全基因组测序有什么意义？

good

全基因组测序有什么意义？
原文地址：https://www.zhihu.com/question/392473180

清风寡欲

英国公布了迄今为止世界上最大的人类全基因组序列数据集，其中包含了近50万年龄在40岁至69岁的英国居民志愿者的基因数据。数据库还收集了这50万名志愿者身上超过10000项生物指标，包括血压、认知功能、饮食和骨密度等。除此之外，在参与者同意的情况下，该数据库还记录了追踪参与者的病史，可以说能记录的都记录了。那为什么要记录这些数据，这些数据对于人类有什么意义呢？

另外，此次项目受到英国政府、一家投资公司以及四家制药公司共计2亿英镑，约合18亿人民币的投资。数据通过其网络研究分析平台向全世界申请者开放。目前已有来自90个国家的超过3万名研究者成功申请使用数据库，并产生了超过9000篇经过同行审议的研究论文。他们难道不怕一些别有用心的人，利用这些数据研制基因武器吗？

首先研究，公布全基因组数据由什么用途吗？

我们的基因分为编码基因和非编码基因，编码基因又称“外显子”，能够翻译成蛋白质，而非编码基因是指那些不直接负责蛋白质合成的基因。这些基因占据了基因总数的98%，且对生物性状具有重要调控作用。但是目前人们对非编码基因还知之甚少，而这次公开的全基因组序列将成为研究它们的重要材料。海量的数据对比说不定真的能让我们解开非编码基因的秘密。

还有在这些数据的基础上，研究人员有望以更高的成功率来开发药物。目前全世界有超过四分之一的在研药物因为药效差而无法通过临床试验。大数量的全基因组数据有助于研究人员发现疾病靶点，从而进一步明确疾病和药物机理。甚至可以让药物的研发可以提升两倍的临床试验成功率。

最后一点，也是最重要一点，那就是精准医疗。通过研究人的基因、环境和生活方式等因素之间的复杂关系，以制定出更加精准的治疗方式。大数据基因组学是精准医疗的基础之一，通过对比分析健康人群与患病人群基因的差别，研究者们能够发现基因与疾病的关系，从而进行精准防治与个性化治疗。
刚才说了，除了全基因序列数据之外，数据库还收集了50万名志愿者身上超过10000项生物指标，包括血压、认知功能、饮食和骨密度等等。通过将这些数据联系起来，研究者们就能够探究精准医疗相关的问题，比如为什么带有相同致病基因的人却对同样的治疗有不同的结果、反应和副作用。可以说这些数据也许真的可以让人类在基因医学上跨进一个全新的时代。
但是，这50万样本中大部分人是欧洲白人血统，非洲血统和亚洲血统的志愿者只有各约1万人。这意味着研究者们难以使用这套数据来研究非洲和亚洲人健康问题。
除了英国，美国也在 2015 年启动All of Us研究计划，目标收集100万人的基因组学信息和其它生物信息，为精准医疗产业提供基础。该计划目前已公布25万组全基因序列数据，但是仅提供给美国的学者使用。

我们中国也在积极加强精准医学研究布局，在2016年公布的《“十三五”国家科技创新规划》中部署构建了百万人以上的自然人群大型健康队列、重大疾病专病队列和罕见病的临床队列研究等，预计投资2.5亿元。另外我国科学家们还发起了名为 “女娲”的中国人群基因组计划，是已发表的唯一高深度测序中国参考人群全基因组队列，第一阶段包含5000多例样本。该项目于2023年8月15日发表了第四项研究成果。

除此之外关于基因安全的问题也是大家特别关心的话题，像这样公开基因全数据库会不会对本国人民带来非常大的基因安全隐患，一直存在着非常大的争议。那你觉得应该怎样做，才能让我们的基因科学不落后，又可以保护我们的基因安全呢？带你了解宇宙万物，最后拜拜了您嘞。

继续前进

技术介绍
细菌全基因组检测，是指通过基因组测序和组装获得细菌全基因组序列，并对其进行结构和功能研究的方法。全基因组测序包含微生物的全部遗传信息，相比16S除了分类信息外还有更多的基因信息及特定环境下富集的功能基因，微基生物提供全基因组测序服务。
检测项目
扫描图：细菌扫描图（也称为草图）采用小片段建库，深度测序和初步的基因组组装策略，能够得到待测样本的基因组信息，性价比高，能满足细菌基因组研究基本需求。
完成图：细菌完成图综合利用二代三代测序技术，根据菌株具体信息进行基因组测序组装，最终可以得到无gap的完整基因组序列。
差异菌株分析：通过CARD，VFDB数据库比对分析，多位点序列分型MLST和核心基因组多位点序列分型cgMLST， 单核苷酸位点SNP分析，泛基因分析，系统进化分析等将菌株间的差异进行展示。
检测平台
· 二代高通量平台：Illumina、BGI、 Ion PGM；
· 三代高通量平台：PacBio；Nanopore

结果展示



生信分析流程图



KEGG通路数据库中MAPK Signaling Pathway例图



基因组圈图

文献解读
标题：Genome sequencing and analysis of Alcaligenes faecalis subsp. phenolicus MB207
粪产碱菌 phenolicus MB207 菌株全基因组测序和分析
Sci Rep (IF:4.122)



主要结果：



菌株基因组圈图



菌株中抗药性相关的基因热图



基于核基因,泛基因产碱杆菌属进化关系

参考文献:Basharat Z, Yasmin A, He T, Tong Y. Genome sequencing and analysis of Alcaligenes faecalis subsp. phenolicus MB207. Sci Rep. 2018;8(1):3616. Published 2018 Feb 26. doi:10.1038/s41598-018-21919-4

同花顺

基因组测序是一种新型基因检测技术，能够从血液或唾液中分析测定基因全序列，预测罹患多种疾病的可能性，个体的行为特征及行为合理。基因测序技术能锁定个人病变基因，提前预防和治疗。基因测序相关产品和技术已由实验室研究演变到临床使用，可以说基因测序技术，是下一个改变世界的技术。

大力水手

未来每个新生儿都进行基因组测序会成为现实吗？全基因组测序在遗传病检测中的临床应用


11月11日，《新英格兰医学杂志NEMJ》刊登论文，专题介绍了一项名为“十万人基因组学计划”研究结果。
据研究人员报告，英国国家医疗服务体系（NHS）开始使用全基因组测序（WGS）后，医生能够确诊更多罕见疾病患者，包括那些未能通过其他基因检测方式确诊的患者。
该试点研究包括2183名罕见病患者，以及2,477名家属。绝大多数（88%）是欧洲血统，另有7%的南亚血统参与者和小部分来自其他种族和族裔的群体。
在这些研究参与者中，25%的罕见病患者通过全基因组测序获得了诊断，其中14%的参与者无法通过其他检测手段确诊。
该研究再次验证了全基因组测序的效力，并证明它可用于诊断多种基因疾病。
此外，该研究证明，有些情况需要对患者的整体基因组进行测序来识别病情，而不仅限于读取患者的某些基因或关键部分的DNA。
麻省总医院的首席基因组官、布罗德研究所（Broad Institute）的研究员海蒂·雷姆 (Heidi Rehm)对该文章进行了点评：

“这次研究的新奇点在于，他们召集了大量的患有不同罕见疾病的病例。” 并且，“支持全基因组测序可能是诊断罕见疾病的最优解的观点。”

英国卫生健康服务部（NHS）的十万人基因组计划于2013年启动，旨在对众多患者的全基因组进行测序。
该项目旨在研究如何攻克癌症和感染。
但是，这项针对罕见疾病的试点研究表明，NHS可以使用全基因组测序来诊断一些患者，并通过结合患者的临床信息与的遗传信息，以确定疾病根源。该项目在2015年给出了第一个诊断。



全基因测序WGS示意图。网络照片

在美国，保险公司通常不愿纳入全基因组测序，表示查看个人全部的遗传信息会发现太多基因突变。而且研究员无法理解这些变异 （即意义不确定的变异），并且无益于聚焦个体病情的实际原因。
医生通常只能测试选定的一组基因，或者选择一个可读取编码蛋白质的部分基因组的测试，也称为外显子组测序。
但在英国的试点研究中，14%的诊断成为“漏网之鱼”，不会被外显子组测序等测试发现。
因为研究发现，致病突变位于不编码蛋白质序列的片段中或附着在线粒体上的DNA片段中。
“这些数据有力地佐证了我们确实需要全基因组测序，”雷姆说，虽然 “基因面板测试更便宜、更快捷，但需要医生能准确选取基因才能成功。”
该研究的领头人将全基因组测序视为一种干预措施，认为这种检测方法将有益于对患者个人和卫生系统。有25%参加研究并获诊的患者直接受益，包括获得了匹配的治疗或加入了临床试验。
研究人员表示，为患者提供可靠的诊断以他们确定病情，可以帮助很多家庭缩短漫长的“诊断之旅”，调整治疗方案并避免多余的检查和预约。全基因组测序现在只需几百英镑。
“今天发表这篇文章为世界提供了一个值得参考的平台，”该论文的作者之一、英国基因组学的前首席科学家、现就职伦敦玛丽女王大学的马克考菲尔德爵士（Sir Mark Caulfield）说，“我们已然进NHS基因测序普及的收尾阶段，但我们有责任将研究结果分享出来，以便造福世界各地的罕见疾病患者们。”
这项新研究强调了某些遗传病情的复杂性。此外，基因和健康之间的联系还有待研究人员继续发掘。
全基因组测序的诊断率在此次研究中为25%，并且在单一基因病变中诊断率已达35%。然而，如果病情源于多个基因，则诊断率仅为11%。此外，听力、视力或智力障碍类型的诊断率为40%到55%，但胃肠道或风湿病的诊断率要低很多。
如果有同一家庭的更多成员参与检测，研究人员便能更好地识别家人中的基因差异，并发现患者的病因，从而也更容易进行诊断。
该研究的一个病例中，一名患者的33亿个DNA碱基对中有600万个与基线基因组不同的基因变异。其中，67万7000种被认为是罕见变异，2826种改变了某种蛋白质，67种与该人父母的DNA不同并且其中一个是造成该患者遗传疾病的原因。
研究人员希望，可以通过更多人的数据来建立测序，并参考他们的临床信息，从而更深入地了解基因变异与疾病之间的联系。借助新技术，科学家们在查看全基因序列时也更加擅长筛除基因表达噪音，以了解遗传病的病因。
该研究得出的25%的诊断率也与其他研究报告的相符。检测整个基因组听起来似乎可以更快的让患者确诊，但事实上，仍然存在有待解决的研究疑问，比如：

• 哪些基因影响健康？
  
• 各基因如何相互影响？
  
• 多个基因，尤其是那些先前忽视近期才受到关注的DNA片段，如何导致疾病？
  

这些问题有待未来的基因检测研究来答疑解惑。
学术论文链接：
http://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa2035790
相关报道：
https://www.statnews.com/2021/11/10/sequencing-whole-genomes-helps-diagnose-more-rare-diseases/

大力水手

全基因组测序是一种不需要捕获对整个基因组进行检测，不仅能检测编码区，还可以检测到非编码区以及调控区，以及一些结构变异。对于一些全外显子仍找不到病因的遗传病是可以扩大检测范围，提高检出率，避免漏检。