ما الاختبار الجزيئي؟ كيف يجرى؟ استخدامه في السرطان والأمراض الأخرى

ما الاختبار الجزيئي؟

الاختبار الجزيئي هو اختبار يفحص بنية المواد البيولوجية وخصائصها عبر أخذ عينات منها، مثل DNA, RNA، والبروتينات أو الدهون، ثم فحص بنية هذه المواد وخصائصها.

تستخدم هذه الاختبارات في أمراض متنوعة من أجل التشخيصفي، تخطيط العلاجوفي المتابعة وتستخدم لهذه الأغراض. فعلى سبيل المثال، يمكن استخدام اختبارات التشخيص الجزيئي للبحث عن DNA فيروس الإنفلونزا أو فيروس كورونا لتحديد ما إذا كان شخص مصابا بالإنفلونزا أو COVID-19. وبالمثل، يمكن استخدامها من أجل تحديد النوع الفرعي للسرطان أو الطفرات المسببة له أو ملاءمة الأدوية الذكية ويمكن استخدام هذه الاختبارات للبحث في DNA الخلايا السرطانية لهذا الغرض أيضا. وتستخدم الاختبارات الجزيئية كثيرا كذلك في مجال الحساسية والمناعة.

تكمن أهمية اختبارات التشخيص الجزيئي للطب في أنها تقدم نتائج شديدة الحساسية والدقة وهو ما تقدمه.

هل الاختبارات الجزيئية والجينية شيء واحد؟

كثيرا ما نسمي الاختبارات الجزيئية أيضا «الاختبار الجيني». ومع ذلك، فإن الاختبارات الجزيئية والاختبارات الجينية ليست متطابقة تماما. ويمكن استخدامها لأغراض متشابهة، لكنها تقدم معلومات مختلفة من خلال فحص مواد بيولوجية مختلفة فتقدم معلومات مختلفة بفحصها. فمثلا يمكن في الاختبارات الجزيئية فحص مؤشرات مثل جزيئات البروتين والدهون المؤشرات الحيوية ويمكن فحصها أيضا. أما الاختبارات الجينية فتفحص التركيب الجيني للشخص (DNA، RNA).

أنواع الاختبارات الجزيئية

تستخدم الاختبارات الجزيئية تقنيات مختلفة كثيرة لكشف الجزيئات في العينات وزيادة قابليتها للرؤية. وعادة تؤخذ هذه العينات من اللعاب أو الدم أو خزعة الأنسجة تؤخذ منها.

توفر الاختبارات الجزيئية دقة أكبر في سياقات كثيرة. فعلى سبيل المثال، نستخدم هذه الاختبارات لتحديد التغيرات الجينية الخاصة بنوع من السرطان، وبذلك يمكننا اختيار علاجات أكثر استهدافا. ويبحث الاختبار الجزيئي عن مقاطع DNA أوRNA المعروفة بارتباطها بحالات صحية محددة، ويعطي نتائج حاسمة عندما يجرى بطريقة صحيحة. وفي بعض الحالات، قد يحصل المرضى الذين تلقوا تشخيصا مؤقتا على تشخيص نهائي لاحقا بالاختبارات الجزيئية. 

توجد أنواع مختلفة كثيرة من تقنيات الاختبار الجزيئي:

• تفاعل البوليميراز المتسلسل (Polymerase chain reaction، PCR): تضاعف هذه الطريقة مناطق DNA المطلوبة في العينات البيولوجية. وPCR تقنية سريعة وحساسة جدا وتشكل أساس كثير من الاختبارات الجزيئية.

• تسلسل الجيل الجديد (Next Generation Sequencing، NGS): تحدد هذه الطريقة تسلسل النوكليوتيدات كاملا في عينة DNA. وهذا موضوع بحثي بالغ الأهمية، مثل تحديد الطفرات الجينية واستخلاص الأشجار التطورية للعينات البيولوجية.

• لطخة ساوثرن (Southern blotting): تتيح هذه الطريقة فصل DNA بالرحلان الكهربائي ثم كشف منطقة معينة من DNA. وتستخدم لطخة ساوثرن لكشف الطفرات الجينية والاضطرابات الصبغية.

• لطخة ويسترن (Western blotting): تتيح هذه الطريقة فصل البروتينات بالرحلان الكهربائي ثم كشف الحزم الخاصة ببروتين معين. وتستخدم لطخة ويسترن لكشف مستويات التعبير عن البروتينات أو تعديلاتها.

• التهجين الموضعي المتألق (Fluorescence in situ hybridization، FISH): تستخدم هذه التقنية لتحديد وجود جين معين أو موضعه في خلايا عينة. ويجرى اختبار FISH باستخدام نوكليوتيدات تحتوي على ألوان فلورية وتصنع بما يلائم تسلسل DNA للجين المصمم الاختبار خصيصا له. وترتبط هذه النوكليوتيدات بـDNA الجين المستهدف وتفحص تحت مجهر يصدر ضوءا خاصا. وبذلك يمكن كشف وجود الجين المستهدف أو موضعه.

• مطيافية الكتلة: تساعد هذه الطريقة على تحديد البنية الجزيئية لمادة عبر قياس أوزان الذرات فيها. وبذلك يمكن تحديد نسب الذرات المختلفة في المادة والحصول على معلومات عن بنية الجزيء.

• مطيافية NMR (الرنين المغناطيسي النووي): تساعد هذه الطريقة على تحديد البنية الجزيئية لمادة بقياس الخصائص المغناطيسية للذرات فيها. وبذلك يمكن تحديد مواضع الذرات المختلفة في المادة والحصول على معلومات عن بنية الجزيء.

في كل تقنية، يأخذ المختصون عينة من الجسم ثم يجعلون الجزيئات أكثر قابلية للرؤية. وبعد ذلك يفحص مختص العينة تحت المجهر أو باستخدام أجهزة طبية حيوية خاصة، ويصدر تقريرا.

لماذا تطلب الاختبارات الجزيئية؟

يستخدم المختصون الاختبارات الجزيئية للحصول على معلومات أكثر عند تشخيص مرضاهم وللتنبؤ بالنتائج. وتخدم هذه الاختبارات أغراضا كثيرة، منها ما يأتي:

• تقييم مخاطر أمراض متنوعة
• تأكيد وجود حالات عدوى معينة لا يمكن كشفها بالتقنيات المختبرية التقليدية
• الاستشارة الوراثية للحوامل أو لمن يخططن للحمل
• المساعدة على اتخاذ القرارات العلاجية
• تقييم مدى احتمال استجابة الشخص للدواء بصورة جيدة
• تشخيص الأنواع الفرعية لسرطانات معينة، مثل سرطان الثدي والرئة والقولون

مثال على اختبار جزيئي شائع الاستخدام في السرطان: HER2 FISH

اختبار HER2 FISH، تقنية من تقنيات البيولوجيا الجزيئية تستخدم لكشف الإفراط في إنتاج جين HER2 في خلايا سرطان الثدي. وHER2 جين يصنع بروتينا ويوجد في نسيج الثدي. وفي الظروف الطبيعية يكون إنتاج جين HER2 منتظما ومتوازنا. لكن في بعض الحالات يلاحظ إفراط في إنتاج جين HER2، مما يؤدي إلى نمو الخلايا وتكاثرها بسرعة. وقد تحفز هذه الحالة نشوء سرطان الثدي.

يجرى اختبار HER2 FISH باستخدام نوكليوتيدات تحتوي على ألوان فلورية وتصنع بما يلائم تسلسل DNA للجين المصمم الاختبار خصيصا له. وترتبط هذه النوكليوتيدات بـDNA الجين المستهدف، وتفحص تحت مجهر يصدر ضوءا خاصا. وبذلك يمكن كشف الإفراط في إنتاج بروتين HER2، وهو ناتج جين HER2، أي فرط التعبير. ويستخدم اختبار HER2 FISH في تشخيص سرطان الثدي وتوجيه علاجه. فمثلا لدى المرضى الذين يكشف لديهم إفراط في إنتاج ناتج جين HER2، يظهر استخدام الأدوية الذكية الموجهة إلى HER2 فعالية أعلى.

ما المطلوب للاختبارات الجزيئية؟

المطلوب لكل اختبار هو عينة مأخوذة من الشخص المعني. فمثلا تبحث اختبارات COVID-19 عن مستضدات خاصة بفيروس كورونا في إفرازات الأنف والجهاز التنفسي. وتوجد المستضدات عادة على سطح الفيروسات.

العينات التي يمكن أخذها للاختبارات الجزيئية هي:

• قطعة من الورم عبر الخزعة
• الدم
• سوائل الجسم مثل الإفرازات التنفسية
• السائل الأمنيوسي

فئتان2 رئيسيتان للاختبارات الجزيئية

تتطور الاختبارات الجزيئية بسرعة مع تزايد أعدادها. فمثلا اختبارات COVID-19 PCR نوع من الاختبارات الجزيئية التي طورها العلماء بسرعة لمكافحة جائحة COVID-19.

عموما، تنقسم الاختبارات الجزيئية إلى فئتين واسعتين تحتويان على أنواع فرعية مختلفة كثيرة:

1. تسلسل الجينوم واختباره
2. المؤشرات الحيوية الجينية

تسلسل الجينوم واختباره

يشمل تسلسل الجينوم تحليل المادة الوراثية للخلية كليا أو جزئيا للبحث عن جينات معينة أو تغيرات جينية. وتتكون الجينات من DNA، وتوفر تعليمات للخلية لصنع البروتين. ويمكن لتسلسل الجينوم أيضا تقييم ما إذا كان الشخص يحمل جينا لمرض ما. وهو نوع شائع من الاختبارات يجرى عندما تكون المرأة حاملا أو تخطط للحمل.

استخدام آخر لتسلسل الجينوم هو المساعدة على التنبؤ باستجابة الشخص لأدوية معينة. فمثلا قد لا يستجيب حاملو جينات محددة لبعض الأدوية بصورة جيدة، أو قد يكون لديهم خطر أعلى لتطور تفاعلات تحسسية معينة.

مزايا الاختبارات الجزيئية وعيوبها

تقدم هذه الأنواع من الاختبارات مزايا كثيرة، منها ما يأتي:

• التنبؤ: إذا كان الشخص يحمل جينات لأمراض ضارة معينة أو محتملة التهديد للحياة، فقد يساعد ذلك في تنظيم الأسرة.
• القرارات العلاجية: يمكن للشخص الأكثر عرضة للإصابة بأمراض معينة أن يضع خططا طويلة الأمد بالاستناد إلى هذه المعلومات، أو يغير نمط حياته لتقليل الخطر. وقد يوجه اختبار متغيرات جينية مختلفة مرتبطة بالسرطان التحري عن سرطان الثدي.
• استخدامات أخرى: قد يلجأ بعض الناس إلى الاختبارات الجزيئية الوراثية للتعرف على أمراض وراثية محتملة تتعلق بأسلافهم، أو لأنهم فضوليون بشأن ميراثهم الجيني.

هناك أيضا بعض العيوب:

• الموثوقية: قد تختلف موثوقية الاختبار، وخصوصا في الاختبارات الجينية الوراثية. فالاختبارات التي تحدد عوامل الخطر الجينية لا تضمن إصابة الشخص بمرض ما، وقد تسبب القلق دون ضرورة.
• اتخاذ القرار: قد يكون اتخاذ قرارات بالاستناد إلى المعلومات الجينية صعبا. فمثلا عندما تعلم المرأة أن احتمال حمل طفلها مرضا يهدد الحياة يبلغ %50، قد تضطر إلى اتخاذ قرار بشأن إنهاء الحمل أو عدم إنهائه.
• إمكانية الوصول: قد تكون هناك قيود على الوصول إلى الاختبارات الجزيئية التي يمكن أن تكون مكلفة وخارج التغطية التأمينية.
• الخصوصية: اختيار شركات غير معتمدة وغير خاضعة للرقابة لإجراء الاختبارات الجينية قد يعرض الخصوصية الجينية للشخص للخطر.

المؤشرات الجينية

في نوع آخر من الاختبارات الجينية، يبحث عن المؤشرات الحيوية الجينية للعدوى أو الأمراض الأخرى. وبدلا من تحديد تسلسل جينوم الشخص، تنظر هذه الاختبارات فيما إذا كانت هناك إشارات جينية كامنة ذات ارتباط قوي بالمرض المشتبه به.

اختبار COVID-19 PCR مثال على هذا النوع. ويبحث هذا الاختبار عن المواد الجينية التي يحملها الفيروس المسبب لـCOVID-19.

كما تجرى اختبارات جينية في مجال الأورام على أنواع معينة من الأورام السرطانية. وقد تقدم البصمات الجينية المختلفة معلومات عن نوع السرطان لدى الشخص، وعن العلاج الأكثر احتمالا لأن يكون فعالا.

أكبر فائدة لاختبار المؤشرات الحيوية الجينية هي ارتفاع احتمال دقته. وفي بعض الحالات، قد تؤكد هذه الاختبارات تشخيصا. كما قد تساعد المختصين على اتخاذ قرارات طبية مستنيرة أو توجيه العلاج بصورة أفضل.

ما عيوب المؤشرات الجينية؟

• إمكانية الوصول: تكون الاختبارات الجزيئية عادة أغلى وأقل إتاحة. فمثلا تكون الاختبارات الجينية للسرطان أغلى وتستغرق نتائجها وقتا أطول. وبالمثل، يكون اختبار COVID-19 PCR أكثر تكلفة من اختبارات المستضدات المنزلية ويستغرق وقتا أطول لإعطاء النتيجة. وإضافة إلى ذلك، قد لا يكون جميع المرضى مناسبين لجميع الاختبارات الجزيئية.
• الموثوقية: تكون الاختبارات الجزيئية للأمراض والعدوى دقيقة عادة، لكن لا يوجد اختبار يقدم موثوقية بنسبة %100.
• مشكلات العينات: قد تكون العينات المأخوذة غير كافية للاختبار، وقد تتعطل العملية، كما يحدث عندما لا توفر الخزعة نسيجا كافيا.

الاختبارات الجزيئية وCOVID-19

اختبارات تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) نوع من الاختبارات الجزيئية الأكثر استخداما، ويمكنه كشف COVID-19 بأعلى دقة. وتعمل بالبحث عن المادة الجينية التشخيصية الخاصة بالفيروس، ثم مضاعفة هذه القطعة الصغيرة من DNA الفيروسي للتأكيد المختبري. ويستغرق الحصول على نتيجة من هذه الاختبارات عادة بضعة أيام.

ما الفرق بين اختبارات المستضدات والاختبارات الجزيئية لكوفيد-19؟

تبحث اختبارات المستضدات عن البروتينات الفيروسية. وهذه البروتينات أسهل كشفا، وقد تعطي الاختبارات نتيجة إيجابية أو سلبية بسرعة. أما اختبارات PCR فتبحث عن المادة الجينية الفيروسية، ثم تضاعفها كي تتمكن تقنية التشخيص من تأكيد وجود الفيروس. وهذه الاختبارات أكثر حساسية وتعقيدا. وقد تكشف الفيروس قبل أن تظهر على الشخص أعراض أو يصبح معديا.

ما اختبار الحساسية الجزيئي؟

اختبار الحساسية الجزيئي اختبار يستخدم لتحديد تحسس الشخص لمادة مسببة للحساسية معينة، ومسببات الحساسية مواد يمكن أن تسبب الحساسية في جسم الإنسان. فمثلا يمكن استخدام اختبار الحساسية الجزيئي لتحديد نوع الحشرة التي لدغت شخصا عندما لا تكون هذه الحشرة معروفة.

تجرى اختبارات الحساسية الجزيئية عادة بأخذ عينات من الدم أو الأنف. فمثلا يمكن أخذ عينة من مخاط أنف الشخص والبحث فيها عن مسببات الحساسية. وبالمثل، يمكن أخذ عينة من دم الشخص والبحث فيها عن مسببات الحساسية. وتساعد هذه الاختبارات على تحديد أسباب أعراض الحساسية، من خلال تحديد ما إذا كان الشخص يتحسس لمسبب حساسية معين.

أسئلة شائعة عن الاختبارات الجزيئية

كيف تساعد الاختبارات الجزيئية في علاج السرطان؟

قد تساعد الاختبارات الجزيئية على توجيه العلاج لبعض مرضى السرطان. لكن الاختبار الجزيئي قد لا يكون مفيدا في جميع الحالات، كما في الحالات الآتية:

• إذا تعذر أخذ خزعة نسيجية
• إذا كانت عينة الخزعة غير كافية

ومع ذلك، بدأت الخزعات السائلة، المأخوذة من الدم أو السوائل، تنتشر في السرطان أيضا في الحالات التي تكون فيها عينة النسيج غير كافية.

أحيانا، حتى إن وجهت الاختبارات الجزيئية إلى نوع معين من العلاج، فلا يوجد ضمان بأنه سيعالج السرطان بفعالية.

ما تسلسل الجيل الجديد (NGS، Next Generation Sequencing)؟

تسلسل الجيل الجديد نوع من الاختبارات الجزيئية العالية السرعة التي تستطيع تحديد تسلسل مقاطع DNA مختلفة كثيرة في الوقت نفسه. وهو أكثر حساسية وموثوقية من التقنيات التقليدية. كما يمكن لتسلسل الجيل الجديد كشف تغيرات جينية أصغر، ويقدم رؤية أشمل لجينوم الشخص وعوامل الخطر الجينية لديه.

أصبح NGS اليوم الاختبار الجزيئي الأكثر موثوقية والأكثر استخداما في الاختبارات الجينية للسرطان.

ما مدى دقة الاختبارات الجزيئية؟

تعتمد دقة الاختبار الجزيئي على الاختبار. وعموما، فهي دقيقة لكنها ليست مثالية. فمثلا، في مقالة قارنت عدة اختبارات جزيئية مختلفة لـCOVID-19 في عام2019، تم التوصل إلى النتائج الآتية:

• بلغت الحساسية الإجمالية للاختبارات %95,9، مما يعني عددا قليلا جدا من النتائج السلبية الكاذبة.
• بلغت النوعية الإجمالية %97,2، مما يعني عددا قليلا جدا من النتائج الإيجابية الكاذبة.
• كانت بعض الاختبارات أقل دقة، مع نطاق حساسية عامة يتراوح من %80,5 إلى %96,6.

يحدد المختبر دقة اختبار عادة بقياس الحساسية والنوعية. وارتفاع كلا هذين المقياسين يعني أن الاختبار يمكنه تحديد الأشخاص المصابين بمرض معين وغير المصابين به بصورة صحيحة.

قد يكون اختبار الجينوم الجزيئي صعبا، وغالبا ما يكون كشف الطفرات والتغيرات الجينية الأصغر أكثر صعوبة. ولا تكشف الطرق الأكثر شيوعا إلا عددا صغيرا من المشكلات الجينية.

ملخص

الاختبار الجزيئي نوع من الاختبارات الجينية يقدم معلومات مهمة عن جينوم الشخص. كما يمكنه كشف علامات حالات عدوى وأمراض وراثية معينة بالاستناد إلى الخصائص الجينية الفريدة التي تسبب أمراضا متنوعة. ويتطور هذا المجال بسرعة مع إتاحة تقنيات أكثر للاختبارات الجزيئية.

يتطور التسلسل الجيني بتقنيات تسلسل الجيل الجديد. ومع ذلك، من المهم أن يفهم الناس حدود الاختبار الجزيئي. وينطبق هذا خصوصا على أنواع الاختبارات الجينية ذات الدقة المحدودة، مثل اختبارات ما قبل الولادة.