第二代测序在转化医学中的应用

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
人类基因组计划(human genome project, 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”。
第二代测序在转化医学中的应用
The application of Next generation sequencing in Translational Medicine
• 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
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-generation sequencing）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(deep sequencing)。
Chewapreecha, C., Croucher, N. J., Harris, S. R., Ph, D., Sanders, M., Sc, B., … Ph, D. (2012). Rapid Whole-Genome Sequencing for Investigation of a Neonatal MRSA Outbreak.
2009年H1N1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。
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。
Kuroda, M., Katano, H., Nakajima, N., Tobiume, M., Ainai, A., Sekizuka, T., … Sata, T. (2010). Characterization of quasispecies of pandemic 2009 influenza A virus (A/H1N1/2009) by de novo sequencing using a nextgeneration DNA sequencer. PloS One, 5(4), e10256. doi:10.1371/journal.pone.0010256
无创产前诊断
唐氏综合征，又称先天愚型或Down综合征，是由染色体异常 （多了一条21号染色体）而导致的疾病。60%患儿在胎内早 期即流产，存活者有明显的智能落后、特殊面容、生长发育 障碍和多发畸形。
无创产前诊断是ຫໍສະໝຸດ Baidu通过测孕妇外周血中的21号染色体DNA序 列的量，来推断胎儿是否有21号染色体三体综合征（唐氏综 合征）。
• 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。
• MRSA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。
Wilson, M. R., Naccache, S. N., Samayoa, E., Biagtan, M., Bashir, H., Yu, G., … Chiu, C. Y. (2014). Actionable diagnosis of neuroleptospirosis by next-generation sequencing. The New England Journal of Medicine, 370(25), 2408–17. doi:10.1056/NEJMoa1401268
• 诊断实例：
• Dr. James Gern和Joseph DeRisi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. James Gern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。