第二代测序在转化医学中的应用

第二代测序在转化医学中的应用

TheapplicationofNextgenerationsequencinginTranslationalMedicine一.DNA第二代测序技术二.第二代测序技术在转化医学中的应用感染性疾病的预防与诊断无创产前诊断肿瘤研究和诊断药物研发开发新的诊断试剂盒所有的人类生理活动都来源于基因组的调节。人类基因组计划(humangenomeproject,HGP)是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。美国、英国、法国、德国、日本和我国科学家共同参与了这一预算达30亿美元的人类基因组计划。按照这个计划的设想，在2015年，要把人体内约4万个基因的密码全部解开，同时绘制出人类基因的谱图。换句话说，就是要揭开组成人体4万个基因的30亿个碱基对的秘密。人类基因组计划与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划。被誉为生命科学的“登月计划”。人类基因组计划基因组调节着人类的生命活动方方面面。DNA第二代测序技术（NGS）第二代测序技术（next-generationsequencing）是一次可对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定的高通量的测序技术，同时高通量测序使得对一个物种的转录组和基因组进行细致全貌的分析成为可能，所以又被称为深度测序(deepsequencing)。第二代测序的优势在哪里？相比于sanger测序，NGS更加省时低成本，速度快，覆盖度深，准确度高；高通量测序人类基因组有助于发现与疾病相关的基因；对于疾病引起的基因突变，高通量测序可以为患者医师提供更为准确的诊断依据；……感染性疾病的诊断和预防高通量测序非常适合细菌，真菌和病毒等微生物的全基因组测序，可用于这些微生物感染导致的疾病，可对微生物进行鉴定分型，了解感染的类型，已达到预防和诊断的目的。测序可同时给出微生物的耐药性的信息，指导个体用药。诊断实例：Dr.JamesGern和JosephDeRisi合作，用MiSeqDx从一个病危的十几岁的男孩的脑脊液中抽提出核酸样本，测了8百万条核酸序列，从中检出了475条钩端螺旋体的序列，从而判定这个男孩的病是因为钩端螺旋体感染。Dr.JamesGern依据上述的判断，给男孩青霉素治疗，治好了这个男孩的病。脑脊液是较难取得的体液，只能是采集很少的量，这就限制了所能得到的核酸总量。钩端螺旋体，在病原体的常见程度排名中是较靠后的种类。在本案例中，如果用PCR方法，挨个排查病原体，可能还没排到钩端螺旋体，核酸就不够了。但高通量测序克服了核酸量不够的问题。在本案例中，钩端螺旋体DNA只占总DNA的万分之0.6，含量极微，但经过高通量测序，得到了475条钩端螺旋体的DNA，这让钩端螺旋体无处循形。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病毒爆发感染时，有一名病人死于呼吸系统引起的多器官衰竭，然而并不知道具体的死因。科学家把病人的肺部穿刺组织的DNA拿来做高通量测序。最终在950万条序列中，含有0.85%的序列来自于H1N1病毒基因组，从而帮助科学家发现了该病人的真正死因。在这样高人类基因组干扰的背景下，目前其他技术都难以快速发现致病病毒序列、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是一种金黄色葡萄球菌，能够抵抗β-内酰胺类抗生素。其中包括甲氧苯青霉素和其他更为的常见抗生素，如苯恶洒唑青霉素，青霉素和苯恶洒唑青霉素（阿莫西林）。大多数MRSA的传染是皮肤传染。在这项研究中，研究者使用DNA测序技术——来自Illumina公司的MiSeq设备——分析从12位病人体内分离出来的MRSA，清晰的论证了MRSA细菌与此密切相关，并且证明这是一次爆发。他们还透露，这次爆发范围比先前意识到的更为广泛，两倍以上的人群携带或被同一种爆发细菌品种感染。Chewapreecha,C.,Croucher,N.J.,Harris,S.R.,Ph,