نسل جدید توالی‌یابی همگرایی فناوری‌های زیستی، اطلاعات و نانو

dna

توالی‏یابی DNA یک روش آزمایشگاهی است که برای تعیین ترتیب واحدهای سازنده مولکول DNA یعنی چهار باز آدنین، گوانین، سیتوزین و تیمین استفاده می‌شود. روش‏های سنتی تعیین توالی زمان‏بر و پرهزینه بوده‌اند. نسل جدید توالی‌یابی *(NGS) به مجموعه فناوری‌هایی اطلاق می‌شود که می‌توانند حجم زیادی از DNA را در مدت زمانی کوتاه و با هزینه کم توالی‌یابی کنند. در ساخت تجهیزات NGS، همگرایی فناوری‌های زیستی و اطلاعات کاملا مشهود است و در برخی تکنیک‌ها از فناوری نانو نیز بهره گرفته می‌شود. در حالی که اولین توالی‌یابی ژنوم انسان در سال ۲۰۰۳، با سرمایه‌گذاری ۳ میلیارد دلاری، صرف ۱۱ سال زمان و مشارکت همه کشورهای پیشرو در فناوری زیستی به انجام رسید، امروزه با بهره‌گیری از یک دستگاه نسل جدید می‌توان ژنوم یک انسان را در زمانی کمتر از یک ساعت و هزینه‌ای چند میلیون برابر کمتر و تنها توسط یک تکنسین، توالی‌یابی کرد. شکل یک کاهش هزینه توالی‌یابی ژنوم انسانی را در سال‌های اخیر نشان می‌دهد. همچنانکه دیده می‌شود، نرخ کاهش هزینه از نرخ توسعه حوزه میکروالکترونیک که با قانون مشهور مور نشان داده می‌شود، به مراتب بیشتر بوده است. کاربردهای NGS را می‌توان در سه دسته اصلی کاربردهای پزشکی، تحقیقاتی و تجاری تقسیم‌بندی کرد.

تحولات بازار
حجم سالانه بازار نسل جدید توالی‌یابی در چند سال اخیر با رشد مداوم همراه بوده است. اندازه بازار از ۲.۷ میلیارد دلار در سال ۲۰۱۴ به ۳.۸ میلیارد دلار در سال ۲۰۱۶ رسید. برآوردهای مختلفی در مورد اندازه بازار در سال‌های بین ۲۰۱۷ الی ۲۰۲۱ انجام شده که رشد مرکب سالانه بین ۱۷ الی ۲۳ درصد را پیش بینی کرده‌اند. شکل زیر برآورد شرکت مطالعات بازار گرندویوریسرچ را برای کشور انگلستان نشان می‌دهد که در ژانویه ۲۰۱۷ منتشر شده است. همچنانکه دیده می‌شود، توالی‌یابی هدفمند بیشترین سهم را به خود اختصاص داده است و توالی‌یابی اگزوم و ژنوم به رغم هزینه بالاتر سهم کمتری از بازار را شکل می‌دهند. روند کلیدی دیگری که در بازار دیده می‌شود، افزایش قابل توجه تعداد افرادی است که ژنوم آنها توالی‏یابی شده. این عدد از یک ژنوم در سال ۲۰۰۳ به عدد تخمینی ۱۰ میلیون ژنوم در سال ۲۰۱۷ رسیده است. داده‌های حاصل از توالی‌یابی ژنوم هر فرد بین ۳۰ تا ۳۰۰ گیگابایت است. هنگامی که این داده‌ها در مقیاس چند هزار تا چند صد هزار نفر فراهم شوند، می‌توان از آنها برای تحلیل تغییرات ژنتیکی در جمعیت‌ها، طراحی داروهای جدید یا طراحی برنامه‌های درمانی اختصاصی بهره گرفت. افزایش تعداد ژنوم‌ها اهمیت تحلیل داده‏های توالی‌یابی در مقیاس بزرگ را بیش از پیش افزایش داده است. طبق برآوردی که در تصویر زیر نشان داده شده، در حالی که در سال ۲۰۱۲، ۹۵ درصد بازار به انجام توالی‌یابی و تنها ۵ درصد به تحلیل داده‌ها اختصاص داشت، این نسبت در سال ۲۰۲۰ کاملا برعکس خواهد شد. بر اساس گزارش‏های شرکت گرندویوریسرچ، حجم بازار تحلیل داده‌های NGS در سال ۲۰۱۲ در دنیا ۴۵۹ میلیون دلار بوده است و پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۲۴ به ۲ میلیارد دلار برسد. این بازار شامل توسعه و فروش سخت‏افزارها، نرم‏افزارهای محاسباتی، ارایه خدمات تحلیل و تفسیری است. از نتایج تحلیل و تفسیر داده‌های NGS در پژوهش‌های دانشگاهی و بالینی، بیمارستان‌ها، شرکت‏های داروسازی، مطالعات جمعیت‌شناختی و کشاورزی استفاده می‌شود.

فناوری‌های مختلف توالی‌یابی
دست کم ۲۵ روش مختلف برای توالی‌یابی DNA عرضه شده است که بیشتر آنها در حوزه نسل جدید توالی‌یابی هستند. تعدادی از این روش‌ها تجاری شده و برخی نیز ظرفیت‌های لازم برای تجاری شدن و فراگیر شدن را نداشته‌اند.
شکل بالا سهم بازار ۵ شرکت پیشرو در این حوزه را نشان می‌دهد: دو شرکت ایلومینا و ترموفیشر با تکیه بر دو روش نسبتا جدید پیشرو بازار هستند. روش‌های شرکت روشه و پاسیفیک بایوساینس نسبتا قدیمی‌تر هستند و به نظر می‌رسد که در سال‌های آینده سهم نزولی داشته باشد. از سوی دیگر، دو شرکت جدید در این حوزه فعال شده‌اند: شرکت آکسفورد نانوپور در انگلستان و شرکت جینپسیس (Genapsys) با مدیریت دکتر اسفندیارپور در آمریکا. دستگاه‌ها برای انجام توالی‌یابی به محلول‏ها و مواد مصرفی خاصی نیازمندند. شرکت‏های ترموفیشر، کیاژن (Qiagen) و اجیلنت تکنولوژی (Agilent technologies) بازیگران اصلی در تولید این محلول‌ها به شمار می‌روند. در تحلیل و تفسیر داده‏های NGS مراکز تحقیقاتی و شرکت‏های خصوصی زیادی فعال شده‏اند، برخی از بازیگران اصلی این حوزه عبارت‏اند از شرکت‏های ایلومینا، سون بریجز (SevenBridges Genomics)، امیشیا (Omicia) و ادیکو (Edico Genome). در کنار این شرکت‏ها و نرم‏افزارهای تجاری آنها، گسترش نرم‏افزارهای متن باز نقش زیادی در این حوزه دارد. دو موسسه براد (Broad) و سنگر (Sanger) از جمله موسساتی هستند که در گسترش متن بازها نقش بسیاری دارند.

Untitled-1

وضعیت کنونی کشور
همچنانکه ذکر شد، دستگاه‌های مبتنی بر NGS امکان توالی‌یابی کم‌هزینه و سریع را فراهم آورده‌اند. با توجه به این مزیت‌ها، موسسات تحقیقاتی، آزمایشگاه‌ها و مراکز ارایه‌دهنده خدمات ژنتیکی و همچنین، مراکزی که داده‌های توالی‌یابی را برای کاربردهای تحقیقاتی یا تجاری مورد نظر خود تولید می‌کنند، در حال نوسازی تجهیزات‌شان هستند. در حال حاضر، مراکز معدودی توانسته‌اند دستگاه‌های نسل جدید را تهیه کنند. تجهیزات موجود عمدتا در اختیار بخش خصوصی است و برخی مراکز تحقیقاتی و دانشگاهی نیز در تلاش‌اند این دستگاه‏ها را خریداری کنند. بیشتر دستگاه‌های موجود در کشور از شرکت ترموفیشر خریداری شده است. در کنار این مراکز، شرکت‌های واسطه‌ای شکل گرفته‌اند که نمونه‌ها را به مراکز خدمات توالی‌یابی خارجی، خصوصا موسسه BGI در چین و شرکت ماکروژن در کره جنوبی ارسال می‌کنند. برخی از آزمایشگاه‌های تشخیص طبی داخلی خدمات NGS را با مشارکت شرکت‌های واسطه مذکور ارایه می‌دهند.

Untitled-2

راهبردهای مناسب برای توسعه نسل جدید توالی‌یابی در کشور
با توجه به وضعیت موجود کشور و اهمیت این فناوری، به نظر می‌رسد که اقدامات اجرایی باید در دو مقطع کوتاه‌مدت (تا ۲ سال آتی) و میان‌مدت (۳ تا ۵ سال) طراحی و اجرا شوند. هدف اصلی در کوتاه‌مدت تقویت ارتباطات میان اجزای مختلف زنجیره ارزش است تا ظرفیت‌های موجود به نحو حداکثری مورد استفاده قرار گیرند و ظرفیت‌های جدیدی نیز شکل بگیرند. اقدامات کلیدی در کوتاه‌مدت عبارتند از:
طراحی و راه‌اندازی پایگاه داده ملی با رویکردی فرابخشی
شبکه‌سازی آزمایشگاه‌های فعال
حمایت از ساخت مواد و قطعات مصرفی دستگاه‌ها
حمایت از شکل‌گیری و توسعه تیم‌ها و شرکت‌های تحلیل داده‌ها
خرید هوشمندانه تجهیزات و پرهیز از خریدهای دولتی فاقد توجیه مناسب
بررسی ابعاد حقوقی و اخلاقی حوزه NGS با توجه به شکل‌گیری کسب‌وکارهای جدید
تعیین ضوابط و تعرفه برای ارسال نمونه به خارج
تعریف پوشش بیمه‌ای برای آزمایش‌های NGS معتبر
حمایت از ساخت یک نمونه اولیه داخلی
در صورت، موفقیت نسبی این اقدامات، می‌توان در میان‌مدت خدمات توالی‌یابی را به کشورهای منطقه نیز ارایه داد و از سوی دیگر، ارسال نمونه به خارج را محدود ساخت. اقدامات زیر در میان مدت پیشنهاد می‌شوند:
محدودسازی ارسال نمونه به خارج
ارایه خدمات توالی‌یابی به کشورهای منطقه
انتقال فناوری به کشور یا ورود دستگاه داخلی به بازار
طراحی و اجرای برنامه‌های غربالگری و توالی‌یابی جمعیت‌ها
توسعه بازار در حوزه‌های کشاورزی و دامپروری
Next Generation Sequencing *

۱.جعفر خضری – دانشجوی دکترای ژنتیک ۲.یاسر خوشنویس – مدیر تدوین سیاست‌ها



پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *