8小時(shí)內診斷出罕見(jiàn)遺傳疾??！斯坦福學(xué)者重新定義人類(lèi)基因組測序速度，創(chuàng )下吉尼斯世界記錄
基因組測序對于診斷患有 DNA 相關(guān)疾病的患者至關(guān)重要：一旦醫生知道特定的基因突變，他們就可以相應地調整治療方案。“對患者的全基因組進(jìn)行測序、分析并收到結果，用時(shí)數周已經(jīng)算得上大多數臨床醫生所認為的'快速’了?！?斯坦福大學(xué)醫學(xué)、遺傳學(xué)和生物醫學(xué)數據科學(xué)教授 Euan Ashley 博士說(shuō)。而現在，Ashley 所帶領(lǐng)的團隊把對人類(lèi)基因組進(jìn)行測序的時(shí)間縮短到了 5 小時(shí) 2 分鐘。據悉，這個(gè)時(shí)長(cháng)創(chuàng )造了最快人類(lèi)基因組測序的吉尼斯世界記錄。完成測序后，繼續對基因組測序結果進(jìn)行分析并診斷出結果，總共所需的時(shí)間是 7 小時(shí) 18 分鐘。Ashley 和他的團隊重新定義了 “快速”，這在標準臨床診斷中幾乎是聞所未聞的。圖 | Euan Ashley（來(lái)源：stanford medicine）Ashley 團隊的研究成果于近日刊登在 The New England Journal of Medicine 上，題為：Ultrarapid Nanopore Genome Sequencing in a Critical Care Setting。在這項研究中，研究人員在不到六個(gè)月的時(shí)間里，招募并測序了 12 名患者的基因組，其中 5 人從測序結果中獲得了疾病診斷。這或將為臨床治療提供一種新思路。參與該研究的還有 NVIDIA、牛津納米孔技術(shù)公司、谷歌、貝勒醫學(xué)院和加州大學(xué)圣克魯斯分校的研究人員。在這項研究中，疾病診斷率約為 42%（5/12），比平均水平高出約 12%。因此，這次的 “提速” 并沒(méi)有降低準確性。隨著(zhù)成本的不斷下降，基因組測序技術(shù)給臨床醫生診斷遺傳疾病提供了更有力的手段。但基因測序大數據的分析往往需要耗費很長(cháng)時(shí)間，這是阻礙基因組學(xué)發(fā)展的最大障礙。同時(shí)對于患者來(lái)說(shuō)，時(shí)間就是生命。早在 2016 年 4 月 25 日，瑞迪兒童醫院（Rady Children's Hospital）旗下基因組藥物研究所總裁兼首席執行官 Stephen Kingsmore 博士采用基因組測序技術(shù)在 26 小時(shí)內成功為患有嚴重出生缺陷的嬰兒從基因層面診斷出了疾病。這創(chuàng )下當時(shí)世界上最快的基因診斷紀錄。此后 Kingsmore 團隊不斷刷新記錄， 2019 年創(chuàng )下 19.5 小時(shí)的記錄，去年他們又以 14.5 小時(shí)的成績(jì)再次榮登榜首。Ashley 的研究成果讓診斷時(shí)間變得更短。他使用了牛津納米孔技術(shù)公司開(kāi)發(fā)的 PromethION 48 測序系統，這套系統里一共有 48 個(gè)均可以獨立完成基因測序工作的測序流動(dòng)池（flow cell）。研究人員讓 48 個(gè)流動(dòng)池同時(shí)工作，極大地加快了速度。提速后測序產(chǎn)生了海量的數據，超出了實(shí)驗室的計算能力，研究人員必須將這些數據上傳到云端以加快數據處理速度，他們使用了 Google Cloud 上的 NVIDIA GPU 加速了堿基調用和變異調用，NVIDIA Clara Parabricks 計算基因組應用框架也加快了識別基因組中數百萬(wàn)個(gè)變異的過(guò)程 。當獲得基因變異結果后，研究人員拿公開(kāi)發(fā)表的論文進(jìn)行對比和確認，最終診斷出疾病。其中，能保證測序速度加快而準確性不降反升的利器是，長(cháng)讀長(cháng)測序。傳統的基因組測序技術(shù)先將基因切成小片段進(jìn)行測序，然后使用標準人類(lèi)基因組作為參考，將整個(gè)測序結果重新拼成一個(gè)基因組。但這種方法并不總能捕獲我們的整個(gè)基因組，而且它提供的信息有時(shí)會(huì )忽略指向診斷的基因變異。（來(lái)源：the Pathologist）長(cháng)讀長(cháng)測序可以對由數萬(wàn)個(gè)堿基對組成的長(cháng)片段 DNA 進(jìn)行測序，為科學(xué)家在序列中尋找錯誤提供了更多細節?！巴ㄟ^(guò)長(cháng)序列測序，更容易在大片段的基因組上找到突變，” Ashley 說(shuō)，“如果不使用一些長(cháng)序列測序的手段，幾乎不可能發(fā)現其中的一些變異。這是我們采用這種方法的重要原因之一?！?論文中指出，在本次研究中序列比對一致性（alignment identity）達到 94%。在研究期間，Ashley 的團隊為斯坦福醫院重癥監護病房未確診的患者提供了這項基因組測序技術(shù)。他們?yōu)檠芯炕颊咛峁┝伺R床現有的測試標準以及實(shí)驗室的快速基因測序，并借此尋求兩個(gè)重要問(wèn)題的答案：患者的疾病是否應該歸咎于基因變異？如果是，哪些特定的基因變異引發(fā)了這個(gè)疾??？這次研究中，有一名只有 3 個(gè)月大的嬰兒出現原因不明的癲癇，醫生一方面使用標準的臨床基因診斷，另一方面則使用試驗中的全基因組快速測序技術(shù)。僅用 8 個(gè)多小時(shí)，后者就給出了答案 —— 這名患兒的 CSNK2B 基因出現了突變，它已知與神經(jīng)發(fā)育疾病有關(guān)，會(huì )導致早發(fā)的癲癇。而標準的臨床診斷并不能給出這樣的診斷結果。該論文一經(jīng)發(fā)表引發(fā)圈內人士的眾多關(guān)注，也許在不久的將來(lái)，基因快速測序診斷會(huì )成為疾病診斷中的重要方式。https://www.sciencedaily.com/releases/2022/01/220113092144.htm
本站僅提供存儲服務(wù)，所有內容均由用戶(hù)發(fā)布，如發(fā)現有害或侵權內容，請
點(diǎn)擊舉報。
