现代基因检测技术

马明星 分子生物学博士昆明医学会委员云南省海外留学人员学会理事,现代基因检测技术妇幼临床诊断领域应用,A.医学检验技术,,临床医学检验技术,表观-望闻问切深度观察-CT、磁共振、B超常规实验室检验-化学、生物（培养等）分子生物学检验-免疫学、核酸（基因/DNA/RNA）一个充满着机遇，即将蓬勃发展的领域,分子生物学诊断技术,以核酸、蛋白质、多糖等生物分子作为检测靶标；特点： 检测生物的基本特征和属性，避免其它干扰物的影响； 检测技术发展快，配套设施设备自动化程度高； 方法稳定可靠，灵敏度和特异性高。代表方法：Elisa、PCR、Q-PCR、免疫荧光分子生物学检测手段将会逐步取代部分原有医学检验技术,免疫学诊断技术,原理：抗原与抗体的相互识别领域： 感染性疾病、遗传性疾病检测；细胞因子、肿瘤蛋白等；优势： 速度快（1-3h），操作简单（试纸），价格低廉；缺陷： 通量低（1项/次） 假阳性（特异性差，背景高）， 假阴性（灵敏度差），无内对照（过程控制）。,免疫学诊断技术,基因检测技术,原理：基于核酸扩增技术或序列分析技术核酸=基因=DNA或RNA领域： 感染性疾病、遗传性疾病检测；亲缘关系鉴定等；肿瘤等；优势： 极高的灵敏度（50拷贝），极高的特异性（95%）， 速度快（3-5h）；缺陷： 通量低（1-2项/次） 假阳性（污染），无内对照（过程控制）,基因检测技术,基因检测技术,PCR：聚合酶链式反应FQ-PCR：荧光定量PCRSanger测序：800bp以内的基因测序分析优势： 极高的灵敏度（50拷贝），极高的特异性（95%）， 速度快（3-5h）；缺陷： 通量低（1-2项/次） 假阳性（污染），无内对照（过程控制）核型分析：基于染色体形态的分析方法RFLP：限制性内切酶多态性分析FISH:染色体荧光原位杂交,基因检测技术,PCR的原理,基因检测技术,PCR的原理,基因检测技术,实时荧光定量PCR,基因检测技术,Sanger测序原理,,B.现代基因检测技术,现代基因检测技术,高通量：一次能完成多个指标的测定；高可靠性：对照/质控体系完善，平行实验；高准确性：高度的灵敏度和特异性；自动化：尽量由仪器设备完成；高效率：缩短检测时间，为治疗争取更大的机会采样便捷：检测什么 采集什么,基因芯片技术：固态芯片 液态芯片(流式荧光)NGS：下一代测序,基因芯片技术,固态芯片,液态芯片,基因芯片技术原理,准确性：基于核酸的检测灵敏度：基因扩增（PCR）、荧光标记特异性：基因扩增（PCR）、分子杂交可靠性：内对照体系、自动化检测,现代基因检测技术,基因芯片=DNA微阵列（DNA Micro-Array）,基因芯片技术,高通量一次检测中即可对完成通常技术多次试验才能得到的结果；自动化大量操作和数据分析由计算机完成，降低使用者工作量，减少人为因素对结果的影响；可靠性高通过芯片探针的合理设计，能够在芯片上设置多种对照探针和多次重复试验，对整个操作过程起到监控作用，检测结果来自多个平行重复，结果更加可靠。高效率短时间内可以完成大量生物信息的检测；,下一代测序NGS,高通量：一次对多个DNA簇进行测序；高效率：短时间完成GB级或TB级的测序总读长；更灵敏：可以测定痕量的DNA标本(无创产前筛查)；高精度：精确度可达99.9%以上；成本低：极低的单碱基测序成本（相对于焦磷酸测序）；,illumina Roche ABI华大？,下一代测序NGS,,C.现代基因检测技术与妇幼临床诊断,现代基因检测技术能为临床做什么,复杂感染的快速系统化诊断（有没有，是什么）遗传性疾病诊断（人基因组SNP）病原体耐药检测（病原体SNP）个体化用药指导（人基因组SNP）,现代基因检测技术能为临床做什么,SNP：单核苷酸多态性,基因检测与感染,I . 感染性疾病检测HPV高通量分型检测TORCH优生5项检测泌尿生殖系统感染检测呼吸系统感染检测消化系统感染检测,外界病原体（细菌、真菌、病毒、支原体、衣原体）侵入人体组织器官引起的疾病Infections,感染性疾病往往症状相似，为临床判断带来不便针对单种病原体的检测容易产生漏检或误检多病原体多重感染在临床中十分常见,HPV=人 乳头瘤 病毒宫颈癌是唯一病因明确、可以预防、可以早期治疗的癌症能够感染人体生殖道的HPV大约有40种高危性HPV长期反复感染（5-10年）导致宫颈癌 无症状感染低危型HPV感染导致“尖锐湿疣”分型较少的产品对于未涉及的HPV亚型检测结果为阴性正常条件下每年做一次HPV核酸检测即可保证不患宫颈癌HPV分型核酸检测比HC2/TCT检测具有跟高的敏感性和客观性男性同样应该检测HPV 不宜自愈 男性生殖系统肿瘤“高发”和“低发”现状已经改变,基因检测与感染-HPV,CT UU NG HHVI/II MG MH TP常见的“性病类”感染病原体 临床有症状感染90%以上病原体多 多重感染常见 验证式检测无法完成免疫法灵明度低 培养法周期长易污染（UU） 药敏有点,基因检测与感染-性传播疾病,弓形虫 风疹病毒 巨细胞病毒 单纯疱疹病毒I/II型优生5项 致畸性病原体检测的意义重大常规TORCH检测一般在怀孕后进行常规免疫学方法窗口期长 灵敏度较低核酸检测能够在感染早期检测 结果可靠TORCH-Plus & HPV分型 & 泌尿生殖系统感染联检,基因检测与感染-优生,,肺炎支原体/衣原体 军团菌 脑膜炎球菌 肺炎链球菌 流感嗜血杆菌 腺病毒 鲍曼不动杆菌 非典病毒 甲流/乙型 合胞体病毒 副流感病毒 鼻病毒 偏肺病毒 EB病毒病原体多 感染情况复杂 临床无有效筛查手段少部分荧光PCR可检 极少可培养但周期长易污染有效指导抗生素使用 避免滥用带来的危害(耐药、二次、费用)针对特殊人群快捷高效 为治疗争取时间(老人小孩),基因检测与感染-呼吸系统,,大肠杆菌EO157/EPEC 伤寒/副伤寒 空肠弯曲菌 李斯特菌 弗氏志贺菌 小肠结肠炎耶尔森菌 柯萨奇病毒16 肠道病毒71 轮状病毒RV 幽门螺杆菌.病原体多 感染情况复杂 临床无有效筛查手段幼儿腹泻 手足口病检测病原性食物中毒检测少部分荧光PCR可检 极少可培养但周期长易污染有效指导抗生素使用 避免滥用带来的危害(耐药、二次、费用)针对特殊人群快捷高效 为治疗争取时间(婴幼儿),基因检测与感染-消化系统,,甲乙丙丁戊庚感染 艾滋病病毒 梅毒螺旋体严重血液感染 传染危害较大艾滋病与肝炎等容易并发感染极大缩短窗口期，提高检测准确性“血源筛查”,基因检测与感染-血液感染,解脲支原体UU 、人形支原体MH、HPV11，31，56 混合感染,呼吸系统感染,基因检测与感染,,基因检测与感染,,基因检测与病原体耐药,病原体（细菌、真菌、病毒、支原体、衣原体）对药物敏感或抵抗/耐受Resistant,避免耐药毒株的产生指导临床用药降低治疗成本和难度,R. 病原体耐药结核分枝杆菌检测及耐药分析HBV检测及耐药分析HCV检测及耐药分析,病原体为什么会耐药？药物“压力”对基因突变的选择（适者生存）病原体为什么很容易出现耐药？群体庞大，传代周期短如何降低耐药性病原体的产生？用药前就弄清楚它对什么药敏感,基因检测与病原体耐药,根据自身基因特点（SNP）合理用药或生活Genomic,个体化用药个体化生活,G. 基因多态性检测心脑血管疾病用药指导高血压用药指导EGFR、K-ras、B-raf基因多态性检测PIK3c、PDGFR-、ERCC1、XRCC1基因多态性检测EML4-ALK基因融合检测华法林用药指导,基因检测与个体化用药,ALDH2 CYP2C19 MTHFR酒精代谢能力评估（能否饮酒） 速效救心丸效果评估（是否有效）评估多种药物的代谢能力 减少因药物过度体内停留带来的危害孕期妇女叶酸补充剂量测算 降低畸形和唇腭裂发生率降低“脑卒中”发生率标本：DNA，口腔上皮脱落细胞,基因检测与个体化用药-叶酸,利尿剂 钙离子拮抗剂 血管紧张素等指导高血压患者根据自己基因特点服药提高药物有效性 降低毒副作用,基因检测与个体化用药-高血压,EGFR K-ras B-raf肿瘤的起因不同与多种肿瘤发生相关一个信号通路上的三个原件 联合检测才有意义靶向治疗药物作用位点,基因检测与个体化用药-肿瘤,由于人体基因组的微小变化（SNP、缺失）引起的可遗传疾病Heredity,一般无法治愈 部分危害严重可能隐性携带 可传递给子代核酸检测是金标准,H. 遗传性疾病检测角膜营养不良地中海贫血Y染色体微缺失遗传性耳聋,基因检测与遗传性疾病,导致眼睛干涩 视力下降使用“润滑性”眼药水进行缓解进行屈光矫正手术前须检测 否则可导致失明,基因检测与遗传性疾病-角膜营养不良,或两种类型分为轻度、中度、重度两广地区高发 遗传规律明确,基因检测与遗传性疾病-地中海贫血,遗传因素的耳聋原因确定避免药物性耳聋的发生（糖甙类药物）婴幼儿听力筛查（有效检测途径）覆盖位点较全,基因检测与遗传性疾病-耳聋,依据人体基因组上发生的微小变化（SNP）分析预测与该基因功能的相关健康因素变化Predict,相关性与多种因素共同作用一般不作为医学诊断依据对生活起居等起到一定指导作用,P. 风险评估类检测遗传性肥胖基因多态性检测美容相关基因多态性检测吸烟损伤评估多态性检测糖尿病风险评估,基因检测与健康预测,,肥胖基因检测-肥胖,食欲因素、糖代谢因素、脂肪代谢因素指导健康饮食和合理膳食搭配肥胖分为表观肥胖和脏器肥胖 后者更可怕代谢异常并不是一定看起来会“胖”,NGS与无创产前筛查,唐氏综合症：21三体非整倍体：21三体、18三体、13三体 无创产前基因检测是通过采集孕妇外周血(5ml)，提取游离DNA，采用新一代高通量测序技术，结合生物信息分析，得出胎儿患染色体非整倍性疾病的风险率。该方法最佳检测时间为孕早、中期，具有无创取样、无流产风险、高灵敏度，准确性高的特点。,NGS与无创产前筛查,正常怀孕过程中cffDNA几乎全部来源于胎盘的滋养层细胞，孕妇外周血中的cffDNA从怀孕4周左右就可以检出，孕8周建立胎儿胎盘循环后