子科生物報道：許多嚴(yán)重的疾病，包括孤獨(dú)癥、精神分裂癥和許多心臟病，都被認(rèn)為是由一個人的DNA突變引起的。但是一些大的突變卻令人驚訝地難以發(fā)現(xiàn)。

現(xiàn)在，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）的研究人員已經(jīng)為實驗室開發(fā)了一種方法，以確定他們能多準(zhǔn)確地檢測到人類基因組中的大量插入和缺失突變。新方法和基準(zhǔn)材料使研究人員、臨床實驗室和商業(yè)技術(shù)開發(fā)人員能夠更好地識別現(xiàn)在錯過的大的基因組變化，并將幫助減少對基因組變化的錯誤檢測。

研究人員在《Nature Biotechnology》發(fā)文介紹了他們的新基準(zhǔn)。

上世紀(jì)90年代末，人類基因組計劃的科學(xué)家們從不同個體的基因組序列集合中拼湊出了第一個參考基因組。當(dāng)科學(xué)家對DNA進(jìn)行測序時，他們基本上是隨機(jī)地將DNA切成小塊，然后需要像拼圖一樣重新拼湊起來。

DNA的組成部分包括四種堿基：腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鳥嘌呤（G）和胸腺嘧啶（T），在人類細(xì)胞中串在一起形成23條染色體。這些遺傳密碼包含了生命的所有信息。為了了解特定疾病的遺傳基礎(chǔ)，科學(xué)家對一個人的DNA進(jìn)行測序，并將其與參考基因組進(jìn)行比較。個體的DNA序列和參考基因組之間的差異稱為變異。這些變異中的一些，從插入和刪除構(gòu)成人類基因組的大約64億個堿基中的50個到數(shù)萬個字母（或堿基）被發(fā)現(xiàn)與疾病有關(guān)。

在過去的八年里，NIST領(lǐng)導(dǎo)的GIAB基因組聯(lián)盟為七個人的小變異制定了全人類基因組基準(zhǔn)。在這篇新論文中，NIST與GIAB合作，為大型插入和刪除開發(fā)了一個新的基準(zhǔn)。為了形成這一基準(zhǔn)，NIST綜合了GIAB成員采用的19種不同分析方法，并使用GIAB的公開數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來自東歐阿什肯納齊猶太血統(tǒng)家族（NIST參考材料8392）的一組特征良好的人類DNA。

“就像制作標(biāo)尺的公司可以將標(biāo)尺與標(biāo)準(zhǔn)測量棒進(jìn)行比較以確保其測量的距離正確一樣，進(jìn)行DNA測序的臨床實驗室可以測量NIST標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)DNA，并將研究結(jié)果與這個新的基準(zhǔn)進(jìn)行比較，以幫助確保能夠很好地測量大的插入和刪除，”NIST生物醫(yī)學(xué)工程師Justin Zook說。

多年來，實驗室已經(jīng)準(zhǔn)確地檢測到基因組中的許多小插入和缺失。人們可能會認(rèn)為檢測更大的插入和刪除會更容易，但實際上更難，因為“最廣泛使用的測序技術(shù)輸出的基因代碼串相對較短，很難重建正在發(fā)生的事情，”Zook說。隨著新的DNA測序技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在才有可能檢測到更多的大插入和缺失。

把基因組想象成一本書?；鶞?zhǔn)測試可以幫助科學(xué)家發(fā)現(xiàn)原始（插入的章節(jié)）中缺少（刪除的章節(jié)）或沒有的大章節(jié)。

Zook說：“DNA測序就像把書撕成小塊，然后試圖找出被撕成碎片的書和一本類似的書之間的任何差異，也許是同一本書在經(jīng)過編輯修改之前的差異。即使DNA被分解成更小的片段，新的DNA測序技術(shù)也使得讀取更大的片段成為可能，從而更容易找到這些更大的插入和刪除。”

這一用于大規(guī)模插入和刪除的基準(zhǔn)將提高DNA測序技術(shù)和分析方法的準(zhǔn)確性，減少誤報和漏報等錯誤的可能性。

減少假陽性和假陰性至關(guān)重要，特別是在臨床環(huán)境中，許多疾病如孤獨(dú)癥、精神分裂癥和心血管疾病都與結(jié)構(gòu)變異有關(guān)。例如，如果一個臨床實驗室正在對一個病人的DNA進(jìn)行測序，假陰性意味著疾病的基因組缺失，從而導(dǎo)致錯誤的治療。

在未來，基準(zhǔn)測試的應(yīng)用將通過驗證其方法幫助實驗室檢測與疾病相關(guān)的結(jié)構(gòu)變異。

對于NIST的研究人員來說，下一步工作包括描述基因組中包含重復(fù)序列的困難區(qū)域。DNA序列技術(shù)和方法不斷改進(jìn)，使研究人員能夠進(jìn)入基因組中更具挑戰(zhàn)性的區(qū)域，并識別更難檢測的結(jié)構(gòu)變異。

原文檢索：A robust benchmark for detection of germline large deletions and insertions