AJHG：两篇论文突出了新一代的细胞遗传学技术

荷兰和法国的两项研究表明，基因组光学图谱（OGM）分析能够快速、高效并准确地检测染色体和DNA中的异常。根据他们发表在《American Journal of Human Genetics》上的结果，这项新技术有时甚至能超越现有的各种技术。它有望从根本上改变细胞遗传学实验室的现有流程。

众所周知，人类的遗传物质储存在46条（23对）染色体中。尽管这些染色体相当稳定，但仍然有可能发生数量或结构上的变化。唐氏综合征就是一个典型的例子，它是由一条额外的21号染色体（21三体）引起的。多出一条染色体会产生很大的影响，而且很容易观察到。

然而，更多时候，染色体上只会发生一些较小的变化。有时某个DNA片段丢失（缺失），有时某个片段重复（重复），或转移到另一个位点（易位）。现有的片段也可能翻转（倒位），或插入新的片段（插入）。染色体的所有这些结构异常都可能导致疾病，包括先天性遗传疾病（如唐氏综合症）或获得性疾病（如癌症）。

基因组光学映射技术

细胞遗传学是检测染色体是否存在此类异常的遗传学科。为了观察各种变化，人们需要使用几种互补技术，比如荧光原位杂交（FISH）、核型分析和拷贝数变异（CNV）芯片。这些往往是费力的技术，单独使用只能观察到部分染色体畸变。

最近出现了一种新技术——基因组光学映射（Optical Genome Mapping）。它或多或少地将以前的技术结合在一起，不过具体效果还需要实践来证明。近日，荷兰内梅亨大学医学中心的副教授Alexander Hoischen探索了这项新技术在临床研究以及日后的患者治疗中的实用性。

Hoischen提到了基因组光学映射的两个主要优点：“我们现在可以观察特别长的DNA片段，因此绘制整条染色体所需的片段更少。它速度更快，产生的错误更少。此外，与其他技术不同的是，我们不需要对DNA进行预处理或操作，因此我们看到的是真实的、‘天然的’DNA。简而言之：所见即所得。”

基因组光学映射技术由Bionano Genomics公司开发。Bionano发明出一种标签，可以附着在特定的DNA片段上，这种标签经常出现，但是不规律。标签之间的距离不断变化，这就形成了一个独特的条形码，因此研究人员始终知道它们在DNA中的确切位置。这些标记过的DNA穿过一条细长的纳米通道，同时相机连续拍照。

Hoischen表示：“通过这种方式，我们可以快速、自动并客观地以数字方式记录DNA，其分辨率比核型分析高一万倍。基于它的能力和速度，这的确是一种‘增强版的细胞遗传学’。”

应用在遗传病上

不过，这项技术的效果如何呢？同时发表在AJHG上的两篇论文给出了肯定的答案。在第一篇论文中，巴黎大学的Laïla El Khattabi博士及其同事对来自多名遗传病患者的85个样本开展了基因组光学映射分析。这些患者曾接受过标准检测（核型分析、FISH、CNV芯片），其携带的染色体畸变已知。与标准检测相比，基因组光学映射达到了100%的一致性。

这项原理验证的研究表明，基因组光学映射能够检测几乎所有类型的染色体畸变。El Khattabi博士表示：“基因组光学映射确实可以彻底改变染色体畸变的检测。我认为这也许是自CNV芯片出现以来细胞遗传学史上最重大的技术突破。”

应用在癌症上

在第二篇论文中，内梅亨大学的研究团队再次将这项技术与标准检测进行了比较。他们分析了52例白血病患者的血液样本。同样地，基因组光学映射技术表现出色，检测到所有临床上已知的变异。甚至，在一些病例中，该技术实现了更好、更准确的染色体异常检测。这是相当重要的，因为正确的治疗往往依赖于这一点。

Hoischen谈到：“我们是不同基因组技术的早期使用者，其目的是将它们快速应用于临床。这种‘新一代的细胞遗传学’可以取代10年前的常规检测，极大地改善工作流程和患者治疗。”恶性血液病的临床实验室遗传学家Marian Stevens-Kroef博士对此表示赞同：“基因组光学映射有望大大改善恶性血液病患者的细胞遗传学检测。”

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Optical genome mapping enables constitutional chromosomal aberration detection

Published:July 07, 2021 DOI:https://doi.org/10.1016/j.ajhg.2021.05.012

Next-generation cytogenetics: Comprehensive assessment of 52 hematological malignancy genomes by optical genome mapping

Published:July 07, 2021 DOI:https://doi.org/10.1016/j.ajhg.2021.06.001