新一代测序的新应用盘点

不仅仅是1,000美元基因组的新闻和对医疗保健的改善，基因组学正迅速成为我们日常生活中的一部分。每种生物体的DNA都可以被研究，而它的应用也同样广泛，人们找到更好的方式来制造啤酒和奶酪。

下面就是一些受到新一代测序（NGS）影响的领域的近期研究亮点。

成瘾——科罗拉多大学健康和成瘾中心：神经科学、基因和环境的研究人员希望了解对酒精和大麻成瘾是如何发展的。他们正通过表观基因组来寻找答案。表观基因组位于基因组之上，是DNA周围的化合物网络，它们修饰基因组，却不改变DNA序列。通过靶向的甲基化测序，研究人员正在确定与药物滥用者的大脑扫描图像相关的表观遗传特征。通过弄清成瘾相关的表观遗传变化以及背后的机制，他们也许能够开发出更有效的疗法，关闭成瘾或药物滥用的“开关”。

农业——测序正在加速基因功能研究和植物育种项目，以便在非洲开发出更高产、更有营养的孤儿作物。举个例子，非洲孤儿作物协会（AOCC）的任务是遏制非洲儿童中营养不良和发育迟缓的发生率。Illumina的测序和基因分型技术让AOCC基本上跳过了选择性状所用的10-15年基础育种。利用DNA标记，他们能够促进育种过程，将时间表缩短到5-10年，这取决于作物的生长周期。

害虫（和杀虫剂）——我们不可能总是不使用杀虫剂，因此了解它们的工作原理对防止杀虫剂耐药性的发生很重要。尽管常用的家用和商用杀虫剂是天然来源的，但它们仍是神经毒素，针对神经的钠离子通道。目前的研究主要集中在了解昆虫的钠离子通道，哪些突变可能导致杀虫剂耐药性，以及杀虫剂在目标和非目标物种中如何代谢。最近，科学家利用测序来追踪冈比亚按蚊（Anopheles gambiae）之间杀虫剂耐药性突变的转移。一旦我们了解了一个系统如何工作，以及杀虫剂如何影响各个暴露的物种，这些知识可以用来设计更安全、更有效的杀虫剂，并了解如何更有选择性地使用它们。

心脏病学——心脏是一个十分复杂的器官，在保证血液、氧气和营养物质的正常循环中起了重要的作用。心肌细胞是高度特化的细胞，能够适应心脏的各种生理和病理生理需求。研究人员利用基因组测序来研究小鼠的成体和新生心肌细胞以及衰竭心脏中的DNA甲基化组。他们观察到发育过程中的动态表观遗传重塑，并鉴定出心脏发育时的亚型开关。在衰竭心脏中，成体心肌细胞为应对慢性应激而发生表观遗传重塑。测序让人们首次了解到DNA甲基化如何塑造特化细胞的表型。

法医学——尽管过去十几年中DNA证据一直在帮助解决犯罪问题并证明无罪，但NGS也在帮助法医实验室提高工作效率。目前，大多数DNA分析通常检查基因组中的13-25个位点，且每次处理一个样本。尽管这种方法很可靠，但它不够高效，也不能提供尽可能多的信息，去破获疑难案件。有了NGS，法医实验室就能每次运行384个DNA样本。对于每个样本，他们能从中获得200多条信息，从而开发出更完整的DNA图谱。除了破案，NGS也能用于大规模灾难中人类残骸的鉴定，否则将无法识别死者。NGS实现了低水平样本的靶向分析，包括那些部分降解的样本，可带来高分辨率的鉴定。它还能帮助鉴定那些身份不明或分解的人类残骸，它们在发现时没有其他的鉴定特征。

微生物学（啤酒）——几百年来，啤酒酿造者一直在使用酵母。这些微生物负责生产出世界上一些最受欢迎的啤酒，它们释放出那些啤酒特有的风味和气味。然而，通过更好地了解酵母形成特征的遗传密码和具体机制，啤酒的风味可以改变和改进。如今，随着DNA测序技术变得更快速、更经济，科学家们正在比以往任何时候更深入地探索和利用酵母的遗传密码。

微生物学（食品）——测序从核苷酸的角度阐述奶酪制造的科学。研究人员正在探索不同类型奶酪中微生物的复杂关系，以及病毒和细菌的相互作用，这在维持奶酪起始培养物的复杂性上起了重要作用。他们发现，奶酪上的“社区类型”是重现的，与地理位置无关，但更多地取决于外皮类型和干酪皮上的水分。

器官移植——根据美国器官获取和移植网络的统计，平均每天有21位等待移植的人死亡，而一位捐献者可挽救八条生命。MDRO（多重耐药微生物）检测呈阳性的捐献者则带来了一个难题，如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）。CDC报告了一个病例研究，其中捐献者感染了MRSA，尽管在器官移植之前使用抗生素治疗并清除了MRSA，但还是能够将MRSA传递给移植接受者。CDC的研究人员利用Illumina测序技术，将MRSA感染追踪回捐献者。由于接受者是免疫抑制的，即使少量微生物感染也有可能致命，因此必须确保捐献者在移植期间不会传递感染。测序正帮助我们更好地鉴定对MDRO有效的抗生素，并追踪捐献者来源的感染。

优生保健——染色体非整倍体（染色体数目异常）是体外受精（IVF）失败的一个主要原因。大多数非整倍体的胚胎无法植入，而植入的胚胎往往在怀孕头三个月流产。利用胚胎植入前遗传学筛查（PGS）来选择性植入最有活力的胚胎，可在几个方面有所帮助。它能提高植入率；实现单胚胎移植，从而减少高风险多胎妊娠的数量。最初，PGS是利用检测（荧光原位杂交或FISH）来开展的，它并不是筛查全部24条染色体，因此检测整倍体胚胎的有效性和准确性有限。随着新方法的开发并应用到PGS，如基于芯片的24sure技术，植入率在提高。如今，有了NGS，我们能够在短短12小时内筛查全部24条染色体，准确、高效地查看胚胎中的染色体健康情况。

减肥——有些人总是在更努力地减肥。脂肪量和肥胖相关（FTO）基因是全基因组关联研究鉴定出的首个基因，作为肥胖的候选基因。研究人员研究了在应对锻炼时，FTO基因相关的风险和体内脂肪成分之间的联系。他们发现，对于久坐不动的白人男性，风险等位基因杂合（来自父母双方）的个体比纯合（来自父母一方）的个体更为健康。数据表明，环境和饮食等因素在个人的减肥能力上同等重要。研究人员还探索了锻炼对体重增加和肠胃菌群组成的影响。他们发现，锻炼改变了栖息在肠道中的微生物，可能有助于防止体重增加。测序正在帮助我们更好地了解我们遗传了多大的风险，以及环境在控制体重中扮演的角色。

本文来源于：生物通，内容有删减

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