NGS和感染性疾病月醫(yī)學(xué)課件

NGS和感染性疾病月NGS和感染性疾病月第1頁NGS和感染性疾病月第2頁完成了人類基因組計(jì)劃NGS和感染性疾病月第3頁該計(jì)劃完成使得大家強(qiáng)烈意識到大家需要更多愈加好技術(shù)與數(shù)據(jù)分析能力往返復(fù)隨之而來一系列生物學(xué)問題。然而,通量限制以及居高不下測序成本成為了大家深入了解基因組一道坎。NGS和感染性疾病月第4頁下一代測序（next-generationsequencing,NGS）以后推出高通量測序平臺很好地處理了這個問題,人類基因組測序成本直接所以下降50000倍產(chǎn)生了一個新名詞:NGSNGS和感染性疾病月第5頁一、NGS是什么？（一）傳統(tǒng)測序方法大規(guī)模平行署名測序（MassivelyParallelSignatureSequencing,MPSS)、聚合酶克?。≒olonySequencing）、454焦磷酸測序（454pyrosequencing）、Illumina(Solexa)sequencing、ABISOLiDsequencing、離子半導(dǎo)體測序（Ionsemiconductorsequencing）、DNA納米球測序（DNAnanoballsequencing）等NGS和感染性疾病月第6頁（二）NGS(nextgenerationsequencing)

包含二代大規(guī)模平行測序和三代單分子測序。高通量測序技術(shù)是對傳統(tǒng)測序一次革命性改變,一次對幾十萬到幾百萬條DNA分子進(jìn)行序列測定被稱為下一代測序技術(shù)(nextgenerationsequencing)足見其劃時代改變NGS和感染性疾病月第7頁同時高通量測序使得對一個物種轉(zhuǎn)錄組和基因組進(jìn)行細(xì)致全貌分析成為可能,所以又被稱為深度測序NGS和感染性疾病月第8頁（三）測序平臺1、Illumina企業(yè)Solexa測序平臺2、Roche企業(yè)454測序平臺3、ABI企業(yè)寡核苷酸連接檢測平臺(SOLiD)NGS和感染性疾病月第9頁（四）NGS特點(diǎn)1、不一樣平臺測序方法不一樣,但原理有著共通之處,都是將基因組DNA隨機(jī)切割成小片段DNA,再經(jīng)過構(gòu)建文庫、PCR擴(kuò)增等技術(shù)步驟取得測序模板進(jìn)行測序及數(shù)據(jù)分析,相對于Sanger測序來說通量高、速度快、費(fèi)用低NGS和感染性疾病月第10頁（四）NGS特點(diǎn)1、高正確性,高通量,高靈敏度2、能夠同時完成傳統(tǒng)基因組學(xué)研究（測序和注釋）以及功效基因組學(xué)（基因表示及調(diào)控,基因功效,蛋白/核酸相互作用）研究NGS和感染性疾病月第11頁（四）NGS特點(diǎn)2、越來越多地應(yīng)用第二代測序技術(shù)來處理生物學(xué)問題。比如在基因組水平上對還沒有參考序列物種進(jìn)行從頭測序,取得該物種參考序列,為后續(xù)研究和分子育種奠定基礎(chǔ);對有參考序列物種,進(jìn)行全基因組重測序,在全基因組水平上掃描并檢測突變位點(diǎn),發(fā)覺個體差異分子基礎(chǔ)。NGS和感染性疾病月第12頁NGS和感染性疾病月第13頁NGS和感染性疾病月第14頁中科院動物研究所已經(jīng)測序、組裝和分析了38只野生金絲猴基因組突變。這項(xiàng)研究結(jié)果發(fā)表在國際分子生物學(xué)和進(jìn)化領(lǐng)域權(quán)威期刊《MolecularBiologyandEvolution》NGS和感染性疾病月第15頁二、NGS能夠?yàn)楦腥拘约膊∽鍪裁矗縉GS和感染性疾病月第16頁（一）宏基因組學(xué)（Metagenomics）又叫微生物環(huán)境基因組學(xué)、元基因組學(xué)。它經(jīng)過直接從環(huán)境樣品中提取全部微生物DNA,構(gòu)建宏基因組文庫,研究環(huán)境樣品所包含全部微生物遺傳組成及其群落功效。NGS和感染性疾病月第17頁NGS和感染性疾病月第18頁對特定環(huán)境中全部微生物總DNA（也稱宏基因組,metagenomic）進(jìn)行克隆,并經(jīng)過構(gòu)建宏基因組文庫和篩選等手段取得新生理活性物質(zhì),經(jīng)過系統(tǒng)學(xué)分析取得該環(huán)境中微生物遺傳多樣性和分子生態(tài)學(xué)信息NGS和感染性疾病月第19頁宏基因組學(xué)研究對象是特定環(huán)境中總DNA,不是某特定微生物或其細(xì)胞中總DNA,不需要對微生物進(jìn)行分離培養(yǎng)和純化,這對我們認(rèn)識和利用95%以上未培養(yǎng)微生物提供了一條新路徑。NGS和感染性疾病月第20頁不僅能夠從整體上認(rèn)識微生物群落本身數(shù)量和組成結(jié)構(gòu),而且能夠認(rèn)識微生物群落本身及其與宿主之間進(jìn)化關(guān)系,研究不一樣狀態(tài)對微生物群落結(jié)構(gòu)和功效影響,分析人類正常菌群和疾病狀態(tài)下結(jié)構(gòu)和功效特征。NGS和感染性疾病月第21頁腸道微生物宏基因組學(xué)與人體代謝、免疫等各方面聯(lián)絡(luò)緊密,已成為多年來熱門研究專題,腸道菌群和糖尿病、肥胖癥等代謝性疾病關(guān)系被不停深入研究,對于藥品和腸道微生物群落相互影響也在不停探索NGS和感染性疾病月第22頁NGS和感染性疾病月第23頁（二）正確醫(yī)學(xué)NGS和感染性疾病月第24頁1、第二屆感染性疾病正確醫(yī)學(xué)高峰論壇感染性（傳染性）疾病危害嚴(yán)重,正確診療是實(shí)現(xiàn)其正確防控前提?，F(xiàn)在針對性使用抗生素是一個重大課題,另外即時快速病原診療、未知病原判定、混合感染病原診療、全病程病原監(jiān)測等問題都值得重視和研究。NGS和感染性疾病月第25頁針對感染這一重大醫(yī)學(xué)問題,需要將基因檢測與傳統(tǒng)檢測相結(jié)合,加緊將最新生物科技轉(zhuǎn)化成優(yōu)異生產(chǎn)力,應(yīng)用于臨床感染正確診療?；谙乱淮鷾y序技術(shù)（NGS）宏基因組學(xué)檢測技術(shù)發(fā)展迅猛,將有力推進(jìn)感染性疾病正確醫(yī)學(xué)發(fā)展。NGS和感染性疾病月第26頁NGS在感染性疾病中應(yīng)用NGS和感染性疾病月第27頁NGS技術(shù)應(yīng)用于細(xì)菌感染檢測,明確是否存在細(xì)菌感染對菌株進(jìn)行分型,取得分子血清型、耐藥基因譜等信息,分析其菌株進(jìn)化歷史、感染源及感染路徑,有利于疾病預(yù)防、診療和疫苗研發(fā)等。NGS和感染性疾病月第28頁結(jié)核桿菌耐藥菌株培養(yǎng)難度高,時間長,臨床檢測受到極大限制。但基因測序技術(shù)在檢測其菌株毒力和耐藥性上有著極大優(yōu)勢,能夠快速檢測病原體感染及其耐藥性有望替換現(xiàn)有培養(yǎng)和分子診療法NGS和感染性疾病月第29頁病毒NGS技術(shù)關(guān)鍵應(yīng)用于基因型分析、耐藥突變檢測及病毒在宿主體內(nèi)演化,以及暴發(fā)感染病毒快速檢測時以幫助預(yù)防、診療診療及疫苗研究等方面。NGS和感染性疾病月第30頁真菌經(jīng)過建立當(dāng)?shù)卣婢蚪M學(xué)數(shù)據(jù)并對比分析,不僅能夠進(jìn)行真菌感染快速正確診療,還能夠發(fā)覺不一樣真菌特有功效性基因,研究其致病機(jī)制及藥品耐藥位點(diǎn)突變,發(fā)覺新藥品作用靶位點(diǎn),從而開發(fā)含有廣譜、不良反應(yīng)低、無交叉耐藥性抗真菌藥品。NGS和感染性疾病月第31頁5月以德國為中心,歐洲暴發(fā)了一次嚴(yán)重出血性腸道感染,科學(xué)家對病菌菌株進(jìn)行全基因組測序,發(fā)覺致病元兇為致死性大腸埃希菌O104:H4,經(jīng)過對序列分析推斷其感染人體路徑和致病機(jī)制,溯源追蹤了其感染路徑,為疫病診療和診療提供了關(guān)鍵信息。NGS和感染性疾病月第32頁同年6月法國也發(fā)生了類似感染,NGS序列分析發(fā)覺德國大腸埃希菌菌株基因多樣性遠(yuǎn)低于法國菌株,由此確定其為法國暴發(fā)病原體演化支,明確了感染源NGS和感染性疾病月第33頁北京協(xié)和醫(yī)院在《InternationalJournalofInfectiousDiseases》發(fā)表了中國mNGS用于臨床中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)感染患者布氏桿菌檢出文章。6月1日至6月1日臨床懷疑CNS感染患者腦脊液樣本。mNGS快速檢出4例患者布氏桿菌感染,結(jié)合臨床癥狀和RT-PCR結(jié)果驗(yàn)證,患者確診為神經(jīng)型布氏桿菌病。mNGS檢出序列數(shù)從11-104不等,覆蓋度從0.0043%-0.4%不等。4例布氏桿菌感染確診,展現(xiàn)了mNGS在臨床疑難感染病原檢測應(yīng)用突出優(yōu)勢。NGS和感染性疾病月第34頁8月齡患兒“發(fā)燒12天,間斷抽搐8天,睡眠增多6天”就診,連續(xù)間歇性高熱和抽搐。經(jīng)過mNGS技術(shù)檢出單純皰疹病毒1型(HSV-1)序列數(shù)高達(dá)35078條,占比99.66%,覆蓋度為95%,在相對百分比和病毒基因組覆蓋度方面都達(dá)成了明確診療HSV-1感染強(qiáng)度。NGS和感染性疾病月第35頁隨即甘露醇降顱壓后,阿昔洛韋抗病毒及其她對癥診療后患兒痊愈出院。本文表明除不輕易發(fā)覺病原外,mNGS針對較為常見皰疹病毒含有明確診療意義,為臨床不明原因CNS感染性疾病提供了關(guān)鍵病原學(xué)診療方法。NGS和感染性疾病月第36頁西非暴發(fā)了統(tǒng)計(jì)中最大一次埃博拉病毒感染,暴發(fā)時間長,感染和死亡人數(shù)高,在世界范圍內(nèi)引發(fā)了極大恐慌。NGS和感染性疾病月第37頁經(jīng)過NGS技術(shù)結(jié)合數(shù)據(jù)分析,研究者明確了其基因多樣性和易突變性及流行病學(xué)特征,追蹤其感染起始源及感染路徑,預(yù)估了病毒感染人體和機(jī)體免疫反應(yīng)過程,具體敘述了其在宿主體內(nèi)經(jīng)過逐步適應(yīng)性突變發(fā)生演化從而減小被免疫細(xì)胞識別機(jī)會,對疫情預(yù)防、控制,疾病診療、診療和疫苗研發(fā)都起到了極大促進(jìn)作用NGS和感染性疾病月第38頁三、三代測序美國太平洋生物單分子實(shí)時技術(shù)及英國牛津納米孔企業(yè)納米孔單分子測序技術(shù)特點(diǎn)是不需要進(jìn)行PCR擴(kuò)增,經(jīng)過不一樣手段區(qū)分堿基信號差異,直接讀取序列信息,其讀長長、高通量,能夠?qū)NA和甲基化DNA序列進(jìn)行直接測序NGS和感染性疾病月第39頁四、缺點(diǎn)現(xiàn)在還存在錯誤率高、成本較高和生物信息分析軟件不夠豐富等缺點(diǎn)。高通量測序會產(chǎn)生大批量數(shù)據(jù),需要進(jìn)行龐大數(shù)據(jù)分析,假如缺乏當(dāng)?shù)財(cái)?shù)據(jù)庫,運(yùn)算工作成本和時間難以控制;NGS和感染性疾病月第40頁四、缺點(diǎn)對于疾病,測序得到基因組數(shù)