מבחני אסוציאציה
סוגים של מחקרי אסוציאציה > מחקרי אסוציאציה כלל גנומיים

מחקרי אסוציאציה כלל גנומיים (Genome wide association study, בראשי תיבות GWAS) הם הסוג הנפוץ ביותר של מחקרי אסוציאציה כיום. GWAS מאפשר חיפוש אסוציאציה בין אוסף גדול של אתרים פולימורפיים (בדרך כלל של סניפּים) ברחבי הגנום לתכונה או מחלה מסוימת. השימוש השכיח ביותר נובע ממניעים קליניים, במטרה למצוא אסוציאציה בין סניפּים לנטייה לפתח מחלות מורכבות באדם, אך ניתן באופן דומה לחפש אסוציאציות ביצורים אחרים ולפנוטיפים שאינם קשורים למחלה.
כשמם, מחקרי אסוציאציה כלל גנומיים סורקים את כל הגנום, בניגוד לשיטות אחרות המתמקדות באתר גנומי (לוקוס) מסוים או מספר קטן של גנים באופן פרטני. כלומר, מדובר בשיטה בלתי מוטה אשר אינה מניחה כל הנחה על המיקום הגנומי המעורב בקביעת הפנוטיפ הנבדק, בניגוד למחקרי אסוציאציה המתבססים על גנים מועמדים (ראו פירוט מטה). בחינה של כל הגנום מגדילה משמעותית את הסיכוי למצוא אללים המצויים באסוציאציה עם הפנוטיפ. עם זאת, כיוון שהסיכוי למצוא אסוציאציות ללא קשר סיבתי גדל גם כן, לא ניתן להסיק מניסוי זה אילו גנים או אזורים בקרתיים גורמים בוודאות, או לוקחים חלק תפקודי בפנוטיפ. כדי להעריך את המשמעות התפקודית של אתר שנתגלה כבעל אסוציאציה לנטייה לפתח פנוטיפ מסוים, על החוקרים לבצע ניסויי המשך, בדרך כלל ניסויים הבוחנים את פעילות הלוקוס בתאים בתרבית, או בחיות מודל.
עיצוב המחקר הנפוץ ביותר למחקרי אסוציאציה כלל גנומיים הוא מקרה-בקרה (case-control), בו משווים בין שתי קבוצות של פרטים, אחת מורכבת מחולים או פרטים בעלי תכונה נבדקת, והשנייה מורכבת מפרטים בריאים או פרטים ללא התכונה. בעזרת שיטות כמו מערך סניפּים (אנ'), נבדקים האללים של הפרטים במספר רב של סניפּים, בדרך כלל יותר ממיליון. לאחר מכן, עבור כל אתר פולימורפי, תדירות האלל מחושבת ונבדקת, על מנת לגלות אם היא משתנה בצורה מובהקת בין שתי הקבוצות בעזרת הסקה סטטיסטית. אם היא קיימת, מקובל לדווח על חוזק האסוציאציה בעזרת יחס הסתברויות (odds ratio), המנה של חלוקה בין ההסתברות לאלל מסוים להסתברות לאלל אחר. לדוגמה, עבור וריאנט בעל שני אללים: T ו-C, יהא מספר הפרטים בקבוצת המקרה עם האלל T ‏ 'A', ובקבוצת הבקרה יהא ‘B’. באופן דומה, מספר הפרטים בעלי האלל C בקבוצת המקרה יהיה ‘C’ ובקבוצת הבקרה ‘D’, כך שיחס ההסתברויות הוא
OR={\frac {A\div B}{C\div D}}
כאשר אלל מסוים קיים יותר אצל קבוצת המקרה, מספר זה יהיה גדול מ-1. בנוסף ליחס ההסתברויות, מקובל לחשב ערך הסתברותי (p) המתבסס בדרך כלל על מבחן חי בריבוע. עקב הכמות הגדולה של סניפּים שנבדקים, מקובל להחשיב רק ערכי p נמוכים מאוד (בדרך כלל קטן מ-5x10-8) כמובהקים סטטיסטית. במטרה להפחית עלויות ולהגדיל את הסיכוי למצוא אסוציאציות, ניתן להשתמש בתהליך ייחוס גנטי (אנ'). על בסיס סניפּים שנבדקו ניסויית המאפיינים הפלוטיפ מסוים (אנ'), ניתן להסיק מהו האלל הסביר של וריאנטים נוספים המשתייכים לאותו ההפלוטיפ. פרויקט HapMap (אנ') שפורסם לראשונה ב-2005, מכיל מאגר גדול של סניפּים אופייניים לכל הפלוטיפ ברחבי גנום האדם, ומהווה כלי שבעזרתו חוקרים יכולים לבצע ייחוס גנטי ובכך להגדיל משמעותית את מאגר הסניפּים ואת הסיכוי למצוא אסוציאציות. כיום, פרויקט 1,000 הגנומים עבר את HapMap כמאגר הסניפּים הגדול ביותר.
מעבר לכך, ידוע שווריאנטים רבים מאפיינים אוכלוסיות בעלות קשר אתני או גאוגרפי, עקב מוצא משותף בו התפתחו לראשונה אותם הווריאנטים. לכן, מחקרי אסוציאציה חייבים לקחת בחשבון את הרקע הגאוגרפי והאתני של הפרטים הנבדקים. אחרת, ייתכן שהמחקר יניב תוצאות חיוביות כוזבות.
על מנת להציג את המידע שחושב באנליזה הסטטיסטית, יחסי ההסתברויות המודדים את גודל האפקט וערכי p, מקובל להשתמש בגרף מנהטן (אנ'). בגרף מיוצג הלוגריתם השלילי של ערך ה-p כפונקציה של מיקום גנטי, כך הסניפּים עם האסוציאציה החזקה ביותר (ערך p קטן מאוד) מופיעים כעמדות גבוהות בגרף.
השימוש הראשון ב-GWAS שפורסם היה ב-2001, במחקר שבו נמצאה אסוציאציה בין סניפּ הממוקם בגן lymphotoxin-α (אנ'), חלבון שמופרש מלימפוציטים וקשור למוות תאים מתוכנן (אפופטוזה) וחלוקת תאים, לאוטם שריר הלב. נכון ל-2020, התבצעו כמעט 5,000 מחקרי אסוציאציה שונים ליותר מ-2,000 תכונות ומחלות.