二代测序原理及应用
二代测序又称为高通量测序(High-throughput sequencing),是基于PCR和基因芯片发展而来的DNA测序技术。
关于二代测序的临床应用:
二代测序作为一种检测手段,主要应用于基因的生殖变异(遗传性)与体细胞变异(获得性)的检测。对于遗传病,主要的技术方案是靶向区域测序(targeted panel),全外显子测序(whole exome),全基因组测序(whole genome)和线粒体DNA测序。
其中,靶向区域测序主要针对明确表型的疾病相关基因进行测序,常见的panel有:免疫缺陷panel,骨髓衰竭综合征panel,致盲或致聋缺陷panel,线粒体病panel,肾脏疾病panel,神经疾病panel,结缔组织疾病panel,心肌疾病panel和遗传性肿瘤易感panel等。
靶向测序类方案有最大的特点是不同实验室由于方案制定与panel设计的年代局限,检测的基因范围都会有不一样。对于肿瘤类检测,由于针对的样本类型不一样,使用场景的设计不一样。
更是大多区分为:1.针对每个基因的编码区域,或者加上UTR甚至外显子的边沿(exon padding,为了更好的发现剪切体变异--splicing mutation),2.针对某些临床证据或者药物作用靶点/耐药位点的特定热点(hotspot panel)。
另外还有基于胎儿游离DNA的NIPT也是二代测序在转化医学中非常经典的应用例子。随着技术的成熟,二代测序也开始应用于肿瘤游离DNA的检测,HLA的分型,病原体检测,转录组测序,以及甲基化测序。
但是这些领域的应用,特别是对ctDNA的二代测序应用于肿瘤早筛,学界仍存在担忧,作者主要是提出两点:1.在正常人的游离DNA中也能检测出假阳性的驱动变异,2.在某些早期阶段的肿瘤,ctDNA NGS的灵敏度可能存在不足(30%~60%)。这两点可能限制ctDNA用于肿瘤早期筛查的适用性。
关于二代测序的技术方案:
目前二代测序主要技术方案,是靶向区域测序(panel),从靶向区域获取的技术来区分主要分为液相捕获技术(采用RNA探针或者DNA探针),以及PCR目标区域捕获技术。通常的,液相捕获是先把DNA片段化为特定的长度(酶切或者超声),加入接头,然后用探针捕获。而PCR捕获不需要DNA片段化,直接先PCR把目标区域富集然后再加接头。
而不论是哪种捕获技术,靶向区域测序一般都有以下环节:DNA提取,文库制备,目标区域富集,上机测序四大环节。
DNA提取:
常规DNA提取一般都能满足二代测序的样本要求。但是对于肿瘤的FFPE样本处理起来要特别小心,特别是对于陈旧的样本来源,DNA损伤与降解非常常见,而且FFPE样本一般要经过显微切割与脱腊等步骤,也可能造成DNA的得率的下降。DNA提取的一个很关键的质控步骤,一般选择Qubit来定量,因为低浓度DNA Qubit的测量值比NanoDrop相对更灵敏一点。