NICU上演生死时速，26小时诊断遗传病

  三年前，美国儿童慈善医院（Children's Mercy Hospital）的研究人员发表文章称，利用全基因组测序，他们能够在50小时内诊断危重婴儿。如今，这些研究人员将诊断时间缩短到26小时。他们在《Genomic Medicine》上介绍了这一成果。
  之前，他们使用的是STAT-Seq这种全基因组测序方法。如今，STAT-Seq升级到了第二代。它包括Illumina HiSeq 2500快速运行模式下18小时的全基因组测序，利用Edico DRAGEN进行序列比对和变异检出，以及三种软件的分析：VIKING、RUNES和SSAGA。研究人员在文章中介绍了4个样本的诊断时间，最短的为26:08，最长的两个为26:47。
  文章的通讯作者仍然是儿童慈善医院儿科基因组医学中心的主任Stephen Kingsmore。在他看来，尽管时间减少了一半，但更值得高兴的是敏感性的增加。此分析的敏感性和特异性均为99.5%。“相对于2012年有了明显的改善，”Kingsmore谈道。不过，他现在的职位是Rady儿科基因组学和系统医学研究所的总裁兼CEO。
  突破瓶颈
  Kingsmore和他的旧同事一直在与Illumina密切合作，以便快速诊断新生儿重症监护室中的婴儿。如今，通过调整配方，测序时间已从26小时缩短到18小时。据Kingsmore介绍，超快速运行最初是在Illumina英国实验室中完成的，但不能无缝转移到医院环境。之后，Illumina一些工作人员对升降温速率等参数进行了设置，才获得了成功。
  在整个流程中，节省时间最多的地方是比对、变异检测和基因分型。第一代STAT-Seq流程需要15小时，而利用Edico DRAGEN进行序列比对和变异检出，研究人员只需要40分钟即可完成。通过综合DRAGEN和GSNAP/GATK 3.2-VQSR的变异检出，他们实现了最大的分析敏感性。
  Kingsmore认为，DRAGEN技术突破了一个较大的瓶颈，这也是如今人们花费更多的钱来解决的，要么通过云计算，要么通过超级计算机。现在，问题已经解决了。DRAGEN大约需要40分钟就能处理基因组。“让我们惊讶的是，它不仅带来了速度，也带来了分析性能的改进，”Kingsmore谈道。“这是我们没有预料到的。”
  解释工具
  儿童慈善医院的最后一步可能是最具挑战性的：提出临床诊断。在此次分析中，他们使用了软件开发部门的Neil Miller开发出的三个软件工具。旧版本的RUNES和SSAGA也使用在过去的流程中。
  Kingsmore表示，患者的表型分析是与测序并行完成的。通过DNA分离、文库制备和测序来处理血液样本，同时，临床医生搞清患者的症状。“对于一些婴儿，临床表现是非常简单的。但对于其他一些婴儿，情况可能更复杂。你需要阅读病例，提取出相关而有意义的部分。这有一点主观，因为许多婴儿有多种表现。”
  SSAGA是一个基于web的软件，让医生输入患者的临床表型，随后它列出与那种表型相关的候选致病基因列表，从而缩小了整个基因组的分析。RUNES鉴定已知的致病变异，并利用预测工具来估计变异的后果。随后它分配一个分数，说明这个变异有多大可能是致病的。
  之前，这两个程序的结果是通过电子表格来比较的。不过在26小时的流程中，两个程序的结果输入VIKING。VIKING根据临床特征、致病基因、等位基因频率、基因型和遗传模式对变异进行动态过滤。
  这三个软件“让大部分的下游分析和解释自动化，意味着一名实验室主任就能快速地解释和报告结果。它承担了大部分繁重的工作，”Kingsmore谈道。“这并不是完全自动化的。不过，实验室主任能够在3秒到3小时内做出诊断。”
  惠及更多
  在完成了第二代检测流程的开发之后，Kingsmore搬到Rady儿童医院所在的加州，是为了进一步扩展他的工作。“遗传性疾病是婴儿死亡的主要原因。在儿科住院中，15%是由遗传病引起的。在全国范围内，大约有数十万名儿童会受益于这项技术，”他说。
  让这项技术惠及更多的儿童，不仅需要快速，还需要扩展。Kingsmore认为，Rady和圣地亚哥是促进这一扩展的理想场所。Rady的研究所在2014年4月成立，获得了Rady儿童医院4000万美元的投资，现在附属于加州大学圣地亚哥分校。“医院有着你做大事所需的所有临床资源。而且Illumina和Edico Genomics这样的公司就在我们背后。”Kingsmore补充道。
  此外，Kingsmore也在努力建立全国儿童医院的联盟，期望利用基因组学来转变儿科护理。他预计第一批成员将在今年秋天公布。
（转化医学网360zhyx.com）