国际罕见病日｜让“罕见”被“看见”，长读长测序点亮罕见生命色彩

2023年2月28日是第16个国际罕见病日。据了解，中国已知的罕见疾病有7000多种，患有罕见疾病的患者有2000万。幸运的是有越来越多的人已经开始关注罕见病，越来越多的科研工作者投身于罕见病事业。罕见病研究人员正在取得令人振奋的突破，他们的研究结果可以提供有关疾病潜在遗传和生物机制见解。

序祯达生物致力打造遗传病领域药物研发可及的创新服务平台，利用长读长测序技术在内的多种检测技术综合应用，为研究致病变异等提供了一套全新的思路及工具。使研究人员能够更准确地检测串联重复序列的扩展，更清楚地理解它们在遗传疾病中的作用，为每一种罕见病提供定制化、精准的解决方案，帮助罕见病研究者能够更快识别新的药物靶点和生物标志物，助力罕见病新疗法的开发。

点亮罕见生命的色彩

HudsonAlpha研究所的研究人员使用长读长PacBio HiFi测序技术，帮助医生成功为两名经过漫长诊断旅程的儿童罕见病患者诊断出了可能的致病原因。

短读长测序技术在神经发育疾病中的诊断

神经发育疾病，其中许多是遗传性疾病，会影响1%~3%儿童，并导致一系列身体和智力残疾。鉴定导致这些疾病的遗传变异或DNA的变化，可以提供精确的诊断，指导治疗方法，并为患儿家庭解答多年以来困扰他们的医学奥秘。

尽管用于诊断许多遗传疾病的基因组测序技术取得了进步，但在许多情况下，对于患有神经发育疾病儿童的诊断仍然难以捉摸。这可能是因为通过典型的基因组测序方法很难找到导致疾病的遗传变异。

传统上，基因组测序是通过生成数百万个“短”序列（称为读段）来进行的，这些序列通常长约150个碱基对。这些短读长片段以人类参考基因组为模板，像拼图一样拼凑在一起。参考基因组是从13名匿名志愿者的DNA中产生的一组人类染色体的代表集合。科学家通过将拼图碎片与参考基因组进行比较以寻找序列中的变异，可以检测出遗传变异。

研究表明，尽管使用了先进的计算机技术，但通常无法准确地绘制来源于某些DNA区域的短读长序列，这些DNA具有某些类型的变异，例如大片段的结构变异，重复序列或可在周围移动的移动元件插入。在DNA片段中 DNA序列的不正确或不完全重组使得依靠短读长测序很难检测到复杂的遗传变异。

长读长测序技术鉴定引起疾病的遗传变异

通过临床测序证据研究（CSER）联盟和阿拉巴马州基因组健康计划（AGHI）等计划，HudsonAlpha的研究员Greg Cooper博士及其实验室已经对超过1467名患病儿童和约1511名父母的基因组进行了测序。他们发现了约27％患病儿童的遗传原因，从而可以进行更精确的临床诊断。

尽管从NGS技术中收集到的信息已可以完成许多罕见病的诊断，但该团队仍在不断寻找改善该技术并提高罕见病患者诊断率的方法。克服短读长测序技术局限性的一种潜在方法是使用产生较长测序读长的测序平台。长读长测序的最新进展已经可以产生比短读长测序长1000倍的测序读段。组装的拼图块越来越少，可以使整个人类基因组序列中的空隙减少。当DNA序列更完整的覆盖患者的基因组时，使研究人员和临床医生可以更准确地检测出变异，包括可能引起疾病的变异。

Cooper和他的实验室在Human Genetics and Genomics Advances上发表的一项最新研究中，描述了长时间阅读测序如何帮助他们识别导致两名儿童先前无法诊断的罕见神经发育障碍的致病变异。由高级科学家，第一作者Susan Hiatt博士领导的研究小组在研究过程中使用了PacBio的HiFi测序技术，该技术是在最新的PacBio Sequel II平台上进行的。在HiFi测序过程中，DNA片段先被环化，然后被反复测序。这使得HiFi reads可以长达数万个碱基，而且准确无误。

Jane Grimwood 博士

Faculty Investigator and co-director

HudsonAlpha Institute for Biotechnology

HiFi测序是一项前沿技术，确实可以帮助我们获得更准确的DNA序列。当我们从患者那里收到DNA样本后，将其大小分为15,000至25,000个碱基对长度的片段，然后进行测序。HiFi技术可以从一个分子中多次读取碱基，从而从一个人的DNA中产生高度精确的长读长序列。

该团队使用HiFi技术分析了六个家庭（妈妈，爸爸和孩子），每个家庭都有一个患儿，怀疑孩子患有遗传性神经发育障碍。尽管这些家庭以前使用过短读长测序技术对基因组进行了测序，但尚未发现引起疾病的遗传变异。

HudsonAlpha的研究人员在每个家族中发现了许多短读长测序以前遗漏的遗传变异。在这些新发现的变异中，研究小组确定了六个孩子中有两个的可能的致病变异，这意味着他们确定的DNA变异可能是造成该孩子疾病的原因。

在一个案例中，研究小组在一个名为CDKL5的基因中发现了可能的致病性DNA大片段插入，有将近7,000个碱基。

Susan Hiatt 博士

Senior Scientist

HudsonAlpha Institute for Biotechnology

由于CDKL5的变异与婴儿早期癫痫性脑病2有关，这是一种特征明确的神经发育疾病，很符合该患者的表现，因此我们对这种变异进行了更深入的研究。我们进行了一项实验，以确定这种大片段插入对CDKL5基因的影响，并证实该基因在这种插入中失去了功能。

通过为临床医生提供更准确的长读测序数据以及基础生物学实验的支持数据，研究人员可以提供可能的疾病诊断图景，而他们以前单靠短读测序就无法做到这一点。尽管该研究仅研究了6名患者，但非常有希望的是，这6名患者中的2名现在对于其未诊断的神经发育疾病具有潜在的答案。

Greg Cooper 博士

Faculty investigator

HudsonAlpha Institute for Biotechnology

PacBio HiFi测序能够发现以前错过的这么多变异的能力令人兴奋，并且为将来的诊断测试提供了广阔的前景。在未来几年中，长读长基因组测序将成为研究和临床测试的有力工具。