基于焦磷酸测序技术的 基因突变检测在精准医疗中的应用研究进展

基因突变检测在肿瘤等疾病的早期诊断、个体化给药指导、疾病治疗进程与耐药监控等方面具有极其重要的意义。随着测序技术的 不断发展,DNA 突变的检测与分析已为病毒感染、血液病和实体瘤等疾病的个体化诊治提供重要参考。焦磷酸测序技术是一种基于生物发 光法测定焦磷酸盐的实时 DNA 测序技术,其用于 DNA 序列分析时不需电泳和荧光标记,定量性能好,结果准确,易于实现自动化,在基 因突变检测分析与肿瘤等疾病诊治中发挥巨大作用。综述基于焦磷酸测序技术的基因突变检测在分子靶向个体化治疗和疾病诊断中的应用 研究进展。     

乙肝治疗耐药基因突变的焦磷酸测序技术诊断

目的:建立焦磷酸测序技术检测拉米夫定和阿德福韦酯治疗乙肝所致乙肝病毒基因耐药突变的定量检测方法,为临床乙肝耐药诊断和治疗提供依据。方法:针对乙肝病毒DNA聚合酶基因序列上4个常见基因突变位点的6种突变形式,分别克隆构建野生型和突变型质粒作为标准品,应用生物信息学手段设计目标基因通用PCR引物和各突变点的焦磷酸测序引物,建立焦磷酸测序的突变检测方法。对接受拉米夫定、阿德福韦酯治疗的慢性乙型肝炎患者血清标本进行检测。结果:构建了乙肝病毒四种常见耐药性突变的标准株和变异株克隆,建立了分别或同时检测拉米夫定、阿德福韦酯耐药突变的焦磷酸测序方法,对68例临床耐药或疑似耐药的患者血清标本进行检测,双脱氧测序验证,检出拉米夫定耐药突变32例,阿德福韦酯耐药突变5例,其中焦磷酸测序检出20例为混合突变,而双脱氧测序显示为6例。结论:成功建立了焦磷酸测序定量检测拉米夫定、阿德福韦酯耐药基因突变的方法,构建了乙肝病毒耐药基因突变的标准质粒,为临床动态监测乙肝病毒变异病毒株、指导合理用药奠定了基础。     

乙肝治疗耐药基因突变的焦磷酸测序技术诊断

目的：建立焦磷酸测序技术检测拉米夫定和阿德福韦酯治疗乙肝所致乙肝病毒基因耐药突变的定量检测方法,为临床乙肝耐药诊断和治疗提供依据。方法：针对乙肝病毒DNA聚合酶基因序列上4个常见基因突变位点的6种突变形式,分别克隆构建野生型和突变型质粒作为标准品,应用生物信息学手段设计目标基因通用PCR引物和各突变点的焦磷酸测序引物,建立焦磷酸测序的突变检测方法。对接受拉米夫定、阿德福韦酯治疗的慢性乙型肝炎患者血清标本进行检测。结果：构建了乙肝病毒四种常见耐药性突变的标准株和变异株克隆,建立了分别或同时检测拉米夫定、阿德福韦酯耐药突变的焦磷酸测序方法,对68例临床耐药或疑似耐药的患者血清标本进行检测,双脱氧测序验证,检出拉米夫定耐药突变32例,阿德福韦酯耐药突变5例,其中焦磷酸测序检出20例为混合突变,而双脱氧测序显示为6例。结论：成功建立了焦磷酸测序定量检测拉米夫定、阿德福韦酯耐药基因突变的方法,构建了乙肝病毒耐药基因突变的标准质粒,为临床动态监测乙肝病毒变异病毒株、指导合理用药奠定了基础。     

扩增子测序法筛选结核分枝杆菌的耐药突变

结核病是严重的公共健康问题之一,而耐药结核病的增加是控制结核病流行的难点之一。快速、准确的诊断是提高结核患者治愈率和降低死亡率的关键因素。本研究建立了基于二代测序技术的扩增子测序方法,对5种一线抗结核药物的17个耐药基因进行检测。在26个临床耐药结核菌株中共鉴定出65个突变,包括33个热点突变,9个稀有突变和23个新突变。对18个新发现的错义突变进行了蛋白质序列保守性和蛋白质局部结构的分析。结果表明,14个新的错义突变在9种分枝杆菌中显示出高度保守性,并且导致了该蛋白质局部结构的改变。根据本研究检测和分析结果,推测这些新发现的突变可能是潜在的耐药突变。在本研究中,构建了扩增子测序的检测方法,可同时检测10株临床结核菌株的17个耐药基因,是一种快速、准确并且全面的检测耐药结核分枝杆菌一线治疗药物耐药突变的方法,该方法不仅能检测热点突变和稀有突变,还能发现一些未报道过的新突变。该检测方法或可用于临床诊断和基础研究。     

降解组测序技术在植物miRNA研究中的应用

目前, 利用芯片技术和miRNA测序可快速、准确地检测到物种中所含有的miRNA。随着越来越多的miRNA被发现, miRNA靶基因的确定已成为研究miRNA生物学功能的关键。传统的miRNA靶基因的寻找主要依赖生物信息学预测、AGO蛋白免疫共沉淀和荧光素酶法等。随着高通量测序技术的持续革新, 出现了一种新的miRNA靶基因的检测方法, 即降解组测序(degradome sequencing)法, 该方法拥有高通量测序技术、生物信息学分析和RACE验证三者的优势, 并已成功应用于拟南芥(Arabidopsis thaliana)、水稻(Oryza sativa)和小立碗藓(Physcomitrella patens)等模式植物miRNA靶基因的检测。基于已发表的相关文献和联川生物降解组测序平台, 该文对降解组测序技术应用于植物miRNA靶基因的研究进展及其实验原理进行了综述, 同时对运用该技术可进行的更深入研究进行了讨论。     

HBV耐药相关DNA突变体的构建及在寡核苷酸基因芯片分析中的应用

拉米呋啶（Lamivudine)是近年来开发成功的一种治疗HBV慢性感染病人的核苷类药物。随着拉米呋啶在临床上广泛使用,HBV耐药现象已成为临床实践中的棘手问题。建立HBV耐药测定技术成为HBV基础研究和临床实践中企待解决的一个重要问题。寡核苷酸芯片（Oligochip)是近年来发展并逐步成熟的一种高通量基因检测技术,已成功应用于基因突变快速和高通量检测。本研究在构建HBV拉米呋啶抗性相关HBV多聚酶基因突变体基础上,设计并制备了HBV耐药寡核苷酸芯片（HBV－Lam Oligochip)。根据HBV拉米呋啶抗药性相关突变主要位于HBV多聚酶基因的L526、A546、M550和V553等氨基酸位点,设计了28条寡核苷酸探针。探针对应序列为HBV DNA聚合酶基因反义链,HBVHBVhb长度为15－18nt。探针合成时在其3′端接氨基和间隔臂（spacer)等特定修饰;探针纯化与定量后,用基因芯片点样仪点到醛基修饰载玻片上,制成HBV耐药寡核苷酸芯片（HBV－Lam Oligochip)。为了分析基因芯片的性能,克隆了833号HBV病人血清中HBV DNA聚合酶基因,测序证实为HBV DNA野生型（即未发生突变）。以该DNA为模板,用PCR法构建了HBV耐药相关突变体。用HBV－Lam Oligochip对HBV野生型DNA和人工构建DNA突变体进行了检测。结果发现,HBV－Lam Oligochip能有效检测出野生型DNA序列。检测突变体时,HBV－Lam Oligochip检测结果与相应突变体DNA序列一致,表明HBV－Lam Oligochip不仅可检测出野生型序列,而且可有效地分辨出单碱基突变,可应用于HBV耐药基因突变临床检测。     

Nature系列期刊导读

<正>探讨大规模基因组研究随着新一代基因组测序技术的发展,近十年来大规模基因组测序研究越来越多,由此积累出了庞大的数据群。该文从以下三方面探讨了大规模基因组研究中的大数据问题:全基因组关联研究以及外显子组测序研究中的显著性检验,以及如何使研究更具有统计学意义;外显子组突变研究对于理解和预测当前和未来人类疾病和进化的模式具有重要意义;基于基因的稀有突变研究,及其与已知疾病的     

高通量测序技术在细菌耐药中的应用

细菌耐药已成为威胁全球人类公共健康的重要因素之一,快速、准确明确细菌耐药的特性、机制及传播特征对疾病治疗及控制耐药菌的传播具有重要意义。高通量测序技术可以同时平行检测多个基因序列的状态,已广泛应用于细菌耐药检测。目前高通量测序技术在细菌耐药领域的应用主要有:全基因组测序技术、目标区域测序技术和宏基因组测序技术。所采用的测序平台主要为Illumina、Ion Torrent、BGI等二代测序和Pacific Biosciences、Oxford Nonopore 等三代测序平台。通过细菌耐药基因预测细菌耐药表型的准确性在很大程度上依赖于成熟的专业耐药基因数据库,各种通用型、特异型及隐马尔可夫模型耐药基因数据库的建立和完善,为高通量测序技术在细菌耐药领域的应用提供了坚实的基础。本文简要介绍了高通量测序技术、数据分析方法及相应测序平台在细菌耐药领域中的应用进展,并同时介绍了细菌耐药数据库的现状。     

DNA芯片及其在生命科学中的应用

对DNA芯片的发生、发展、技术特点及在生命科学中的应用作了回顾,结果表明DNA芯片通过DNA或RNA样品与阵列的的杂交,可用于基因测序、基因表达、新基因的发现、突变的检测等等领域,虽然DNA芯片目前存在着不足和缺陷,但它正成为基因组和后基因组研究的重要工具.     

PCR-SSCP检测结核分枝杆菌利福平耐药相关基因rpoB突变

目的 建立聚合酶链反应-单链构象多态性(PCR-SSCP)技术快速检测结核分枝杆菌利福平(RFP)耐药相关基因rpoB突变.方法 设计结核分枝杆菌RFP耐药相关rpoB基因PCR引物,建立PCR-SSCP技术检测临床菌株rpoB基因的突变导致的运动变位,同时采用PCR直接测序(PCR-DS)技术检测rpoB基因突变,并对上述方法检测结果进行分析和比较.结果 84株临床菌株均含有rpoB基因;PCR-SSCP和PCR-DS检测结果显示,56株RFP敏感菌株中rpoB基因分别有3株和2株检测出突变,检测特异性分别为94.6％ (53/56)和96.4％(54/56);28株RFP耐药菌株中rpoB基因分别有27株和28株发生突变,检测灵敏度分别为96.4％和100％.结论 本研究建立的PCR-SSCP技术能快速、简便、特异、敏感地检测结核分枝杆菌利福平耐药基因rpoB突变,具有临床应用前景.     

整合分析多组学数据筛选疾病靶点的精准医学策略

随着高通量测序技术的不断发展与完善,对于不同层次和类型的生物组学数据的获取及分析方法也日趋成熟与完善。基于单组学数据的疾病研究已经发现了诸多新的疾病相关因子,而整合多组学数据研究疾病靶点的工作方兴未艾。生命体是一个复杂的调控系统,疾病的发生与发展涉及基因变异、表观遗传改变、基因表达异常以及信号通路紊乱等诸多层次的复杂调控机制,利用单一组学数据分析致病因子的局限性愈发显著。通过对多种层次和来源的高通量组学数据的整合分析,系统地研究临床发病机理、确定最佳疾病靶点已经成为精准医学研究的重要发展方向,将为疾病研究提供新的思路,并对疾病的早期诊断、个体化治疗和指导用药等提供新的理论依据。本文详细介绍了基因组、转录组和表观组等系统组学研究在疾病靶点筛选方面出现的新技术手段和研究进展,并对它们之间的整合分析新策略和优势进行了讨论。     

单分子纳米孔测序技术及其应用研究进展

测序技术在通量和成本方面有了较大的改进,以单分子纳米孔测序技术为代表的第三代测序技术更是以其超长读长、实时检测和可以直接检测碱基甲基化修饰等优势在医学及生命科学等领域作出了较大贡献。文中就单分子纳米孔测序技术的原理进行了简要描述,并对其在临床、动物、植物、细菌及病毒等领域的应用和其未来的发展方向进行了讨论。     

基因芯片与高通量测序技术的原理与应用的比较

随着后基因组时代的到来,基因芯片和高通量测序已成为生物化学和分子生物学研究中的两大重要技术。从检测效率、准确性以及自动化程度证实,这两大技术都较传统的遗传学方法有了新的突破。基因芯片技术是一种具有高通量、高效率以及高自动化特点的方法,发展至今无论在核心技术还是工业应用方面都得到广泛的推广。高通量DNA测序技术建立较晚,但是其发展速度快,特别是在技术方面的更新换代极快,不断地改进使得测序的高通量、高准确率在生命科学中的应用也是占据不可逾越的优势。二者在原理上存在着显著的差异,却在应用方面上常常交融。基于此背景,本文以基因芯片技术与高通量测序技术二者在原理和基因拷贝数变异、肠道微生物、农业等应用方面作简要论述和对比。     

二代基因测序数据管理和大数据平台在精准医学中的应用

精准医学集合了多种数据,包括组学、临床、环境和行为等,是对疾病进行个性化治疗、预防和管理的科学。随着基因测序费用的大幅下降,人们对肿瘤等疾病的认识从传统病理到分子水平的飞跃等,相关科学的发展和普及推动了精准医学的诞生和发展,将更加深远地影响着人类的健康。本文介绍了精准医学的概念、目的及应用,介绍了二代DNA测序技术在精准医学中的应用,认为基因组学数据、样本管理、数据质量控制标准以及数据管理平台等是实现精准医学的基础,智能化精准医疗将是来的发展方向。进行展望的同时,也认为基因组学海量数据的规模特点、各种健康应用在推动数据管理平台的发展的同时,也对其演进提出了挑战。     

Next-generation sequencing data interpretation: enhancing reproducibility and accessibility

Areas of life sciences research that were previously distant from each other in ideology, analysis practices and toolkits, such as microbial ecology and personalized medicine, have all embraced techniques that rely on next-generation sequencing instruments. Yet the capacity to generate the data greatly outpaces our ability to analyse it. Existing sequencing technologies are more mature and accessible than the methodologies that are available for individual researchers to move, store, analyse and present data in a fashion that is transparent and reproducible. Here we discuss currently pressing issues with analysis, interpretation, reproducibility and accessibility of these data, and we present promising solutions and venture into potential future developments.     

Proofreading genotyping assays mediated by high fidelity exo+ DNA polymerases

DNA polymerases with 3'-5' proofreading function mediate high fidelity DNA replication but their application for mutation detection was almost completely neglected before 1998. The obstacle facing the use of exo(+) polymerases for mutation detection could be overcome by primer-3'-termini modification, which has been tested using allele-specific primers with 3' labeling, 3' exonuclease-resistance and 3' dehydroxylation modifications. Accordingly, three new types of single nucleotide polymorphism (SNP) assays have been developed to carry out genome-wide genotyping making use of the fidelity advantage of exo(+) polymerases. Such SNP assays might also provide a novel approach for re-sequencing and de novo sequencing. These new mutation detection assays are widely adaptable to a variety of platforms, including real-time PCR, multi-well plate and microarray technologies. Application of exo(+) polymerases to genetic analysis could accelerate the pace of personalized medicine.     

Large-scale screening for HFE mutations: methodology and cost

Large-scale detection of mutations at the DNA level requires the development of cost-effective methods for the screening of thousands of samples. Hemochromatosis is an appropriate testing ground for the development of such technologies, and we report the methods that we have developed to screen large numbers of samples using equipment available in most laboratories. We are able to examine DNA samples for two mutations in the HFE gene at a cost of only slightly over $8 per sample, a cost that includes overhead and the approximately 40 hr per week of technician time required to perform the studies. The technologies involved in mutation analysis are evolving rapidly and ultimately more highly automated, lower-cost technologies may become available. At present, however, we find the methodology described to be very suitable for large-scale, low-cost mutation screening.     

基于微流控芯片的温度梯度毛细管电泳检测大肠癌石蜡标本中K-ras基因突变

K-ras基因突变检测可用于大肠癌的早期筛查与诊断,并有利于筛选出抗表皮生长因子受体靶向药物治疗有效的大肠癌患者,以实现肿瘤的个体化治疗．采用以倾斜式热辐射原理建立的微流控温度梯度毛细管电泳(temperature gradient capillary electrophoresis,TGCE)基因突变检测系统,实现了对98例石蜡包埋大肠癌组织中K-ras基因突变的高灵敏度筛查,突变阳性检出率为47.96%,显著高于PCR产物直接测序的23.47%．克隆测序显示该方法至少能检测到2.08%的K-ras基因突变体．K-ras基因突变与临床病理学参数的关系分析显示,直肠癌中K-ras基因突变率明显高于结肠癌(P < 0.05),而与年龄、性别、组织学类型和肿瘤分期等无显著相关性．该检测方法为肿瘤早期诊断和指导临床用药提供了一种灵敏度高、检测速度快、便于大规模筛查的有效手段.     

TILLING,high-resolution melting (HRM), and next-generation sequencing (NGS) techniques in plant mutation breeding

Induced mutations have been used effectively for plant improvement. Physical and chemical mutagens induce a high frequency of genome variation. Recently, developed screening methods have allowed the detection of single nucleotide polymorphisms (SNPs) and the identification of traits that are difficult to identify at the molecular level by conventional breeding. With the assistance of reverse genetic techniques, sequence variation information can be linked to traits to investigate gene function. Targeting induced local lesions in genomes (TILLING) is a high-throughput technique to identify single nucleotide mutations in a specific region of a gene of interest with a powerful detection method resulted from chemical-induced mutagenesis. The main advantage of TILLING as a reverse genetics strategy is that it can be applied to any species, regardless of genome size and ploidy level. However, TILLING requires laborious and time-consuming steps, and a lack of complete genome sequence information for many crop species has slowed the development of suitable TILLING targets. Another method, high-resolution melting (HRM), which has assisted TILLING in mutation detection, is faster, simpler and less expensive with non-enzymatic screening system. Currently, the sequencing of crop genomes has completely changed our vision and interpretation of genome organization and evolution. Impressive progress in next-generation sequencing (NGS) technologies has paved the way for the detection and exploitation of genetic variation in a given DNA or RNA molecule. This review discusses the applications of TILLING in combination with HRM and NGS technologies for screening of induced mutations and discovering SNPs in mutation breeding programs.     

The path to personalized medicine

Advances in personalized medicine, or the use of an individual's molecular profile to direct the practice of medicine, have been greatly enabled through human genome research. This research is leading to the identification of a range of molecular markers for predisposition testing, disease screening and prognostic assessment, as well as markers used to predict and monitor drug response. Successful personalized medicine research programs will not only require strategies for developing and validating biomarkers, but also coordinating these efforts with drug discovery and clinical development.