Sci Transl Med:全新非侵入性产前诊断方法推动胎儿先天性疾病筛查发展

Sci Transl Med:全新非侵入性产前诊断方法推动胎儿先天性疾病筛查发展

只需获得母亲的血液就可对发育中的胎儿进行全基因组筛查,这种全新的非侵入性的产前诊断方法有可能在不久的将来提供给准父母们,为他们的胎儿进行先天性的疾病筛查。

 

 

近期香港和美国的科学家们利用这种方法对一个胎儿进行了全基因组筛查以确定它是否遗传了来自父母的一种罕见的血液疾病。研究人员称这种方法还可适用于对出生前胎儿进行遗传性囊肿纤维病、镰状细胞贫血和其他先天性疾病筛查。研究论文发表在《科学转化医学》(Science  Translational Medicine)杂志的网络版上。

“目前离进入商业应用仅一步之遥,我相信这种情况很快就会获得改变,”论文的共同作者、美国加州圣地亚哥Sequenom 公司的首席科学顾问Charles   Cantor说。

在证实母亲的血浆中存在胎儿的DNA片段后,科学家们就致力于开发新的产前DNA筛查方法以取代羊膜穿刺术及其他的产前诊断技术。由于常规的产前诊断方法都是以侵入性的方式获取发育胎儿的DNA从而提高了孕妇流产的风险。

“尽管我们通过检测母亲血液中的胎儿DNA已经可以鉴别出胎儿的性别和遗传自父亲的其他性状。但是从母亲那里找到胎儿的完全基因组仍然是非常困难的事情,”研究的负责人、中国香港大学的化学病理学家卢煜明说道:“如果母亲有两个不同的等位基因,由于其血液中也会同时存在这两种等位基因,因而用常规的遗传检测方法则无法确定她会将哪个等位基因传递给她的孩子。”

卢煜明的研究小组在对一对夫妇进行研究时遭遇了这一难题。这对父母每人都携带了一个与血红蛋白生成有关的不同类型的突变等位基因。由于胎儿是分别从他的父母那里遗传获得一个等位基因,这意味着他们的孩子有25%的几率获得两个正常的等位基因,50%的几率获得一个错误和一个正确的等位基因:还有25%的几率获得两个突变的等位基因,从而导致胎儿患上β地中海贫血。

医生在妊娠12周的时候采用一种侵入性的方法获得了胎儿的DNA。同时,卢煜明的研究小组也采集了父母双方的血液想看看他们是否能够获得相同的检测结果。

研究人员进而对母亲血液中的几百亿个DNA碱基对进行了测序,并将它们与父母基因组中的90万个位点进行了比对。研究人员非常容易地就检测到母亲的血液中有父亲的突变出现这表明胎儿已经遗传了来自父亲的错误等位基因。为了确定是否母亲的突变也进入了胎儿的DNA,卢煜明课题组找到了一种新方法计算母亲的健康和突变的等位基因出现在血液样本中的频率。

“如果它们以相同的比例存在,那么就意味着这个孩子确实遗传了来自母亲的基因突变。获得来自父母两个错误的基因将导致胎儿患上β地中海贫血,”卢煜明说。然而检测结果表明血液样本中存在更多的健康等位基因,这表明胎儿从母亲那里获得的是正确的基因拷贝,因而不会患上β地中海贫血。直接从胎儿那采集的DNA结果验证了卢煜明的结论。

卢煜明课题组称目前他们已经对94%的胎儿DNA进行了测序。“但是由于胎儿的测序结果是从父母的基因筛查结果中推导出来的,要获得完整的胎儿基因组就必须比对父母的全基因序列(而非仅仅比对90万个位点),”卢煜明说。

“我相信通过母亲的血液可以实现大部分胎儿基因组的测序,”斯坦福大学的生物工程师Steve Quake说。目前Steve

Quake实验室的研究生Christina Fan也想出了类似的方法通过母亲对胎儿DNA进行筛查。他们已经在《Nature
Precedings》网站发布了他们的研究成果。

瑞士巴塞尔大学的分子生物学家Sinuhe Hahn称赞说这项研究预示着“新一代产前诊断技术时代的到来”。

原文出处推荐:

Sci Transl Med   DOI: 10.1126/scitranslmed.3001720

Maternal Plasma DNA Sequencing Reveals the Genome-Wide Genetic and Mutational

Profile of the Fetus

Y. M. Dennis Lo, K. C. Allen Chan, Hao Sun, Eric Z. Chen, Peiyong Jiang, Fiona M. F. Lun, Yama W. Zheng, Tak Y. Leung, Tze K. Lau, Charles R. Cantor and Rossa W. K. Chiu

Cell-free fetal DNA is present in the plasma of pregnant women. It consists of short DNA fragments among primarily maternally derived DNA fragments. We sequenced a maternal plasma DNA sample at up to 65-fold genomic coverage. We showed that the entire fetal and maternal genomes were represented in maternal plasma at a constant relative proportion. Plasma DNA molecules showed a predictable fragmentation pattern reminiscent of nuclease-cleaved nucleosomes, with the fetal DNA showing a reduction in a 166-base pair (bp) peak relative to a 143-bp peak, when compared with maternal DNA. We constructed a genome-wide genetic map and determined the mutational status of the fetus from the maternal plasma DNA sequences and from information about the paternal genotype and maternal haplotype. Our study suggests the feasibility of using genome-wide scanning to diagnose fetal genetic disorders prenatally in a noninvasive way.