第二代測(cè)序在轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

第二代測(cè)序在轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

TheapplicationofNextgenerationsequencinginTranslationalMedicine一.DNA第二代測(cè)序技術(shù)二.第二代測(cè)序技術(shù)在轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用感染性疾病的預(yù)防與診斷無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前診斷腫瘤研究和診斷藥物研發(fā)開發(fā)新的診斷試劑盒所有的人類生理活動(dòng)都來源于基因組的調(diào)節(jié)。人類基因組計(jì)劃(humangenomeproject,HGP)是由美國(guó)科學(xué)家于1985年率先提出，于1990年正式啟動(dòng)的。美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本和我國(guó)科學(xué)家共同參與了這一預(yù)算達(dá)30億美元的人類基因組計(jì)劃。按照這個(gè)計(jì)劃的設(shè)想，在2015年，要把人體內(nèi)約4萬(wàn)個(gè)基因的密碼全部解開，同時(shí)繪制出人類基因的譜圖。換句話說，就是要揭開組成人體4萬(wàn)個(gè)基因的30億個(gè)堿基對(duì)的秘密。人類基因組計(jì)劃與曼哈頓原子彈計(jì)劃和阿波羅計(jì)劃并稱為三大科學(xué)計(jì)劃。被譽(yù)為生命科學(xué)的“登月計(jì)劃”。人類基因組計(jì)劃基因組調(diào)節(jié)著人類的生命活動(dòng)方方面面。DNA第二代測(cè)序技術(shù)（NGS）第二代測(cè)序技術(shù)（next-generationsequencing）是一次可對(duì)幾十萬(wàn)到幾百萬(wàn)條DNA分子進(jìn)行序列測(cè)定的高通量的測(cè)序技術(shù)，同時(shí)高通量測(cè)序使得對(duì)一個(gè)物種的轉(zhuǎn)錄組和基因組進(jìn)行細(xì)致全貌的分析成為可能，所以又被稱為深度測(cè)序(deepsequencing)。第二代測(cè)序的優(yōu)勢(shì)在哪里？相比于sanger測(cè)序，NGS更加省時(shí)低成本，速度快，覆蓋度深，準(zhǔn)確度高；高通量測(cè)序人類基因組有助于發(fā)現(xiàn)與疾病相關(guān)的基因；對(duì)于疾病引起的基因突變，高通量測(cè)序可以為患者醫(yī)師提供更為準(zhǔn)確的診斷依據(jù)；……感染性疾病的診斷和預(yù)防高通量測(cè)序非常適合細(xì)菌，真菌和病毒等微生物的全基因組測(cè)序，可用于這些微生物感染導(dǎo)致的疾病，可對(duì)微生物進(jìn)行鑒定分型，了解感染的類型，已達(dá)到預(yù)防和診斷的目的。測(cè)序可同時(shí)給出微生物的耐藥性的信息，指導(dǎo)個(gè)體用藥。診斷實(shí)例：Dr.JamesGern和JosephDeRisi合作，用MiSeqDx從一個(gè)病危的十幾歲的男孩的腦脊液中抽提出核酸樣本，測(cè)了8百萬(wàn)條核酸序列，從中檢出了475條鉤端螺旋體的序列，從而判定這個(gè)男孩的病是因?yàn)殂^端螺旋體感染。Dr.JamesGern依據(jù)上述的判斷，給男孩青霉素治療，治好了這個(gè)男孩的病。腦脊液是較難取得的體液，只能是采集很少的量，這就限制了所能得到的核酸總量。鉤端螺旋體，在病原體的常見程度排名中是較靠后的種類。在本案例中，如果用PCR方法，挨個(gè)排查病原體，可能還沒排到鉤端螺旋體，核酸就不夠了。但高通量測(cè)序克服了核酸量不夠的問題。在本案例中，鉤端螺旋體DNA只占總DNA的萬(wàn)分之0.6，含量極微，但經(jīng)過高通量測(cè)序，得到了475條鉤端螺旋體的DNA，這讓鉤端螺旋體無(wú)處循形。Wilson,M.R.,Naccache,S.N.,Samayoa,E.,Biagtan,M.,Bashir,H.,Yu,G.,…Chiu,C.Y.(2014).Actionablediagnosisofneuroleptospirosisbynext-generationsequencing.TheNewEnglandJournalofMedicine,370(25),2408–17.doi:10.1056/NEJMoH1N1病毒爆發(fā)感染時(shí)，有一名病人死于呼吸系統(tǒng)引起的多器官衰竭，然而并不知道具體的死因?？茖W(xué)家把病人的肺部穿刺組織的DNA拿來做高通量測(cè)序。最終在950萬(wàn)條序列中，含有0.85%的序列來自于H1N1病毒基因組，從而幫助科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了該病人的真正死因。在這樣高人類基因組干擾的背景下，目前其他技術(shù)都難以快速發(fā)現(xiàn)致病病毒序列、以及分子分型。Kuroda,M.,Katano,H.,Nakajima,N.,Tobiume,M.,Ainai,A.,Sekizuka,T.,…Sata,T.(2010).Characterizationofquasispeciesofpandemic2009influenzaAvirus(A/H1N1/2009)bydenovosequencingusinganext-generationDNAsequencer.PloSOne,5(4),e10256.doi:10.1371/journal.pone.0010256MRSA是一種金黃色葡萄球菌，能夠抵抗β-內(nèi)酰胺類抗生素。其中包括甲氧苯青霉素和其他更為的常見抗生素，如苯惡灑唑青霉素，青霉素和苯惡灑唑青霉素（阿莫西林）。大多數(shù)MRSA的傳染是皮膚傳染。在這項(xiàng)研究中，研究者使用DNA測(cè)序技術(shù)——來自Illumina公司的MiSeq設(shè)備——分析從12位病人體內(nèi)分離出來的MRSA，清晰的論證了MRSA細(xì)菌與此密切相關(guān)，并且證明這是一次爆發(fā)。他們還透露，這次爆發(fā)范圍比先前意識(shí)到的更為廣泛，兩倍以上的人群攜帶或被同一種爆發(fā)細(xì)菌品種感染。Chewapreecha,C.,Croucher,N.J.,Harris,S.R.,Ph,