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

八部委发布《中药工业高质量发展实施方案(2026—2030年)》资讯

八部委发布《中药工业高质量发展实施方案(2026—2030年)》

培育60个高标准中药原料生产基地。协同体系更加健全,中药材种植加工、中药研发生产、流通服务等上下游各环节协同更加紧密,建设5个中药工业守正创新中心,推动一批中药创新药获...

2026-02-05 21:21

国家医保局今年将重点对精神类定点医疗机构开展专项飞检资讯

国家医保局今年将重点对精神类定点医疗机构开展专项飞检

各省级医保部门要组织本辖区内所有精神类定点医疗机构从即日起全面开展自查自纠,重点聚焦但不限于诱导住院、虚假住院、虚构病情、虚构诊疗、伪造文书、违规收费等违法违规使用...

2026-02-05 17:13

替尔泊肽登顶“全球药王”资讯

替尔泊肽登顶“全球药王”

2月4日晚间,礼来发布2025年第四季度及全年财报。财报显示,公司全年营收、净利润均实现大幅增长。

2026-02-05 16:26

蚂蚁阿福发布“长辈模式”资讯

蚂蚁阿福发布“长辈模式”

2月4日消息,蚂蚁阿福App近日完成重要升级,上线专为老年用户设计的长辈模式。

2026-02-05 14:54

国际SOS荣膺“2026年度全球杰出雇主”资讯

国际SOS荣膺“2026年度全球杰出雇主”

今日,国际SOS宣布,公司连续第八年荣获杰出雇主调研机构(Top Employers Institute)授予的杰出雇主认证。

2026-02-05 14:42

默克高管周虹离任,诺和诺德官宣在即,医药行业再迎关键人事变动资讯

默克高管周虹离任,诺和诺德官宣在即,医药行业再迎关键人事变动

默克医药健康全球执行副总裁、中国及国际市场负责人周虹正式离任,其将加盟丹麦制药巨头诺和诺德,接任产品与组合战略执行副总裁一职

2026-02-05 11:58

104亿元!2026年小核酸领域首笔出海BD诞生资讯

104亿元!2026年小核酸领域首笔出海BD诞生

圣因生物与罗氏集团旗下子公司基因泰克达成全球研发合作与许可协议,双方将基于圣因生物专有的RNAi药物研发平台,共同推进一款RNAi疗法的开发。

2026-02-05 11:50

“向光而生·同心前行”2026年世界癌症日特别活动在沪举办资讯

“向光而生·同心前行”2026年世界癌症日特别活动在沪举办

以患者为中心,多方携手共绘癌症科学诊疗新蓝图

2026-02-04 13:13

合成生物企业桦冠生物宣布完成数亿元C轮融资资讯

合成生物企业桦冠生物宣布完成数亿元C轮融资

本轮融资由软银欣创、顺禧基金、常州启航合成生物创投基金、国投创益、长江资本等多家知名机构联合投资,光源资本担任财务顾问,所融资金将重点投向医药与大健康领域新品研发、...

2026-02-04 11:50

AI制药独角兽深度智耀完成6000万美元新一轮融资,加速全栈式研发解决方案落地资讯

AI制药独角兽深度智耀完成6000万美元新一轮融资,加速全栈式研发解决方案落地

本轮融资吸引了信宸资本、金镒资本、凯泰资本等新投资方入局,老股东鼎晖百孚、新鼎资本持续追加投资

2026-02-03 20:03

济川药业联合康方生物,共拓心血管创新药商业化新局资讯

济川药业联合康方生物,共拓心血管创新药商业化新局

伊喜宁®(伊努西单抗注射液)是康方生物自主开发创新的PCSK9单克隆抗体新药,于2024年9月获批上市,用于治疗原发性高胆固醇血症和混合型高脂血症,包括杂合子家族性高胆固醇血...

2026-02-03 19:34

华东医药创新药罗氟司特乳膏0.05%特应性皮炎适应症申报上市资讯

华东医药创新药罗氟司特乳膏0.05%特应性皮炎适应症申报上市

适用于2岁至5岁轻度至中度特应性皮炎患者的局部外用治疗

2026-02-03 19:29

拜耳诺倍戈®第三项适应症在中国获批,用于治疗转移性激素敏感性前列腺癌(mHSPC)

诺倍戈®此前已先后获批用于治疗有高危转移风险的非转移性去势抵抗性前列腺癌(NM-CRPC)成年患者,和联合多西他赛治疗转移性激素敏感性前列腺癌的(mHSPC)成年患者。

2026-02-03 18:42

第101批仿制药参比制剂目录资讯

第101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(第一百零一批)。

2026-02-03 13:19

支付宝集五福2月3日0点开启,新增“健康福”资讯

支付宝集五福2月3日0点开启,新增“健康福”

2月3日0点,一年一度的春节“支付宝集福”活动将正式上线,活动将持续至除夕夜。

2026-02-02 14:27

又一款老花眼滴眼液获批,市场有待检验资讯

又一款老花眼滴眼液获批,市场有待检验

近日,Tenpoint Therapeutics宣布,美国FDA已批准Yuvezzi(carbachol和brimonidine tartrate滴眼液,2 75% 0 1%),用于治疗成人老花眼。

2026-02-02 14:06

深度缓解数据惊艳:基于诺奖机制的 CELMoD药物如何重塑 MM 治疗逻辑?  资讯

深度缓解数据惊艳:基于诺奖机制的 CELMoD药物如何重塑 MM 治疗逻辑?

近期,国家药品监督管理局药品审评中心(CDE)将CELMoD药物 iberdomide (以下简称:IBER)纳入优先审评名单并启动优先审评程序,拟批准

2026-02-02 13:22

今日起,医疗药品、保健食品、特殊医学用途配方食品、医疗器械难以电商直播资讯

今日起,医疗药品、保健食品、特殊医学用途配方食品、医疗器械难以电商直播

2月1日,《直播电商监督管理办法》正式实施。

2026-02-01 14:14

儿童生长发育专业、儿童营养专业、儿童皮肤疾病专业纳入北京互联网诊疗首诊试点资讯

儿童生长发育专业、儿童营养专业、儿童皮肤疾病专业纳入北京互联网诊疗首诊试点

经研究,同意你委依托首都医科大学附属北京儿童医院和首都医科大学附属首都儿童医学中心开展儿童生长发育专业、儿童营养专业、儿童皮肤疾病专业互联网诊疗首诊试点。

2026-01-31 23:34

诺和诺德大中国区换帅:周霞萍3月底离任,“老兵”蔡琰接棒资讯

诺和诺德大中国区换帅:周霞萍3月底离任,“老兵”蔡琰接棒

1月30日,全球制药巨头诺和诺德正式对外宣布重大人事变动,其全球高级副总裁兼大中国区总裁周霞萍决定离开公司,最后工作日为2026年3月31日

2026-01-31 17:36