BioNano携新一代图谱技术进入人类基因组研究市场

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BioNano携新一代图谱技术进入人类基因组研究市场
, A$ V5 Z% f2 b5 `, O来源：测序中国 / 作者： / 2016-11-047 w* E) P& E' D# ~  _9 @

. S; Z/ s3 ~# R# s% l6 B" w导读：在今年10月份举办的美国人类遗传学会年会（ASHG）上，BioNano公司及其来自不同研究机构的合作者表示，Irys系统是研究人类基因组结构变异的非常有用的工具，可以独立于测序技术使用。
8 t& _; Y0 X3 T9 J, k8 {, |BioNano公司的Irys系统采用新一代图谱技术（NGM），使用数千个纳米通道阵列组成的芯片，是基于纳米通道的单分子DNA图谱平台。Irys系统测量DNA的荧光标记部分之间的距离，然后利用该数据构建de novo图谱组装（de novo map assemblies），可作为NGS数据的骨架（scaffolds）。BioNano公司CEO Erik Holmlin说，他们主要将该系统卖给研究人员，但探索Irys系统在临床市场中的用途对公司的未来非常重要。) b; b  ?% o7 f5 N
Irys系统与测序互补使用，构建人类参考基因组$ @; M. f3 h- K4 W  k! c, |% K& }$ V
BioNano公司在基因组市场中占有独特的地位，因为它提供的不是测序技术，而是物理图谱技术。Holmlin说，这虽然不是新技术，但是该领域内的其他公司，例如OpGen和Nabsys，不能将他们的技术扩展到大型复杂基因组研究中，例如人类基因组。BioNano拥有纳米技术方面的专利，可帮助公司对该技术进行快速扩展，并应用于人类基因组。
, Y  [8 c: d3 P9 g- L$ kHolmlin说，物理图谱是对测序的补充。但公司还希望与现有技术“同步”，正在努力匹配Illumina系统的高通量。* W7 q: O' A) W# w  K; K. D/ }& L# o
到目前为止，BioNano公司的主要销售策略是把Irys系统作为一种与下一代测序一起使用的工具，特别是在研究人员构建参考基因组时。BioNano与研究人员一起构建了蜂鸟和鸭嘴兽的参考基因组，还与研究人员合作来增加人类参考基因组的多样性。7 w4 }+ b# h% \) {5 k
Holmlin解释，“虽然我们有人类参考基因组，但不能代表人类的多样性。”为此，该公司帮助研究人员使用Irys系统从头组装了一个韩国人（AK1）的基因组，该研究结果发表在10月初的Nature杂志上。6 F2 e* r+ k# }/ m8 K
Irys系统独立于测序使用，检测人类基因组的结构变异) _3 g, L+ M& n
在本届ASHG上，一些展示结果表明Irys系统还可以独立于测序使用，针对人类基因组中未被满足的关键需求，来分析基因组结构。2 J& R1 g. d3 K" H  i
Irys系统的这项能力在研究结构变异时格外重要。Garvan医学研究所比较基因组学和前列腺癌基因组学研究员Vanessa Hayes，在Irys系统上使用NGM发现了15个前列腺癌的新结构变异。
2 z3 D. U3 B/ X* L作为前列腺癌研究者，Hayes寻求精准医学方法来治疗疾病时，感到单独利用NGS不能识别所有的结构变异。Hayes说，“当涉及大型复杂的重排和结构变异时，利用NGS我们只能推测这些变异，而不是在检测它们。”
$ q: L' Y) g1 T% V" d  k& qHayes的团队利用Irys系统得到NGM数据和Illumina HiSeq X10得到的NGS数据研究发现，NGS没有捕获到所有的变异，她表示，“如果没有NGM数据，我们会丢失90%的变异信息。”* w4 a9 g$ y. \0 F  Q* {9 Q
不同于短读长测序技术，NGM不受大小限制，可以检测到更大、更复杂的区域，并识别这些区域的变异。
6 B- I! O. `! I% T8 Z  N: A加利福尼亚大学洛杉矶分校医学院的人类遗传学和儿科学教授EricVilain发现Irys系统同样的用处。他在ASHG上展示的研究表明，Irys系统能够在接受杜氏肌营养不良（DMD）遗传疾病检测的病人中鉴定单核苷酸变异、小型插入和缺失。Vilain等人使用NGM在携带者的母亲中鉴定DMD的杂合结构变异，平均检测到800个插入、500个缺失、100个倒位和50个易位。
# B! C. O; H9 ]3 tVilain说，“BioNano似乎是唯一足够成熟的、可检测大型杂合结构变异的技术，而且该技术具有足够的灵敏性和特异性。”$ w" e4 k' D; _, _! n
虽然BioNano系统操作中会出现一些问题，但是公司保证会马上解决。Vilain表示在他目前的研究中也将继续使用该技术。他说，“作为Undiagnosed Diseases Network项目的一部分，我们目前正在使用BioNano Irys系统研究大量患有未确诊遗传病的家庭。到目前为止，我们已经检测到了一些感兴趣的结构变异，并且正在利用其它技术进行验证。”
: {- h! h  k( h# M4 O在Vilain和Hayes的研究中，NGM提供了关于结构变异的重要信息，而且这些信息都是现有测序技术无法检测到的，这是当前基因组学研究中的一个重要缺口。
& v$ _  p8 d$ b$ S7 EHolmlin说，“做测序研究的人员已经意识到了这个问题，但是无法解决。”若要通过测序技术检测这些结构元件，研究人员需要长度达到数十万碱基对的长读长。( M7 g, X% b- L7 X) F. s* o) I% L  w
Pacific Biosciences公司和BioNano公司在上述韩国人基因组测序组装中有过合作，该公司试图开发长读长测序技术，揭示基因组中的结构元件。虽然PacBio能够产生更长的读长，但也限于10kb以下。相比之下，Irys系统可以构建数百万碱基对的图谱。
% E! E0 V4 I' j# j( W4 l虽然NGM可以填补测序技术的不足，但是Hayes提醒道，单独使用NGM技术不足以满足所有结构变异研究的需求。Hayes说，“如果没有NGS技术，我们无法确定碱基序列。NGM技术可以告诉你检测哪些区域，但是无法告诉你从哪个位点开始。”
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