一種檢測胎兒基因信息的方法、裝置和系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物檢測領域，具體涉及胎兒基因信息的檢測。
【背景技術】
[0002] 胎兒的基因信息的提取是產前基因診斷的主要來源信息，該方法可于產前診斷胎 兒所患有的遺傳病，例如21三體（唐氏綜合癥）、18三體、13三體等，或者測定特定基因的 突變，以達到優(yōu)生優(yōu)育的目的。基因診斷比蛋白質檢測、超聲影像學檢測等方法具有準確、 早期發(fā)現等特點，因而倍受重視。傳統(tǒng)的產前基因診斷需進行羊水穿刺取樣，是對子宮的侵 入式取樣，雖可在超聲引導下進行，但仍會增加0. 5%~1. 5%的流產風險。無創(chuàng)產前診斷 (又稱非侵入式產前診斷，Non-InvasivePrenatalDiagnosis，縮寫為NIPD)是近年來新 興的產前基因診斷方法，目前多用于胎兒染色體非整倍體檢測，由盧煜明教授等人首先提 出（參見Chiu,R.W.，etal. ,Noninvasiveprenataldiagnosisoffetalchromosomal aneuploidybymassivelyparallelgenomicsequencingofDNAinmaternalplasma. ProcNatlAcadSciUSA，2008. 105(51) :p. 20458-63.)，其基礎是母體外周血血清中無 細胞DNA(cell-freeDNA，簡稱cfDNA)中含有胎兒的DNA(參見Lo，Y.M.，etal.，Presence offetalDNAinmaternalplasmaandserum.Lancet，1997. 350(9076):p. 485-7.) 〇 胎 兒DNA在孕12周以后的母體外周血的cfDNA中可達10%，并隨孕周增加而增加。假如胎 兒患有21三體，則母體中cfDNA中的21號染色體的DNA的量將增加到正常的1. 05倍以 上，使用二代測序的方法可以檢測到所測的短讀序列（reads)密度升高（參見Chiu，R. W. ,etal.,Non-invasiveprenatalassessmentoftrisomy21bymultiplexedmaternal plasmaDNAsequencing:largescalevaliditystudy.BMJ，201L342:p.c740L)〇 但 大規(guī)模的臨床試驗結果證明，這種測序檢測方法的有效性比傳統(tǒng)產檢方法提高并不多，例 如對18三體的檢測假陽性率只由傳統(tǒng)的0. 6%下降到了 0. 2% (參見Bianchi，D.W.，et al.,DNAsequencingversusstandardprenatalaneuploidyscreening.NEnglJ Med, 2014. 370(9) :p. 799-808.) 〇
[0003] 測序法進行無創(chuàng)產前基因檢測精準度不如預期有多方面的原因，主要在以下的幾 個方面。測序法的結果會受到胎盤嵌合、母體基因型異常等原因干擾而造成假陽性（參 見Liao,C. ,X.Zhengfeng,andK.Zhang,DNAsequencingversusstandardprenatal aneuploidyscreening.NEnglJMed，2014. 371 (6) :p. 577-8.)D 以往所用的算法如 Bowtie，S0AP2,Bowtie2等運算結果存在著大量的錯漏（參見Zhang，G.，etal.，FANSe:an accuratealgorithmforquantitativemappingoflargescalesequencingreads. NucleicAcidsRes，2012. 40(11) :p.e83?以及Xiao,C.L.，etal.，FANSe2:arobustand cost-efficientalignmenttoolforquantitativenext-generationsequencing applications.PLoSOne，2014. 9 (4) :p.e94250.)，往往不可重復（參見Nekrutenko,A. andJ.Taylor,Next-generationsequencingdatainterpretation:enhancing reproducibilityandaccessibility.NatRevGenet，2012. 13(9) :p. 667-72.)D 測序樣 品處理流程較為復雜，與測序儀和試劑的關系較大，在大規(guī)模臨床應用時易被各種因素所 干擾，因而準確度并不穩(wěn)定，在不同醫(yī)院所作出的結果不盡相同。需要非常大樣本的背景數 據才能提高準確度，但不同的測序平臺所得到的結果差異較大，一旦原有使用的測序儀或 試劑停產，以往所得到的數據就失去了作為標準的意義。
[0004] 考慮到測序的費用較高，穩(wěn)健性不佳制約了其應用的范圍，也阻礙了這種技術進 一步發(fā)展，難以檢測更為精細的胎兒基因組異常。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明采用自體對照方法，在測序檢測cfDNA中胎兒基因信息時同時用母體細胞 DNA作為對照，從而排除母體基因型（包括人種、民族差異）、胎盤嵌合、測序儀及試劑、算法 錯漏等因素對測序結果的影響。具體來說，例如，母體的外周血全血可分為血細胞和血漿， 血細胞DNA代表的是母體DNA(胎兒細胞雖有可能進入母體外周血，但含量極微，在百萬分 之一以下，不會影響結果），而cfDNA中則含有部分胎兒DNA的信息。對血細胞DNA和血漿中 的cfDNA嚴格使用同樣的試劑和方法進行處理，并在同一次測序反應中進行平行測序，對 比兩者的差異，檢測cfDNA中相對于血細胞DNA的差異，即為胎兒獨特的基因信息，分析這 一基因信息，即可得知胎兒的基因信息，包括其基因異常和可能患有的遺傳病。這種自體對 照方法不但可用于染色體非整倍體的檢測，還可以用于嵌合體檢測、拷貝數變異檢測、單點 突變檢測等基因檢測用途。其他臨床樣本中若同時含有母體細胞和包含胎兒DNA的cfDNA 組分，也同樣適用于本發(fā)明。
[0006] 因此，本發(fā)明的一個方面提供了一種檢測胎兒基因信息的方法，所述方法包括以 下步驟：
[0007] (1)從離體樣本中分離母體細胞DNA和無細胞DNA(cfDNA)，所述樣本中同時含有 母體細胞和包含胎兒DNA的cfDNA組分；
[0008] (2)將所述母體細胞DNA和cfDNA在同一測序反應中進行平行測序；
[0009] (3)將母體細胞DNA的測序結果和cfDNA的測序結果進行對比，對比結果可用于確 定胎兒的基因信息。
[0010] 在優(yōu)選的實施方案中，所述基因信息為染色體非整倍性，步驟（3)中所述"將母體 細胞DNA的測序結果和cfDNA的測序結果進行對比"包括下列步驟：
[0011] 將所述母體細胞DNA和cfDNA的測序結果分別與參考基因組序列比對，分別計算 母體細胞DNA中比對到每個染色體上的短讀序列（reads)數量占比對到全部染色體上的短 讀序列數量的百分比（稱為細胞DNA基因組占比），和cfDNA中比對到每個染色體上的短讀 序列數量占比對到全部染色體上的短讀序列數量的百分比（稱為cfDNA基因組占比）；
[0012] 對于每條染色體，計算cfDNA的基因組占比/細胞DNA基因組占比的比值。
[0013] 在一些實施方案中，本發(fā)明的方法為非診斷目的。
[0014] 本發(fā)明的另一方面提供用于檢測胎兒基因信息的試劑盒，所述試劑盒包括：
[0015] 用于提取母體細胞DNA的試劑；
[0016] 用于提取cfDNA的試劑；
[0017] 用于將母體細胞DNA和cfDNA在同一測序反應中進行平行測序的試劑。
[0018] 本發(fā)明的另一方面提供用于檢測胎兒基因信息的裝置，所述裝置包括：
[0019] 測序單元，用于將母體細胞DNA和cfDNA在同一測序反應中進行平行測序；
[0020] 比對單元，用于將測序結果與參考基因組序列進行比對；
[0021] 計算單元，用于將母體細胞DNA的測序結果和cfDNA的測序結果進行對比。
[0022] 在優(yōu)選的實施方案中，所述基因信息為染色體非整倍性，所述計算單元用于計算 母體細胞DNA中比對到每個染色體上的短讀序列（reads)數量占比對到全部染色體上的短 讀序列數量的百分比（稱為細胞DNA基因組占比），和cfDNA中比對到每個染色體上的短讀 序列數量占比對到全部染色體上的短讀序列數量的百分比（稱為cfDNA基因組占比），并且 對于每條染色體，計算cfDNA的基因組占比/細胞DNA基因組