精准医疗:先进的数据分析增强产前基因检测

近日，科学家们发布了一种新的计算框架，用于高精度和有针对性的无创产前基因检测(NIPT)，使具有成本效益的TAC-seq实验室方法应用于临床实践成为可能。开发的计算工作流程允许检测频繁的胎儿三体和父母的起源三体染色体从母亲的血液细胞游离DNA样本在怀孕早期阶段。

这个新颖的开源软件计算框架结合有针对性的高覆盖率测序数据，促进了无创产前基因筛查(NIPT)的研发，使其完全负担得起并常规应用于临床。所开发的数据分析方法使用来自目标基因组区域的高覆盖率测序数据，从怀孕前三个月的母亲血液样本中检测胎儿三体染色体和父母三体染色体的起源。

赫尔辛基大学、塔尔图大学和卫生技术能力中心(CCHT)的研究人员最近在《柳叶刀》上发表了一篇文章《公共科学图书馆•综合》，展示了一种新的基于定向高覆盖率测序的NIPT计算框架。该计算分析框架允许检测胎儿三体和三体染色体的父母起源使用有针对性的高覆盖率测序数据的怀孕患者的血液样本。

开发的框架包含两个分析层。首先，通过隐马尔可夫模型对序列定位的目标基因组位置进行分类，该模型使用相同样本的正常参考染色体的目标进行参数化。接下来，研究样本的结果被分组和分类为每个研究染色体(如。Chr 21，引起唐氏综合症)使用辅助机器学习方法，如决策树和支持向量机。最后的结果是对每条被研究染色体的整倍体或三体的估计。

根据该研究的主要作者，芬兰分子医学研究所(FIMM)的高级研究员Priit Palta博士的说法，开发的分析管道是实施NIPT应用的新型先进实验室方法TAC-seq所缺少的部分。

NIPT数据分析和胎儿三染色体细胞基于母亲血液样本的检测一直是一项具有挑战性的任务。我们现在有实验室和计算工具来开发和提供更可行、更经济的NIPT应用，这些应用在临床实践中具有潜力。”

先前开发的多种NIPT检测基于全基因组测序。虽然整个基因组在超低测序深度覆盖，仍然是一种资源要求高的方法。后者反映在NIPT相对较高的零售价上，例如，目前在爱沙尼亚和芬兰分别为250欧元和550欧元。然而，像TAC-seq这样的靶向测序方法能够只关注相关的染色体或者基因组区域，允许并行处理更多的患者。除了降低测序需求外，稳健的无细胞DNA文库制备进一步降低了每个样品的整体NIPT成本。

CCHT NIPT服务和研发实验室负责人Kaarel krjutmkov博士指出，NIPT是备受赞誉的精准医疗的完美例子，它已经在临床实践中得到应用。

“血液来源无细胞DNA测序是NIPT检测的核心技术。测序本身是分析DNA链含量和数量的一种极其强大的方法。现在，应用这种新的计算方法，我们可以开发更便宜的靶向分析，以便从研究样本的测序数据中读出更多信息，提高无细胞DNA测序的有效性，并在不久的将来提高与怀孕相关的医疗保健的质量。”