自动化遗传分析如何帮助罕见病诊断

医疗器械 来源:中国罕见病网 作者:翻译:渐冻人尘雾
2016
09/13
10:42
中国罕见病网
作者:翻译:渐冻人尘雾
医疗器械

斯坦福大学研究人员正在设计(新的)方法,让计算机帮助执行一些目前科学家在研究患者基因组从而诊断疾病时需要手动完成的密集遗传分析。

1997年,当Shayla Haddock出生时,她的父母立即意识到有些不对劲。作为家里的第六个孩子(共七个孩子),Shayla的面部特征与众不同,足部畸形,而且四肢短于正常状态,体形小于大多数新生儿。听力测试表明她还存在耳聋问题。

医生2012年分析了Shayla Haddock的基因组,寻找导致其足部畸形、耳聋和四肢短于正常状态的原因。虽然初步分析没有提供诊断,但2015年的一次重新分析揭示了答案:Shayla罹患的是有一种被称为Wiedemann-Steiner综合征的罕见遗传病。这次重新分析使用了斯坦福大学新近开发的计算工具。

Shayla的父母,Cheryl和Levko Siloti,寻找了这些异常的答案,他们忧虑的是:在Cheryl怀孕期间,是否发生了一些本可以预防的问题而导致Shayla的症状?能够确诊并改进Shayla的治疗方案吗?如果Shayla的兄弟姐妹们将来成家立业,他们的孩子会面临相同的疾病风险吗?

“这是一种情感过山车”Cheryl Siloti说。多年来,就Shayla的状况,医生们提出了许多可能的诊断,但医学检查反复否定了他们的理论。“医生告知我们这些可能性,随后他们又否定了这些可能‘不,这个不是答案’”。

这个位于加州斯托克顿市的家庭所面临的问题说明了诊断罕见遗传病的挑战,也是阐释斯坦福大学医学院(Stanford University School of Medicine)科学家们为什么设计新方法以及如何提供帮助的一个范例。

医生们和Shayla的父母一样渴望做出诊断,但他们几乎得不出任何确切的结果。2012年8月10日——就在斯坦福西尔·帕卡德儿童医院(Lucile Packard Children's Hospital Stanford)的医生得出“无法将Shayla的遗传模式和症状与(任何)一种疾病相匹配”的结论两周后——一篇科学报告揭示了基因缺陷和一种罕见疾病之间联系的新发现,这篇文章允许医生们对Shayla做出诊断。但在那个时候,无法定期进行基因测试结果的重新分析,以考虑到新的知识。Shayla的家人和医生们仍然不知道他们已经可以获得答案。

——遗传再分析

去年,作为一项科学研究的一部分,Shayla的父母同意对她的基因组进行重新分析。这一次,斯坦福大学的计算机科学家使用他们开发的新型计算工具将Shayla的基因序列与科学文献进行比较。他们发现了2012年的(那篇)科学报告并预测Shayla罹患的是一种被称为Wiedemann-Steiner综合征(Wiedemann-Steiner syndrome)的罕见遗传病,预测得到了Shayla医生的证实。

“每过一个月,都会有更多的全球遗传多样性反映在科学数据库中,每次都会有更多信息,更容易解释接下来看到的(问题)”Shayla在帕卡德儿童医院的临床遗传学家Jon Bernstein博士说道。Jon Bernstein博士是7月21日在线发表于《医学遗传学》(Genetics in Medicine)的新报告的作者。研究中10%的患者——包括Shayla在内的4人,在首次遗传分析(平均于20个月之前进行)后没有获得诊断——基于最近的发现而被诊断为不同的罕见疾病。

这些“近在咫尺的遗漏”凸显了精准健康领域中的一个巨大挑战:虽然获得个人基因序列的速度、成本和工作量近年来急剧下降,但训练有素的专家依然需要工作大约20到40个小时来将患者的罕见突变与可能揭示诊断结果的科学文献信息相匹配。在疑似罹患罕见遗传病的患者中,75%无法在首次DNA分析后获得诊断。不过,知识库正在快速增长,研究人员每年都会发现大约250种遗传病的原因,同时找到9200个特定基因病因与已知疾病之间的关联。

——太多需要手动诊断

“我们的研究表明,由于存在稳定的发现率,因此对患者基因测试结果进行重新分析是有用的”Bernstein说道。Bernstein同时是斯坦福大学医学院的儿科学副教授。

“但是我们没有足够的人力资源,无法像临床医生和科学家们过去所做的那样来继续所有的手动分析”该研究资深作者,发育生物学、计算机科学和儿科学副教授Gill Bejerano博士说道。

Bejerano领导的计算机科学家们设计了新研究中使用的自动化方法。数百万美国人可能罹患某种形式的罕见遗传病,他指出——对于手动诊断而言太多了。“我们团队认为,相对于在每位患者的分析中继续投入数十个小时,更有意义的是将时间用于构建能够帮助我们完成大量工作的计算机科学工具”他说道。

在新的研究中,这些科学家测试了将未确诊患者基因组与现有基因数据库进行自动对比(的方法)能否加速诊断。结果表明这种方法有效。

“基因组根本上是一种程序语言”Bejerano说,“我们确实想使用机器学习和其他方法来构建计算机系统,将尽可能少的工作留给人类专家。在这些工作中,电脑不如人类,但我们认为我们能够通过计算机处理这种方法中80%到90%的工作,并在循环过程中为人类节省大量的时间。”

——对比患者和父母的基因

Bernstein和Bejerano表示,新研究的另一项关键发现是:将患者的基因序列和父母的基因序列进行对比,能够极大地加快诊断过程。这种对比有助于发现父母不携带而在患者中发生的新致病突变。“如果(患者)父母的数据摆在你的面前,这些(发现)就会更容易地显现。”Bernstein说道。

在Shayla的病例中,她的诊断为家人带来了他们一直寻求的答案。她的致病性突变不是从父母那里遗传的,而是自然发生的。这不是可预防的问题,也不会影响她兄弟姐妹们的孩子。“知道这些,真的让我们长长地舒了一口气”Siloti说道。

诊断也帮助Silotis找到了其他拥有同样患儿的家庭。他们在Facebook群组分享故事,而且感觉他们已经发现了支持和群体的新意义。“我们一直相信知识就是力量”Siloti说,“得到答案的感觉真好,特别是在经历长时间的寻找之后。”

这项新的研究由斯坦福大学儿科学系、斯坦福发现基金、国防高级研究计划局和国家卫生研究院(U01MH105949)资助。共同领导作者是研究科学家Aaron Wenger博士和 Harendra Guturu博士。

为什么难以诊断罕见遗传病,下面的数据能够带来启示:

1. 人类基因组的大小:30亿个碱基。碱基是构成我们基因和控制基因的基因组区域的“单词”中的单个“字母”;

2. 罹患某种形式罕见遗传病的美国人的数量估计为:2500万;

3. 每年新识别出原因的单基因疾病数量:250;

4. 每年新识别的与现有疾病相关联的基因改变的数量:9200;

5. 在怀疑罕见遗传病时,分析个人基因信息所需的时间:20到40小时;

6. 疑似罕见单基因疾病患者中首次基因测序就能获得诊断的比例:25%;

7. 为了帮助未确诊患者匹配新发现而进行重新分析的典型频率:一直很少,但得益于新的自动化基因分析技术,有望变得更为常见。

原文检索

Automating genetic analysis helps keep up with rapid discovery of new diseases

来源:中国罕见病网   作者:翻译:渐冻人尘雾

为你推荐

全球首个侵入式脑机接口医疗器械获批上市资讯

全球首个侵入式脑机接口医疗器械获批上市

今日,国家药监局发布消息,国家药监局批准了博睿康医疗科技(上海)有限公司植入式脑机接口手部运动功能代偿系统创新产品注册申请,实现脑机接口医疗器械全球首发上市,标志着...

2026-03-13 17:39

深化健康科普与医防协同,设立“带状疱疹关注日”,凝聚多方合力资讯

深化健康科普与医防协同,设立“带状疱疹关注日”,凝聚多方合力

近日,由健康报社主办的“两会精英汇——健康传播 赋能‘三高一疹’”专场在京举行。

2026-03-13 12:57

康龙化成与礼来达成口服GLP-1小分子药Orforglipron生产合作协议资讯

康龙化成与礼来达成口服GLP-1小分子药Orforglipron生产合作协议

3月11日晚间,康龙化成官方微信发布消息,康龙化成与礼来公司共同宣布,达成关于首个申报注册的口服小分子GLP-1受体激动剂Orforglipron的生产合作协议。

2026-03-12 21:56

美国 FDA 批准颂狄多(氘可来昔替尼)用于治疗活动性银屑病关节炎成人患者资讯

美国 FDA 批准颂狄多(氘可来昔替尼)用于治疗活动性银屑病关节炎成人患者

颂狄多是一种口服选择性酪氨酸激酶 2(TYK2)抑制剂,也是首个获批用于 PsA治疗 的 TYK2 抑制剂

2026-03-12 16:53

亦立医药完成新一轮近亿元融资,聚焦新靶点研发加速临床转化资讯

亦立医药完成新一轮近亿元融资,聚焦新靶点研发加速临床转化

本轮融资由隆峰创投、亦成投资、弘盛资本、贝壳基金共同投资

2026-03-12 16:46

打破蛋白互作,璞诺智药完成近亿元天使轮融资资讯

打破蛋白互作,璞诺智药完成近亿元天使轮融资

本轮融资由华盖资本和博远资本共同领投,薄荷天使基金等专业投资机构跟投。

2026-03-11 21:21

百时美施贵宝宣布口服药物mezigdomide治疗复发或难治性多发性骨髓瘤Ⅲ期研究SUCCESSOR-2的积极结果资讯

百时美施贵宝宣布口服药物mezigdomide治疗复发或难治性多发性骨髓瘤Ⅲ期研究SUCCESSOR-2的积极结果

这是mezigdomide首项获得积极结果的Ⅲ期研究,也是百时美施贵宝CELMoD项目第二项获得积极成果的Ⅲ期研究

2026-03-11 21:15

备思复联合帕博利珠单抗使顺铂耐受的肌层浸润性膀胱癌患者的复发或死亡风险降低近 50%资讯

备思复联合帕博利珠单抗使顺铂耐受的肌层浸润性膀胱癌患者的复发或死亡风险降低近 50%

在 III 期临床研究 EV-304 中,该联合疗法显著改善患者总生存期与病理完全缓解率,超半数患者在手术时未检测到病灶

2026-03-11 13:17

降 HbA1c 超 2.5%且多重获益,华东医药国产降糖新药HDM1005降糖2期数据揭晓资讯

降 HbA1c 超 2.5%且多重获益,华东医药国产降糖新药HDM1005降糖2期数据揭晓

本次研究为一项在饮食和运动或二甲双胍治疗后血糖控制不佳的2型糖尿病受试者中评价HDM1005注射液有效性和安全性的多中心、随机、盲法、平行、安慰剂和阳性对照的Ⅱ期临床研究

2026-03-10 19:38

维适平中国大陆首张处方落地,为中重度溃疡性结肠炎患者开启治疗新篇章资讯

维适平中国大陆首张处方落地,为中重度溃疡性结肠炎患者开启治疗新篇章

标志着这款溃疡性结肠炎(UC)首个且唯一口服S1P受体调节剂正式进入中国临床应用阶段

2026-03-10 18:26

艾凯生物完成A3轮超亿元融资,加速AI驱动iPSC细胞治疗与类器官平台升级资讯

艾凯生物完成A3轮超亿元融资,加速AI驱动iPSC细胞治疗与类器官平台升级

本轮融资由知壹投资与沃杰资本联合领投,联新资本持续追加投资,资金将重点用于推进AI驱动的iPSC细胞治疗产品临床转化,加速完善iPSC细胞治疗与类器官两大核心技术平台布局。

2026-03-10 18:22

中科搏锐斩获数千万B轮融资,推动脑机接口全产业链产业化落地资讯

中科搏锐斩获数千万B轮融资,推动脑机接口全产业链产业化落地

本轮融资由国内知名投资机构三泽创投独家投资,凯乘资本担任长期独家财务顾问,所筹资金将全力支撑公司深化脑机接口全产业链布局,加速尖端技术的临床转化与产业化落地。

2026-03-10 18:03

第102批仿制药参比制剂目录资讯

第102批仿制药参比制剂目录

经国家药品监督管理局仿制药质量和疗效一致性评价专家委员会审核确定,现发布仿制药参比制剂目录(第一百零二批)。

2026-03-10 17:02

康方生物全球首创三抗获批临床试验资讯

康方生物全球首创三抗获批临床试验

3月9日,据CDE官网临床默示许可显示,康方生物(09926 HK)自主研发的注射用AK150正式获批临床,适应症为晚期实体瘤。

2026-03-10 16:16

入选不足4月,和黄医药申请将达唯珂移出首版商保创新药目录资讯

入选不足4月,和黄医药申请将达唯珂移出首版商保创新药目录

国家医疗保障局办公室今日发布通知,自2026年3月9日起,撤销氢溴酸他泽司他片(商品名:达唯珂)在全国各省级医药采购平台挂网资格,并根据企业申请,将该药品移出《商业健康保...

2026-03-09 22:09

港股通调入13家医药健康企业,调出5家资讯

港股通调入13家医药健康企业,调出5家

近日,上海证券交易所官网发布最新港股通标调整通知,共42家企业被调入港股通,其中生物医药、医疗健康企业调入13家。

2026-03-08 19:19

CDE:抗肿瘤药物生物等效性及药代动力学比对研究受试者人群选择考虑资讯

CDE:抗肿瘤药物生物等效性及药代动力学比对研究受试者人群选择考虑

本指导原则主要基于小分子化学药物及单抗类药物的研究经验,为抗肿瘤药物 BE PK 比对研究中受试者人群的选择考虑提供建议。

2026-03-07 10:59

四家知名药企被暂停军队采购资讯

四家知名药企被暂停军队采购

近日,军队采购网发布一批“军队采购暂停名单”,其中涉及四家药企被列入暂停名单,具体为北京费森尤斯卡比医药有限公司、齐鲁制药有限公司、宜昌人福药业有限责任公司和江苏新...

2026-03-07 10:41

全球首个基础胰岛素/GLP-1RA周制剂诺和杰在中国获批资讯

全球首个基础胰岛素/GLP-1RA周制剂诺和杰在中国获批

诺和杰此次在中国获批,使中国成为该药品全球首个商业上市的国家。

2026-03-06 18:03