只用孕妇血液样本即可获得胎儿全基因组序列

斯坦福大学医学院的研究人员首次只通过孕妇的血液样本获得了尚未出生婴儿的基因组序列

7月4日发表在《Nature》的一项斯坦福大学的研究成果显示:他们只需要母亲而不需要父亲的DNA就可以得到胎儿的全基因组序列。这项研究的显著优势在于可以在不确定胎儿父亲或是父亲不愿意提供检测样本的情况下,进行胎儿基因检测。该技术促使胎儿基因组检测项目进入常规临床又接近了一步。

“如果没有这样的技术,那么要等到新生儿的代谢或是免疫缺陷发展到非常明显的时候才能被发现,到那时再进行治疗多数时候已经比较晚了。” 斯坦福大学生物工程和应用物理教授Stephen Quake说,“我们对这种可以在出生前确定治疗手段的技术很感兴趣。”

产前诊断技术并不是新鲜事物。几十年来,妇女接受羊膜穿刺或绒毛取样技术来试图了解他们的胎儿是否携带异常遗传基因。这个过程本身即可导致1/200概率的怀孕流产,而且只能获取很有限的遗传疾病信息。这项新的技术的理论依据是:孕妇血液中含有自己的DNA信息以及在血液中自由循环的来自体内胎儿的DNA信息。事实上,在怀孕期间这种自由循环的胎儿DNA数量一直是在稳定的增长,在怀孕3个月的后期,这个数字可达到总量的30%。

本研究从在血液循环系统中检测胎儿的DNA信息的技术,比从父亲、母亲的DNA信息中相比较而获得胎儿DNA信息更进一步。这种新方法不同于之前华盛顿大学研究小组所采用的方法,并非是从父亲唾液中取得DNA信息而是采用由胎儿DNA、母亲DNA来推断父亲DNA遗传贡献的方式。

斯坦福大学选用了两个孕妇作为观察对象从而对该方法进行了检验。一个母亲具有DiGeorge综合症(多数非遗传),另一个没有。她们的全基因组和外显子组测序均表明具有DiGeorge综合症母亲的孩子同样具有这种生理紊乱现象。经由预测而得知的婴儿基因组序列和出生后取脐带血检验而得到的婴儿基因组序列进行比较,证实了之前的论断。尽管参加该实验的母亲和婴儿是匿名的,但是这个与真实临床检测相似的结果会促进医生们对新生儿心脏状况和血钙水平提前做出正确评估。

斯坦福大学医学院妇产科临床助理教授,Yair Blumenfeld博士说:“我们一直都知道,对胎儿异常染色体的检测,只是冰山一角;诊断单个基因缺陷,才是未来。这项重要的研究证实了我们只需通过对母亲血液的检测就可推断出胎儿基因缺陷的能力。”

斯坦福大学已经为该新的技术手段申请了专利保护,研究人员会为能够最终在临床使用该技术而继续研发。

 

Non-invasive prenatal measurement of the fetal genome

H. Christina Fan, Wei Gu, Jianbin Wang, Yair J. Blumenfeld, Yasser Y. El-Sayed & Stephen R. Quake

The vast majority of prenatal genetic testing requires invasive sampling. However, this poses a risk to the fetus, so one must make a decision that weighs the desire for genetic information against the risk of an adverse outcome due to hazards of the testing process. These issues are not required to be coupled, and it would be desirable to discover genetic information about the fetus without incurring a health risk. Here we demonstrate that it is possible to non-invasively sequence the entire prenatal genome. Our results show that molecular counting of parental haplotypes in maternal plasma by shotgun sequencing of maternal plasma DNA allows the inherited fetal genome to be deciphered non-invasively. We also applied the counting principle directly to each allele in the fetal exome by performing exome capture on maternal plasma DNA before shotgun sequencing. This approach enables non-invasive exome screening of clinically relevant and deleterious alleles that were paternally inherited or had arisen as de novo germline mutations, and complements the haplotype counting approach to provide a comprehensive view of the fetal genome. Non-invasive determination of the fetal genome may ultimately facilitate the diagnosis of all inherited and de novo genetic disease.

文献链接:Non-invasive prenatal measurement of the fetal genome