NGS在临床中的应用
NGS在感染性疾病诊断中的临床应用
㊃综述㊃N G S在感染性疾病诊断中的临床应用
陈梨张丽琴谢超
皖南医学院弋矶山医院呼吸内科,芜湖241002
通信作者:张丽琴,E m a i l l i z h333333@a l i y u n c o m
ʌ摘要ɔ目前复杂的感染性疾病逐渐增加,如脑膜炎㊁肺炎㊁脓毒血症等,精准快速的
病原学诊断可以帮助临床医师及时优化抗菌药物的使用,提高治愈率㊂二代测序技术发展迅速,
为临床上感染性疾病的病原学诊断提供了非常有价值的诊断途径㊂
ʌ关键词ɔ二代测序;脑膜炎;肺部感染;脓毒血症
D O I103760c m a j c n131368-20190718-01031
C l i n i c a l a p p l i c a t i o no f n e x t-g e n e r a t i o n s e q u e n c i n g i nd i a g n o s i s o f i n f e c t i o u s d i s e a s e s
C h e nL i Z h a n g L i q i n X i eC h a o
D e p a r t m e n to f R e s p i r a t o r y M e d i c i n e Y i j i s h a n H o s p i t a l W a n n a n M e d i c a l C o l l e g e W u h u
241002C h i n a
C o r r e s p o n d i n g a u t h o r Z h a n g L i q i n E m a i l l i z h333333@a l i y u n c o m
NGS基因组测序技术在个性化医学中的应用前景
NGS基因组测序技术在个性化医学中的应
用前景
随着科技的不断进步和医学的发展，个性化医学成为医疗领域的一
个重要发展方向。个性化医学旨在根据个体的基因组信息，提供针对
性的诊断和治疗方案，以改善患者的预后和生活质量。NGS基因组测
序技术（Next-generation sequencing）作为一种高通量测序方法，正在
个性化医学领域引起广泛关注，并有望成为未来个性化医学的重要工具。本文将探讨NGS基因组测序技术在个性化医学中的应用前景。
首先，NGS技术在癌症领域中的应用具有巨大潜力。癌症是一类复
杂的疾病，不同患者的癌症基因组有所不同，基因驱动突变是癌症发
生和发展的重要原因。NGS技术可以高通量、快速且准确地测序患者
癌症相关基因或突变位点，帮助医生了解患者的个体差异，从而实现
个性化的癌症治疗。通过对癌症基因组的深入研究，可以发现与疾病
相关的新的靶向治疗方法，并为研发新药提供依据。此外，NGS技术
可以辅助医生进行肿瘤早期筛查和监测，提高癌症的早期诊断率和治
疗效果，极大地改善患者的生活质量。
其次，NGS技术在遗传病领域中的应用也具有广阔的前景。遗传病
是由基因突变或遗传变异引起的疾病，对遗传病进行准确的诊断和筛
查对患者的治疗和管理至关重要。传统的遗传病诊断方法往往仅能检
测部分常见的基因突变，且费时费力。而NGS技术可以同时测序多个
基因，包括罕见突变，快速且准确地确定遗传病的病因，为患者提供
精准的诊断和治疗方案。此外，NGS技术还可以帮助家族成员进行遗
传风险评估，提前采取相应的预防和干预措施。
此外，NGS技术在个体化用药和药物开发领域也有着巨大的潜力。
NGS在临床中的应用
N G S在临床中的应用(总4页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1
-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除
高通量测序在临床分子诊断中的应用与展望
对于单基因遗传病，以往临床实验室主要借助于Sanger测序、等位基因特异性聚合酶链反应（allele-specific polymerase chain reaction，AS-PCR）、荧光原位杂交、DNA印记杂交等技术进行检验。NGS技术针对癌症、心血管疾病、肾病、糖尿病等复杂性疾病的遗传学筛查与诊断提供了便捷的途径。另外，NGS 技术在病原微生物的快速鉴定、药物的靶向治疗以及产前筛查等多个领域具有潜在的应用优势。
1 测序技术的发展及性能比较
2006年，Illumina公司推出了Solexa测序平台。目前，该公司已经推出了多种型号的测序平台，如MiSeq、HiSeq、NextSeq等系列，其中MiSeq系列适合于小型基因组测序，HiSeq系列适用于大型基因组测序。2007年，美国应用生物系统公司推出SOLiD测序平台。该平台采用五轮测序法以4色荧光标记寡核苷酸的连接合成为基础，测序准确性得以提高。2010年，美国生命科学公司和太平洋生物科学公司分别发布了半导体测序平台和第3代单分子实时（single molecule realtime，SMRT）DNA测序平台。这2种测序技术与以往的基于光学信号的检测技术不同，半导体测序平台通过半导体芯片直接感应在序列合成过程中磷酸二酯键3'OH基团释放的质子；第3代测序仪通过纳米孔技术记录单个聚合酶在不受干扰情况下连续合成，其中PacBio RS II每次运行能够产生60 000×16条序列，每条序列的平均长度达8 500 bp。
二代测序及其在临床疾病中的应用
二代测序及其在临床疾病中的应用二代测序
二代测序（Next Generation Sequencing，NGS）又称大规模平行测序，能够同时对上百万甚至数十亿个DNA分子进行测序，实现了大规模、高通量测序的目标，是继Sanger测序之后的革命性进步。
二代测序的原理
二代测序从发明至今，已有数个不同的平台开发出了基于不同原理的测序方法，目前，Solexa测序技术应用最为广泛。本文也将详细介绍solxa测序的原理。
Solexa测序：边合成边测序（SBA），循环可逆终止（CRT）
Solexa技术测序的基本原理是边合成边测序，在体系中加入四种不同荧光标记的碱基，在测序过程中，不同的dNTP会释放出不同的荧光，根据图片捕捉的荧光信号并经过特定的计算机软件处理，记录序列信息。
二代测序的临床应用
感染性疾病防控
医院感染性疾病暴发的调查：NGS序列信息可报告感染性疾病暴发的传播链，并已被用于跟踪由鲍曼不动杆菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和肺炎克雷伯杆菌引起的医院感染性疾病的传播[1-3]；
未知病原体的鉴定：NGS已在临床感染性疾病的诊断和新病原体的发现中取得了令人瞩目的成果，其高通量、低成本、并可以从头组装病原体，这一优势是其他基因检测方法所无法比拟的[4-6]。
检测病原体耐药基因突变：NGS不仅可以确认Sanger测序验证的耐药位点，还有助于检测出抗生素耐药基因出现的新发突变，并且通过进一步的实验确定这些基因是否为导致抗生素耐药模式的原因。
肿瘤的早期诊断以及精准治疗
随着新的分子诊断技术的出现，对肿瘤的认知也从单一疾病，发展到一系列驱动基因突变形成的一组疾病，带来了从病理分型到分子分型的演变。目前在临床肿瘤实践中，NGS已广泛应用于多种肿瘤类型，如肺癌、乳腺癌、胃肠道肿瘤、黑色素瘤等[7-9]，是肿瘤精准诊疗的重要环节，大大促进了个体化医学发展，为临床诊疗提供了一个崭新的平台和广阔的前景。
二代测序（NGS）临床应用4大要点，你还不知道？
二代测序（NGS）临床应用4大要点，你还不知道？
•NGS 有什么用?
•NGS 结果可以指导治疗方案制定吗？
•哪些人应该做 NGS 检测？
•哪些 NGS 项目并不值得做？
相信不少人听到 NGS 都会想知道上面这些问题，今天我们就来好好扒一 NGS。
1什么是 NGS？
肿瘤是一个多基因疾病，基因变异在肿瘤的发生发展、治疗指导中的作用已经毋庸置疑，因此基因检测已经成为肿瘤患者的常用诊疗工具。随着科技的发展，NGS 也成为目前最为炙手可热的检测技术。
NGS 也称为大量并行测序（MPS）或高通量测序技术（HTS），允许短时间内同时检测大量核苷酸，因此以低成本、高准确度、高通量和快速检测而成为目前最常用的基因检测手段之一。
临床进行 NGS 时，可根据实际需要而使用包含不同数量基因的组套（panel）。目前基因检测最常见的 3 部分为：
•靶点和生物标志物检测；
•化疗药物敏感性检测；
•以及遗传易感性检测。
2靶点和生物标志物检测
一项美国 SEER 注册分析显示，2006 年到 2013 年，癌症患者的死亡率每年降低 3.2%，2013 年到 2016 年则每年降低 6.3%。可以说，是这期间出现的靶向药物和免疫药物彻底改变了晚期肿瘤的治疗格局。
使用靶向药要先明确是否具有相应靶点。反过来说，具有多种基因突变且有相应靶向药物治疗机会的晚期肿瘤患者应该首选 NGS 检测。
ESMO 推荐意见中，建议晚期非鳞非小细胞肺癌（NSCLC），晚期前列腺癌，晚期卵巢癌和晚期胆管癌患者常规应用 NGS 进行检测。在晚期结肠癌中，NGS 可作为聚合酶链式反应（PCR）的替代方法。
从外科视角看NGS的实际临床应用
从外科视角看NGS的实际临床应用
自动化高通量测序技术（NGS）作为一项革命性的基因分析工具，已经在临床研究和诊断中得到广泛应用。从外科视角来看，NGS在实际临床应用中具有许多优势和潜在的应用价值。
首先，NGS可以快速获得大量的基因组信息。传统的基因测序方法需要对单个基因进行分析，而NGS能够在相对短的时间内对数万个基因进行扩增和测序。这样，医生可以更全面地了解患者的疾病基因组特征，从而更好地进行诊断和治疗。
其次，NGS可以帮助外科医生进行个体化治疗。患者的基因组是独一无二的，因此治疗方法也应该因人而异。NGS可以帮助医生确定患者患其中一种疾病的风险，并为个体化治疗提供依据。例如，在癌症治疗中，医生可以通过NGS确定患者个体基因组的突变特征，从而选择更加有效的治疗攻击方式。
NGS还可以在外科手术中提高术前、术中和术后的治疗效果。术前，医生可以通过对患者基因组的全面分析，预测手术的风险，帮助医生更好地为患者做手术准备。术中，医生通过NGS可以实时监测手术过程中的基因组变化，及时调整手术策略，提高手术成功率。术后，医生可以通过对患者基因组的分析，指导术后护理和康复，降低术后并发症的发生。
此外，NGS还可以用于外科病例的基因组筛查和研究。临床外科常见的疾病包括肿瘤、先天性畸形、心血管疾病等，而这些疾病往往与基因组的异常有关。通过对大量病例的NGS分析，可以更深入地了解这些病例的基因组特征，并发现与疾病相关的新基因。这有助于科学家和医生进一步研究疾病的发病机制，并开发更精准的治疗方法。
然而，NGS在外科领域的应用仍然存在一些挑战和限制。首先，NGS
NGS技术在肿瘤个体化治疗中的应用研究
NGS技术在肿瘤个体化治疗中的应用研
究
引言：
肿瘤是世界范围内一种常见病，其发病率和死亡率仍然居高不下。多年来，人们持续不断地进行着与肿瘤治疗相关的研究和探索，目的是为了找到更有效的治疗方法。近年来，基因组测序技
术（Next Generation Sequencing，NGS）在肿瘤的个体化治疗方面
取得了显著的突破。本文将探讨NGS技术在肿瘤个体化治疗中的
应用研究。
一、肿瘤个体化治疗的概念和意义
肿瘤个体化治疗，也被称为精准医学或个性化治疗，是根据患
者肿瘤的个体遗传特征和其它相关因素，通过对患者进行基因组
测序和分析，来制定适合患者个体情况的治疗方案。相较于传统
的肿瘤治疗方法，个体化治疗可以更准确地指导治疗方案的制定，从而提高治疗的成功率和患者的生存率。因此，肿瘤个体化治疗
被认为是未来肿瘤治疗的一个重要发展方向。
二、NGS技术在肿瘤个体化治疗中的应用
1. 肿瘤基因组测序
NGS技术可以快速高效地对肿瘤样本进行基因组测序，以获取
肿瘤细胞中遗传变异的信息。通过对肿瘤基因组的测序分析，可
以发现肿瘤细胞中潜在的致病突变和基因的异常表达，为制定个
体化治疗方案提供依据。同时，肿瘤基因组测序还可用于监测肿
瘤的进展和转移，以及评估肿瘤治疗的效果。
2. 靶向治疗的指导
NGS技术不仅可以揭示肿瘤的遗传变异，还可以预测肿瘤对特
定药物的敏感性。通过整合多组学数据，如基因组、转录组和蛋
白质组等信息，可以寻找到与肿瘤发生和发展相关的关键突变，
并进一步预测肿瘤对特定靶向治疗药物的敏感性。这种个体化的
药物选择可以增强治疗的针对性，提高抗肿瘤疗效。
NGS与感染性疾病医学课件
利用NGS技术，加速疫苗抗原基因筛选与设计，提高疫苗研发 效率。
临床诊断
基于NGS的核酸检测与抗体检测，为新冠病毒感染提供快速、 准确的诊断依据。
ngs在艾滋病治疗中的应用
耐药性检测
针对HIV病毒的NGS耐药性检测，指导治疗方案制定， 避免抗病毒药物失效。
免疫治疗
利用NGS技术分析患者的免疫细胞功能基因，为免疫治 疗提供精准靶点。
溯源追踪
通过对感染病例的病毒基因组进行ngs检测和分析，可以追踪 病毒的传播路径和源头，为防控措施提供科学依据。
05
ngs技术的优势与局限性
ngs技术的优势
检测灵敏度高
NGS技术可以检测到低拷贝数的DNA或RNA，甚至单个基因序 列，提高疾病的早期诊断准确性。
高度并行性
NGS技术可以同时检测多个基因序列，从而实现对多种疾病的筛 查和诊断。
下一代测序技术是继第一代测序技术（Sanger测序）和第二 代测序技术（高通量测序技术）之后，目前最为先进的测序 技术。
ngs发展历程
1 2
1977年
Sanger测序法诞生，标志着第一代测序技术的 开始。
2005年
高通量测序技术诞生，标志着第二代测序技术 的开始。
2008年
3
下一代测序技术开始应用于临床医学领域。
针对病毒基因序列进行检测，发现新 型病毒变异株，为抗病毒药物的研发 提供理论支持。
二代测序(NGS)在肿瘤检测中的应用
二代测序（NGS）在肿瘤检测中的应用什么是二代测序？
二代测序是一种高通量测序技术，又称为下一代测序，指的是与Sanger测序技术相比，能同时进行大量DNA或RNA序列测序的新一代测序技术。二代测序主要包括Illumina、Ion Torrent、BGI等不同平台，都具有高通量、高灵敏度、高精度、低成本等优势。它已经广泛应用于基因组学、转录组学、表观基因组学以及其他生命科学领域的研究和应用中。
二代测序的优缺点
相较于传统的sanger测序、PCR技术、FISH等，二代测序优点有哪些？
01产量高：能够一次性测序数百万到数千万条读段，比传统高出好几个数量级，大大提高了测序数据的覆盖率和可靠性。
02准确性高：高质量的测序和分析能够避免Sanger测序中的一些错误，如Sanger测序就很难以高的可信度将7个A和8个A区分开来。
03灵敏度高：能够检测到低浓度样本中的DNA或RNA。
04检测范围广：能够同时进行多种基因检测。对于只能切一次的小样本，又同时需要多种基因检测，二代测序是最好的选择，这对患者意义重大。二代测序也能够用于基因组学、转录组学、表观遗传学等多个领域的研究和应用。
05成本低：相比传统测序技术，二代测序每个基因的成本更低。
当然二代测序也有些短板：
01对样本质量要求较高：如果样本有大量炎症、坏死、氧化等可能导致数据质量的下降。
02数据分析难度较大：由于数据量大、质量不一和分析方法复杂等问题，对数据分析和解读的要求较高。
03报告周期长：相对于传统检测，二代测序复杂的实验流程和分析需要耗费时长更长。
2023高通量测序技术在肿瘤精准诊疗中的临床应用
2023高通量测序技术在肿瘤精准诊疗中的临床应用
摘要
高通量测序技术与传统的基因检测技术相比，实现了多样本、多位点、多变异类型的大规模平行检测，在提供临床诊疗信息的同时还能挖掘大量具有研究价值的信息，其在临床的应用范围日益广泛。另一方面，基于基础研究的不断深入，医药产业的转化产出也逐渐加大，靶向治疗、免疫治疗等新型方式将肿瘤带入“个体化精准诊疗”时代，从病种管理逐渐发展到基因管理，以患者基因组大数据为核心，实现疾病的分类、诊断、治疗与预后方案的制定，因此基因检测在整个肿瘤的管理过程中占据了不可替代的重要作用。目前，高通量测序在肿瘤临床应用中涉及了靶向治疗、辅助诊断、评估预后、复发或耐药监测等诸多方面，本文对以上各方面的临床实践现状和进展进行详细介绍。
近年来，肿瘤精准诊疗的概念不断“微观化”，同时伴随着生物信息学与测序技术的交叉融合，基因检测越来越广泛地应用于临床各个领域。高通量测序技术，即二代测序（next generation sequencing，NGS）一次检测即可实现对大量DNA片段进行测序，极大地推动了精准诊疗概念在肿瘤全程管理中的建立［1 ］。肿瘤的治疗方式经历了变化的轨迹：从手术治疗到放疗、化疗，再到靶向治疗、免疫治疗等新方法，肿瘤的发生发展机制复杂，但其本质是基于驱动基因变异导致的疾病，基因检测可获取相
应变异信息。因此，随着基因组学的不断深入发展，NGS技术在肿瘤临床应用中扮演的角色也越来越重要。
一、NGS相比传统分子技术的优势
当NGS技术还未应用于临床肿瘤伴随诊断时，已有多个基于免疫组化技术、荧光定量聚合酶链反应（polymerase chain reaction，PCR）技术和荧光免疫杂交技术等传统分子检测技术的产品作为靶向治疗药物的伴随诊断试剂盒在国内外获得批准。这些传统分子检测技术存在明显局限性：（1）检测通量低，单次检测只能测出有限的基因变异数目和类型；（2）无法检出未知的变异，可能会发生罕见变异的漏检，导致假阴性结果［2 ］；（3）无法区分具体变异位点，如表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）基因19号外显子的缺失变异有多种核苷酸变异形式，PCR方法无法区分具位点［3 ］；（4）近年来肿瘤突变负荷（tumor mutation burden，TMB）、微卫星不稳定（microsatellite instability，MSI）与免疫治疗效果的相关性研究，同源重组修复缺陷（homologous recombination deficiency，HRD）与聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（poly ADP-ribose polymerase，PARP）抑制剂治疗效果的研究越来越多，传统分子检测无法为这两种治疗方法提供有效的标志物信息［4 ］。
NGS在临床中的应用
N G S在临床中的应用集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
高通量测序在临床分子诊断中的应用与展望对于单基因遗传病，以往临床实验室主要借助于Sanger测序、等位基因特异性聚合酶链反应（allele-specificpolymerasechainreaction，AS-PCR）、荧光原位杂交、DNA印记杂交等技术进行检验。NGS技术针对癌症、心血管疾病、肾病、糖尿病等复杂性疾病的遗传学筛查与诊断提供了便捷的途径。另外，NGS技术在病原微生物的快速鉴定、药物的靶向治疗以及产前筛查等多个领域具有潜在的应用优势。
1测序技术的发展及性能比较
2006年，Illumina公司推出了Solexa测序平台。目前，该公司已经推出了多种型号的测序平台，如MiSeq、HiSeq、NextSeq等系列，其中MiSeq系列适合于小型基因组测序，HiSeq系列适用于大型基因组测序。2007年，美国应用生物系统公司推出SOLiD测序平台。该平台采用五轮测序法以4色荧光标记寡核苷酸的连接合成为基础，测序准确性得以提高。2010年，美国生命科学公司和太平洋生物科学公司分别发布了半导体测序平台和第3代单分子实时（singlemoleculerealtime，SMRT）DNA 测序平台。这2种测序技术与以往的基于光学信号的检测技术不同，半导体测序平台通过半导体芯片直接感应在序列合成过程中磷酸二酯键
3'OH基团释放的质子；第3代测序仪通过纳米孔技术记录单个聚合酶在不受干扰情况下连续合成，其中PacBioRSII每次运行能够产生60000×16条序列，每条序列的平均长度达8500bp。
NGS与感染性疾病医学课件
NGS技术可以用于检测微生物的基因组序 列和基因表达，帮助科学家更好地了解微 生物的生态和进化规律。
02
NGS在感染性疾病诊断中的应 用
病原体检测
病原体检测是NGS在感染性疾病诊断中的重要应用之一。通 过NGS技术，可以对感染性疾病的病原体进行高通量测序， 快速准确地检测出病原体类型，为临床诊断和治疗提供依据 。
NGS与感染性疾病医学课件
汇报人： 2023-12-23
目录
• NGS技术概述 • NGS在感染性疾病诊断中的
应用 • NGS在感染性疾病研究中的
应用 • NGS技术的挑战与前景 • 案例分析
01
NGS技术概述
NGS技术的定义
01
NGS技术是指下一代测序技术， 也称为高通量测序技术，它能够 一次并行对大量DNA序列进行测 序。
耐药基因检测
通过NGS技术检测病原体中的耐 药基因，了解耐药性的分子机制 ，为临床治疗提供依据。
耐药性演化研究
对不同地区、不同时间的病原体 耐药性进行比较研究，揭示耐药 性的演化规律和传播趋势。
病毒进化与传播研究
病毒种群动态监测
通过NGS技术对病毒种群进行动态监 测，了解病毒的进化历程和传播规律 ，为疫情防控提供科学依据。
总结词ห้องสมุดไป่ตู้
全基因组测序技术揭示耐药性传播机制 ，为抗药性感染病的防治提供科学依据 。
NGS技术在医学诊断中的应用
NGS技术在医学诊断中的应用随着科技的不断进步，新一代测序技术（NGS）已经被越来越
广泛地应用于临床诊断领域。NGS技术在医学诊断中的应用可以
帮助我们更准确地了解疾病的发病机制、预后以及疾病的治疗效
果等方面，进而更加精确地制定个性化的治疗方案，为患者提供
更好的医疗服务。本文将深入探讨NGS技术在医学诊断中的应用。
NGS技术简介
NGS技术是指在高通量的测序平台下，同时对多个待测样品进
行高通量测序的技术。NGS技术的优势在于速度快、数量大、准
确性高，并且可以高通量同时检测多个样品。随着NGS技术的不
断发展，它已经广泛应用于医学领域，如基因筛查、个性化医学、汉斯顿分析、癌症诊断和治疗等。
NGS技术在医学诊断中的应用被广泛应用于人类疾病的遗传学
研究、癌症分子生物学和基因组医学等领域。
NGS技术在遗传学研究中的应用
NGS技术可以用于分析人类遗传学。在过去，遗传学分析主要是用单一的基因测序技术来检测一些已知的遗传缺陷。随着NGS 技术的出现，遗传学分析变得快速、准确和全面。NGS技术可以同时测定数百万个单核苷酸多态性（SNPs）和数千个基因，甚至可以进行全基因组测序，从而得出更加全面的遗传学分析结果。此外，NGS技术可以实现快速的基因检测，并为存在疑难病例的患者提供解决办法。通过NGS技术的应用，可以将传统的遗传分析从单一遗传突变研究扩展到多基因或全基因组突变研究，从而更好地诊断和治疗常见的遗传性疾病，例如先天性免疫缺陷病、遗传性失聪、先天性心脏病等疾病。
NGS技术在癌症分子生物学和基因组医学中的应用
NGS技术在医学基因组学中的应用
NGS技术在医学基因组学中的应用NGS技术，即“下一代测序”技术，是一种高通量、高灵敏度的
基因测序技术。它的出现，极大地推动了医学基因组学的发展，
使得我们能更加准确、快速、全面地了解人类基因组，从而为人
类健康提供更精准的医疗服务。
NGS技术的应用范围极其广泛，目前已经在基础医学研究、临
床诊断、个体化药物治疗等领域中得到了广泛的应用。下面，我
们来详细了解一下NGS技术在医学基因组学中的应用。
一、基础医学研究
基础医学研究是医学领域最重要的基础之一，与人类基因组的
研究更是密不可分。NGS技术的高通量和高灵敏度能够帮助我们
更好地解析人类基因组，从而更全面地了解基因在人类健康和疾
病中的作用。
例如，NGS技术可以用来研究癌症发生的机制、基因突变的分
布及其影响、药物的耐受性等。通过对大量基因数据的分析比对，
我们可以深入地了解癌症基因的变化规律，这对于癌症的早期预防、早期诊断及个体化治疗都有着重要的意义。
此外，NGS技术也可以用来研究复杂遗传性疾病。相比于传统
的基因测序方法，NGS技术拥有更高的精度和更广的覆盖范围，
能够更好地解析疾病基因中的复杂变异现象，从而为基础医学研
究提供更完整的数据支持。
二、临床诊断
临床诊断是医疗领域最为核心的任务之一。NGS技术的高通量
和高灵敏度，为临床诊断提供了强有力的支撑。
例如，NGS技术可以用来帮助医生诊断罕见遗传性疾病。传统
的遗传性疾病诊断方法需要进行大量人力、物力的工作，而且往
往只能得出推测性的结论。而NGS技术则能够大大缩短诊断时间，并为医生提供更为准确的诊断结果，这对于罕见疾病的治疗、预
NGS技术在个体化医学诊断和治疗策略上的应用前景
NGS技术在个体化医学诊断和治疗策略上
的应用前景
随着科技的不断发展和进步，医学诊断和治疗策略也在不断演进和改进。其中，新一代测序（Next-Generation Sequencing，简称NGS）技术作为一种
高通量的测序技术，为个体化医学的诊断和治疗提供了新的前景和机会。本
文将探讨NGS技术在个体化医学诊断和治疗策略上的应用前景，并探讨其
在不同领域中的具体应用。
首先，NGS技术在癌症个体化医学上的应用前景非常广阔。癌症是世界
范围内引发人类死亡的主要原因之一，而个体化医学可以根据患者的个体特
征和基因变异来制定个性化的治疗策略。NGS技术通过对肿瘤样本进行全基因组或全外显子组测序，可以全面地了解患者的遗传背景和突变情况，进而
帮助医生选择最合适的靶向治疗药物。此外，NGS技术还可以用于监测肿瘤的进展和预测患者的治疗效果，为临床决策提供实时的、准确的数据支持。
因此，NGS技术在癌症个体化医学上的应用前景是非常令人期待的。
除了癌症，NGS技术在遗传疾病的个体化诊断和治疗方面也具有巨大潜力。遗传疾病是由个体基因突变引起的疾病，通过对患者基因组的测序，可
以快速而准确地识别突变位点和相关基因。NGS技术的高通量和高效率，使得对整个基因组的测序成为可能。这将有助于医生更好地理解疾病的遗传机制，并为患者提供个体化的治疗方案。此外，NGS技术还可以用于筛查新生儿遗传疾病，帮助及早诊断和治疗，从而减轻患者和家庭的负担。因此，NGS技术在遗传疾病的个体化医学中的应用前景十分广阔。
此外，NGS技术还可以在传染病的个体化诊断和治疗上发挥重要作用。
NGS技术在基因组研究中的应用进展
NGS技术在基因组研究中的应用进展
随着第二代测序技术的快速发展，高通量测序（Next-generation Sequencing，简称NGS）已经成为现代基因组研究的重要工具。NGS
技术的高效性、高通量性和高准确性使得它在基因组研究和生物医学
研究中发挥了重要作用。本文将重点讨论NGS技术在基因组研究中的
应用进展。
首先，NGS技术在基因组测序中的应用进展令人瞩目。相比传统的Sanger测序方法，NGS技术高通量、高效和低成本的特点使得对整个
基因组的测序成为可能。NGS技术的广泛应用使得大规模基因组测序
项目得以实现，包括染色体组装、重测序和全基因组关联研究。而基
因组测序的数据量大、复杂度高，NGS技术的快速发展也催生了一系
列的数据分析工具和算法，进一步推动了基因组测序的进展。
NGS技术在基因组变异检测方面也取得了重大突破。基因组的变异
是疾病发生和发展的重要因素。NGS技术高通量测序的优势使得探索
个体基因组变异变得更加简单和经济。单核苷酸多态性（SNPs）和结
构变异（SVs）是基因组中最常见的变异形式。NGS技术通过较低成
本和高分辨率的方法，实现了这些变异的高通量鉴定和研究。此外，NGS技术还可以应用于疾病相关基因的检测、药物靶点发现和个性化
医疗研究等方面，为疾病研究和临床应用提供了强大的工具。
NGS技术在表观遗传学研究中的应用也逐渐展现出巨大的潜力。表
观遗传学是研究基因表达调控和细胞发育过程中非编码DNA序列的遗
传机制。NGS技术为表观遗传学研究提供了高通量的测序方法，可以
揭示基因组在空间和时间上的异质性。甲基化修饰是表观遗传学中的
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高通量测序在临床分子诊断中的应用与展望
对于单基因遗传病，以往临床实验室主要借助于Sanger测序、等位基因特异性聚合酶链反应（allele-specific polymerase chain reaction，AS-PCR）、荧光原位杂交、DNA印记杂交等技术进行检验。NGS技术针对癌症、心血管疾病、肾病、糖尿病等复杂性疾病的遗传学筛查与诊断提供了便捷的途径。另外，NGS技术在病原微生物的快速鉴定、药物的靶向治疗以及产前筛查等多个领域具有潜在的应用优势。
1 测序技术的发展及性能比较
2006年，Illumina公司推出了Solexa测序平台。目前，该公司已经推出了多种型号的测序平台，如MiSeq、HiSeq、NextSeq等系列，其中MiSeq系列适合于小型基因组测序，HiSeq系列适用于大型基因组测序。2007年，美国应用生物系统公司推出SOLiD测序平台。该平台采用五轮测序法以4色荧光标记寡核苷酸的连接合成为基础，测序准确性得以提高。2010年，美国生命科学公司和太平洋生物科学公司分别发布了半导体测序平台和第3代单分子实时（single molecule realtime，SMRT）DNA测序平台。这2种测序技术与以往的基于光学信号的检测技术不同，半导体测序平台通过半导体芯片直接感应在序列合成过程中磷酸二酯键3'OH基团释放的质子；第3代测序仪通过纳米孔技术记录单个聚合酶在不受干扰情况下连续合成，其中PacBio RS II每次运行能够产生60 000×16条序列，每条序列的平均长度达8 500 bp。
一般来说，以上每种测序仪在序列读段长度、准确性、测序通量、价格等多个方面存在一定的差异。焦磷酸测序平台测序读段较长，测序通量较低，成本相对较高；Illumina系列平台产生的读段相对较短，测序费用相对较低，应用比较广泛；SOLiD测序平台在通量和准确性方面相对以上2种类型的测序平台有明显改善，但是测序长度更短；半导体测序平台以及SMRT测序平台相比其他测序平台运行时间较短，另外单分子测序平台减少了测序前的扩增准备工作，测序读段较长，但是测序成本和错误率都相对较高[8-10]。一些常用的测序仪的测序原理和性能见表1。
表1 部分常用NGS平台的测序原理和性能概述
与第1代测序技术相比，NGS技术具有以下几方面的优势：（1）通量高。以HiSeq X Ten为例，每年完成人类全基因组测序的量可达到18 000个左右；（2）速度快。特别是半导体测序仪，每次运行所需时间仅数小时；（3）测序成本低。应用Ion Torrent检测平台对数十个基因的测序成本与应用Sanger技术对单个基因的测序成本大致相当；（4）敏感性高。特别是对于取样不均一的样本，NGS能稳定检测＞1%的突变信息，对于检测异质性相对较高的肿瘤样本特别重要；（5）所需样本量少。对DNA样本的要求仅为ng数量级。总之，NGS技术能够一次性对多个靶基因进行准确检测，具有所需样本量小、敏感性高、检测成本低、耗时短等优点。
2 NGS技术在临床诊断中的应用
在NGS技术快速发展的同时也加速了该技术在临床分子诊断中的广泛应用。根据检测目的不同，NGS技术在临床中的应用主要分为以下2种策略：（1）针对已知病因的疾病设计合适的芯片，直接对多个已知的致病基因进行靶向基因组测序；（2）针对未知病因的疾病对外显子组或全基因组进行测序。
在临床应用中以上2种测序方式各有优缺点。靶向基因组测序的优点在于具有较高的测序深度、较低的检测成本，同时减轻了临床医生对高通量数据分析的压力，具有较好的应用前景，特别适合于复杂性疾病的临床分子诊断。缺点是当临床患者实际需要检测的基因数＜芯片中包含的基因数量时，会导致资源浪费和检测成本升高。另外，当需要将新的基因添加到芯片中时，需要重新设计芯片并再次通过临床质量验证。而外显子组或全基因组测序技术的优点在于能够发现新的致病基因，但是测序成本相对较高。对于检测到的一些突变信息，有时还需要对患者进行跟踪随访，根据随访信息再确定突变位点是否具有临床应用价值。
目前，靶向基因组测序在临床诊断中最广泛的应用是针对癌症亚型的临床诊断与治疗。如针对遗传性癌症的风险评估，利亚德基因公司针对25个癌基因中的突变位点开发了“MyRisk panel”芯片，专门针对乳腺癌、大肠癌、卵巢癌、子宫内膜癌、胰腺癌、前列腺癌、胃癌及黑色素瘤等8种癌型并结合家系信息进行遗传风险评估和健康管理。针对美国食品与药品监督管理局（U. S. Food and Drug Administration，FDA）批准的临床药物，llumina公司针对26个基因的突变位点开发了“TruSight Tumor panel”芯片，根据实际检测结果针对肺癌、结肠癌、胃癌、宫颈癌进行靶向治疗[12]。另外还有“AmpliSeq Cancer Panel V1”芯片、“Truseq Amplicon cancer panel”芯片[14]等。除此之外，NGS还广泛应用于肾病、糖尿病、心血管疾
病等其他复杂疾病的临床诊断中。而外显子组和全基因组测序在临床上广泛应用于筛查潜在致病基因、病原微生物的快速鉴定、产前筛查等方面。因此，测序成本已不再是影响全基因组测序应用于临床的主要障碍，重点在于如何对得到的遗传信息进行有效地解读和实际应用。尽管以上2种测序方式在临床上具有广泛的应用前景，但是在测序过程中产生的错误依然不容忽视。产生错误的原因有文库的制备、人工操作、测序数据质量控制、测序平台存在的偏好性等。因此，严格的数据分析方法和验证方法对避免产生错误的结果至关重要。在当前的临床分子诊断中，针对单个位点的遗传学变异，Sanger测序仍然被认为是分子诊断的金标准。美国医学遗传学会也建议NGS技术与Sanger测序技术二者相结合共同服务于临床遗传学诊断。
3 NGS检测序列变异的数据分析流程
对DNA或RNA的NGS流程主要分为测序前文库制备→样本上机→测序后数据分析3个步骤。对于测序前的准备工作，靶向基因组测序或全外显子测序还需要对特定的基因序列进行纯化富集。富集方法按照原理的不同分为基于寡核苷酸杂交的富集方法和基于多重PCR的富集方法。方法的选择由多种因素决定，包括测序平台的通量、样本类型（新鲜组织、冰冻组织、石蜡包埋组织）及质量等。石蜡包埋的组织样本包含的DNA质量相对较低，因此选择多重PCR的富集方法比较合适。而血液样本、骨髓样本以及新鲜的组织样本包含的DNA质量相对较高，应用2种富集方法都能得到很好的效果。对于全外显子组测序，由于涉及到的基因的数量太多，只能应用基于寡核苷酸杂交的富集方法。
测序工作完成后，如何对得到的高通量数据进行有效分析是临床实验室的又一个工作重点。一般来讲，NGS的数据分析流程主要分为以下几个步骤。
3.1 碱基识别
测序过程经碱基识别将信号转化成FASTA或FASTQ等格式的原始序列数据，随后应用FastQC 软件检测数据质量，并去除接头序列和低质量序列，一般认为质量分值＜Q20的序列为低质量序列，＞Q30的为高质量序列。对于多个样本混合的情况，还需要应用FastqMultx或Fastx-toolkit对读段序列进行重新分类。
3.2 序列比对
选择合适的序列比对工具，如BWA、Bowtie、SOAP2等将得到的序列信息比对到相应的基因组参考序列上，按照SAM格式（序列比对/定位）输出比对结果。这种格式可以被多种变异检测工具处理，提供的信息包括序列读段、序列质量、在参考基因组上的位置、序列读段与参考序列之间的差异。