PacBio测序有望掀起下一场遗传诊断的革命

【字体: 时间:2018年02月09日 来源:生物通

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  从一代到二代再到三代,近年来测序技术的发展势不可挡。单分子测序也逐渐表现出它的优势,在测序舞台上发挥着举足轻重的作用。近日,比利时鲁汶大学和瑞典乌普萨拉大学的研究人员在《Nucleic Acids Research》发表综述文章,介绍了PacBio SMRT测序技术在临床中的应用。

  

生物通报道  从一代到二代再到三代,近年来测序技术的发展势不可挡。单分子测序也逐渐表现出它的优势,在测序舞台上发挥着举足轻重的作用。近日,比利时鲁汶大学和瑞典乌普萨拉大学的研究人员在《Nucleic Acids Research》发表综述文章,介绍了PacBio SMRT测序技术在临床中的应用。

文章简单回顾了测序技术的发展史,从第一代的Sanger测序,到第二代以Illumina为代表的短读长高通量测序,再到第三代的单分子测序技术,包括SMRT测序和纳米孔测序。单分子测序的优势在于读长特别长,超过20 kb。因此,它们能够测序重复元件,直接定相变异,甚至直接检测表观遗传修饰。

“SMRT测序开辟了新的诊断途径,比如通过单次检测能以单碱基分辨率确定串联重复的长度、序列中断,甚至表观遗传修饰,”作者写道。“对于某些应用,长读长测序已被认为是金标准,如组织移植时的HLA基因分型。”

随后,文章还回顾了SMRT测序在多个领域中的应用,包括串联重复疾病、HLA分型、生殖基因组学、癌症,以及微生物和病毒遗传检测。

串联重复异常引起了40多种神经细胞疾病,包括脆性X综合征、脊髓小脑性共济失调等。SMRT测序研究的第一个串联重复是FMR1的CGG重复。健康个体携带大约30个CGG重复,若重复数超过200个,则会造成脆性X综合征。作者指出,用更快更直接的SMRT测序来取代Southern Blot,将大大提高FMR1及其他重复疾病的诊断水平。

HLA区域的基因分型,对诊断自体免疫疾病以及在器官移植中选择供体很关键。这个区域的基因是高度多态性的,这使得此区域很难用短reads来定位,而长reads有了用武之地。目前,许多大型的HLA分型实验室都利用SMRT测序来分析I类及II类的等位基因。这项技术逐渐成为器官移植和干细胞移植中的金标准。

在癌症方面,SMRT测序技术也应用于一些白血病的诊断。慢性粒细胞白血病(CML)由9号和22号染色体之间的易位引起,产生了BCR-ABL1融合蛋白。CML患者通常用酪氨酸激酶抑制剂来抑制BCR-ABL1,但可能诱发耐药性的点突变。因此,需要对TKI治疗效果不佳的患者筛查BCR-ABL1基因。研究表明,SMRT测序能够检测到低至1%的TKI耐药突变。

在传染病方面,SMRT测序已经被用于流感病毒、乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒和人类免疫缺陷病毒的分析。HCV和HIV是长度约为9 kb的RNA分子,HBV是大小为3 kb的环状DNA病毒,都很适合SMRT测序。除了确定感染病毒的基因组序列,测序还能监控因药物治疗而引起的突变。

作者认为,从经济上考虑,全基因组和转录组测序目前只适合科研,但在不久的将来,PacBio系统将成为诊断的选择。关于Iso-Seq方法,“随着成本的下降和产量的增加,无偏向的PacBio表达和异构体检测将在不久后变得常规,”他们写道。

作者在最后总结道,SMRT测序因容易出错而不适合诊断的说法已经过时,如今的证据表明它相对短读长测序而言另有优势。正如第二代平台超越Sanger测序并掀起基因组医学的革命一样,第三代的单分子测序平台有望掀起下一场遗传诊断的革命。(生物通 余亮)

原文参考

Single molecule real-time (SMRT) sequencing comes of age: applications and utilities for medical diagnostics

Nucleic Acids Research, gky066, https://doi.org/10.1093/nar/gky066

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