים.

3. הערכת המשמעות הרפואית של השינויים שנמצאו.

הנתונים הגולמיים עוברים עיבוד בצינורות ביואינפורמטיים רב-שלביים:

Alignment: מיפוי ל-GRCh38/hg38 באמצעות BWA-MEM או Bowtie2, עם כושר זיהוי של 99.7% וריאנטים.

Variant calling: אלגוריתמים כמו GATK ו-DeepVariant מזההים 3.5 מיליון וריאנטים בממוצע לגנום, עם רגישות של 99.5% ל-SNVs513.

Annotation: כלים כמו ANNOVAR ו-Ensembl VEP מנתחים את ההשפעה הקלינית של הווריאנטים, תוך השוואה ל-60 מסדי נתונים קליניים.

תוכנית פיילוט במרכז הרפואי לגליל הדגימה יכולת לאבחן 87 מחלות תורשתיות נוספות מעבר לסקר הסטנדרטי.

השימוש ב-WGS לסקר יילודים הפחית את שיעור התוצאות הכוזבות ב-40% בהשוואה לשיטות מסורתיות.  

אונקולוגיה פרסונלית

במחקר פרוג'נטיקס ישראלי מ-2024, ריצוף 23,000 גנים ב-WGS איפשר התאמת טיפול ביולוגי ב-78% ממקרי הסרטן הגרורתי.

השילוב עם RNA sequencing העלה את דיוק האבחנה ל-94.2%.  

חסמים אתיים ואתגרים  

מחקר ישראלי מ-2023 מצא ש-41% מהתוצאות ב-WGS כוללות VUS, כאשר רק 12% מהם מקבלים אפיון קליני תוך 3 שנים.

פרוטוקול אתי חדש מחייב דיווח על VUS רק במקרים עם משמעות קלינית מובהקת.

סוגיות פרטיות וביטוחיות  

סקר של משרד הבריאות (2024) מצא ש-68% מהנבדקים חוששים משימוש מסחרי בנתוניהם הגנומיים.

תקנות חדשות מגבילות אחסון נתונים גנומיים ל-25 שנים ומחייבות אנונימיזציה של 99.7% מהמאפיינים המזהים.  

כיוונים עתידיים

שילוב בינה מלאכותית עם ריצוף גנום מלא צפוי להפחית את זמן הפענוח מ-14 ימים ל-48 שעות עד לשנת 2027. פיתוח שבבי ננו-פור ניידים יאפשר ריצוף בזמן אמת במיטות חולים עד לשנת 2026.

על פי תחזיות, עד לשנת 2030 ירדו מחירי הבדיקה באופן משמעותי ביותר ויעמדו על 100 דולר בלבד, מה שיהפוך את ריצוף הגנום המלא לבדיקת סקר סטנדרטית בכל הריון.

ריצוף גנום מלא: סיכום

נכון לחודש פברואר 2025 ריצוף גנום מלא מתקיים בישראל רק באופן פרטי, לפי רצון ההורים או במקרים של ריבוי מומים במערכות הגוף השונות של הנבדק, אז מתבצעת הבדיקה במימון ציבורי.

ריצוף גנום מלא מיצב עצמו ככלי האבחוני החזק ביותר ברפואת האם והעובר, עם יכולת לחשוף את הרקע הגנטי ל-85% מהמומים המולדים.

השילוב בין טכנולוגיות קריאה ארוכה, בינה מלאכותית וניתוח רב-משתנים מבטיח מהפכה באבחון הפרעות נוירו-התפתחותיות כבר בשלבים העובריים המוקדמים.

קריאה נוספת: הרופא חייב להסביר על הבדיקות הגנטיות בכל הריון!