二代及三代测序技术在遗传学诊断中的应用进展

遗传病的防治是公共卫生领域的重大课题,而明确病因是遗传病防治的重要环节。高通量测序技术（又称二代测序技术）具有高通量、低成本、高准确度的优点,为遗传诊断及咨询提供了直接证据,已成为遗传学检测不可或缺的有力工具;第三代测序也凭借其长读长的独特优势在临床应用中占据一席之地。二代及三代测序技术各有特点,互为补充,临床中针对不同的检测需求有多种类型的测序方案可供选择。基于此,对二代及三代测序技术的原理、分类及其在遗传学诊断中的应用进展做一综述,以期为临床测序方案的选择提供思路和指导。     

二代测序在脓毒血症患者病原学诊断中的应用

脓毒血症是一种严重威胁生命的感染,精准、快速的病原学诊断可帮助临床医师优化抗菌药物的使用。目前,基于病原菌培养的方法仍是脓毒血症病原学诊断的主要手段,但具有耗时长、灵敏度低等不可忽视的缺点。近年来出现了一些不依赖培养的病原学诊断方法,其中基于聚合酶链反应(polymerase chain reaction,PCR)的方法已发展较为成熟。但PCR只能检测已知的特定病原体,临床定量PCR仅用于检测病毒及少数细菌,脓毒血症中的病原体PCR多仅为定性检测。目前,二代测序技术不断成熟并用于临床,成为病原学诊断的有力手段。与血培养等传统病原学检测方法相比,其具有快速、非选择性、可定量或半定量分析的优点。现阶段二代测序仍存在公认判读标准缺乏、测序结果与治疗关系不明确、耐药基因检测困难等不足,亦缺乏较大规模的二代测序与传统诊断方法比较验证的研究结果,尚有待更高级的循证医学证据支持。     

单细胞测序技术在传染病及微生物领域的应用研究进展

单细胞测序技术正逐渐成为生物学基础研究的“必备工具”,为我们理解各种生物学现象带来革命性的洞见。很多传染性疾病均涉及免疫细胞的差异化功能,而这些免疫细胞之间具有较大的异质性。与传统的批量高通量测序相比,近年来新兴的单细胞转录组测序使得研究者能够分析感染过程的免疫细胞异质性,充分挖掘珍贵的临床样本的分子信息,还能获取难以培养的病原微生物的遗传信息。本文着重介绍了当前单细胞测序在传染性疾病及病原微生物研究领域中的应用情况,并对其发展前景做了简要展望。     

Molecular characterization of a series of 990 index patients with albinism

Albinism is a clinically and genetically heterogeneous disease characterized by variable degrees of hypopigmentation and by nystagmus, foveal hypoplasia, and chiasmatic misrouting of the optic nerves. The wide phenotypic heterogeneity impedes the establishment of phenotype–genotype correlations. To obtain a precise diagnosis, we screened the 19 known albinism genes in 990 index patients using targeted next‐generation sequencing (NGS) and high‐resolution comparative genomic hybridization. A molecular diagnosis was obtained in 72.32% of patients. A total of 243 new pathogenic variants were identified. Intragenic rearrangements represented 10.8% of all pathogenic alleles. NGS panel analysis allowed establishing a diagnosis for the rarest forms of the disease, which could not be diagnosed otherwise. Because of the clinical overlap between the different forms of the disease, diagnosis nowadays clearly relies on molecular grounds.     

宏基因组学及其在口腔微生物研究中的应用

宏基因组是指环境中所有微生物的遗传物质总和。宏基因组学技术可以最大限度地利用环境中的微生物资源,受到了国内外微生物研究者的重点关注。口腔中寄居着大量的微生物群落,以往对口腔疾病微生物的研究大多局限于单纯的细菌培养技术,然而,由于培养技术的局限性,部分微生物很难或根本不能培养,宏基因组学技术打破了这一局限性,帮助人类发掘更丰富的口腔微生物资源。最近,以宏基因组学测序为基础的研究描绘出了口腔生态系统的图谱,越来越多的实验证明口腔微生物组在各种口腔疾病甚至全身系统性疾病中的重要作用。同时,这也为基于人类微生物组的诊断和治疗开辟了新的途径。本综述旨在说明宏基因组学是研究人类口腔疾病及全身疾病相关微生物的得力工具,而且具有广阔的发展前景,同时也讨论了宏基因组学在应用中有待克服的局限性。     

纳米孔测序技术在病毒性传染病检测及研究中的应用

快速、准确鉴定出病原体是临床感染性疾病诊断和传染病预防控制的基础。高通量测序基因检测技术突破了传统检测手段的时效性、灵敏度等的局限，为病原体检测和研究提供了便捷、高效的途径。本综述以高通量测序技术发展过程为基础，回顾纳米孔三代测序技术，及其在病毒性传染病检测鉴定及研究中的应用，并对该技术的应用前景及可能存在的问题进行阐述，期望它能在病毒性传染病的防控方面发挥更大的作用。     

基因诊断中测序技术的应用及优缺点

基因突变是当今生命科学研究的热点之一,其检测方法和诊断技术发展迅猛。测序技术在基因病的确诊、分型等方面发挥着不可或缺的作用。文章重点围绕第一~三代测序技术的研究进展、优缺点及其在基因诊断中的应用进行评述 ,并对未来的发展趋势进行了预测和展望。     

高通量测序技术在食品微生物研究中的应用

高通量测序技术的快速发展对食品微生物发酵过程和机制研究产生了深刻的影响,主要体现在食品微生物生理功能、代谢能力和进化的研究以及食品微生物群落结构、动态变化及其对环境的响应机制等方面。另外,通过对食品微生物基因组和元基因组进行数据分析,也对食品发酵过程优化、微生物功能改造、食源性微生物疾病预防和控制等提供了重要的依据。本文总结了近年来利用高通量测序技术对食品微生物基因组和元基因组进行测序的研究,并探讨了测序技术的发展对食品微生物研究的影响及发展趋势。     

新一代测序技术在遗传性耳聋基因研究及诊断中的应用

超过50%的耳聋由遗传基因缺陷所致,伴随着基因组学技术的发展,耳聋分子遗传学研究逐渐成为耳科学研究的前沿领域。新一代高通量测序技术的出现,提供了以数据为导向的新的遗传性疾病研究模式,革新了人们对遗传性疾病的认识过程,使得对遗传性疾病的研究策略也发生了重大转变。近年来新一代测序技术(Next generation sequencing,NGS)在耳聋研究中的应用,大大加快了耳聋基因发现的速度,并逐渐向临床应用方向转化。文章总结了遗传性耳聋的特点和研究现状,以及新一代测序技术在耳聋研究中的应用和前景,以及基于NGS技术的耳聋基因研究和临床耳聋基因诊断的发展方向。     

第三代测序技术的主要特点及其在病毒基因组研究中的应用

随着基因测序技术的创新和应用,新的高通量测序技术不断涌现,以Pacific Biosciences(PacBio)公司的单分子实时测序(single molecule real time sequencing)为代表的第三代测序(third generation sequencing,TGS)技术开始逐渐应用于基因组研究,包括大型基因组拼装、基因结构变异和表观遗传研究等方面。本文主要对TGS技术的原理、特点和应用,特别是在病毒研究中的应用进行介绍,并与第二代测序(next generation sequencing,NGS)技术进行比较,为基因组测序技术的选择及其临床应用提供一定参考。     

宏基因组测序在中枢神经系统感染性疾病诊断中的应用及研究进展

中枢神经系统(central nervous system,CNS)感染是指由病毒、细菌或真菌等侵染中枢神经系统引起的急性或慢性炎症性(或非炎症性)疾病,致死率高,易引发严重后遗症。由于检测通量及灵敏度的限制,一半以上的中枢神经系统感染患者无法通过常规检测方法确定病原体。宏基因组测序是一种新兴的病原检测技术,能够极大地提升病原检出率。当前部分临床医生及相关从业人员对宏基因组测序的认识存在不足,限制了其在临床诊疗中的快速推广和应用。本文系统介绍了宏基因组测序整体流程,综述了该技术在中枢神经系统感染性疾病诊疗中的发展历程和最新研究进展,希望为中枢神经系统感染性疾病的诊断和治疗提供参考。     

全基因组测序及其在遗传性疾病研究及诊断中的应用

最近,随着测序成本的不断降低,数据分析策略的不断提升,全基因组测序（whole-genome sequencing,WGS）已经在癌症、孟德尔遗传病、复杂疾病的致病基因检测中得到了一定运用,并逐步走向了临床诊断。全基因组测序不但可以检测编码区和非编码区的点突变（SNVs）和插入缺失（InDels）,还可以在全基因组范围内检测拷贝数变异（copy number variation,CNV）以及结构变异（structure variation,SV）。本文详细地介绍了全基因组测序的标准生物信息分析流程与方法,及其在疾病研究、临床诊断中的应用,并对全基因组测序在医学遗传学中的应用与研究进展,以及数据分析方面面临的挑战进行了概述。     

高通量测序技术在罕见病分子诊疗中的 应用及临床实例分析

罕见病病种繁多,且表型复杂多样,不仅仅体现在疾病间的不同,同一种疾病的不同患者在表型上也可能大相径庭。这种普遍存 在的遗传异质性和临床异质性,使罕见病的诊疗极具挑战。近年来,在后人类基因组计划时代,各种测序技术快速发展,使得大规模测 序如疾病目标基因集测序、全外显子组测序、全基因组测序等成为了现实。高通量测序技术可实现对多个靶基因进行高通量平行测序, 有效节约了成本与时间,越来越广泛地应用到临床疾病分子诊疗领域。分析传统测序技术与高通量测序技术的优缺点,介绍罕见病诊疗 中常用的高通量测序策略,并结合临床实例,综述高通量测序技术在罕见病诊疗中的应用。     

Whole-genome sequencing as a first-tier diagnostic framework for rare genetic diseases

Rare diseases affect nearly 300 million people globally with most patients aged five or less. Traditional diagnostic approaches have provided much of the diagnosis; however, there are limitations. For instance, simply inadequate and untimely diagnosis adversely affects both the patient and their families. This review advocates the use of whole genome sequencing in clinical settings for diagnosis of rare genetic diseases by showcasing five case studies. These examples specifically describe the utilization of whole genome sequencing, which helped in providing relief to patients via correct diagnosis followed by use of precision medicine.     

病原宏基因组高通量测序技术质量控制与评价的挑战和思考

病原宏基因组高通量测序技术理论上能够检测几乎所有病原体基因组核酸,且适用于几乎所有类型的临床样本,尤其适用于病原不明的疑难感染性疾病的诊断。因此该技术正逐渐成为实验室常规检测方法的重要补充和不可替代的项目。然而,基于该技术的诊断试剂不仅检测流程繁琐复杂、技术更新迭代速度较快,同时相关质量控制与评价的方法和标准也有待明确,这些因素均给该技术的临床转化应用、行业发展以及监管带来挑战和不确定性。文中简述了该技术的原理和优势,以及检测流程和关键质量控制环节,最后着重介绍了关于该技术的质量评价方法和标准的相关思考。     

The future of parentage analysis: From microsatellites to SNPs and beyond

Parentage analysis is a cornerstone of molecular ecology that has delivered fundamental insights into behaviour, ecology and evolution. Microsatellite markers have long been the king of parentage, their hypervariable nature conferring sufficient power to correctly assign offspring to parents. However, microsatellite markers have seen a sharp decline in use with the rise of next‐generation sequencing technologies, especially in the study of population genetics and local adaptation. The time is ripe to review the current state of parentage analysis and see how it stands to be affected by the emergence of next‐generation sequencing approaches. We find that single nucleotide polymorphisms (SNPs), the typical next‐generation sequencing marker, remain underutilized in parentage analysis but are gaining momentum, with 58 SNP‐based parentage analyses published thus far. Many of these papers, particularly the earlier ones, compare the power of SNPs and microsatellites in a parentage context. In virtually every case, SNPs are at least as powerful as microsatellite markers. As few as 100–500 SNPs are sufficient to resolve parentage completely in most situations. We also provide an overview of the analytical programs that are commonly used and compatible with SNP data. As the next‐generation parentage enterprise grows, a reliance on likelihood and Bayesian approaches, as opposed to strict exclusion, will become increasingly important. We discuss some of the caveats surrounding the use of next‐generation sequencing data for parentage analysis and conclude that the future is bright for this important realm of molecular ecology.