通过长读序列法更快速地诊断遗传疾病

尽管近几十年来基因检测技术发展迅速，但许多疑似孟德尔遗传疾病的患者必须等待数年才能得到诊断，而且大约一半的人无法得到准确的诊断。研究人员现在开发了一个名为NanoRanger的平台，它提供了一种准确、快速、低成本的方法，可以在几个小时内诊断孟德尔遗传疾病。NanoRanger与常规临床样本(如外周血)一起工作，并以碱基对分辨率解决大或复杂的基因组改变。

　　

尽管近几十年来基因检测技术进步迅速，但大约有一半疑似孟德尔遗传疾病的患者没有得到准确的诊断，而其他人可能需要等待数年才能得到诊断。

由阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的一个研究小组领导的研究人员现在已经开发出一种长读测序(LRS)平台，称为NanoRanger(基于纳米孔的邻近基因组区域快速获取)，他们声称这种平台提供了一种准确、快速和低成本的方法，可以在几个小时内诊断孟德尔遗传疾病。NanoRanger与常规临床样本(如外周血)一起工作，并以碱基对分辨率解决大或复杂的基因组改变。

“迫切需要精确、高效的基因组诊断来改善患者的治疗效果，并促进携带者筛查，”科大博士生Yingzi Zhang说。他的导师是研究负责人Mo Li博士。“使用我们定制开发的数据分析工具，NanoRanger可以以单个碱基对的分辨率准确地绘制断点，提供详细的图片，帮助诊断遗传疾病。在最初的测序后，最快12分钟就可以诊断出来，这是一个改变游戏规则的技术。”

Zhang, Li和同事们在医学杂志上报道了NanoRanger的开发及其在一项小型人体研究中的应用。在他们的报告中，题为“NanoRanger能够快速解决基因组疾病的单碱基对”。

研究小组表示:“我们开发了一种简单而有效的方法——NanoRanger，它在解决传统临床测试错过的致病断点方面显示出了范式转换的可靠性……我们的研究结果表明，NanoRanger是一种快速、经济有效的方法，具有广泛的临床适用性。”

全世界有超过4亿人患有罕见疾病，据估计，80%的罕见疾病与遗传有关，”作者指出。“尽管常规基因检测在临床和研究方面都取得了进步，但全世界大约有一半的孟德尔障碍患者仍然没有得到准确的诊断。对于那些有幸得到准确诊断的人来说，平均需要6年的时间。”也许80%患有罕见疾病的人至少会经历一次误诊。

孟德尔疾病——包括神经系统和智力发育状况——是由一个特定基因的改变或基因组某一部分的异常重排引起的。每种疾病都有一个特定的“断点”——DNA被删除、重排或反转的结构变异的基因组位置。虽然这些变异可以用传统的筛查技术识别出来，但重组的复杂性意味着它们经常被遗漏。“外显子组测序(ES)未能确保在大型队列中至少50%的疑似孟德尔疾病患者中进行分子诊断，一些人将其归因于与基因组测序相比其覆盖范围有限，”研究小组继续说道。

孟德尔病是可遗传的，特别是如果父母双方都携带相同的缺陷片段。这类疾病在有血缘关系的个体之间的婚姻较为普遍的地区更为普遍。研究人员开发了NanoRanger，以克服当前技术的局限性，并能够以基本分辨率快速，准确地检测扩展基因组区域中的各种类型的结构变异(SVs)。

这项技术成本低廉，只需要从病人或疑似携带者身上提取少量DNA。NanoRanger取一份基因组DNA样本，用一种叫做限制性内切酶的分子剪刀将DNA片段分成具有相同末端序列的片段。然后，这些片段自我连接成圆圈并被放大，这使得使用牛津纳米孔技术的长读测序技术更容易定位和测序感兴趣的基因组区域。

与其他靶向长读测序(T-LRS)方法相比，科学家们指出，“NanoRanger需要的DNA明显更少，流动细胞容量的一小部分，同时实现了数万倍的序列覆盖。”Li解释说:“NanoRanger使用简单的分子生物学策略来‘打捞’出被怀疑包含复杂突变、缺失或重排的基因组区域。”

在与费萨尔国王专科医院和研究中心的由Fowzan Alkuraya医学博士领导的一组沙特临床医生合作进行的试验中，NanoRanger成功地确定了13例家族性基因组疾病的精确断点，这些病例是传统基因检测所遗漏的。利用这些断点，研究人员随后筛选了相关家庭成员和1000名健康的沙特人的携带者状况。他们报告说:“NanoRanger通过单碱基对分辨率确定了断点，从而能够准确确定未受影响的家庭成员的携带者状态，以及这些基因组病变的创始性质及其在当地人群中的频率。”

这种检测方法促使参加试验的一对沙特夫妇选择体外受精，因为他们都被发现携带遗传性孟德尔病的基因缺失。Li总结说:“我们已经申请了专利，并计划将NanoRanger整合到标准诊断程序中，为沙特阿拉伯和世界各地的临床环境提供一个全面的工具包。”作者总结道:“我们预计，多重NanoRanger可以作为一种具有明确候选基因的遗传病的补充诊断工具，并作为一种具有成本效益的常见遗传病的婚前筛查测试。”