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Nat Microbiol:CRISPR筛选技术能够找到抵抗黄病毒感染的关键基因

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2018年9月19日 讯 /基因宝jiyinbao.com/ –最近,来自西南医学中心的研究人员首次使用CRISPR全基因组筛选手段鉴定出一种有助于细胞抵抗黄病毒感染的基因。黄病毒是一类令人讨厌的病原体,其中包括西尼罗河病毒,登革热,寨卡病毒和黄热病。
在这项发表在《Nature Mircobiology》杂志上的一项研究中,John Schoggins博士领导的研究小组利用CRISPR技术鉴定出IFI6基因是一种靶向黄病毒的强效抗病毒基因。之后,研究人员利用传统的细胞试验证实该基因在防止寨卡病毒,西尼罗河病毒,登革热病毒和黄热病病毒感染方面的作用。
Nat Microbiol:CRISPR筛选技术能够找到抵抗黄病毒感染的关键基因
(图片来源:www.pixabay.com)
“哺乳动物细胞主要通过分泌干扰素防御病毒感染,干扰素参与机体对这些病毒的先天免疫反应。”作者说道。
Schoggins博士称,他们最近开发的全基因组CRISPR筛选技术能够帮助确定哪种干扰素诱导的基因在抑制黄病毒感染方面发挥了重要作用。“我们对IFI6如何抑制黄病毒进行了相关的表型和机制研究,同时通过CRISPR筛选,使我们能够找到IFI6这一抑制黄病毒感染的因子”,作者说到。
在细胞培养研究中,作者发现IFI6基因表达的蛋白质能够有效抑制肝脏中黄热病的感染,同时能够抑制登革热,寨卡病毒和西尼罗河病毒的感染。研究人员通过在肾脏和皮肤细胞系以及神经元中重复实验证实了上述结果。
对于IFI6蛋白的抗病毒分子机制还有待于未来的工作,作者希望这些知识可以为开发针对黄病毒感染的疗法奠定基础。(生物谷Bioon.com)

资讯出处:CRISPR screen identifies gene that helps cells resist West Nile, Zika viruses

原始出处:R. Blake Richardson, Maikke B. Ohlson, Jennifer L. Eitson, Ashwani Kumar, Matthew B. McDougal, Ian N. Boys, Katrina B. Mar, Pamela C. De La Cruz-Rivera, Connor Douglas, Genevieve Konopka, Chao Xing, John W. Schoggins. A CRISPR screen identifies IFI6 as an ER-resident interferon effector that blocks flavivirus replication. Nature Microbiology, 2018; DOI: 10.1038/s41564-018-0244-1

Nat Biotechnol:将细菌基因组致病岛改造成一种抗葡萄球菌神器

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2018年9月30日/生物谷BIOON/—金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)通常对抗生素产生耐药性,因而对安全的医院护理构成威胁。在一项新的研究中,来自美国纽约大学医学院的研究人员发现,从病毒进化而来的基因组“岛屿(islands)”能够转化为阻止金黄色葡萄球菌感染的抗菌“无人机(drones)”。相关研究结果于2018年9月24日在线发表在Nature Biotechnology期刊上,论文标题为“Conversion of staphylococcal pathogenicity islands to CRISPR-carrying antibacterial agents that cure infections in mice”。

Nat Biotechnol:将细菌基因组致病岛改造成一种抗葡萄球菌神器
图片来自Nature Biotechnology, doi:10.1038/nbt.4203。

这些研究人员发现某种类型的细菌DNA经基因改造后能够让杀死或致残细菌的基因替换致病性基因。

这种研究中着重关注的这种类型的细菌DNA是一种“致病岛(pathogenicity island, 也译作毒力岛)”,它是从病毒中进化而来的,并且永久地停留在病毒感染的细菌中,成为其遗传系统的一部分。结果就是形成一种混合实体(hybrid entity),这种混合实体含有细菌在繁殖时传递给后代的有用基因,但在某些情况下也会切除细菌上层结构,并像病毒一样被包装在蛋白外壳(衣壳)中,这样就将它的DNA注射到其他的细菌细胞中。

这些研究人员表示,这种进化飞跃的混合体将基因组岛屿塑造成完美的类似于无人机的载体,为细菌群体运送基因载荷(genetic payload)。当通过注射让小鼠遭受致命性的葡萄球菌感染时,他们进行基因改造过的金黄色葡萄球菌致病岛(SaPI)杀死了这些细菌并拯救了这些遭受感染的小鼠。

论文共同通信作者、纽约大学医学院史克博尔生物分子医学研究所教授Richard P. Novick博士说,“鉴于到目前为止的效果,以及相关治疗尝试的安全记录,我们正准备在奶牛中测试我们的‘无人机’抵抗干扰牛奶产量的葡萄球菌感染的效果,如果这也取得成功的话,那么就准备在遭受葡萄球菌感染的人群中开展测试。”

三分之一的人口遭受金黄色葡萄球菌感染,通常并没有症状出现。但是那些免疫系统较弱的人可能会在血液,肺部(肺炎)或器官(败血症)中产生危及生命的感染。长期以来,金黄色葡萄球菌一直在医院中构成威胁,在那里,有许多表面可供细菌定殖,并且最近在社区(比如健身房,游乐场,学校,军营和医生办公室)中已成为一个日益严重的问题。

此外,用于抵抗葡萄球菌的抗生素的效果越来越差,这是因为越来越多的菌株已经对这些药物产生耐药性。鉴于数十年的抗生素过度使用,许多葡萄球菌感染现已无法治愈,这个领域迫切寻求新的方法来抵抗感染。


借用病毒技巧

正是在20世纪80年代对一种被称作TSST1的基因—它导致葡萄球菌感染的危险并发症,即中毒性休克综合症(toxic shock syndrome)—的研究,Novick及其同事们首次发现了这种细菌的致病岛将TSST1作为它携带着的载荷的一部分。Novick团队随后的这种‘无人机’设计源于对依赖基因组岛分享有用基因的葡萄球菌的认识。通过这种方式,当任何一个细菌细胞偶然发现有助于它存活下来的变化时,整个群体都会受益,而不仅仅是它的后代。

论文共同通信作者、Novick实验室长期研究员Hope Ross博士说,“如果基因组岛屿经改造后含有抑制细菌感染而不是促进其感染的基因,那么它们在这种基因转移中的天然作用会让它们成为一种新的治疗方法。”2013年,正是Ross首先观察到这种潜力,并且建议Novick实验室着重关注它。

作为第一个测试,Novick团队在基因组岛屿上添加了CRISPR/Cas9序列,即一种可靶向切割靶基因内的DNA链的基因系统,这种切割对细菌是致命性的。Novick团队研究的另一种“无人机”包含一个编码溶葡球菌酶(lysostaphin)的基因,这种酶通过分解细菌的细胞壁来直接杀死它们。他们还研究了一种有潜力让几种致病性的细菌基因失效而不用杀死葡萄球菌的CRISPR方法,这有望阻止细菌感染产生“无人机”抵抗性。

这项研究也得出了另一个重要结论。Novick说,“这种‘无人机’系统不会像抗生素那样扰乱患者的微生物组(肠道中的微生物混合物),毕竟微生物组中的一些物种对人体消化和整体健康是至关重要的。” (生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Geeta Ram, Hope F Ross, Richard P Novick et al. Conversion of staphylococcal pathogenicity islands to CRISPR-carrying antibacterial agents that cure infections in mice. Nature Biotechnology, Published Online: 24 September 2018, doi:10.1038/nbt.4203.

新方法可无损破译基因表观遗传密码

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新方法可无损破译基因表观遗传密码

 

美国宾夕法尼亚大学研究人员开发出一种破译DNA表观遗传密码的新方法,利用DNA脱氨酶进行基因测序。他们8日在《自然·生物技术》杂志上发表论文称,新测序方法克服了沿用数十年的亚硫酸氢盐测序法的局限,将有助于更深入理解肿瘤生成等复杂生物过程。

表观遗传指的是在基因核苷酸序列不发生改变的情况下,基因表达的可遗传变化。对于表观遗传密码的分析,有助于更好地理解和诊断包括癌症在内的一系列疾病,因而成为医学研究的一个重要方向。

在过去几十年里,用来破译表观遗传密码的主要方法依赖于一种叫做亚硫酸氢盐的化学物质。但以此种物质为基础的测序方法虽然有用,却也有不少局限,其中最重要一点是,亚硫酸氢盐会破坏它接触到的大部分DNA,经其修饰后能够留下的测序材料会很少。

此次,宾夕法尼亚大学开发的新方法则有效克服了上述局限。研究人员引入了一种被称为载脂蛋白信使RNA编辑酶催化多肽(APOBEC)的脱氨酶,这种DNA脱氨酶可以有效区分胞嘧啶修饰状态,其所能达到的效果与使用亚硫酸氢盐相似,但不会损伤DNA。

研究表明,使用新方法测定一种神经元的表观遗传密码,所需的DNA输入要比使用亚硫酸氢盐测序法少很多,只有后者的千分之一。过去有些表观基因组研究由于样本稀缺很难开展,测序所需DNA输入大幅降低,意味着测序适用范围的扩大,将有助于推动这类研究。

研究人员表示,新方法克服了以亚硫酸氢盐为基础的测序方法的许多局限,扩大了表观基因组分析的范围,提供了研究表观遗传密码的新手段,这对于更深入理解神经系统发展、肿瘤生成等复杂的生物过程具有重要意义。(生物谷Bioon.com)

与诺华合作后Celyad又出黑科技,基于shRNA开发的非基因编辑通用型CAR-T技术可覆盖更多的癌症种类

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总部位于比利时的细胞治疗新锐公司Celyad最近与Horizon Discovery Group公司签署合作协议,旨在使用Horizon的短发夹RNA(shRNA)平台开发新的现货CAR-T细胞疗法(off-the-shelf)。这将是Celyad的第二个非基因编辑的通用型技术平台。
目前主流的CAR-T细胞疗法是使用患者自己的细胞并在实验室中对其进行修饰,以便注射回患者体内就能够识别癌细胞。这种方法在多种癌症类型中已经显示出乐观的前景。其中最具代表的两种疗法包括Yescarta和Kymriah,他们已被批准用于治疗淋巴瘤和白血病。但是晚期肿瘤患者的免疫指标底下,研究人员并并不能每次都可以收集到足够的细胞来编辑并用于治疗。
CYAD-01
NKG2D CAR-T 覆性
Celyad公司研发的CAR-T NKR-2疗法也是一种CAR-T细胞疗法,但是与通常的CAR-T细胞疗法不同的是这些T细胞中表达的CAR不含有识别肿瘤表面抗原的抗体片段,而是包含着完整的人类NKG2D (Natural Killer Group 2D) 受体。
与诺华合作后Celyad又出黑科技,基于shRNA开发的非基因编辑通用型CAR-T技术可覆盖更多的癌症种类
Tumor Cells NKG2D配体(图片来源:Nature)
NKG2D受体的配体在正常细胞中不表达或者表达量非常少,但是当细胞受到感染或者发生癌变时,这些配体的表达量会大幅度上升。CAR-T NKR-2细胞中表达的CAR将NKG2D受体与CD3ζ融合,导致当NKG2D受体与它的配体结合时会激活T细胞。
Celyad设计的CAR-T技术优势:
1. T细胞表面的CAR中不携带任何外来的可能引发患者免疫反应的蛋白结构,从而降低了CAR-T细胞被患者免疫系统排斥的可能性。
2. NKG2D受体可以识别表达在大多数实体瘤和血癌细胞表面的8种不同的配体,导致它可以同时靶向多种不同的癌症。
由于NKG2D受体识别的配体种类广泛,CAR-T NKR-2细胞疗法的安全性是一个需要验证的重要问题。Celyad公司去年结束的临床I期试验结果表明CAR-T NKR-2细胞疗法在治疗AML和MM患者时表现出良好的安全性和耐受性。
CYAD-101
通用型CAR-T技术
继表现良好的CYAD-01(又名CAR-T NKG2D)后,Celyad又致力于开发新型的CAR-T细胞,这些细胞是从健康供体收集的,所以这种同种异体疗法有助于“即用型”CAR T细胞疗法的产生,同时保持高抗癌活性。该公司的第一个同种异体(供体衍生的)CAR T细胞疗法CYAD-101正在为攻克近80%的癌症而努力。
这些细胞产生一种叫做NKG2D的受体,它与天然存在于癌细胞中的八种不同配体结合。这些配体也是由供给肿瘤和免疫抑制细胞的血管产生的,这表明CYAD-101可以在多个方面起作用。因为它来源于遗传上不同的个体,CYAD-101中的细胞也携带一种分子,可防止患者的免疫系统将其识别为外来物。
2018年7月,Celyad宣布美国食品和药物管理局(FDA)已接受该公司的CYAD-101的研究性新药(IND)申请,值得注意的是,这是全球第一个非基因编辑的同种异体CAR-T临床项目。
美国FDA已经表明,允许进行代号为Allo-SHRINK的临床试验,评估CYAD-101联合化疗在无法切除的结直肠癌患者中的安全性以及临床有效性。
与诺华合作后Celyad又出黑科技,基于shRNA开发的非基因编辑通用型CAR-T技术可覆盖更多的癌症种类
研发管线:自体和同种异体CAR-T细胞疗法(图片来源 Celyad)
其中CYAD-101是Celyad的第一个同种异体CAR-T细胞产品,编码公司的自体CYAD-01 CAR-T和新型肽,TIM(TCR抑制分子),TCR信号传导的抑制剂。其中TCR信号传导负责移植物抗宿主病(GvHD),因此篡改或消除其信号可以减少或消除GvHD。
在CYAD-101中,TIM肽与CAR构建体一起编码,允许通过单个转导步骤产生同种异体T细胞。此外,CYAD-101还受益于Celyad已经进入临床的自体CAR-T细胞产品高度相似的制造工艺。
与诺华合作后Celyad又出黑科技,基于shRNA开发的非基因编辑通用型CAR-T技术可覆盖更多的癌症种类
Horizon公司核心技术(图片来源:Horizon官网)
现在,利用Horizon的shRNA技术,Celyad计划开发出第二种用于治疗癌症的同种异体CAR T细胞治疗候选药物。 shRNA是一小段RNA,形成发夹(DNA和RNA环)并阻止某些基因的产生。
“Horizon与Celyad的合作旨在让Celyad找到满足其需求的高效解决方案,”Horizon Discovery首席营销官Jon Moore在一份新闻稿中表示。 “我们在细胞疗法方面看到了巨大的希望,并致力于开发和提供创新技术,使我们的合作伙伴能够将变革性细胞疗法带到诊所并满足未满足的临床需求。”
与诺华合作后Celyad又出黑科技,基于shRNA开发的非基因编辑通用型CAR-T技术可覆盖更多的癌症种类
Celyad首席执行官,医学博士Christian Homsy(图片来源:Celyad官网)
Celyad首席执行官,医学博士Christian Homsy说:“我们很高兴有机会利用Horizon的shRNA平台进一步推进我们对非基因编辑的同种异体CAR-T细胞的开创性方法。这些临床前数据为我们基于shRNA的非基因编辑的同种异体提供了概念验证并建立了方法。”
根据临床前研究的有希望的数据,Celyad正在启动一期试验(NCT03692429),以研究CYAD-101在结直肠癌中的安全性和有效性。同时,CYAD-101的临床前结果以及shRNA平台开发同种异体CAR T细胞疗法的多功能性将于11月7日至11日在华盛顿举行的2018年癌症免疫治疗学会(SITC)年会上公布。
关于Celyad公司
通用型CAR-T技术黑马
与诺华合作后Celyad又出黑科技,基于shRNA开发的非基因编辑通用型CAR-T技术可覆盖更多的癌症种类
Celyad成立于2007年,公司的前身是Cardio3 BioSciences。总部位于比利时Mont-Saint-Guibert,是一家领先的心血管疾病治疗和肿瘤基因工程细胞疗法公司。Celyad在心血管疾病治疗方面的先导药物候选产品是C-Cure,是一种利用自体细胞治疗患者的缺血性心脏衰竭(HF)的疗法,目前在欧洲和以色列III期临床试验招募工作已经完成。而且,公司正在进行CAR-T细胞疗法的研究,以用于各种血液癌和实体瘤的治疗。
2015 年
Celyad 收购了 Celdara 公司的肿瘤学部门以及它的 CAR- T 疗法资产,这其中包括 CAR-T NKR- 2 和两款其他的自体 CAR- T 疗法产品,同时还包括了同种异体 T 细胞平台。根据最初的合作协议,Celyad 需要以现金加股票的方式支付 1400 万美元的首付金,并且需要在产品的净销售额达到 10 亿美元后,另支付 8000 万美元的里程碑款项和 5%-8% 的收入提成。
2016年
Celyad 将同种异体 CAR-T NKR- 2 的日本、韩国和台湾地区的独家开发权益许可给了 Ono Pharmaceutical,同时 Ono 制药还会得到自体 CAR-T NKR- 2 的产品许可选择权。
2017年5月
Celyad公司宣布与诺华制药(Novartis Pharma)签订了一项关于其专有的异体CAR-T细胞产品的全球非独家许可协议。此协议涉及诺华正在进行开发的两项产品。该协议的核心部分是有关于Celyad的一项异体原代T细胞专利(专利号:No. 9,181,527),此专利可以在敲除T细胞的TCR并表达嵌合抗原受体(CAR)。
2018年7月
Celyad宣布美国食品和药物管理局(FDA)已接受该公司的CYAD-101的研究性新药(IND)申请,值得注意的是,这是全球第一个非基因编辑的同种异体CAR-T临床项目。美国FDA已经表明,允许进行代号为Allo-SHRINK的临床试验,评估CYAD-101联合化疗在无法切除的结直肠癌患者中的安全性以及临床有效性。(生物谷 Bioon.com)
参考出处:
https://immuno-oncologynews.com/2018/10/19/celyad-in-new-collaboration-to-develop-allogeneic-car-t-cell-therapies/
https://www.horizondiscovery.com/
https://www.celyad.com

科学家揭秘棉花优质纤维基因组

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科学家揭秘棉花优质纤维基因组

天然纤维哪家强?还数种植历史悠久的棉花。作为一种常见的经济作物,棉花具有天然、可再生的特点。近日,来自华中农业大学、英国杜伦大学、爱荷华州立大学的研究者揭示了整合多种方法组装的异源四倍体棉花的基因组序列,为棉花纤维的遗传改良提供了参考。研究成果于12月4日在线发表于《自然—遗传学》。

全球每年天然纺织纤维产量的90%以上源于异源四倍体棉花(陆地棉和海岛棉)。陆地棉因其产量较高,广泛种植于世界各地,海岛棉则因其优异的纤维品质而备受珍视。为了培育更长、更细和更强纤维的陆地棉,可将海岛棉的优良纤维性状引入其中。

为了得到更精确的基因组序列,研究者通过第三代测序技术、BioNano光学图谱技术和染色质高级结构捕获技术,对陆地棉TM-1及海岛棉3-79的基因组序列进行联合组装。与先前报道的棉花基因组草图相比,该研究显着提高了基因组的连续性和完整性,比如着丝粒等重复含量较高的区域被成功组装。

与二倍体棉花基因组比较后,研究团队发现许多结构变异来自于棉花基因组的异源多倍化事件之后。

论文第一作者、华中农业大学博士王茂军对《中国科学报》表示,为了将这些基因组变异应用到棉花纤维的遗传改良中,研究人员对陆地棉和海岛棉之间的遗传导入系材料进行基因组分析,鉴定了13个控制纤维品质的遗传位点。研究团队还结合纤维发育的转录组数据,探究了这些遗传位点的表达调控机制。“这些位点的鉴定为今后通过海岛棉改良陆地棉的纤维品质提供了参考。”王茂军说。

该成果有助于对棉花的进化以及功能基因组展开进一步研究,并为未来以改良纤维为目的的育种工作提供帮助。华中农业大学教授张献龙、林忠旭,美国爱荷华州立大学教授JoshuaA. Udall和英国杜伦大学教授Keith Lindsey为共同通讯作者。(生物谷Bioon.com)

 

中美科学院院长就基因编辑准则在《科学》发文

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中美科学院院长就基因编辑准则在《科学》发文

12月14日,中国科学院院长白春礼联合美国国家医学院院长Victor J. Dzau、美国国家科学院院长Marcia McNutt在《科学》上发表一篇题为《来自香港的警示》社论,呼吁全球各国科学院携起手来,就基因编辑研究及临床应用所应遵循的准则达成广泛的国际共识。

上月,在香港举办的第二届国际人类基因组编辑峰会引起了轩然大波。一名来自南方科技大学的研究者贺建奎爆出,他对一对健康胚胎进行了基因编辑,使其能抵抗艾滋病,并使这对基因编辑的双胞胎出生。

事件发生后,中科院学部科学道德建设委员会迅速发出声明称,坚决反对任何个人、任何单位在理论不确定、技术不完善、风险不可控、伦理法规明确禁止的情况下开展此类的临床应用。

社论作者在文章中指出,尽管峰会主办方、各国科学院以及有声望的科学领袖都在普遍谴责这项研究“令人深感不安”以及“不负责任”,中国也已启动了对该研究者行为的调查,但很显然,使用CRISPR-Cas9技术来编辑人类基因组,已经跑在了科学、医学共同体为应对复杂伦理及管理问题所进行的努力的前面。

“当前,人类生殖系基因组编辑的指导方针和原则是基于充分的科学研究和伦理原则的。”社论称,“然而,此次事件突显出一种紧迫的需求,那就是我们需要加倍努力,赶在人类生殖系基因组编辑被认为是一件可容许的事之前,就更加明确的准则及标准达成国际共识。”

文章作者呼吁,各国科学院应迅速召集国际专家及利益相关者形成一份快速报告,来推动完善用于生殖目的的人类胚胎所必须遵循的准则及标准。作者认为,在召集国际专家、推动就负责任的基因编辑研究及临床应用达成广泛科学共识方面,国家科学院具有很大的优势。

“我们坚信,建立基因编辑标准的国际共识是十分重要的,这些标准能够避免研究者为从事危险和有违伦理的实验寻求借口,或寻找方便的实验场所。”文章作者同时强调,国际科学标准的建立,并不打算去替代各国的规章制度,反而可能会使各国的规章制度更加充实。

社论称,基因编辑有朝一日是能够治疗或预防疾病的,但想要维持公众对这一问题的信任,学术共同体现在就要采取措施,来证明这种新的工具可以在具备能力、正当及善行的前提下被使用。但不幸的是,此次基因编辑事件恐怕在各个方面都已失败,鲁莽而草率的行为,会置人类生命于危险之中。

作者认为,仅仅建立标准还不够,人们还需要建立一种国际机制,让科学家能够对不符合原则和标准的研究更加重视。他们提出了一系列政策建议,例如加快管理科学的发展、提供一个管理方案的“信息交换所”、致力于共同监管标准的长期发展,以及对计划及进行中的研究及临床应用实验,可以通过国际注册制度提升协调能力等。

文章最后援引了著名的阿希洛马会议案例。40多年前,当DNA重组还是一项革命性的生物医学新技术时,其安全性和效果也曾引发关注,为此科学家召开了阿希洛马会议。在那次会议上,科学家就这些问题进行了公开的讨论和辩论,最终,他们就一系列研究指导原则达成了共识,这些原则最终成为政府制定政策的基石。

“阿希洛马会议至今仍能为我们带来重要的启示。”白春礼等人强调,人们需要就人类生殖系基因组编辑的研究和临床应用的具体标准及准则达成广泛的共识。并且,这种共识不仅涵盖科学和临床医学的共同体,也应当将全社会囊括进来。

在这篇文章中,统领美国国家科学院、国家工程院、国家医学院及国家科学研究委员会四大学术机构的美国国家学院(美国最高学术团体)也表态称,愿意牵头为推动此事作出贡献。

据了解,2015年12月,由美国国家科学院、美国国家医学院、英国皇家学会、中科院联合组织的人类基因编辑峰会在美国召开首次峰会。会后,包括中科院广州生物医药与健康研究院研究员裴端卿在内的22名学者组成了人类基因编辑研究委员会,历经14个月研究后,向全球发布了人类基因编辑基本原则。

其中,可遗传的生殖系基因组编辑的原则描述如下:有令人信服的治疗或者预防严重疾病或严重残疾的目标,并在严格监管体系下使其应用局限于特殊规范内,允许临床研究试验;任何可遗传的生殖系基因组编辑应该在充分的持续反复评估和公众参与条件下进行。委员会还特别就可遗传生殖系基因组编辑提出了10条规范标准。(生物谷Bioon.com)

 

Nat Commun:科学家成功利用大数据分析来鉴别新型的癌症风险基因

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2019年1月7日 讯 /生物谷BIOON/ –诱发癌症有很多遗传原因,比如有些突变会遗传自父母,而其它则是后天获得性的突变,比如因外界因素或DNA复制的错误导致等,大规模的基因组测序在识别因体细胞突变所诱发的癌症上取得了一系列研究成果,但这种技术却无法有效识别因遗传性突变所诱发的癌症,而且识别这些遗传突变的主要来源仍然是基于家族性的研究。

Nat Commun:科学家成功利用大数据分析来鉴别新型的癌症风险基因

图片来源:iran-daily.com

近日,一项刊登在国际杂志Nature Communications上的研究报告中,来自巴塞罗那基因组研究中心的科学家们通过研究开发了一种新型的统计学方法,其能够从肿瘤测序数据中鉴别出癌症易感性基因;该方法使用了一种古老的想法,即癌基因通常需要“两次击打”(two hits)才能够致癌,研究者表示,这种方法能帮助他们从当前癌症基因组数据库中系统性地鉴别出相关的基因。

研究者将这种统计学方法命名为“ALFRED”,目前该技术已经鉴别出了13个候选的癌症易感性基因,其中10个基因都是此前并未发现的;Ben Lehner博士说道,我们对30种不同类型的肿瘤患者进行研究,将这种方法应用于1万多名患者的基因组序列中,最终鉴别出了已知的和一些新型的可能性癌症易感基因,这些基因有可能会诱发一定的患癌风险。

研究者指出,新型的癌症易感基因或许在多种类型癌症的发生上扮演着关键角色,比如,其与14%的卵巢肿瘤、1%的乳腺癌等癌症直接相关。比如一种新发现的风险基因突变(NSD1)就与至少3/1000的癌症患者发病直接相关。研究者Fran Supek表示,我们想通过研究开发并检测一种新方法,来改善科学家们对癌症基因组学的理解,并加速目前的癌症研究、诊断以及预防等。

本文研究结果阐明了共享基因组数据的重要性,如今研究人员能够将多个不同研究计划的数据相结合,并通过应用新型的计算机方法来识别此前研究中并未鉴别的重要癌症基因;很多癌症患者也呼吁科学家们更好地共享基因组数据,因为只有通过比较不同医院、国家和疾病之间的数据,我们才能对许多疾病有更加深入的理解。但很不幸的是,目前很多研究人员似乎并未进行数据的共享,这或许是我们后期需要进行改善的地方。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Solip Park, Fran Supek, Ben Lehner. Systematic discovery of germline cancer predisposition genes through the identification of somatic second hits. Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-04900-7

一文读懂分子诊断技术、PCR技术、基因测序技术

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一文读懂分子诊断技术、PCR技术、基因测序技术

分子诊断技术是指以DNA和RNA为诊断材料,用分子生物学技术通过检测基因的存在、缺陷或表达异常,从而对人体状态和疾病作出诊断的技术。其基本原理是检测DNA或RNA的结构是否变化、量的多少及表达功能是否异常,以确定受检者有无基因水平的异常变化,对疾病的预防、预测、诊断、治疗和预后具有重要意义。通俗简单的讲所有基于分子生物学水平的方法学技术都属于分子诊断技术,比如PCR技术、基因测序技术等等。

PCR技术即聚合酶链式反应是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术,基本原理类似于DNA的天然复制过程,由变性–退火–延伸三个基本反应步骤构成:模板DNA的变性,模板DNA与引物的退火(复性),引物的延伸。重复循环变性–退火–延伸三过程,就可获得更多的“半保留复制链”,而且这种新链又可成为下次循环的模板。每完成一个循环需2~4分钟,2~3小时就能将待扩目的基因扩增放大几百万倍。由1983年美国Mullis首先提出设想,1985年由其发明了聚合酶链反应,即简易DNA扩增法,意味着PCR技术的真正诞生。简单讲PCR技术本质上是针对DNA片段进行扩增放大,通过实时荧光PCR技术使得样本中DNA含量可以检测出来。

基因测序技术即测定DNA序列的技术。在分子生物学研究中,DNA的序列分析是进一步研究和改造目的基因的基础。目前用于测序的技术主要有Sanger等(1977)发明的双脱氧链末端终止法和 Maxam和 Gilbert(1977)发明的化学降解法。这二种方法在原理上差异很大,但都是根据核苷酸在某一固定的点开始,随机在某一个特定的碱基处终止,产生 A,T,C,G四组不同长度的一系列核苷酸,然后在尿素变性的PAGE胶上电泳进行检测,从而获得DNA序列。目前 Sanger测序法得到了广泛的应用。简单讲基因测序技术是针对DNA片段进行测序和分析,使得DNA序列得以清晰。

下面一起来了解一下分子诊断技术近50年的发展历程:

一、基于分子杂交的分子诊断技术

上世纪60年代至80年代是分子杂交技术发展最为迅猛的20年,由于当时尚无法对样本中靶基因进行人为扩增,人们只能通过已知基因序列的探针对靶序列进行捕获检测。其中液相和固相杂交基础理论、探针固定包被技术与cDNA探针人工合成的出现,为基于分子杂交的体外诊断方法进行了最初的技术储备。

(一)DNA印迹技术(Southern blot)

Southern[1]于1975年发明了DNA印迹技术,通过限制性内切酶将DNA片段化,再以凝胶电泳将长度不等的DNA片段进行分离,通过虹吸或电压转印至醋酸纤维膜上,再使膜上的DNA变性与核素标记的寡核苷酸探针进行分子杂交,经洗脱后以放射自显影鉴别待测的DNA片段-探针间的同源序列。这一方法由于同时具备DNA片段酶切与分子探针杂交,保证了检测的特异性。因此,一经推出后便成为探针杂交领域最为经典的分子检测方法,广为运用于各种基因突变,如缺失、插入、易位等,及与限制性酶切片段长度多态性(restriction fragment length polymorphism,RFLP)的鉴定中。Alwine等[2]于1977年推出基于转印杂交的Northern blot技术也同样成为当时检测RNA的金标准。

(二)ASO反向斑点杂交(allele-specific oligonucleotide reverse dot blot,ASO-RDB)

使用核酸印迹技术进行核酸序列的杂交检测具有极高的特异性,但存在操作极为繁琐,检测时间长的缺点。1980年建立的样本斑点点样固定技术则摆脱了传统DNA印迹需要通过凝胶分离技术进行样本固定的缺点。通过在质粒载体导入单碱基突变的方法,构建了首条等位基因特异性寡核苷酸探针(allele-specific oligonucleotide,ASO),更使对核酸序列点突变的检测成为可能。1986年,Saiki[3]首次将PCR的高灵敏度与ASO斑点杂交的高特异性结合起来,实现了利用ASO探针对特定基因多态性进行分型。其后为了完成对同一样本的多个分子标记进行高通量检测,Saiki[4]又发明了ASO-RDB,通过将生物素标记的特异性PCR扩增产物与固定于膜上的探针杂交显色,进行基因分型、基因突变的检测。该法可将多种寡核苷酸探针固定于同一膜条上,只需通过1次杂交反应,即可筛查待检样本DNA的数十乃至数百种等位基因,具有操作简单、快速的特点,一度成为基因突变检测、基因分型与病原体筛选最为常用的技术。

(三)荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization,FISH)

FISH源于以核素标记的原位杂交技术,1977年Rudkin[5]首次使用荧光素标记探针完成了原位杂交的尝试。在上世纪8090年代,细胞遗传学和非同位素标记技术的发展将FISH推向临床诊断的实践应用。相比于其它仅针对核酸序列进行检测的分子诊断技术,FISH结合了探针的高度特异性与组织学定位的优势,可检测定位完整细胞或经分离的染色体中特定的正常或异常DNA序列;由于使用高能量荧光素标记的DNA探针,可实现多种荧光素标记同时检测数个靶点。

如今,FISH已在染色体核型分析,基因扩增、 基因重排、病原微生物鉴定等多方面中得到广泛应用。通过比较基因组杂交(comparative genomic hybridization,CGH)与光谱核型分析(spectral karyotyping,SKY)等FISH衍生技术,使其正在越来越多的临床诊断领域中发挥作用。

(四)多重连接探针扩增技术(multiplex ligation dependent probe amplification,MLPA)

MLPA技术于2002年由Schouten等[6]首先报道。每个MLPA探针包括2个荧光标记的寡核苷酸片段,1个由化学合成,1个由M13噬菌体衍生法制备;每个探针都包括1段引物序列和1段特异性序列。在MLPA反应中,2个寡核苷酸片段都与靶序列进行杂交,再使用连接酶连接2部分探针。连接反应高度特异,只有当2个探针与靶序列完全杂交,连接酶才能将2段探针连接成1条完整的核酸单链;反之,如果靶序列与探针序列不完全互补,即使只有1个碱基的差别,就会导至杂交不完全,使连接反应无法进行。连接反应完成后,用1对荧光标记的通用引物扩增连接好的探针,每个探针扩增产物的长度都是唯一的。最后,通过毛细管电泳分离扩增产物,便可对把核酸序列进行检测。由于巧妙地借鉴了扩增探针的原理,MLPA技术最多可在1次反应中对45个靶序列的拷贝数进行鉴定。

该技术具备探针连接反应的特异性与多重扩增探针杂交的高通量特性。经过MRC-Holland公司10余年的发展,MLPA技术已成为涵盖各种遗传性疾病诊断、药物基因学多遗传位点鉴定、肿瘤相关基因突变谱筛查、DNA甲基化程度定量等综合分子诊断体系,是目前临床最为常用的高通量对已知序列变异、基因拷贝数变异进行检测的方法。

(五)生物芯片

1991年Affymetrix公司的Fordor[7]利用其所研发的光蚀刻技术制备了首个以玻片为载体的微阵列,标志着生物芯片正式成为可实际应用的分子生物学技术。时至今日,芯片技术已经得到了长足的发展,如果按结构对其进行分类,基本可分为基于微阵列(microarray)的杂交芯片与基于微流控(microfluidic)的反应芯片2种。

1.微阵列芯片

(1)固相芯片:微阵列基因组DNA分析(microarray-based genomic DNA profiling,MGDP)芯片:将微阵列技术应用于MGDP检测中已有超过十年的历史,其技术平台主要分为2类,即微阵列比较基因组杂交(array-based comparative genome hybridization,aCGH)和基因型杂交阵列(SNP array)。顾名思义,aCGH芯片使用待测DNA与参比DNA的双色比对来显示两者间的拷贝数变异(CNV)的变化,而单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)芯片则无需与参比DNA进行比较,直接通过杂交信号强度显示待测DNA中的SNP信息。随着技术的不断进步,目前市场上已出现可同时检测SNP与CNV的高分辨率混合基因阵列芯片。MGDP芯片主要应用于发育迟缓、先天性异常畸形等儿童遗传病的辅助诊断及产前筛查。经验证,使用MGDP芯片进行染色体不平衡检测与FISH的诊断符合率可达100%[8],表达谱芯片(gene expression profiling array,GEP array):1999年,Duggan等[9]首次使用cDNA芯片绘制了mRNA表达谱信息。随着表观遗传学在疾病发生发展中的作用日益得到重视,目前也已出现microRNA芯片、长链非编码RNA(long noncoding RNA,lncRNA)芯片等。类似于MGDP芯片,GEP芯片使用反转录后生成的cDNA文库与固定于芯片载体上的核酸探针进行杂交,从而检测杂交荧光信号的强度判断基因的表达情况。相较于基因组杂交,GEP芯片对生物学意义更为重要的转录组信息进行检测,对疾病的诊断与预后判断具有特殊的意义。目前使用GEP芯片对急性髓细胞白血病、骨髓增生异常综合征等血液病及神经退行性变等进行诊断、分类及预后评估已经获得了令人满意的效果;

(2)液相芯片:传统固相芯片将检测探针锚定于固相载体上捕获目的序列,而Luminex公司的xMAP技术[10]则通过搭配不同比例的2种红色荧光染料,将聚苯乙烯微球标记为不同的荧光色,并对其进行编码得到具有上百种荧光编号的微球。通过xTAG技术将不同的特异性杂交探针交联至编码微球上,使得不同的探针能够通过微球编码得以区分。利用混合后的探针-微球复合物与待测样本进行杂交,使微球在流动鞘液的带动下通过红绿双色流式细胞仪,其中红色激光检测微球编码,绿色荧光检测经杂交后核酸探针上荧光报告基团的信号强度,一次完成对单个样本中多种靶序列的同时鉴定。目前,该技术已在囊性纤维化等遗传性疾病诊断、多种呼吸道病毒鉴定及人乳头瘤病毒分型取得了广泛的应用。

2.微流控芯片

1992年Harrison等[11]首次提出了将毛细管电泳与进样设备整合到固相玻璃载体上构建“微全分析系统”的构想,通过分析设备的微型化与集成化,完成传统分析实验室向芯片上实验室(lab-on-chip)的转变。微流控芯片(microfluidic chip)由微米级流体的管道、反应器等元件构成,与宏观尺寸的分析装置相比,其结构极大地增加了流体环境的面积/体积比,以最大限度利用液体与物体表面有关的包括层流效应、毛细效应、快速热传导和扩散效应在内的特殊性能,从而在1张芯片上完成样品进样、预处理、分子生物学反应、检测等系列实验过程。

目前使用微流控芯片进行指导用药的多基因位点平行检测是主要临床应用领域。

二、核酸序列测定

测序反应是直接获得核酸序列信息的唯一技术手段,是分子诊断技术的一项重要分支。虽然分子杂交、分子构象变异或定量PCR技术在近几年已得到了长足的发展,但其对于核酸的鉴定都仅仅停留在间接推断的假设上,因此对基于特定基因序列检测的分子诊断,核酸测序仍是技术上的金标准。

(一)第1代测序

1975年Sanger与Coulson发表了使用加减法进行DNA序列测定的方法,随后Maxam在1977年提出了化学修饰降解法的模型,为核酸测序时代的来临拉开了序幕。

Sanger等于同年提出的末端终止法(Sanger测序法)利用2’与3’不含羟基的双脱氧核苷三磷酸(ddNTP)进行测序引物延伸反应,ddNTP在DNA合成反应中不能形成磷酸二酯键,DNA合成反应便会终止。如果分别在4个独立的DNA合成反应体系中加入经核素标记的特定ddNTP,则可在合成反应后对产物进行聚丙烯酰胺凝胶电泳(polyacrylamide gel electrophoresis,PAGE)及放射自显影,根据电泳条带确定待测分子的核苷酸序列。appied Biosystems公司在Sanger法的基础上,于1986年推出了首台商业化DNA测序仪PRISM 370A,并以荧光信号接收和计算机信号分析代替了核素标记和放射自显影检测体系。该公司于1995年推出的首台毛细管电泳测序仪PRISM 310更是使测序的通量大大提高。Sanger测序是最为经典的一代测序技术,仍是目前获取核酸序列最为常用的方法。

(二)第2代测序

1.焦磷酸测序(Pyro-sequencing)

不同于Sanger测序法所使用的合成后测序理念,Ronaghi分别于1996年与1998年提出了在固相[13]与液相[14]载体中通过边合成边测序的方法-焦磷酸测序。其基本原理是利用引物链延伸时所释放的焦磷酸基团激发荧光,通过峰值高低判断与其相匹配的碱基数量。由于使用了实时荧光监测的概念,焦磷酸测序实现了对特定位点碱基负荷比例的定量,因此在SNP位点检测、等位基因(突变)频率测定、细菌和病毒分型检测方面应用广泛。由于荧光报告原理不同,其对于序列变异的检测灵敏度从Sanger测序的20%提高到了5%。但由于该技术的仪器采购与单次检测成本较高,目前尚未得到大规模的临床使用。

2.高通量第2代测序

目前常见的高通量第二代测序平台主要有Roche 454、Illumina Solexa、ABI SOLiD和Life Ion Torrent等,其均为通过DNA片段化构建DNA文库、文库与载体交联进行扩增、在载体面上进行边合成边测序反应,使得第1代测序中最高基于96孔板的平行通量扩大至载体上百万级的平行反应,完成对海量数据的高通量检测。该技术可以对基因组、转录组等进行真正的组学检测,在指导疾病分子靶向治疗、绘制药物基因组图谱指导个体化用药、感染性疾病的病原微生物宏基因组鉴定及通过母体中胎儿DNA信息进行产前诊断等方面已经取得了喜人的成绩。然而,由于该技术需要对DNA进行片段化处理,测序反应读长较短(如Solexa与SOLiD系统单次读长仅50bp),需要对数据进行大规模拼接,因此对分子诊断工作者掌握生物信息学知识提出了更高要求,以利于后期的测序数据分析

(三)第3代测序

第3代测序技术的核心理念是以单分子为目标的边合成边测序。该技术的操作平台目前主要有Helicos公司的Heliscope、Pacific Biosciences公司的SMRT和Oxford Nanopore Technologies公司的纳米孔技术等。该技术进一步降低了成本,可对混杂的基因物质进行单分子检测,故对SNP、CNV的鉴定更具功效。但是目前其进入产品商业化,并最终投入临床应用仍有很长的距离。

三、基于分子构象的分子诊断技术

(一)变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)与单链构象多态性(single strand conformation polymorphism,SSCP)

1970~1980年间,Fischer等[15]与Orita等[16]分别提出了利用核酸序列变异所导至双链变性条件差异与单链空间折叠差异,通过变性与非变性PAGE对变异序列进行分离鉴定的方法,即DGGE与SSCP。上述2项技术均通过变异核酸分子在空间构象上的差异,通过特定条件下电泳速率的变化进行检测。正因为核酸分子构象具有序列特异性,且对于序列的改变非常敏感,常常1个碱基的变化也能得到鉴定。但由于DGGE与SSCP均必须进行PCR后开盖电泳的操作,现已不常见于临床检测。

(二)变性高效液相色谱(denaturing high-performance liquid chromatography,dHPLC)

1997年,Oefner和Underhill建立[17,18]了利用异源双链变性分离变异序列、使用色谱洗脱鉴定的技术,称为dHPLC,可自动检测单碱基置换及小片段核苷酸的插入或缺失。对于存在一定比例变异序列的核酸双链混合物,其经过变性和复性过程后,体系内将出现2种双链:一种为同源双链,由野生正义链-野生反义链或变异正义链-变异反义链构成的核酸双链;另一种为异源双链,即双链中1条单链为野生型,而另1条为变异型。由于存在部分碱基错配的异源双链 DNA与同源双链DNA的解链特征不同,在相同的部分变性条件下,异源双链因存在错配区而更易变性,被色谱柱保留的时间短于同源双链,故先被洗脱下来,从而在色谱图中表现为双峰或多峰的洗脱曲线。由于该技术使用了较高分析灵敏度的色谱技术进行检测,可快速检出<5%负荷的变异序列。但需注意的是,由于该技术主要通过异源双链进行序列变异检测,其不能明显区分野生型与变异型的纯合子。

(三)高分辨率熔解分析(high-resolution melting analysis,HRMA)

2003年,Wittwer等[19]首次革命性地使用过饱和荧光染料将PCR产物全长进行荧光被动标记,再通过简单的产物熔解分析对单个碱基变化进行鉴定。该技术的原理也是通过异源双链进行序列变异鉴定。待测样本经PCR扩增后,若存在序列变异杂合子,则形成异源双链,其熔解温度大大下降。此时由于双链被饱和染料完全填充,其产物熔解温度的变化便可通过熔解曲线的差异得以判定。对于变异纯合子而言,HRMA也可利用其较高的分辨率完成PCR产物单个位点A:T双键配对与G:C三建配对热稳定性差异的鉴定,但是对于Ⅱ、Ⅲ类SNP的纯合子变异则无法有效区分。

如何利用DNA构象对序列进行推测,从而避免成本较高的序列测定或操作繁琐的杂交反应一直是分子生物学研究与应用的热点问题。目前,使用构象变化对序列变异进行间接检测的便捷性已得到一致肯定,尤其是HRMA可完成对变异序列单次闭管的扩增检测反应。但需要注意的是,由于基于构象变化的分子检测手段多无法通过探针杂交或核酸序列测定对检测的特异性进行严格的保证,因此其只适合大规模的初筛,而真正的确诊仍需要进行杂交或测序的验证。

四、定量PCR(quantitative PCR,qPCR)

相比于其他分子诊断检测技术,qPCR具有2项优势,即核酸扩增和检测在同一个封闭体系中通过荧光信号进行,杜绝了PCR后开盖处理所带来扩增产物的污染;同时通过动态监测荧光信号,可对低拷贝模板进行定量。正是由于上述技术优势,qPCR已经成为目前临床基因扩增实验室接受程度最高的技术,在各类病毒、细菌等病原微生物的鉴定和基因定量检测、基因多态性分型、基因突变筛查、基因表达水平监控等多种临床实践中得到大量应用。但伴随着qPCR技术的迅猛发展,有关这项技术的质量管理问题也日益突出,如何消除各类生物学变量所引起的检测变异,减少或抑制实验操作与方法学中的各种干扰因素是qPCR技术面临的难题。

(一)实时荧光定量PCR(real-time PCR)

1.双链掺入法

1992年Higuchi等[20-21]通过在PCR反应液中掺入溴乙锭对每个核酸扩增热循环后的荧光强度进行测定,提出了使用荧光强度与热循环数所绘制的核酸扩增曲线,定量反应体系中初始模板的反应动力学(real-time PCR)模型,开创了通过实时闭管检测荧光信号进行核酸定量的方法。核酸染料可以嵌入DNA双链,且只有嵌入双链时才释放荧光,在每1次的扩增循环后检测反应管的荧光强度,绘制荧光强度-热循环数的S形核酸扩增曲线,以荧光阈值与扩增曲线的交点在扩增循环数轴上的投影作为循环阈值(Cycle threshold,Ct),则Ct与反应体系中所含初始模板数量呈负指数关系,推断初始模板量。随后Morrison[22]提出了使用高灵敏度的双链染料SYBR Green I进行反应体系中低拷贝模板定量的方法。这一方法操作简便,但由于仅使用扩增引物的序列启动核酸扩增,其产物特异性无法得到充分保证。虽然在实时荧光定量PCR反应后可通过熔解曲线对产物特异性进行检验,但其特异性明显逊于使用荧光探针进行检测,因此双链掺入法并未在临床实践中得到认可。

2.Taqman探针

由于双链掺入法存在特异性较低的问题,1996年Heid[23]综合之前发现的Taq酶的5’核酸酶活性与荧光共振能量转移(fluorescence resonance energy transfer,FRET)探针的概念提出了使用Taqman探针进行qPCR的方法。TaqMan探针的本质是FRET寡核苷酸探针,在探针的5’端标记荧光报告基团,3’端标记荧光淬灭基团,利用Taq酶具有5’3’外切酶活性,在PCR过程中水解与靶序列结合的寡核苷酸探针,使荧光基团得以游离,释放荧光信号。从而使能够与靶序列杂交的探针在扩增过程中释放荧光,通过real-time PCR的原理对其进行定量。由于其超高的特异性与成功的商品化推广,Taqman探针已经成为目前临床使用最为广泛的qPCR方法,其在各种病毒基因定量检测、基因分型、肿瘤相关基因表达检测等方面具有着不可替代的地位。

3.分子信标

同样在1996年,Tyagi等[24] 提出了使用分子信标(moleuclar beacons)进行qPCR的方法,分子信标是5’与3’端分别标记有荧光报告基团与淬灭基团的寡核苷酸探针,其两端具有互补的高GC序列,在qPCR反应液中呈发夹结构,荧光基团与淬灭基团发生荧光共振能量转移(FRET)而保持静息状态。当PCR反应开始后,茎环结构在变性高温条件下打开,释放荧光;在退火过程中,靶序列特异性探针则与模板杂交保持线性,不能与模板杂交的探针则复性为茎环结构而荧光淬灭,通过检测qPCR体系中退火时的荧光信号强度,便可以real-time PCR原理特异性检测体系中的初始模板浓度。相比于Taqman探针,分子信标使用发卡结构使荧光基团与淬灭基团在空间上紧密结合,大大降低了检测的荧光背景,其检测特异性较Taqman探针更高,更适合等位基因的分型检测。

4.双杂交探针

1997年,Wittwer等[25]发表了使用分别标记荧光供体基团与荧光受体基团的2条相邻寡核苷酸探针进行qPCR的方法。双杂交探针所标记的供体基团和受体基团的激发光谱间具有一定重叠,且2条探针与靶核酸的杂交位置应相互邻近。仅当2条探针与靶基因同时杂交时,供体与受体基因得以接近,从而通过FRET发生能量传递,激发荧光信号,荧光信号强度与反应体系中靶序列DNA含量呈正比。由于使用了2条探针进行靶序列杂交,该方法的特异性比传统单探针检测体系得到了极大地提升。

(二)数字PCR

早在上世纪90年代就出现了使用微流控阵列对单次qPCR反应进行分散检测的概念。基于这一理念,Vgelstein与Kinzter[26]于1999年发表了数字PCR(digital PCR)的方法,对结肠癌患者粪便中的微量 K-RAS基因突变进行了定量。相比于传统的qPCR方法,数字PCR的核心是将qPCR反应进行微球乳糜液化,再将乳糜液分散至芯片的微反应孔中,保证每个反应孔中仅存在≤1个核酸模板。经过PCR后,对每个微反应孔的荧光信号进行检测,存在靶核酸模板的反应孔会释放荧光信号,没有靶模板的反应孔就没有荧光信号,以此推算出原始溶液中待测核酸的浓度。因此,数字PCR是1种检测反应终点荧光信号进行绝对定量的qPCR反应,而非以模板Ct值进行核酸定量的real-time PCR。

经由Quantalife公司开发(已于2011年被BIO-RAD收购)的微滴式数字PCR是首款商品化的数字PCR检测系统,目前已被广泛运用于微量病原微生物基因检测、低负荷遗传序列鉴定、基因拷贝数变异与单细胞基因表达检测等多个临床前沿领域。与传统qPCR相比较,该技术具有超高的灵敏度与精密度,使其成为目前qPCR领域的新星。

五、对未来5年的展望

半个世纪以来分子诊断的高速发展离不开分子生物学技术日新月异的进步。概而言之,在过去的50年中分子诊断技术取得了三大转化与3项提升:即报告信号检测从放射核素标记向荧光标记转化,操作方法由手工操作向全自动化转化,检测分析通量从单一标志物向高通量多组学联合判断转化;检测灵敏度、精密度、特异性的快速提升。

在未来5年中,我国分子诊断事业将迎来两方面的进步。随着卫生监管部门对分子诊断重要性的认识不断深入与越来越多高学历、高素质人才的进入,分子诊断将会出现理念的革命性进步,高通量技术将更多的进入临床的实际应用中。随着技术的进一步发展,传统针对特定基因异常、病原微生物感染鉴定的方法学,也将在检测的各项分析性能与操作便捷程度上取得长足的进步。对于传统人力与时间成本较高的检测方法学,将出现两极分化的态势,即Southern等经典的检测金标准将得到保留;而ASO-RDB等灵敏度、特异性均不能满足实际临床需求的方法将快速被新型技术所取代。最终,分子诊断也必将一改目前仅仅用于病原微生物基因检测与部分遗传性疾病诊断的局面,形成由肿瘤学、遗传学、微生物学、药物基因组学四足鼎立,快速发展的景象!(生物谷Bioon.com)

 

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ArcherDX收购知名基因测序实验室Baby Genes

基因君

ArcherDX收购知名基因测序实验室Baby&nbsp;Genes

 

动脉网获悉,位于科罗拉多州博尔德市的分子技术公司ArcherDX于2019年1月30日宣布收购Baby Genes。

ArcherDX是一家分子技术公司,致力于开发具有突破性的医疗解决方案,推进个性化基因组在医学上的应用。其收购的Baby Genes是一家同时持有CLIA(临床检验改正修正计划)认证和CAP认证的私人实验室,致力于通过基因测序帮助个人掌控自己的健康状况。据悉,Baby Genes将作为全资子公司运营,并继续以Baby Genes?品牌的名义销售现有的新生儿和载体筛查基因检测服务套件。

收购Baby Genes为ArcherDX增添了新资产,包括在科罗拉多州戈尔登市获得CLIA认证和CAP认证的遗传学实验室。该实验室推出的测试菜单包括一个审查过100多个基因的新生儿筛查小组,涵盖超过72个可临床应用的遗传条件以及预定义的载体筛选试验,包括囊性纤维化(CF)、脊髓性肌萎缩症(SMA)和脆性X综合征的全基因测序。此外,该实验室还为医生提供定制的验证性和反射性基因检测服务。

“我们与Baby Genes建立了长期合作关系。从第一天开始,我们就看到了两者在加速个性化健康的应用方面的共同承诺。”ArcherDX的联合创始人兼首席执行官Jason Myers说,“Archer的使命是实现个性化医疗的普及,毕竟测序的分散化对于个性化医疗的成功至关重要。有CLIA 和 CAP认证的实验室可以帮助我们实现愿望。我们并不希望通过集中测试的方法来扩展我们在基因测序市场的能力。我们希望通过与Baby Genes合作,提高理解和预测客户需求的准确度,同时提高我们在生物制药领域的科研水平。”

收购完成后,ArcherDX 将把科罗拉多州博尔德市现有的业务和旗下两家公司的所有商业分析服务合并到Baby Genes位于科罗拉多州戈尔登市的大实验室。另外,Baby Genes的联合创始人兼首席执行官Richard Sjogren将加入ArcherDX的高级管理团队,担任运营副总裁。

“与ArcherDX团队合作将扩大我们遗传健康测试业务的范围,并加快实现其可用性,”Richard Sjogren说,“随着我们继续与创新型科学家、医疗保健专业人士和志愿者合作,基因测试市场还会有巨大的增长机会。”(生物谷Bioon.com)

 

 

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Cancer Cell:参与结直肠癌发病的基因或会诱发乳腺癌

基因君

2019年2月14日 讯 /生物谷BIOON/ –近日,一项刊登在国际杂志Cancer Cell上的研究报告中,来自拉德堡德大学医学中心等机构的科学家们通过研究发现,此前与结直肠癌相关的NTHL1基因的罕见突变或会诱发乳腺癌和其它癌症。NTHL1基因主要参与DNA修复,其能识别特殊的DNA损伤,如果DNA损伤未被识别和修复的话就会诱发突变积累,进而引发癌症。

Cancer&#160;Cell:参与结直肠癌发病的基因或会诱发乳腺癌

图片来源:CC0 Public Domain

文章中研究者报道了这种新型的多肿瘤综合征,此前他们发现,NTHL1基因突变会引发肠息肉进而转变成为结直肠癌,然而研究者还发现,携带该基因突变的患者常常会患上其它类型的癌症;这项研究中,研究者对17个家庭进行研究发现,其单代家庭成员机体中都携带有NTHL1基因突变,其中一半患者会在其一生中患上多种癌症,而乳腺癌尤为常见。

NTHL1基因的突变比较罕见,当该突变遗传自父母亲时个体才会患癌,研究者推测,每11.5万人中就会有1人出现这种情况,这种多肿瘤综合征很难被检测,因为其仅会在家庭的一代人中引发癌症。研究者Hoogerbrugge说道,当前我们能对携带NTHL1基因突变的肠息肉患者进行检测,未来我们还想对患多种癌症的患者及兄弟姐妹中有患多种癌症的患者进行检测,筛选其是否携带NTHL1基因突变。

改善NTHL1基因突变患者的特征或许能帮助更好地评估其患某种类型癌症的终生风险,研究者建议,携带NTHL1基因突变的个体应该进行多种类型癌症的筛选,包括结直肠癌和乳腺癌等。这项研究中,研究者利用了一种新方法来确定NTHL1突变会诱发乳腺癌和其它类型的癌症,这种方法基于一种事实,即NTHL1基因突变会诱发肿瘤DNA出现特殊模式的突变,由于这种模式仅发生在携带NTHL1突变的患者的肿瘤中,并不会出现在其它癌症患者机体的肿瘤中。

研究者想将这种模式与NTHL1基因的突变相联系起来;未来这种方法或许还能被用于检测诱发癌症的新型遗传原因;研究者Roland Kuiper说道,如今我们已经描述了30多种这样的突变模式,其并不是特异性地针对NTHL1的缺陷,如果多种癌症患者机体中的所有肿瘤都携带有相同的突变模式,那么这或许就强烈地提示患者存在一定的遗传原因,这同时也意味着所有这些肿瘤都会以同样的方式发展。

如今研究者发现新的癌症基因变得越来越困难了,通过寻找患者的突变模式,研究者或许就能在确定更多癌症患者的遗传原因上迈出一步;后期研究人员将会对NTHL1基因突变进行更为深入的研究来开发治疗患多种癌症患者的新型疗法。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Grolleman JE, de Voer RM, Elsayed FA, et al. Mutational Signature Analysis Reveals NTHL1 Deficiency to Cause a Multi-tumor Phenotype, Cancer Cell (2019). DOI:10.1016/j.ccell.2018.12.011

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