最新技术可在90分钟内完成全基因组序列分析

腾讯科学讯 据国外媒体报道，美国国家儿童医院（Nationwide Children's Hospital）的研发人员最近在Genome Biology上发布了一个自主开发的分析软件，表示这个软件使寻找全基因组致病变异从几周缩短到按几十个小时。

第一个人类基因组测序完成耗时大约13年，耗费30亿美元，而现在技术测序技术的发展，使得即使是很小的研究小组都可以在几天之内完成基因组测序。但是从测序产生的巨大的数据分析得出真正能用于研究或者临床的信息一直是一个挑战。而彼得•怀特博士和他带领的团队针对这个问题，利用新颖的计算技术，开发了一个名为"丘吉尔"（Churchill）的计算管道，表示"丘吉尔"可以在短短90分钟内完成全基因组样品的有效分析。

"丘吉尔"自动输入原始序列资料，通过一系列密集复杂和计算，最终分析出有临床或者科研意义的的遗传变异体。这个过程中的每一步，"丘吉尔"都有优化，以显著减少分析时间，但不损害数据的完整性，该分析是100％的可重复性。"丘吉尔"采用的平行化（parallelization）的算法克服了染色体带来的平行化限制，极大提升了数据输入的平衡性和分析中数据重新组合，去分，再校准和基因型分型的执行性。通过检查在数据分析过程中的计算资源的利用，相比其他两种分析管道-HugeSeq和GATK-Queue只能分别利用46%和30%的数据资源，"丘吉尔"的利用率达到了92%，并在多个服务器非常有效地进行缩放。"丘吉尔"输出结果，在与其他计算管道比较，被证明具有最高99.7％的灵敏度；最高99.99％的精读和99.66%最高整体诊断效率。

这种效率和能力，证明"丘吉尔"或能够进行人口规模的基因组分析。为了证明"丘吉尔"的能力，怀特博士和他的团队成功地分析了千人基因组项目所产生的第一阶段的原始数据（千人基因组项目是以生成世界各地的多个群体人类遗传变异的公众目录为目的的国际合作项目）。利用亚马逊网络服务（AWS）的云计算资源，"丘吉尔"仅用七天便完成1088个全基因组样本的分析，并确定了数以百万计的新的遗传变异。

"丘吉尔"的发布是测序技术一个极大的进步。它极大降低测序分析的成本，突破了当今测序分析计算的瓶颈，特别为现在大人口规模的基因组学的研究提供便利。

什么是基因测序？

基因测序是一种新型基因检测技术，能够从血液或唾液中分析测定基因全序列，预测罹患多种疾病的可能性，如癌症或白血病。

基因测序相关产品和技术已由实验室研究演变到临床使用，目前在众多保健及医疗机构和体检中心，都打出基因测序的广告，但其使用的基因测序仪及相关诊断试剂和软件，很多没有经过医疗器械的注册审批。对此，国务院有关部门高度重视。2014年2月，中国国家食药监管总局、国家卫计委联合发出通知，要求在相关准入标准、管理规范出台以前，任何医疗机构不得开展基因测序临床应用；已经开展的，要立即停止。

经典的基因测序技术原理

基因测序技术能锁定个人病变基因，提前预防和治疗。自上世纪90年代初，学界开始涉足“人类基因组计划”。而传统的测序方式是利用光学测序技术。用不同颜色的荧光标记四种不同的基因，然后用激光光源去捕捉荧光信号从而获得待测基因的序列信息。虽然这种方法检测可靠，但是价格不菲也是有目共睹的，一台仪器的价格大约在50万到75万美元，而检测一次的费用也高达5千到1万美元。最新的基因测序仪中，芯片代替了传统激光镜头、荧光染色剂等，芯片就是测序仪。通过半导体感应器，仪器对DNA复制时产生的离子流实现直接检测。当试剂通过集成的流体通路进入芯片中，密布于芯片上的反应孔立即成为上百万个微反应体系。这种技术组合，使研究人员能够在短短2小时内获取基因信息。而使用传统的光学测序技术需等待数周乃至数月后才能得到结果。同时，检测一次的费用也降到了最低1千美元。

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