第二代測序在轉化醫(yī)學中的應用

第二代測序在轉化醫(yī)學中的應用

TheapplicationofNextgenerationsequencinginTranslationalMedicine一.DNA第二代測序技術二.第二代測序技術在轉化醫(yī)學中的應用感染性疾病的預防與診斷無創(chuàng)產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都來源于基因組的調節(jié)。人類基因組計劃(humangenomeproject,HGP)是由美國科學家于1985年率先提出，于1990年正式啟動的。美國、英國、法國、德國、日本和我國科學家共同參與了這一預算達30億美元的人類基因組計劃。按照這個計劃的設想，在2015年，要把人體內約4萬個基因的密碼全部解開，同時繪制出人類基因的譜圖。換句話說，就是要揭開組成人體4萬個基因的30億個堿基對的秘密。人類基因組計劃與曼哈頓原子彈計劃和阿波羅計劃并稱為三大科學計劃。被譽為生命科學的“登月計劃”。人類基因組計劃基因組調節(jié)著人類的生命活動方方面面。DNA第二代測序技術（NGS）第二代測序技術（next-generationsequencing）是一次可對幾十萬到幾百萬條DNA分子進行序列測定的高通量的測序技術，同時高通量測序使得對一個物種的轉錄組和基因組進行細致全貌的分析成為可能，所以又被稱為深度測序(deepsequencing)。第二代測序的優(yōu)勢在哪里？相比于sanger測序，NGS更加省時低成本，速度快，覆蓋度深，準確度高；高通量測序人類基因組有助于發(fā)現(xiàn)與疾病相關的基因；對于疾病引起的基因突變，高通量測序可以為患者醫(yī)師提供更為準確的診斷依據(jù)；……感染性疾病的診斷和預防高通量測序非常適合細菌，真菌和病毒等微生物的全基因組測序，可用于這些微生物感染導致的疾病，可對微生物進行鑒定分型，了解感染的類型，已達到預防和診斷的目的。測序可同時給出微生物的耐藥性的信息，指導個體用藥。診斷實例：Dr.JamesGern和JosephDeRisi合作，用MiSeqDx從一個病危的十幾歲的男孩的腦脊液中抽提出核酸樣本，測了8百萬條核酸序列，從中檢出了475條鉤端螺旋體的序列，從而判定這個男孩的病是因為鉤端螺旋體感染。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的萬分之0.6，含量極微，但經(jīng)過高通量測序，得到了475條鉤端螺旋體的DNA，這讓鉤端螺旋體無處循形。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，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家把病人的肺部穿刺組織的DNA拿來做高通量測序。最終在950萬條序列中，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。在這項研究中，研究者使用DNA測序技術——來自Illumina公司的MiSeq設備——分析從12位病人體內分離出來的MRSA，清晰的論證了MRSA細菌與此密切相關，并且證明這是一次爆發(fā)。他們還透露，這次爆發(fā)范圍比先前意識到的更為廣泛，兩倍以上的人群攜帶或被同一種爆發(fā)細菌品種感染。Chewapreecha,C.,Croucher,N.J.,Harris,S.R.,Ph,