突破性基因检测技术，快速准确诊断孟德尔遗传病

尽管近年来遗传检测技术迅速发展，但约一半有疑似孟德尔遗传病的人仍无法获得准确诊断，另一些人可能需要等待多年才能确诊。

由阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的研究团队开发的一种长读长测序（LRS）平台，名为NanoRanger（基于纳米孔的邻近基因区域快速获取），现在提供了一种准确、快速且低成本的方法，可以在几小时内诊断孟德尔遗传病。NanoRanger可以处理常规临床样本（如外周血），并以单碱基对分辨率解析大规模或复杂的基因组变异。

“精准、高效的基因组诊断迫切需要以改善患者预后和促进携带者筛查，”KAUST的博士生张英姿（Yingzi Zhang）说道，她在研究负责人李墨（Mo Li）博士的指导下工作。“利用我们自定义开发的数据分析工具，NanoRanger能够准确定位单碱基对分辨率的断点，提供有助于诊断遗传病的详细图谱。初始测序后，诊断最快可在12分钟内完成，这是一项突破性进展。”

张英姿、李墨及其同事在《Med》期刊上报告了NanoRanger的发展及其在人类小规模研究中的应用。在其题为《NanoRanger实现基因组疾病的快速单碱基对分辨率》的报告中，团队指出，“我们开发了一种简单有效的方法，NanoRanger，在解决传统临床测试无法检测到的致病断点方面显示出颠覆性可靠性……我们的结果表明，NanoRanger是一种快速且具有广泛临床适用性的低成本方法。”

“全球超过4亿人患有罕见疾病，估计其中80%的罕见疾病具有遗传起源，”作者指出。“尽管常规遗传检测在临床和研究环境中有所进展，但全球约有一半疑似患有孟德尔遗传病的人仍无法获得准确诊断。那些幸运获得准确诊断的人平均需要6年时间。”并且可能有80%的罕见病患者会经历至少一次误诊。

孟德尔遗传病——包括神经系统和智力发育障碍——是由特定基因的变异或基因组某一段的异常重排引起的。每种疾病都有一个特定的“断点”——结构变异的基因组位置，在那里DNA被删除、重排或倒置。尽管可以使用传统筛查技术识别这些变异，但重排的复杂性往往导致其被遗漏。“一些人认为，外显子组测序（ES）未能在大规模队列中为至少50%的疑似孟德尔病患者提供分子诊断，是由于其覆盖范围有限，相较于全基因组测序而言，”研究团队继续解释道。

孟德尔病具有遗传性，尤其是在父母双方都是同一缺陷片段的携带者时。这类疾病在亲属结婚（近亲结婚）普遍的地区更为常见。研究人员开发NanoRanger，以克服现有技术的局限，实现快速、准确地检测扩展基因组区域内的各种类型结构变异（SVs），并达到碱基分辨率。

这种技术成本低，仅需少量患者或疑似携带者的DNA。NanoRanger将基因组DNA样本用称为限制性酶的分子剪刀切割成具有相同末端序列的片段。这些片段随后自连成环并扩增，从而更容易使用Oxford Nanopore Technologies的长读长测序技术靶向和测序感兴趣的基因组区域。

与其他靶向长读长测序（T-LRS）方法相比，科学家们指出，“NanoRanger需要的DNA显著更少，并且只需很少的流动池容量，却能实现成千上万倍的更高序列覆盖率。”李墨解释说，“NanoRanger采用简单的分子生物学策略‘钓取’怀疑存在复杂突变、缺失或重排的基因组区域。”

在与沙特阿拉伯国王费萨尔专科医院和研究中心的福赞·阿尔库拉亚（Fowzan Alkuraya）医生领导的团队合作进行的试验中，NanoRanger成功识别出13个通过传统基因检测未能发现的家族性基因组疾病的精确断点。利用这些断点，研究人员随后筛查了相关家族成员和1000名健康沙特人的携带者状态。“NanoRanger以单碱基对分辨率识别了断点，从而能够准确确定未受影响的家族成员的携带者状态，以及这些基因组病变的创始性质及其在当地人口中的频率，”他们报告道。

这种检测方法促使试验中的一对沙特夫妇在发现他们都携带一种遗传性孟德尔疾病的基因缺失后，选择进行体外受精。“我们已经申请了专利，并计划将NanoRanger整合到标准诊断程序中，为临床环境提供全面的工具包，不仅在沙特阿拉伯，而且在全球范围内，”李墨总结道。作者们总结道，“我们预计，多重NanoRanger可以作为针对候选基因明确的遗传病的补充诊断工具，以及用于常见遗传病的低成本婚前筛查测试。”

参考文献：https://www.cell.com/med/fulltext/S2666-6340(24)00262-9?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2666634024002629%3Fshowall%3Dtrue

编辑：王洪

排版：李丽