第二代測(cè)序在轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

TheapplicationofNextgenerationsequencinginTranslationalMedicine第二代測(cè)序在轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

Theapplication1一.DNA第二代測(cè)序技術(shù)二.第二代測(cè)序技術(shù)在轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用感染性疾病的預(yù)防與診斷無創(chuàng)產(chǎn)前診斷腫瘤研究和診斷藥物研發(fā)開發(fā)新的診斷試劑盒一.DNA第二代測(cè)序技術(shù)2所有的人類生理活動(dòng)都來源于基因組的調(diào)節(jié)。所有的人類生理活動(dòng)都來源于基因組的調(diào)節(jié)。3人類基因組計(jì)劃(humangenomeproject,HGP)是由美國科學(xué)家于1985年率先提出，于1990年正式啟動(dòng)的。美國、英國、法國、德國、日本和我國科學(xué)家共同參與了這一預(yù)算達(dá)30億美元的人類基因組計(jì)劃。按照這個(gè)計(jì)劃的設(shè)想，在2015年，要把人體內(nèi)約4萬個(gè)基因的密碼全部解開，同時(shí)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(gè)基因的30億個(gè)堿基對(duì)的秘密。人類基因組計(jì)劃與曼哈頓原子彈計(jì)劃和阿波羅計(jì)劃并稱為三大科學(xué)計(jì)劃。被譽(yù)為生命科學(xué)的“登月計(jì)劃”。人類基因組計(jì)劃人類基因組計(jì)劃(humangenomeproject,4基因組調(diào)節(jié)著人類的生命活動(dòng)方方面面?；蚪M調(diào)節(jié)著人類的生命活動(dòng)方方面面。5DNA第二代測(cè)序技術(shù)（NGS）第二代測(cè)序技術(shù)（next-generationsequencing）是一次可對(duì)幾十萬到幾百萬條DNA分子進(jìn)行序列測(cè)定的高通量的測(cè)序技術(shù)，同時(shí)高通量測(cè)序使得對(duì)一個(gè)物種的轉(zhuǎn)錄組和基因組進(jìn)行細(xì)致全貌的分析成為可能，所以又被稱為深度測(cè)序(deepsequencing)。DNA第二代測(cè)序技術(shù)（NGS）第二代測(cè)序技術(shù)（next-ge6第二代測(cè)序的優(yōu)勢(shì)在哪里？相比于sanger測(cè)序，NGS更加省時(shí)低成本，速度快，覆蓋度深，準(zhǔn)確度高；高通量測(cè)序人類基因組有助于發(fā)現(xiàn)與疾病相關(guān)的基因；對(duì)于疾病引起的基因突變，高通量測(cè)序可以為患者醫(yī)師提供更為準(zhǔn)確的診斷依據(jù)；……第二代測(cè)序的優(yōu)勢(shì)在哪里？相比于sanger測(cè)序，NGS更加省7感染性疾病的診斷和預(yù)防高通量測(cè)序非常適合細(xì)菌，真菌和病毒等微生物的全基因組測(cè)序，可用于這些微生物感染導(dǎo)致的疾病，可對(duì)微生物進(jìn)行鑒定分型，了解感染的類型，已達(dá)到預(yù)防和診斷的目的。測(cè)序可同時(shí)給出微生物的耐藥性的信息，指導(dǎo)個(gè)體用藥。感染性疾病的診斷和預(yù)防高通量測(cè)序非常適合細(xì)菌，真菌和病毒等微8診斷實(shí)例：Dr.JamesGern和JosephDeRisi合作，用MiSeqDx從一個(gè)病危的十幾歲的男孩的腦脊液中抽提出核酸樣本，測(cè)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(gè)男孩的病是因?yàn)殂^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(gè)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(gè)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(cè)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(cè)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/NEJMoa1401268診斷實(shí)例：Wilson,M.R.,Naccache,92009年H1N1病毒爆發(fā)感染時(shí)，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。科學(xué)家把病人的肺部穿刺組織的DNA拿來做高通量測(cè)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(xué)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(shù)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.00102562009年H1N1病毒爆發(fā)感染時(shí)，有一名病人死于呼吸系統(tǒng)引起10MRSA是一種金黃色葡萄球菌，能夠抵抗β-內(nèi)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(xiàng)研究中，研究者使用DNA測(cè)序技術(shù)——來自Illumina公司的MiSeq設(shè)備——分析從12位病人體內(nèi)分離出來的MRSA，清晰的論證了MRSA細(xì)菌與此密切相關(guān)，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(shí)到的更為廣泛，兩倍以上的人群攜帶或被同一種爆發(fā)細(xì)菌品種感染。Chewapreecha,C.,Croucher,N.J.,Harris,S.R.,Ph,D.,Sanders,M.,Sc,B.,…Ph,D.(2012).RapidWhole-GenomeSequencingforInvestigationofaNeonatalMRSAOutbreak.MRSA是一種金黃色葡萄球菌，能夠抵抗β-內(nèi)酰胺類抗生素。11無創(chuàng)產(chǎn)前診斷唐氏綜合征，又稱先天愚型或Down綜合征，是由染色體異常（多了一條21號(hào)染色體）而導(dǎo)致的疾病。60%患兒在胎內(nèi)早期即流產(chǎn)，存活者有明顯的智能落后、特殊面容、生長(zhǎng)發(fā)育障礙和多發(fā)畸形。無創(chuàng)產(chǎn)前診斷是要通過測(cè)孕婦外周血中的21號(hào)染色體DNA序列的量，來推斷胎兒是否有21號(hào)染色體三體綜合征（唐氏綜合征）。懷了唐氏胎兒的孕婦，在3月齡時(shí)，其外周血中的21號(hào)染色體片段比正常胎兒的孕婦多了約2.5%。但在高通量測(cè)序技術(shù)出現(xiàn)之前，一直沒有太好的技術(shù)來檢出這2.5%的差異。直到有了高通量測(cè)序，檢出這2.5%的差異就成了輕而易舉的事情。比起傳統(tǒng)的穿刺羊水檢查，無創(chuàng)檢測(cè)僅需普通抽血，更加安全，無痛苦。無創(chuàng)產(chǎn)前診斷唐氏綜合征，又稱先天愚型或Down綜合征，是由染12腫瘤研究和診斷癌癥是由基因組的突變積累引起的。通過第二代測(cè)序，對(duì)癌基因組序列和結(jié)構(gòu)的分析可以為了解癌癥機(jī)制、診斷與治療提供新的視野。腫瘤研究和診斷癌癥是由基因組的突變積累引起的。通過第二代測(cè)序13下列是一些藥物以及其標(biāo)記，通過Miseq檢測(cè)這些基因位點(diǎn)來指導(dǎo)用藥。下列是一些藥物以及其標(biāo)記，通過Miseq檢測(cè)這些基因位點(diǎn)來指14藥物研發(fā)通過測(cè)序可尋找新的藥物靶點(diǎn)，進(jìn)行藥物篩選。同時(shí)可重新估價(jià)過去未通過的新藥。對(duì)原來一些證明“無效”或“毒副反應(yīng)大”的藥物，藥物基因組學(xué)研究有可能證明其對(duì)某些人群有較好的作用，或者說根據(jù)基因選擇治療藥物可提高藥物的有效性，避免不良反應(yīng)的發(fā)生。這樣，所有在臨床試驗(yàn)中失敗的藥物都有可能“推倒重來”。靶點(diǎn)鑒定靶點(diǎn)確認(rèn)臨床前開發(fā)臨產(chǎn)期開發(fā)（I～I(xiàn)II期）批準(zhǔn)認(rèn)證藥物研發(fā)通過測(cè)序可尋找新的藥物靶點(diǎn)，進(jìn)行藥物篩選。同時(shí)可重15開發(fā)新的診斷試劑盒目前二代測(cè)序在臨床診斷上的應(yīng)用才剛起步，不過其高通量，高準(zhǔn)確性，操作便利，成本更低，將來必然替代毛細(xì)管測(cè)序在臨床診斷上的諸多應(yīng)用，可以基于Miseq開發(fā)多種應(yīng)用于疾病診斷，微生物鑒定，耐藥性研究的試劑盒。開發(fā)新的診斷試劑盒目前二代測(cè)序在臨床診斷上的應(yīng)用才剛起步，不167月2日，國家藥監(jiān)局網(wǎng)站發(fā)布消息，2014年6月30日，藥監(jiān)局批準(zhǔn)了BGISEQ-1000基因測(cè)序儀、BGISEQ-100基因測(cè)序儀和胎兒染色體非整倍體(T21、T18、T13)檢測(cè)試劑盒(聯(lián)合探針錨定連接測(cè)序法)、胎兒染色體非整倍體(T21、T18、T13)檢測(cè)試劑盒(半導(dǎo)體測(cè)序法)醫(yī)療器械注冊(cè)。這是國家食品藥品監(jiān)督管理總局首次批準(zhǔn)注冊(cè)的第二代基因測(cè)序診斷產(chǎn)品。11月5日又有準(zhǔn)產(chǎn)批件發(fā)布。7月2日，國家藥監(jiān)局網(wǎng)站發(fā)布消息，2014年6月30日，藥監(jiān)17高通量測(cè)序及藥物篩選平臺(tái)BiacoreT200ITC200EnvisionmultimodeplatereaderHiseq2500?KTApure高通量測(cè)序及藥物篩選平臺(tái)BiacoreT200ITC20018謝謝！謝謝！19第二代測(cè)序在轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

TheapplicationofNextgenerationsequencinginTranslationalMedicine第二代測(cè)序在轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

Theapplication20一.DNA第二代測(cè)序技術(shù)二.第二代測(cè)序技術(shù)在轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用感染性疾病的預(yù)防與診斷無創(chuàng)產(chǎn)前診斷腫瘤研究和診斷藥物研發(fā)開發(fā)新的診斷試劑盒一.DNA第二代測(cè)序技術(shù)21所有的人類生理活動(dòng)都來源于基因組的調(diào)節(jié)。所有的人類生理活動(dòng)都來源于基因組的調(diào)節(jié)。22人類基因組計(jì)劃(humangenomeproject,HGP)是由美國科學(xué)家于1985年率先提出，于1990年正式啟動(dòng)的。美國、英國、法國、德國、日本和我國科學(xué)家共同參與了這一預(yù)算達(dá)30億美元的人類基因組計(jì)劃。按照這個(gè)計(jì)劃的設(shè)想，在2015年，要把人體內(nèi)約4萬個(gè)基因的密碼全部解開，同時(shí)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(gè)基因的30億個(gè)堿基對(duì)的秘密。人類基因組計(jì)劃與曼哈頓原子彈計(jì)劃和阿波羅計(jì)劃并稱為三大科學(xué)計(jì)劃。被譽(yù)為生命科學(xué)的“登月計(jì)劃”。人類基因組計(jì)劃人類基因組計(jì)劃(humangenomeproject,23基因組調(diào)節(jié)著人類的生命活動(dòng)方方面面?；蚪M調(diào)節(jié)著人類的生命活動(dòng)方方面面。24DNA第二代測(cè)序技術(shù)（NGS）第二代測(cè)序技術(shù)（next-generationsequencing）是一次可對(duì)幾十萬到幾百萬條DNA分子進(jìn)行序列測(cè)定的高通量的測(cè)序技術(shù)，同時(shí)高通量測(cè)序使得對(duì)一個(gè)物種的轉(zhuǎn)錄組和基因組進(jìn)行細(xì)致全貌的分析成為可能，所以又被稱為深度測(cè)序(deepsequencing)。DNA第二代測(cè)序技術(shù)（NGS）第二代測(cè)序技術(shù)（next-ge25第二代測(cè)序的優(yōu)勢(shì)在哪里？相比于sanger測(cè)序，NGS更加省時(shí)低成本，速度快，覆蓋度深，準(zhǔn)確度高；高通量測(cè)序人類基因組有助于發(fā)現(xiàn)與疾病相關(guān)的基因；對(duì)于疾病引起的基因突變，高通量測(cè)序可以為患者醫(yī)師提供更為準(zhǔn)確的診斷依據(jù)；……第二代測(cè)序的優(yōu)勢(shì)在哪里？相比于sanger測(cè)序，NGS更加省26感染性疾病的診斷和預(yù)防高通量測(cè)序非常適合細(xì)菌，真菌和病毒等微生物的全基因組測(cè)序，可用于這些微生物感染導(dǎo)致的疾病，可對(duì)微生物進(jìn)行鑒定分型，了解感染的類型，已達(dá)到預(yù)防和診斷的目的。測(cè)序可同時(shí)給出微生物的耐藥性的信息，指導(dǎo)個(gè)體用藥。感染性疾病的診斷和預(yù)防高通量測(cè)序非常適合細(xì)菌，真菌和病毒等微27診斷實(shí)例：Dr.JamesGern和JosephDeRisi合作，用MiSeqDx從一個(gè)病危的十幾歲的男孩的腦脊液中抽提出核酸樣本，測(cè)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(gè)男孩的病是因?yàn)殂^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(gè)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(gè)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(cè)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(cè)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/NEJMoa1401268診斷實(shí)例：Wilson,M.R.,Naccache,282009年H1N1病毒爆發(fā)感染時(shí)，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。科學(xué)家把病人的肺部穿刺組織的DNA拿來做高通量測(cè)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(xué)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(shù)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.00102562009年H1N1病毒爆發(fā)感染時(shí)，有一名病人死于呼吸系統(tǒng)引起29MRSA是一種金黃色葡萄球菌，能夠抵抗β-內(nèi)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(xiàng)研究中，研究者使用DNA測(cè)序技術(shù)——來自Illumina公司的MiSeq設(shè)備——分析從12位病人體內(nèi)分離出來的MRSA，清晰的論證了MRSA細(xì)菌與此密切相關(guān)，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(shí)到的更為廣泛，兩倍以上的人群攜帶或被同一種爆發(fā)細(xì)菌品種感染。Chewapreecha,C.,Croucher,N.J.,Harris,S.R.,Ph,D.,Sanders,M.,Sc,B.,…Ph,D.(2012).RapidWhole-GenomeSequencingforInvestigationofaNeonatalMRSAOutbreak.MRSA是一種金黃色葡萄球菌，能夠抵抗β-內(nèi)酰胺類抗生素。30無創(chuàng)產(chǎn)前診斷唐氏綜合征，又稱先天愚型或Down綜合征，是由染色體異常（多了一條21號(hào)染色體）而導(dǎo)致的疾病。60%患兒在胎內(nèi)早期即流產(chǎn)，存活者有明顯的智能落后、特殊面容、生長(zhǎng)發(fā)育障礙和多發(fā)畸形。無創(chuàng)產(chǎn)前診斷是要通過測(cè)孕婦外周血中的21號(hào)染色體DNA序列的量，來推斷胎兒是否有21號(hào)染色體三體綜合征（唐氏綜合征）。懷了唐氏胎兒的孕婦，在3月齡時(shí)，其外周血中的21號(hào)染色體片段比正常胎兒的孕婦多了約2.5%。但在高通量測(cè)序技術(shù)出現(xiàn)之前，一直沒有太好的技術(shù)來檢出這2.5%的差異。直到有了高通量測(cè)序，檢出這2.5%的差異就成了輕而易舉的事情。比起傳統(tǒng)的穿刺羊水檢查，無創(chuàng)檢測(cè)僅需普通抽血，更加安全，無痛苦。無創(chuàng)產(chǎn)前診斷唐氏綜合征，又稱先天愚型或Down綜合征，是由染31腫瘤研究和診斷癌癥是由基因組的突變積累引起的。通過第二代測(cè)序，對(duì)癌基因組序列和結(jié)構(gòu)的分析可以為了解癌癥機(jī)制、診斷與治療提供新的視野。腫瘤研究和診斷癌癥是由基因組的突變積累引起的。通過第二代測(cè)序32下列是一些藥物以及其標(biāo)記，通過Miseq檢測(cè)這些基因位點(diǎn)來指導(dǎo)用藥。下列是一些