บทคัดย่อ
โรคหายากพบในประชากรมากกว่า 350 ล้านคนทั่วโลก และมากกว่า 80 เปอร์เซ็นต์ของโรคเกิดจากสาเหตุทางพันธุกรรม โรคหายากจำนวนมากเป็นโรคที่มีความรุนแรงและทำให้เกิดความพิการแต่แรกเกิด การวินิจฉัยโรคหายากมีความซับซ้อนสูงมาก ทำให้ครอบครัวที่เป็นโรคหายากใช้เวลาถึง 8 ปี จึงจะได้รับการวินิจฉัยโรคที่ถูกต้อง ซึ่งเป็นการสิ้นเปลืองทรัพยากรอย่างสูง ทั้งทรัพยากรด้านบุคลากรการแพทย์ การทดสอบทางห้องปฏิบัติการที่ไม่สามารถให้ผลสรุปได้ การเข้าโรงพยาบาลซ้ำซ้อน การรักษาตามอาการอย่างพร่ำเพรื่อ ที่สำคัญของการวินิจฉัยที่ล่าช้าคือ ทำให้ผู้ป่วยพลาดโอกาสในการรักษาที่มีประสิทธิภาพและจำเพาะกับโรค ส่งผลกระทบต่อทั้งทางร่างกาย จิตใจและสถานะทางเศรษฐกิจของผู้ป่วย ครอบครัวและประเทศชาติ จากสถิติพบว่า เด็กที่เป็นโรคหายากมากกว่า 52 ล้านคนทั่วโลก เสียชีวิตก่อนอายุ 5 ปี ดังนั้นการให้การวินิจฉัยโรคหายากที่ถูกต้องอย่างทันท่วงทีจึงเป็นสิ่งที่มีคุณค่ามหาศาล ทั้งทางการแพทย์ การสาธารณสุข สังคมและเศรษฐกิจ ด้วยเทคโนโลยีเอ็นจีเอส หรือ Next Generation Sequencing (NGS) ทั้ง whole exome sequencing (WES) และ whole genome sequencing (WGS) ที่ใช้อย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ทำให้โจทย์ของการวินิจฉัยโรคหายากได้คำตอบที่ตรงจุด ทำให้การป้องกัน (prevention) การตรวจวินิจฉัยก่อนคลอด (prenatal diagnosis) การพยากรณ์ (prognosis) สอดคล้องกับสาเหตุของโรคบนพื้นฐานของพันธุกรรมเฉพาะรายบุคคล (individual) สามารถเลือกใช้ยารักษาได้เหมาะกับผู้ป่วยแต่ละราย อย่างไรก็ตาม แม้ว่า WES / WGS ซึ่งเป็นเทคโนโลยี short-read (แต่ละ read ยาวไม่เกิน 150 nucleotides) จะทำให้แพทย์สามารถให้การวินิจฉัยโรคหายากเพิ่มขึ้นได้เป็นจำนวนมาก แต่ diagnostic yield ก็จะจำกัดอยู่ที่ประมาณร้อยละ 50 สาเหตุหนึ่งที่มีความเป็นไปได้สูงที่ short-read WGS ไม่สามารถให้การวินิจฉัยได้ คือ Molecular pathology ของผู้ป่วยนั้นไม่สามารถหาพบได้ด้วยเทคโนโลยีนี้ เช่น การกลายพันธุ์เป็น structural mutation เช่น inversion หรือ repeats คณะผู้วิจัยจึงได้ใช้เทคโนโลยี long-read sequencing ซึ่งเป็นเทคโนโลยีการถอดรหัสพันธุกรรม ทั่วจีโนมแบบสายยาว (แต่ละ read ยาว 20,000 nucleotides) ทำการถอดรหัสจีโนมของผู้ป่วยและบิดา มารดารวม 60 คน โดยได้ทำการสกัดและวิเคราะห์คุณภาพสารพันธุกรรมจากเลือด optimize condition วิเคราะห์และส่งข้อมูลให้สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) เพื่อสร้างฐานข้อมูลสำเร็จ ทีมวิจัยพบว่า long-read sequencing สามารถระบุความหลากหลายทางพันธุกรรมได้ทั้งแบบ single nucleotide variation (SNV) และ in/del (insertion/deletion) และสามารถตรวจพบ structural variation (SV) และ copy number variation (CNV) ที่ไม่สามารถพบได้โดย short-read sequencing technology ในระหว่างการดำเนินการโครงการนี้ ซึ่งต้องผ่าน short-read exome/genome sequencing มาก่อนจึงทำ long-read sequencing ต่อนั้น ได้องค์ความรู้ใหม่ที่สามารถตีพิมพ์ได้ในวารสารวิชาการระดับนานาชาติถึง 22 บทความ ฐานข้อมูลที่ได้จะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งต่อการวิจัยและการให้บริการทาง Genomics Medicine โดย long-read WGS อาจเป็นมาตรฐานใหม่ของการแพทย์แม่นยำสำหรับโรคหายากในอนาคต อันจะนำมาซึ่งการดูแลรักษาที่จำเพาะ (personalized medicine) เป็นประโยชน์แก่ผู้ป่วย ครอบครัว สังคมและเศรษฐกิจ
บทคัดย่อ
Rare diseases affect more than 350 million people worldwide. Of those, more than 80 percent are of genetic origins. The diseases are severe, frequently cause congenital deformities, and rapidly deteriorated. Diagnosis of rare diseases is complicated and could take up to 8 years. Long-lasting diagnostic procedures mean wasting time and opportunity of medical personals to treat other patients, several laboratory tests, repeated hospital admission, and unnecessary treatment. These deteriorate the physical, psychological, and economic conditions of the patients and their families. To date, a vast number of patients with rare diseases lack an opportunity to access precise or correct diagnosis and treatment. Previous studies have demonstrated that more than 52 million children worldwide are died before the age of 5 years due to rare diseases. These show that urgent implementation must be employed to tackle undiagnosed rare diseases. With the Next Generation Sequencing (NGS) technology including whole exome sequencing (WES) and whole genome sequencing (WGS), up to 50 percent of rare diseases have been successfully diagnosed in the last 10 years. NGS has improved disease prevention, prenatal diagnosis, prognosis, and pharmacogenomics. Although WES/ WGS which are the short-read technologies (< 150bp nucleotides) have increased diagnostic yield of rare diseases, the yield is limited at 50 percent of cases. One founding reason is that short-read WGS is unable to diagnose certain molecular pathologies including structural mutation, inversion, and repeats. Our research team therefore has utilized a recent sequencing technology “long-read sequencing”, which can sequence more than 20,000 nucleotides in length, to do whole genome sequencing for 60 individuals comprising patients and their parents. We successfully performed the high-molecular weight DNA extraction, checked the DNA quality, optimized sequencing condition, analysed the genome information and sent the genome data to NSTDA for the establishment of long-read genome database. We have found that long-read sequencing could identify the diversity of genomics including single nucleotide variation (SNV), in/del (insertion/deletion), structural variation (SV), and copy number variation (CNV) which were unable to be identified by short-read sequencing. During the process which required short-read exome/genome sequencing and subsequently long-read sequencing, we could published 22 articles in international academic peer-review journals. The database will be beneficial to genomic research and medical service in the era of genomics medicine. The long-read WGS has a great potential to be the new standard in the era of precision medicine when personalized therapy can benefit the patient, family, society, and economy.
