高通量测序与精准医疗系统

,高通量测序与精准医疗系统,精准医疗的概念很具体,Precision medicine (PM) is a medical model that proposes the customization of healthcarewith medical decisions, practices, and/or products being tailored to the individual patient. In this model, diagnostic testing is often employed for selecting appropriate and optimal therapies based on the context of a patients genetic content or other molecular or cellular analysis. Tools employed in PM can include molecular diagnostics, imaging, and analytics/software.“精准医疗”是一种基于病人“定制”的医疗模式，在这种模式下，医疗 的决策、实施等都是针对每一个病人个体特征而制定的，疾病的诊断和治 疗是在合理选择病人自己的遗传、分子或细胞学信息的基础上进行的。,Precision medicine is an emerging approach for disease prevention and treatment that takes into account peoples individual variations in genes, environment, and lifestyle. The Precision Medicine Initiative will generate the scientific evidence needed to move the concept of precision medicine into clinical practice.“精准医疗”是一个新兴的疾病治疗和预防的方法，是建立在了解个体的 基因、环境以及生活方式的基础上的。精准医疗计划将会产生将精准医学 的概念推到临床所需要的科学证据。,让我们再回顾一下精准医疗的历史！,25年前,1990年12月人类基因组计划启动,15年以前,2000年7月人类基因组计划宣告完成，2001年人类基因组数据发表,Collins, F. S., et al. (2003). A vision for the future of genomics research. Nature 422(6934): 835-847.,2011年2月 NHGRI公布了新的人类基因组展望,i,E,F!rst genome wlde.ss阳atlon study publtsh回,Rat genome国quence,Chlmpanzee genome四quence,阳明恻僻,山m叫,D咱genome seque时e,Flrst dlrect.to咽nsumerWI1创e.genome t自t,Ho帽ybeegenome sequence,Human genebc VanatlOf1 ISbreakthr饥Jgh of the year,Wellcome TI阳，1ca四Conlr创Con四rtium pubh臼lIon,nature,空吕E,Sea urchm genome 辑quen帽,富=国 -ENCODE pllot proect complete,: PLOS,First personal genome 辑quenced,Genetlc Informalon Nondlscnminatlon Act (G1NA) passed m US,Flrst personal gellOme自quenc回usmg new technol吨10,Yoruba geno何瞻回quence,Platypus genome sequence,Firsl曲时er genome 皿quence (AML),民吃,x . 啊 Completion 01lhe Mammahan Gene CoIlecllon (MGC),mm眠Internatlonal data relea四wor陆hop,Bovlne genome s四uence,.fFus t human methylome map,ComprehenslVe genomlC.na加s of ghoblasloma,Kor国n pnome响圃，回,Southern Afncan genome s明uen国$,ililtfwz,.，1阳obank- .B:阳n,= 5.0田巾ct阳川瞄nts,怡,l，OOOmo国e knockout mutations,Neanderthal genome 坦quence,na阳relo Genomes ptiot proectcomplete,!，1 . 棋锦要 .，Iex刚刚回叫,11口uzreFne,;，,.,.,.,.,.,.,.,.,I .-_ . . .,: :. I. . .:.1 .,.,.,.,.,.,.,.,b,t.，.,Understanding the biol吨Y of genomes,1990-2003Human Genome Proj田t,2004-2010,2011-2020,Beyond 2020,技术 所见即所知（一）,What we know is determined by what we see,1980,2015,技术 所见即所知（二）测序技术的发展,2015,1949,Illumina Sequencing涵盖高中低通量,Decreasing Price Per Gb,Increasing System Price & Output,HiSeq 2500HiSeq 3000 NextSeq,1000Gb | 4B | 2x125MiSeq,120Gb | 400M | 2x150,15Gb | 25M | 2x300,750Gb | 2.5B | 2x150,HiSeq 4000,1500Gb | 5B | 2x150,HiSeq X TenHiSeq X Five,1800Gb | 6B | 2x150,1800Gb | 6B | 2x150,Ion Torrent 系列汇总中通量，简单易用,Easy to Use,2010,2012,2000 systems placedHard to Use,15 min set up time20142016,Jonathan Rothberg,目前国产“高通量”测序仪,Revolocity,BGI SEQ500华大测序系统,BGISEQ-100,DA Proton,BioelectronSeq 4000,华因康,瀚海基因,中科紫鑫,为什么是现在？今天的现实, 千美元基因组千人民币外显子组已经实现 监管体系已初步形成-无创产前相关监管体系建立 直接面向消费者的检测已经逐渐被消费者接受 第三方临检机构已经可以提供基因检测服务 保险系统开始介入 药物遗传学/药物基因组学有关的诉讼已经开始 医疗职业协会的专业化标准已经覆盖遗传/基因组领域 新的“精准医疗计划”启动 临床医学已经确定了遗传/基因组信息在临床中的重要作用 美国医学研究院（IOM）证明了有效性和合理性 - 2/26/2015,遗传学和基因组学对整个医疗界的影响,Calzone, et al. (2013). Relevance of genomics to healthcare and nursing practice. Journal of Nursing Scholarship, 45, 1-2.,基因 组学,疾病的负 担和复发 监控,预后和治 疗决策,筛查和诊 断,新生儿筛 查,疾病敏感 性,孕前和产 前诊断,伴随人一生的遗传学和基因组学,孕前和产前 筛查,新生儿筛查,风险预测,筛查和诊断,疾病分型Calzone, et al. (2013). Relevance of genomics to healthcare and nursing practice. Journal of Nursing Scholarship, 45, 1-2.,个体化医疗,生命末期管 理,生命结束后 管理,精准医疗的提出：Precision Medicine Initiative,2016年，美国财政预算计划拨付共2.15亿美元用于资 助这方面的科学研究、创新发展。合适的时间给合适的人合适的治疗，且仅仅如此！The right treatment to the right patient at the right time,美国精准医疗基因组协作组的成员,MEMBERS,医院（大学）、研究所、公司,目前的进展,1月20日奥巴马提 出精准医疗计划,7月12日NCI-MATCH计划提出,8月5日FDA提出 “精准FDA”,9月17日工作小组 向Francis S. Collins工作报告,11月20日，确认7800万美元拨款 计划,NCI-MATCHNCI-Molecular Analysis for Therapy Choice,招募3000名病人，1000名合格的入组病人；20到25种药物；143个基因的4000个基因突变；招募10组志愿者,脑、乳腺、胃肠道、泌尿、头颈、血液、淋巴、黑素瘤、骨髓 瘤等,用突变而非部位来区分 肿瘤和指导用药,Tissue Fixation Path Review,Nucleic Acid Extraction,Library/Template P,rep ng,Sequenci,Data Analysis,eMOI Report Review,Final report,Tumor content 50%,DNA yield 20 ng,Library yield 10 pM,Test fragments: A/D 80% AQ17, Read Length 90 bp Reads per sample: 350, 000Read Length: 140-160 bpCoverage: “ 80% of amplicons coverage 450 Positive: detect all true positive variants Negative: detect no false positive aMOINTC: total reads 2% of lowest sample library read,aMOI = actionable mutation of interest,NCI-MATCH的工作流程, 20ngDNA和15ngRNA，4小时完成测序检测 398种突变的panel进行验证，365种SNV检出364个，检出率高达99.7%， 33种indel检出25个，检出率75.8% 三组FFPE样本进行性能验证，104个常规分子诊断信息，101例肺癌样本，106个前列腺癌样本，其中1/3的样本存储超过3年 所有含有EGFR，KRAS，BRAF的突变都100%灵敏度和特异性的被检出，而 RNA panel，100%检出T2：ERG fusion，6/7检出ALK，另检出额外2个 fusion,NCI-MATCH PanelIon Oncomine Comprehensive Panel,精准FDA,“精准FDA”（PrecisionFDA）是一个基因组信息学社区和共享数据平台，一 个为研究人员准备的开源、基于云的工具，它将为下一代测序诊断提供依据，并且为所有开发者提供统一的、可共享的在线基因组信息数据库。,2014年英国已经提出的10万英国人基因组计划,Genomics England, with the consent of participants and the support of the public, is creating a lasting legacy for patients, the NHS and the UK economy through the sequencing of 100,000 genomes: the 100,000 Genomes Project.英国首先宣布了测序10万人基因组的计划，并由“国民 健康服务”（National Health Service）下属的 “卫 生部门”（ DepartmentofHealth ） 组织成立了 “Genome England”公司，专门用于运行英国10万人基 因组项目，旨在通过建立透明的基于伦理和科学设计的 项目，用基因组学手段使病人获益http:/www.genomicsengland.co.uk/1万人的成果已于9月14日在Nature在线发表,我国精准医疗的意义 黄种人的独特遗传背景,我们的基因组存在不同于白种人特征，我们需要自己的大型基 因组学数据做基础，才能做好自己的“精准医疗”,SARS EGFR基因的分布频率与易瑞沙 CYP2C19基因（rs4244285）与波立 维 MTHFR基因多态性引起的亚洲人中 风风险增加与叶酸和B族维生素联用,诊断,筛查,测序技术支撑的肿瘤精准医疗检测方案,遗传性肿瘤检测,肿瘤早期诊断,肿瘤分子分型及 驱动基因鉴定,肿瘤负荷及突变的 实时动态监控,药物敏感性和 毒副作用预测,复发监控,易感人群,个体化治疗 方案制定,预后相关预测,PCR FISH高通量深度二代测序,定量PCR 精准Sanger测序 高通量深度二代测序,循环肿瘤细胞检测 循环肿瘤DNA检测 微滴式数字PCR 高通量深度二代测序,持续护理,测序技术在遗传性疾病中的全面解决方案,高通量深度二代测序 Sanger测序 数字PCR遗传性疾病筛查,婚孕前遗传学指 导,优生优育 指导,致病基因 发现,新生儿基因筛查,植入前遗传学检测,产前诊断,临床治疗,高通量深度二代测序 精准Sanger测序,母血循环DNA检测 细胞遗传学检测 高通量深度二代测序,临床手段,基因发现,生育干预,传染病与感染病精准医疗系统解决方案,携带率筛查,耐药菌频率,病原和耐药机制 的确认,个体化治疗 方案制定,疾病人群的持续监控,耐药监控,易感人群确认,溯源,qPCR一代测序高通量深度二代测序,定量PCR 精准Sanger测序 高通量深度二代测序,高通量深度二代测序,人群筛查,持续护理,诊断,药物基因组学,功效毒性（诱导药效动力学剂、抑制剂）靶点药代动力学,疾病分型,大约7%的FDA认证的药物受到可用的基因药理学的影响， 大约18%的美国门诊处方受到生殖系药物基因组学影响20多个基因，与超过80种药物相关,建立生物医学医疗体系,基因组/遗传/分子过程，通路，生物保存，统计分析与决策支持,X射线成像，MRI，CT扫描，组织和器官,可穿戴设备 家庭 诊所/门诊 个人健康数据 医院康复中心/养老院 收容所,公共卫生 状态监测 应急准备和响应 全球监测,生物信息 学,影像学,医学信息,个体,人群,电子病历、远程医疗、保险数据，群体健康，以省市为 单位的存储库和监视工具,生物医学研究和新的疾病分类的知识网络,IOM Report 2011 Toward Precision Medicine: Building a Knowledge Network for Biomedical Research and a New Taxonomy of Disease,暴露组,体征和症状,基因组,表观组,微生物组,