بیماری های نادر: برخی از حقایق بیماری‌های نادر در اثر تغییرات تغییر دهنده عملکرد در یک ژن ایجاد می‌شوند و از این رو به‌عنوان «اختلالات تک ژنی» یا «اختلالات تک‌وژنیک» شناخته می‌شوند (بایکوت و همکاران، 2017). هیچ تعریف جهانی واحدی برای شیوع RDهای شناخته شده وجود ندارد. نرخ شیوع پایه بیماری های RD که توسط سازمان بهداشت جهانی (WHO) تعیین شده است تقریباً 1 در 2000 نفر است (لوپس و همکاران، 2018). با این حال، کشورهای مختلف تعاریف خاص خود را برای شیوع RD دارند که بیشتر بر اساس شیوع یک بیماری در جمعیت خود، وضعیت سیستم مراقبت های بهداشتی و در دسترس بودن منابع است. یک اختلال ژنتیکی رایج در اتحادیه اروپا (EU) تنها در صورتی نادر تلقی می شود که 5 مورد یا کمتر از هر 10000 مورد را تحت تاثیر قرار دهد، در حالی که میزان بروز RD در ایالات متحده 7 یا کمتر در هر 10000 نفر است (لنگ و وود، 1999؛ هیوز). و همکاران، 2005). این اعداد به نزدیک به 30 میلیون اروپایی و 25 میلیون آمریکایی شمالی (تقریباً 1 در هر 10) ترجمه می شود که تحت تأثیر هر یک از RDهای شناخته شده قرار دارند (هافنر و همکاران، 2002؛ واستفلت و همکاران، 2006). میزان بروز در ژاپن و استرالیا به ترتیب 2.5 مورد در 10000 نفر و 1 در 10000 نفر تخمین زده شده است (لنگ و وود، 1999؛ هیوز و همکاران، 2005؛ زورینسکی و همکاران، 2008).

نزدیک به 7000 RD مجزا مشخص شده است و موارد جدید به طور مداوم در ادبیات گزارش شده است (Ng et al., 2010b). اعتقاد بر این است که اکثریت RD (80٪ یا بیشتر) منشأ ژنتیکی دارند، در حالی که علل اساسی متمایز برای اختلالات باقی مانده به خوبی شناخته نشده است (Mckusick, 2007; Song et al., 2012a). RDهای باقیمانده ممکن است توسط عوامل محیطی (به عنوان مثال، بیماری استفراغ جامائیکا، مزوتلیوما)، عفونی (به عنوان مثال، سرخک مادر جنین) یا ایمنی (به عنوان مثال، آرتریت مزمن نوجوانان) ایجاد شوند (Guillem et al., 2008; Lopes et al. ، 2018). تنوع گسترده ای در شدت و بیان RDهای متمایز وجود دارد. بسیاری از این موارد در ابتدا مادرزادی هستند و با پیش آگهی ضعیف (ناتوانی مادام العمر و/یا مرگ زودرس) در طول زندگی فرد مبتلا به وجود خود ادامه می دهند، در حالی که در برخی افراد علائم بیماری (چه یکسان یا دیگر) ممکن است دیرتر ظاهر شوند. در زندگی، بنابراین، مشکلاتی را در تشخیص آنها ایجاد می کند. تخمین زده شده است که نزدیک به 50٪ از RDهای گزارش شده در کودکان رخ می دهد، 30٪ از بیماران مبتلا به RD در دوران نوزادی (قبل از 5 سالگی) می میرند و 12٪ از آنها بین 5 تا 15 سالگی می میرند (Song et al., 2012b).

اگرچه RDها بر اساس شیوع کم آنها به طور مشخص به عنوان نادر تعریف می شوند، اما بار تجمعی آنها بر سلامت عمومی بسیار زیاد است. RDهای شناخته شده در مجموع بر تعداد قابل توجهی از 350 میلیون نفر در سراسر جهان تأثیر می گذارند که تقریباً 10٪ از جمعیت جهان را شامل می شود (Song et al., 2012b; Boycott et al., 2013). حدود 80 درصد از آنها به طور تجمعی تنها توسط کمتر از 100 بیماری RD شناخته شده تحت تأثیر قرار می گیرند (Luzzatto et al., 2015). با این وجود، ارقام موجود در مورد شیوع جهانی آنها نگران کننده است و نشان می دهد که این موارد در مجموع افراد بیشتری را نسبت به افراد مبتلا به بیماری های رایج تحت تأثیر قرار می دهند. به عنوان مثال، ابتلا به دیابت در بین آمریکایی ها و استرالیایی ها به ترتیب 20.8 میلیون و 1.4 میلیون نفر تخمین زده می شود (دانستان و همکاران، 2002؛ زورینسکی و همکاران، 2008).

چالش های مرتبط با RD و پیشرفت های مرتبط انواع مختلف RD در مجموع یک مسئله مهم بهداشت عمومی جهانی را تشکیل می دهند و چندین چالش بزرگ را ارائه می دهند که عمدتاً به تشخیص، دسترسی به خدمات مراقبت های بهداشتی و مداخلات خاص بیماری، کمبود پرسنل بالینی متخصص و زیرساخت های خاص، چالش های پیش روی بیماران RD و خانواده های آنها و کمبود منابع کافی برای تحقیق و توسعه مرتبط با RD (R&D). علاوه بر این، این چالش‌ها ناگزیر منجر به غیرقابل اعتماد بودن ثبت‌های بیماران موجود و بنابراین داده‌های اپیدمیولوژیک مبهم می‌شوند. برای پرداختن به این مسائل چالش برانگیز، حرکت به سوی پوشش سلامت همگانی مورد نیاز است تا نیازهای بیماران مبتلا به RD برآورده شود و سازمان‌های دولتی و دولتی (ملی یا بین‌المللی) سرمایه‌شان را در تحقیقات بنیادی زیست‌پزشکی برای درک علت بیماری‌ها و کشف جدید آن‌ها سرمایه‌گذاری کنند. اهداف و استراتژی های درمانی با این حال، پیشرفت علمی و فناوری قابل توجهی در چند دهه اخیر شاهد بوده است که به طور قابل توجهی شکاف های دانش ما را در درک چندین RD پر کرده و تشخیص و مدیریت آنها را کمی ساده کرده است. گزارش مختصری در مورد چالش های اصلی مرتبط با RD و پیشرفت مرتبط با آنها در این بخش ارائه شده است.

چالش های بالینی، فقدان ثبت بیماران قابل اعتماد و داده های اپیدمیولوژیک نادرست چالش‌های بالینی شامل محدودیت یا عدم دسترسی به منابع بالینی مناسب، فقدان ادبیات خاص و دانش مبتنی بر شواهد یا مشکل در ارزیابی منابع دانش است و تشخیص و مدیریت RD را مشکل‌ساز کرده است (Schieppati et al., 2008). منابع بالینی ناکافی شامل کمبود پزشکان/متخصصان با دانش و تجربه کافی در ژنتیک بالینی، فقدان دستورالعمل‌های بالینی استاندارد و زیرساخت‌های بالینی خاص است که معمولاً بیماران نیازمند را ملزم می‌کند که تحت بررسی‌های بالینی اجتناب‌ناپذیر قرار گیرند که در نهایت به تشخیص‌های نامحدود متعدد منجر می‌شود. (نایت و ارشد، 2006؛ زورینسکی و همکاران، 2008). بدیهی است که تخصص مدیریت بیماری یک پزشک با فراوانی برخورد پزشک با بیمار متناسب است. از آنجایی که RD ها فراوانی نسبتاً کمتری دارند، چنین برخوردهای بالینی ناچیز فرض می شود که متعاقباً به شکاف دانش بالینی بزرگ کمک می کند. این شکاف دانش همچنین به دلیل در دسترس نبودن منابع اطلاعات بالینی در مورد علت اصلی، پاتوفیزیولوژی و سیر طبیعی اکثر RDها، و محدودیت در دسترس بودن و تأیید دستورالعمل‌های مربوطه جوامع بالینی مرتبط است. ناهمگونی بالینی RDهای متمایز منجر به زیرگروه های بسیاری می شود که منجر به تظاهرات بالینی و سیر متفاوتی می شود که در کنار کمبود اطلاعات بالینی مرتبط معمولاً تشخیص چندین RD را مشکل ساز می کند. هیچ تشخیص یا تشخیص نادرست برای بیماران در نهایت منجر به عدم وجود یا فقدان ثبت نام قابل اعتماد بیمار می شود که متعاقباً به فقدان داده های اپیدمیولوژیک دقیق در مورد RDها منجر می شود (Zurynski et al., 2008). متأسفانه، از بیش از 7000 اختلال تخمین زده شده به عنوان "اختلالات تک ژنی"، اطلاعات فنوتیپی دقیق در مورد 5551 مورد از این اختلالات در حال حاضر در پایگاه داده آنلاین وراثت مندلی در Man® (OMIM®) گزارش شده است، در حالی که اطلاعات فنوتیپی در مورد باقی مانده است. اختلالات تاکنون ناچیز است. بر اساس داده های موجود از پایگاه داده Orphanet، 2 اپیدمیولوژی تنها 29 درصد از 7000 ≥ RD گزارش شده است.

مشکلاتی که بیماران و خانواده هایشان با آن روبرو هستند بیماران مبتلا به RD و خانواده های آنها به دلیل انزوای اجتماعی، مشکل در دسترسی به خدمات بهداشتی مناسب، تاخیر در تشخیص و عدم اطمینان در مورد آینده و مشکلات مالی خود با بار روانی - اجتماعی - اقتصادی زیادی مواجه هستند. اکثر RD ها اغلب به شدت ناتوان کننده هستند، توانایی های کلی بیماران را مختل می کنند و کیفیت زندگی و امید به زندگی آنها را به میزان قابل توجهی کاهش می دهند. حدود نیمی از RD در اوایل دوران کودکی ظاهر می‌شوند و این امر باعث می‌شود که بیماران جوان نتوانند به تحصیلات خود در مدارس یا کالج‌ها دست یابند (Zurynski et al., 2008). بیماران و خانواده های آنها نیز باید انگ اجتماعی را در قالب انزوای اجتماعی و تبعیض کلی تجربه کنند. به دلیل ترس از انگ اجتماعی که با عدم آگاهی از وضعیت سلامتی خود (اعم از یک اختلال ارثی یا ژنتیکی) ترکیب شده است، بسیاری از اوقات بیماران عمداً مشاوره بالینی دریافت نمی کنند. این به نوبه خود مستقیماً بر قابلیت اطمینان ثبت بیماران تأثیر می گذارد زیرا این بیماران در بیمارستان ها ثبت نام نمی کنند. بیماران معمولاً برای یافتن پزشکان متخصص با دانش و تجربه کافی در ژنتیک بالینی تلاش می کنند. پزشکانی که دانش و تخصص عمیقی در مدیریت RD دارند معمولاً در مراکز تخصصی پراکنده جغرافیایی متمرکز می شوند که ممکن است فراتر از دسترسی بیمار باقی بمانند یا بیشتر بیماران را ملزم به سفر مسافت های طولانی یا انتقال محل سکونت خود به مکان جدیدی برای تشخیص بیماری کنند (Zurynski). و همکاران، 2008). این عوامل در مجموع منجر به تاخیر در تشخیص، تشخیص اشتباه یا عدم تشخیص و در نهایت عدم درمان موثر برای بیماران می شود. همه اینها شرایط پزشکی بیماران را پیچیده می کند، زیرا آنها فقط با عواقب اولیه یا ثانویه بیماری و عواقب دیررس آن رنج می برند (یانگ و همکاران، 2013). علاوه بر این، جستجوی طولانی‌مدت برای تشخیص دقیق RD، که به آن «اودیسه تشخیصی» می‌گویند، معمولاً هزینه‌های پزشکی هنگفتی را با تلاش‌های ناموفق و مصرف منابع محدود به همراه دارد که پیامدهای مالی خاص خود را بر خانواده بیمار دارد. کودک ناتوان نسبت به یک کودک عادی گران است (زورینسکی و همکاران، 2008؛ یانگ و همکاران، 2013).

مطالعات پیوند ژنتیکی مطالعات پیوند ژنتیکی عموماً برای نقشه‌برداری/تعیین محتمل‌ترین جایگاه‌های کروموزومی/ژنومی که با فنوتیپ بیماری از طریق مطالعات بر اساس اطلاعات نحوه توارث بیماری (غالب یا مغلوب) در شجره‌نامه‌های خانواده (پارامتری یا مدل) استفاده می‌شوند. تجزیه و تحلیل پیوند مبتنی بر) یا بر روی برخی از نشانگرهای ژنتیکی چندشکلی گسترده ژنوم مانند ریزماهواره‌ها در خانواده‌های انتخاب شده (تجزیه و تحلیل پیوند غیر پارامتری یا بدون مدل) (Dawn Teare and Barrett, 2005؛ Teare and Santibanez Koref, 2014). اصل اصلی این مطالعات مبتنی بر خانواده این است که مکان های ژنتیکی نزدیک به لحاظ فیزیکی روی یک کروموزوم در طول میوز بسیار مرتبط باقی می مانند (یعنی احتمال نوترکیبی بین آنها <50٪ است و به طور مستقل از والدین به فرزندان به ارث می رسند (Pulst, 1999). داون تير و بارت، 2005). اگر مجموعه ای از تغییرات در یک هاپلوتیپ یکسان در یک جمعیت خاص به هم مرتبط شوند، آنها در "عدم تعادل پیوند" (LD) در نظر گرفته می شوند و مکان های ژنتیکی در LD به هم مرتبط هستند (Dawn Teare and Barrett, 2005). مطالعات مبتنی بر نقشه‌برداری پیوند در خواهر و برادر مبتلا و غیرمبتلا یا افراد آسیب‌دیده و والدین آنها (سه نفر فرزند-والد) در خانواده‌های گسترده چند موردی (خانواده‌های بارگذاری شده) یا شجره‌نامه‌ها اطلاعاتی را در مورد تفکیک همزمان تغییرات ژنتیکی با فنوتیپ بیماری ارائه می‌دهند، و خطای ژنوتیپ را به حداقل برسانید و قدرت ادعا را به حداکثر برسانید (ویتمور و نلسون، 1999؛ بیلی ویلسون و ویلسون، 2011؛ ​​بارت، 2014). در اولین دوره توصیف ژنتیکی یک فنوتیپ یا صفت بالینی که جزء ژنتیکی علت دقیق آن ناشناخته است، مطالعات پیوند در شناسایی یک مکان ژنتیکی که ممکن است حامل یک ژن عامل بیماری باشد که بین افراد مبتلا به اشتراک گذاشته شده است بسیار مفید است. برای انجام همین کار فقط به چند نشانگر نیاز دارد. با این حال، این بدان معنا نیست که مطالعات پیوند می تواند به تنهایی ژن عامل را ترسیم کند. برای این منظور، اینها عمدتاً بر جریان‌های کاری «شبیه‌سازی موضعی» متکی هستند (Teare and Santibanez Koref, 2014). محدودیت دیگر مطالعات پیوند این است که زمانی که نفوذ ناقص و ناهمگنی مکان در افراد مورد مطالعه وجود داشته باشد، قدرت یک مطالعه پیوندی ممکن است به شدت کاهش یابد (Teare and Santibanez Koref, 2014).

مطالعات پیوندی قوی‌ترین ابزار در شناسایی تغییرات بسیار نافذ و نادری است که زیربنای اختلالات مندل و نقایص مادرزادی تک ژنی هستند (بیلی ویلسون و ویلسون، 2011). پیش از این، چندین گردش کار پیوندی به ترسیم/نقشه‌برداری از ژن‌های زیربنایی برای تعدادی از RD در خانواده‌های بزرگ چند موردی کمک کرده‌اند (بارت، 2014). شایان ذکر است که علت مولکولی نزدیک به 3500 RD شناخته شده عمدتاً از طریق روش‌های شبیه‌سازی موقعیتی مرسوم مبتنی بر تجزیه و تحلیل پیوند و "نقشه هموزیگوسیتی" مشخص شده است که در آن الگوی توارث نشانگرهای DNA خاص مانند تغییرات تک نوکلئوتیدی (SNVs) و تکرارهای ریزماهواره‌ای مشخص شده است. برای تعیین رویدادهای نوترکیبی در شجره های چند موردی توسعه یافته استفاده می شود. با این وجود، اختلالات باقی‌مانده به دلایل مختلفی نسبت به این روش‌های غربالگری ژنتیکی کلاسیک مقاوم بوده‌اند: ناهمگنی مکان، ناهمگونی فنوتیپی، کاهش نفوذپذیری، در دسترس بودن تعداد کمی از بیماران یا خانواده‌ها که ممکن است برای دستیابی به یک مطالعه با قدرت کافی کافی نباشد. و به دلیل شروع زودهنگام بیماری و تأثیر شدید، آمادگی باروری را در بیماران به میزان قابل توجهی کاهش داد (لندر و بوتستین، 1987؛ وینک و بومسما، ​​2002؛ بوتشتاین و ریش، 2003؛ نگ و همکاران، 2010c؛ بایکات و همکاران، 2013). . این رویکردهای کلاسیک در موارد اختلالات خودبخودی و غیر ارثی بدون اطلاع باقی می مانند و گران، کار فشرده و زمان بر هستند.

توالی یابی DNA نسل بعدی چندین تکنیک بیولوژیکی مولکولی پیشرفته مانند آرایه‌های DNA مبتنی بر تراشه و چندین فناوری NGS «بسیار موازی» یا با توان عملیاتی بالا به غلبه بر کاستی‌های مطالعات قبلی کمک کرده‌اند. اطلاعات اولیه در مورد ژنوم انسان با تکمیل پروژه ژنوم انسانی که عمدتاً مبتنی بر "استراتژی سلسله مراتبی تفنگ ساچمه ای" است که از طریق بیوشیمی کلاسیک Sanger انجام شده بود، مورد توجه قرار گرفت.