下一代测序(NGS)技术的发展及在肿瘤研究的应用

下一代测序(next-generation sequencing,NGS)由于高灵敏度、高通量、高度自动化等特性,近年来在疾病的研究和诊断治疗中越来越多地被应用。下一代测序技术的发展为肿瘤分子生物学的研究提供了新的手段。本文就下一代测序技术的种类、特点、发展趋势及其在肿瘤研究中的应用作简要的综述。

2021年新一代测序技术培训班暨第四届全国NGS建库及创新大赛通知

新一代测序结合其他分子生物学技术,在生物医药领域发挥着越来越重要的作用,各种基于新一代测序的创新研究及其应用越来越广泛。随着新的《医疗器械监督管理条例》的正式实施,为了适应新一代测序实验室和实验室自建方案的实验人员要求,上海市临床检验中心和上海市遗传学会共同主办,长三角罕见病实验诊断协作中心、上海市实验医学研究院和国家卫生健康委出生缺陷与生殖健康重点实验室协办的“2021年新一代测序技术培训班暨第四届全国NGS建库及创新大赛”将于2021年9月24-25日对医疗机构实验室操作人员进行理论培训,于9月26日-29日进行实操培训。

新一代测序技术在养猪中的应用

新一代测序技术以其高通量、高信息量为优势,随着检测成本的降低及技术的迭代,在养猪中已经逐步得到应用,成为必不可少的技术工具。本文首先对常用的测序技术(全基因组测序、宏基因组测序、外显子测序、简化基因组测序和转录组测序)进行概述,继而对其在养猪中的应用进行综述,最后做出总结并对其应用前景加以展望。

新一代测序技术在植物转录组研究中的应用

随着DNA测序技术的发展,新一代测序技术以其高通量、低成本的特点,成为越来越多的生物学研究者在开展工作时的首选。在所有的新一代测序技术中,454测序系统是最早实现商业化且发展相对成熟的一种,目前被广泛的应用于各个领域的生物学研究中。文章以454测序系统为例,综述了新一代测序系统的原理、优缺点,及其在植物转录组研究中的应用,并对其在植物研究领域中可能的发展应用方向进行了展望。

新一代测序技术的发展和应用

DNA测序技术是人类探索生命秘密的重要研究手段。自第一代的Sanger测序技术诞生以来,DNA测序技术经历了三代变革,产生了第二代到第四代测序技术,统称为新一代测序技术。目前,新一代测序技术的数据产出能力呈指数增长,而且这一技术本身也从依赖DNA聚合酶的生化反应转变为面向物理学中纳米技术的新领域。新一代测序对生命科学领域具有里程碑意义,引领了科学研究模式革新和研究思维的转变。科研人员可利用新一代测序技术对基因组、转录组和表观组等诸多领域展深入的研究。分析了新一代测序技术的特点,并对其未来的发展方向以及应用进行了展望。

新一代测序技术及其对水稻分子设计育种的影响

本文概述了以边合成(或连接)边测序为特征的新一代测序技术的基本原理以及现有的Roche(454)GSFLXsequencer、Illumina genome analyzer(Solexa)、Applied Biosystems SOLiDsequencer、HeliScope Sequencer等4种新一代测序平台的发展历史、测序流程、优缺点和测序成本等,并展望了新技术的发展可能对以水稻为代表的农作物大规模分子设计育种产生的影响。本文还提出通过对水稻核心种质育种材料体系的全基因组测序,开发功能性分子标记和特异基因芯片,缩短将基础研究成果应用于实际育种生产的时间,为真正进入分子设计育种时代奠定基础。

新一代测序技术在肿瘤临床中的应用

随着测序技术的不断发展,成本低、速度快、通量高的新一代测序(NGS)技术在肿瘤临床领域显现出很高的应用价值。本文对NGS在肿瘤临床中的应用和研究进行了综述,主要包括检测胚系突变和单核苷酸多态性用于肿瘤预测预防,检测血浆中循环肿瘤DNA(ctDNA)用于肿瘤的早期诊断,基于NGS的单细胞测序技术检测体细胞突变用于指导个体化、靶向治疗及疗效预测。同时也简要介绍了NGS技术在临床应用中面临的挑战,为其更好地服务于临床提供思路。

新一代测序技术及其在植物转录组研究中的应用

新一代高通量测序技术发展迅速,其特点是高通量、低成本,成为更多研究人员进行转录组分析的重要手段。新一代测序技术主要有454测序平台、Solexa测序平台和SOLID测序平台,目前被广泛应用于生物学研究中。就目前正在发展的3种高通量测序技术进行了阐述,并比较其优缺点,探讨了新一代测序技术在植物转录组研究中的应用,并对其发展前景进行了展望。

新一代测序技术在遗传性耳聋基因研究及诊断中的应用

超过50%的耳聋由遗传基因缺陷所致,伴随着基因组学技术的发展,耳聋分子遗传学研究逐渐成为耳科学研究的前沿领域。新一代高通量测序技术的出现,提供了以数据为导向的新的遗传性疾病研究模式,革新了人们对遗传性疾病的认识过程,使得对遗传性疾病的研究策略也发生了重大转变。近年来新一代测序技术(Next generation sequencing,NGS)在耳聋研究中的应用,大大加快了耳聋基因发现的速度,并逐渐向临床应用方向转化。文章总结了遗传性耳聋的特点和研究现状,以及新一代测序技术在耳聋研究中的应用和前景,以及基于NGS技术的耳聋基因研究和临床耳聋基因诊断的发展方向。

新一代测序技术检测稽留流产绒毛染色体非整倍体及拷贝数变异的研究

目的应用新一代测序(new-generation sequencing,NGS)技术检测稽留流产绒毛染色体非整倍体及拷贝数变异(copy number variations,CNVs),分析其与稽留流产的相关性。方法应用NGS技术进行染色体非整倍体和CNVs检测的方法学验证后,于2015年收集83例稽留流产绒毛组织,应用NGS技术完成绒毛染色体非整倍体及CNVs的检测,并对检测结果进行分析。结果 83例稽留流产组织中异常核型78例,异常率93.98%,其中非整倍体44例(56.41%),以16、22、21、X、15号染色体高发;拷贝数变异34例(43.59%)。根据孕妇年龄将样本分为高龄组(年龄≥35岁)和低龄组(年龄<35岁),高龄组绒毛染色体为非整倍体的检出率(78.8%)大于低龄组(36%)(P<0.05)。结论 NGS技术较常规染色体核型分析在拷贝数变异等染色体细微结构异常检测方面显示更有临床指导意义的精确性。

新一代测序技术无创产前检测胎儿FGFR3基因突变

目的探讨新一代测序技术(next-generation sequencing,NGS)无创产前筛查FGFR3相关疾病的可行性与准确率。方法 4例软骨发育不全、2例致死性侏儒Ⅰ型胎儿基因组DNA(g DNA)片段化后,以相应母体产后血浆游离DNA为背景,按照10%、6%、3%、1%、0.5%的浓度进行稀释,形成30例阳性模拟样本,建立孕妇血浆游离DNA模型,同时采集13例阴性对照孕妇血浆游离DNA,运用NGS技术分别检测FGFR3致病突变位点,计算检测灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值。结果 30例模拟样本中,胎儿g DNA浓度为10%、6%、3%、1%、0.5%时,突变检出例数分别为6/6、6/6、6/6、3/6、1/6,13例阴性突变检出例数为0/13;胎儿g DNA浓度≥3%时,NGS的灵敏度为100%(95%CI:81.5%~100%),特异度为100%(95%CI:75.3%~100%),阳性预测值为100%(95%CI:81.5%~100%),阴性预测值为100%(95%CI:75.3%~100%)。结论胎儿g DNA浓度≥3%时,NGS可以在孕妇血浆游离DNA模型中准确检出胎儿FGFR3基因突变,提示基于NGS技术的无创产前检测在新发突变或父源遗传疾病的产前诊断领域具有一定的应用前景。

基于新一代测序的SNP单体型分析在先天性挛缩性蜘蛛样指症PGD中的应用

目的探讨基于新一代测序(NGS)的单核苷酸多态性(SNP)单体型分析在先天性挛缩性蜘蛛样指症(CCA)种植前遗传学诊断中的有效性。方法对活检的滋养层细胞采用多重置换扩增(MDA)的方法扩增全基因组,应用基于NGS的SNP单体型分析和直接测序两种方法对MDA产物进行CCA的种植前遗传学诊断(PGD)。结果应用MDA方法对活检的4枚囊胚的滋养层细胞成功地进行了全基因组扩增;通过基于NGS的SNP单体型分析发现,其中两枚是未感染CCA的囊胚,另两枚是感染CCA的囊胚;单体型分析结果与直接测序法结果一致。取卵5个月后患者移植一枚基因型正常的冷冻囊胚,于妊娠的第38周经剖宫产成功分娩一体重为2 850g的健康婴儿。结论基于NGS的SNP单体型分析是单基因病的种植前遗传学诊断的有效筛查工具。

新一代测序的拷贝数变异检测算法研究与设计

基于不同的测序技术,基因拷贝数变异的检测方法有多种,但时间复杂度较高,而新一代测序技术的发展为基因拷贝数变异检测的研究开辟了新领域。通过仿真实验、置换检验设计出一种新的基于新一代测序的拷贝数变异检测算法。不同于其它算法,本算法无需参考样本,通过直接研究比对后的序列以及reads与拷贝数的关系,来研究检测拷贝数变异,实验结果表明在时间复杂度上能提高50%以上的运算速度,这对今后拷贝数与疾病的研究具有重要意义。

新一代测序技术及其在肿瘤研究中的应用

新一代测序技术又称为高通量测序技术,是DNA测序史上一次划时代的革命。新一代测序技术都采用了一种新的测序策略——循环芯片测序法(cyclic-array sequencing),可分为焦磷酸测序技术(Roche/454)、Solexa测序技术(Illumina)、polony测序技术(ABI/SOLiD)。由于其高通量、成本低、耗时短而迅速取代传统的Sanger测序成为后基因组时代的重要研究手段,让研究者能以更低廉的价格,更全面、更深入地分析基因组、转录组及蛋白质之间交互作用组。新一代测序技术除了可以快速实现肿瘤基因组测序外,还是数字化全面快速剖析肿瘤转录组、表观遗传及DNA-蛋白质交互作用的有力工具,有望在生命科学、医学科学等领域带来革命性的变革。

新一代测序技术及其应用

基因测序技术的出现极大地推动了分子生物学的向前发展。以往应用较多的为Sanger测序法,该传统的基因测序技术为基因测序工作带来了极大的便利,但其高成本和低通量的缺陷限制了其在大规模测序中的应用。新一代测序技术的出现则弥补了传统方法的缺陷,借助其数据产出通量高、测序成本低的显著优势,新一代测序技术为解决一般性的基因分子生物学问题开辟了新的领域[1]。

mNGS在肺部感染病原学中的诊断价值及应用分析

目的探讨宏基因组新一代测序(mNGS)在肺部感染病原体中的诊断价值及应用分析。方法选取2022年1月至2022年12月孝感市中心医院呼吸与危重症医学科收治的肺部感染(由常见的院内细菌如金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯杆菌、铜绿假胞单菌、大肠埃希菌、鲍曼不动杆菌等,病毒如单纯疱疹病毒、人类疱疹病毒7型等,真菌如白色念珠菌、曲霉菌等引起)患者258例作为研究对象。分别采集患者的肺泡灌洗液标本进行病原微生物mNGS检测与常规痰培养的检测,评估mNGS的诊断价值与应用分析。结果纳入研究的258例患者中,有200例患者通过mNGS检测得出,检出率为77.52%。有58例患者进行常规痰培养检测得出,检出率为22.48%。由此得出mNGS检测的病原微生物总检出率高于进行常规痰培养检测(P<0.05)。结论mNGS对肺部感染患者的病原微生物检出率高于常规痰培养检测,应用价值较高。但是具有一定的局限性。mNGS无法确定它所检测的序列是来自活菌还是死菌,同时也不能区分定植菌与致病菌。另外,mNGS的费用较高,临床上可酌情使用。

全基因组测序在肿瘤领域的应用现状与未来趋势

数十年间,传统肿瘤治疗手段均是“一刀切”,而忽视了驱动肿瘤发生发展的基因变异。1990年发起的“人类基因组计划”,以及新一代测序技术的出现,加速了癌症基因组学的发展。癌症基因组图谱(TCGA)计划于2005年提出,标志着癌症基因组测序工作的开始。预计到2030年,进行基因组测序的肿瘤患者数量可达到上亿。在肿瘤领域,临床中的基因组测序目前是利用外显子组进行测序,但外显子仅占人类基因组的1.2%。

应用新一代测序技术测定大室别藻苔虫线粒体基因组全序列

线粒体基因组的获得传统上通常是采取长PCR结合鸟枪法或步移法测序。近年来新一代测序技术蓬勃发展,以454,Solexa和SOLiD测序平台为代表。应用新一代高通量测序技术(Solexa)并结合巢式PCR扩增,完成了大室别藻苔虫(Membranipora grandicella)的线粒体基因组全序列。大室别藻苔虫线粒体基因组是目前国际上获得的第一条苔藓动物软壁亚目线粒体基因组全序列,基因组全长为15 861bp,比已完成的4种苔藓动物线粒体基因组略大。大室别藻苔虫线粒体基因组包含13个蛋白质编码基因、2个核糖体RNA基因和20个转运RNA基因。通过与已测得的苔藓动物进行比较,发现目前已完成的5个苔藓动物线粒体基因组的基因排列顺序显著不同。苔藓动物线粒体基因组基因排列的比较,今后可能会成为探讨该类群系统演化关系的重要信息来源。

基于新一代测序技术对犬肛周腺肿瘤差异表达基因分析

犬肛周腺肿瘤(Hepatoid gland tumours)高发于未去势老年公犬,在雄性犬的肿瘤中发病率排名第三。本研究采用IlluminaHiSeq^(TM)2500高通量转录组RNA-seq测序技术对犬肛周腺肿瘤的组织和正常肛周腺组织分别进行测序。发现差异表达基因588个,其中上调基因23个,下调基因565个,差异极显著水平的基因94个。通过对GO基因功能聚类,发现生物过程类别基因37个、分子功能类别24个。KEGG分析发现有470个基因涉及信号通路262个。

面向新一代测序数据的病原微生物检测算法

病原微生物是导致交叉感染疾病甚至重大传染性疾病传播的重要因素之一,准确检测病原微生物对于感染或传染疾病的有效防御和精准诊疗具有十分重要的意义和价值。传统检测方法往往是采用培养手段进行观察和鉴别,但由于可培养的微生物种类有限,难以满足现代精准医疗中对病原微生物的准确且完备的检测要求。基于DNA分子水平上的病原微生物新型检测手段在当前得到发展和密切关注,其核心问题是如何利用被检样本的DNA测序数据,运用统计计算或机器学习方法判别样本中含有哪些病原微生物。以新一代测序数据为背景,以16S rDNA序列为分析对象,建立一种基于朴素贝叶斯的病原微生物精准检测算法,其核心思想在于:将16S rDNA序列的测序读段与病原微生物参考基因组序列进行比对,依据比对状态提取三种特征,以此构建基于朴素贝叶斯的分类模型,判别病原微生物库中每种微生物在被检样本中是否存在,从而达到病原微生物的精准检测。最后,通过仿真实验验证了所提算法的有效性,并与国际同行算法做了比较,表明该算法的优势。