【培训课件-临床基因组学】_临床基因组学-Sanger测序及高通量测序技术-广州医学大学
合集下载
《NGS基础培训》课件
数据分析
对原始数据进行处理、分析和 解读，提取有用的信息。
样本准备
样本类型
根据研究目的和实验需 求选择合适的样本类型
，如血液、组织等。
样本采集
确保采集过程的无菌操 作，避免污染和交叉感
染。
样本保存
选择适当的保存方式， 确保样本在实验前后的
稳定性和一致性。
样本量
根据实验需求确定所需 的样本量，确保实验结 果的可靠性和可重复性
伦理问题
隐私权保护
NGS技术可能涉及个人基因信息，需 确保这些信息不被滥用或泄露。
基因歧视
防止基于基因信息的歧视，确保公平 对待。
临床试验和患者权益
确保临床试验的公正性和患者的知情 同意权。
基因编辑技术的伦理界限
关于基因编辑技术的使用范围和目的 ，应明确其伦理界限。
法律问题
知识产权保护
法律责任和赔偿
对基因的表达产物转录本进行注 释，包括转录本的序列、表达量
、变异等信息。
蛋白质注释
对蛋白质进行注释，包括蛋白质 的序列、结构、功能等信息。
变异检测
单核苷酸变异（SNV）
检测基因组中单个碱基的变异。
结构变异（SV）
检测基因组中的大片段结构变异，如拷贝数 变异、倒位、易位等。
插入和缺失（INDEL）
检测基因组中的片段插入和缺失。
。
数据质量控制
数据完整性
评估原始测序数据的完整性， 确保数据没有缺失或损坏。
数据准确性
对测序数据进行质量评估，确 保数据的准确性和可靠性。
数据重复性
评估测序数据的重复性，确保 数据的一致性和可重复性。
数据可比性
对不同样本或实验条件下的数 据进行可比性分析，确保数据
临床基因组学：第七章-第3讲 Sanger测序及高通量测序技术
• 2012年，《自然》杂志报道了1092个人类基因组序列。
• NHLBI Cohort (ESP6500)
• NHLBI美国国家心脏、肺、血液研究所 • 6503个样本：
• 2203 African-Americans • 4300 European-Americans
遗传病的基因突变
微小突变
苯丙酮尿症 甲基丙二酸血症 肝豆状核变性 RETT综合征
residue where a
established
where LOF is a
different pathogenic pathogenic variant known
missense change has PS1
• 起始密码子(Met1)变异：
• P.Met1？
• 缺失变异（deletions）
• p.Gln8del • p.Gly4_Gln6del
• 重复突变（duplications）
• p.Gln8dup • p.Gly4_Gln6dup
• 无义突变
• P.Trp26X
• 插入变异（insertions） • p.Lys2_Leu3insGlnSer
计算机 预测
Multiple lines of computational Multiple lines of
evidence suggest no impact on Computational
gene/gene product BP4
evidence support a
deleterious effect on
Variant impact on gene, transcript, protein sequence
Sequence conservation Phylogenetic and structural characteristics
• NHLBI Cohort (ESP6500)
• NHLBI美国国家心脏、肺、血液研究所 • 6503个样本：
• 2203 African-Americans • 4300 European-Americans
遗传病的基因突变
微小突变
苯丙酮尿症 甲基丙二酸血症 肝豆状核变性 RETT综合征
residue where a
established
where LOF is a
different pathogenic pathogenic variant known
missense change has PS1
• 起始密码子(Met1)变异：
• P.Met1？
• 缺失变异（deletions）
• p.Gln8del • p.Gly4_Gln6del
• 重复突变（duplications）
• p.Gln8dup • p.Gly4_Gln6dup
• 无义突变
• P.Trp26X
• 插入变异（insertions） • p.Lys2_Leu3insGlnSer
计算机 预测
Multiple lines of computational Multiple lines of
evidence suggest no impact on Computational
gene/gene product BP4
evidence support a
deleterious effect on
Variant impact on gene, transcript, protein sequence
Sequence conservation Phylogenetic and structural characteristics
临床医学技术培训PPT基因组学在临床实践中的应用
基因组学与代谢组 学整合
结合基因组学和代谢组学信息， 深入了解疾病与代谢异常之间的 关系。
03
多组学整合在精准 医学中的应用
利用多组学整合分析，为精准医 学提供有力支持，实现个体化诊 疗和预后评估。
06
总结回顾与拓展思考
关键知识点总结回顾
基因组学基本概念
基因组学是研究生物体基因组的组成、结构、功能及进化的科学，涉及基因序列的测定、分析、注释和解读等方面。
临床医学技术培训PPT基因组 学在临床实践中的应用
：
2023-12-30
• 基因组学概述与基本原理 • 基因组学在诊断领域应用 • 基因组学在治疗领域应用 • 基因组学在预防保健领域应用 • 挑战与前景：未来发展趋势预测 • 总结回顾与拓展思考
01
基因组学概述与基本原理
基因组学定义及发展历程
基因组学定义
基于遗传信息的饮食建议
根据个体的遗传信息，制定针对性的饮食计划，如低脂、低糖、 高纤维等，以降低患病风险。
运动处方制定
结合个体的遗传特质和身体状况，制定个性化的运动处方，以提高 身体素质和预防疾病。
用药指导
根据个体的基因变异情况，为临床医生提供用药建议，确保药物治 疗的安全性和有效性。
公共卫生政策制定参考意义挖掘
基因测序技术原理简介
测序技术种类
目前主要的测序技术包括Sanger测序、高通量测序和第三代测序技术等。其中，高通量测序技术（ 如Illumina平台）具有高通量、高灵敏度、低成本等优点，在基因组学研究中得到广泛应用。
测序原理
测序技术通过对DNA片段进行扩增、荧光标记、成像等步骤，实现对DNA序列的读取。具体过程包 括DNA片段化、接头连接、桥式扩增、变性及荧光标记等步骤，最终通过计算机分析得到DNA序列 信息。
结合基因组学和代谢组学信息， 深入了解疾病与代谢异常之间的 关系。
03
多组学整合在精准 医学中的应用
利用多组学整合分析，为精准医 学提供有力支持，实现个体化诊 疗和预后评估。
06
总结回顾与拓展思考
关键知识点总结回顾
基因组学基本概念
基因组学是研究生物体基因组的组成、结构、功能及进化的科学，涉及基因序列的测定、分析、注释和解读等方面。
临床医学技术培训PPT基因组 学在临床实践中的应用
：
2023-12-30
• 基因组学概述与基本原理 • 基因组学在诊断领域应用 • 基因组学在治疗领域应用 • 基因组学在预防保健领域应用 • 挑战与前景：未来发展趋势预测 • 总结回顾与拓展思考
01
基因组学概述与基本原理
基因组学定义及发展历程
基因组学定义
基于遗传信息的饮食建议
根据个体的遗传信息，制定针对性的饮食计划，如低脂、低糖、 高纤维等，以降低患病风险。
运动处方制定
结合个体的遗传特质和身体状况，制定个性化的运动处方，以提高 身体素质和预防疾病。
用药指导
根据个体的基因变异情况，为临床医生提供用药建议，确保药物治 疗的安全性和有效性。
公共卫生政策制定参考意义挖掘
基因测序技术原理简介
测序技术种类
目前主要的测序技术包括Sanger测序、高通量测序和第三代测序技术等。其中，高通量测序技术（ 如Illumina平台）具有高通量、高灵敏度、低成本等优点，在基因组学研究中得到广泛应用。
测序原理
测序技术通过对DNA片段进行扩增、荧光标记、成像等步骤，实现对DNA序列的读取。具体过程包 括DNA片段化、接头连接、桥式扩增、变性及荧光标记等步骤，最终通过计算机分析得到DNA序列 信息。
生物技术：基因测序与基因组编辑技术讲解培训ppt
VS
详细描述
这些技术各有特点，适用于不同的基因组 编辑需求。例如，基于人工核酸酶的基因 组编辑技术包括人工核酸酶和DNA修复 酶的组合应用，可以实现更加精确和高效 的基因组编辑。基于DNA同源重组的基 因组编辑技术则适用于对精确度要求较高 的基因组编辑实验，如基因敲入等。
05
CATALOGUE
基因测序与基因组编辑技术的 应用案例
详细描述
TALENs由多个氨基酸模块组成，每个模块能够识别一个DNA碱基，从而实现特异性的 DNA序列识别。TALENs技术已经广泛应用于基因敲除、基因敲入和基因激活等基因组
编辑实验。
CRISPR-Cas9系统
总结词
一种基于细菌免疫系统的基因组编辑技术， 通过RNA指导的Cas9蛋白识别并切割DNA 序列。
生物技术：基因测序与基 因组编辑技术讲解培训
汇报人：可编辑
2023-12-23
CATALOGUE
目 录
• 基因测序技术概述 • 基因测序技术分类 • 基因组编辑技术概述 • 基因组编辑技术分类 • 基因测序与基因组编辑技术的应用
案例 • 基因测序与基因组编辑技术的挑战
与前景
01
CATALOGUE
基因测序技术可以用于生物进化研究 中，通过对不同物种的基因序列进行 比较，揭示生物的进化历程和演化机 制。
药物研发
基因测序技术可以用于药物研发过程 中，通过对药物作用靶点的基因序列 进行分析，提高药物的研发效率和针 对性。
基因测序技术的发展历程
1970年代
基因测序技术的雏形出现，主 要是通过化学降解法测定DNA
基因组编辑技术的原理
基因组编辑技术主要基于CRISPR-Cas9系统，通过向导RNA的引导，Cas9核酸酶能够精准地切割目 标DNA序列，从而实现基因组的编辑。
生物技术：基因测序与基因组编辑技术讲解培训ppt
基因组编辑技术的发展趋势
技术更加成熟
伦理和法律问题需关注
随着CRISPR等基因编辑技术的不断完 善，基因组编辑的效率和准确性将得 到进一步提高。
随着基因组编辑技术的广泛应用，伦 理和法律问题也将逐渐凸显，需要引 起社会各界的关注和讨论。
应用范围更广
基因组编辑技术的应用范围将越来越 广，不仅局限于治疗遗传性疾病和传 染病，还将拓展到农业、生物多样性 保护等领域。
生物技术的未来挑战与机遇
挑战
生物技术的快速发展也带来了一些挑 战，如伦理、法律、环境等问题，需 要加强监管和规范。
机遇
生物技术将在医疗、农业、工业等领 域发挥越来越重要的作用，为人类带 来更多的福祉和发展机遇。
感谢您的观看
THANKS
在法医学领域，基因测序技术可用于 身份鉴定、亲子鉴定、犯罪现场调查 等方面。
基因测序技术的优缺点
优点
高通量、高精度、高灵敏度、低成本 等。
缺点
需要大量样本、数据分析量大、存在 误差等。
03
基因组编辑技术
基因组编辑技术的原理
基因组编辑技术是一种能够精确地修改 生物体基因组的科学技术。它利用特定 的核酸酶，如CRISPR-Cas9系统，来 切割DNA链，并在切割位点插入、删
除或替换特定的基因序列。
基因组编辑技术的基本原理是利用核酸 酶在特定的DNA序列上产生断裂，然 后通过细胞自身的修复机制来修复断裂 的DNA。在修复过程中，可以插入、 删除或替换特定的基因序列，从而达到
对基因组的精确编辑。
基因组编辑技术需要选择合适的核酸酶 ，确定目标基因的切割位点，并设计相 应的修复模板。同时，还需要对编辑过 程进行监控和评估，以确保编辑的成功
生物技术：基因测序与基因 组编辑技术讲解培训
基因组学 ppt课件
• 植物基因组 ➢ 水稻: ~40% ➢ 高粱: ~60% ➢ 玉米: ~80% ➢小麦: ~80%
Feschotte et al, Nat. Rev. Genet. 3 (5):329-341 (2002)
A Local View of Transposon Insertion Polymorphisms (TIPs)
序列变异类型和频率
Forward Genetics —— associate underlying genetic factors with a specific trait
2016年Bio2000分子生物学课
基因组学
植物生理生态所/国家基因研究中心
2016.09.21
生命的奥秘蕴藏于“四字天书”中
基因组复杂度提升
第一代测序技术（Sanger法）
读长能达到近1000 bp，序列高度准确（千分之一的错误）； 一代测序的通量低(一天几Mb数据)、费用高。
DNA测序方法的发明人—— Frederick Sanger
ENCODE data in the UCSC Genome Browser
物种内部的遗传多样性
帮助我们获知很多生命活动的遗传机制；在医学和农学上有它的实际应用价值。
基因组重测序在生物领域的应用
通过了解人种差异及群体迁移等历史
驯化——从野生种到农家种
A long-term selection experiment in a wide range of morphological and physiological traits.
全基因组鸟枪法
Assembly strategy
raw reads
S75 raw reads
高通量测序基础学习培训
富集的外泌体
• 干冰运输即可。也可以送4ml左右血浆或血清， 我们来富集。
1. 一般每组至少3个样本
2. 取样的代表性及准确性
• 取材时间、部位、处理条件等方面尽可能保持一致 • 准确记录，并按要求（低温、迅速）采集、制备、贮存、运输进行实验处
理
3. 样本编号
• 比如：癌症病人组可用编号 C_01； C_02； C_03……；正常病人组可用 编号 N_01； N_02
2） 2100 bioanalyzer检测片段大小：其峰值大小应该是目的片段大 小加上接头的序列长度。
示例1 2100 bioana分析
• 数据质控和筛选过滤，得到高质量数据 • 根据不同的测序类型进行差异基因分析、功能注
释、预测新的基因等
• 判断是否存在降解应以2100 bioanalyzer模拟电泳图为准 • 植物样品检测结果为 25S/18S ，具有相同的参考意义
RIN值 浓度、总量
• RNA Intergrity Number，RNA完整性指数，满分为10分 • 建议使用符合RIN值≥ 7且rRNA 28S/18S≥ 0.7
• 起始总RNA浓度≥ 100 ng/µl • 起始总RNA量 ≥ 2 µg/样品（如小RNA测序） • 或起始总RNA量 ≥ 20 µg/样品（如转录组测序）
示例1 2100 bioanalyzer峰图和模拟电泳图
示例2
（报告一）
样序列打 碎成200-500bp的
小片采用特异性染料结合的方式特异性的检测样本浓度 来实现精确定量。
主要测序平台
Illumina 高通量测序平台，主要由HiSeq测序仪和MiSeq测序仪组成。
HiSeq 2500平台
• 转录组测序、小RNA测序
生物技术：基因测序与基因组编辑技术讲解培训ppt
食品领域
生物技术在食品领域的应用包括食品加工、 食品安全检测、功能食品等。
环保领域
生物技术在环保领域的应用包括废水处理、 固体废弃物处理、环境监测等。
02
基因测序技术原理与流程
基因测序技术的基本原理
下一代测序技术
基于聚合酶链式反应（PCR）和/或连接酶链式反应（LCR）原理，通过大量扩增目标DNA片段并对其进行测序 。
基因组编辑技术在医学领域的应用案例分析
01
02
03
罕见病治疗
利用基因组编辑技术修复 致病基因，治疗罕见病和 遗传病。
免疫疗法
通过编辑患者的免疫细胞 ，增强其对肿瘤细胞的攻 击能力。
农业改良
基因组编辑可用于改良农 作物，提高产量、抗病性 和抗逆性。
两种技术在医学领域的综合应用前景
精准医疗
结合基因测序和基因组编 辑技术，实现个性化、精 准化的医疗方案。
基因测序技术能够全面地分析生物体的基因组，发现新的基因和功能，为药物研发和生物技术应用提供 支持。
基因测序技术的优缺点比较
• 基因测序技术能够实时、快速、准确地检 测生物体的基因变化，为疾病预防和控制 提供帮助。
基因测序技术的优缺点比较
基因测序技术的成本较高，限制了其在临床和 科研领域的应用。
基因测序技术在解读基因序列时可能存在误差或遗漏 ，需要结合其他技术进行验证和补充。
法律监管
基因组编辑技术可能涉及人类尊 严和自由的问题，需要尊重个人 自主权和自由意志。
基因组编辑技术需要遵守相关法 律法规，确保技术的合法性和规 范性。
如何合理利用两种技术，促进人类健康与发展
建立伦理准则
制定并遵守相关的伦理准则，确保技术的合理应 用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
应用范围
研究和临床检测
研究和临床检测
目前只用于研究
第二节 Sanger测序 双脱氧核苷酸链终止法
Sanger测序是DNA测序技术的金标准，曾在人类基因组计划中发挥了关键推动作用， 目前仍被用来获得高度准确且可信赖的测序数据。
Fred Sanger
1958年
1980年
Frederick (Fred) Sanger, twice winner of the Nobel Prize in Chemistry—the first in 1958, for revealing that proteins have a unique molecular structure, and the second in 1980, for developing the knowhow for sequencing DNA.
第三代测序
Oxford nanopore 掌上测序仪 MinION
PacBio RS II: the original long-read sequencer
三代测序技术的比较
一代测序
二代测序（NGS）
三代测序（3GS)
技术原理 Sanger测序法+毛细管电泳
Roche454：高通量焦磷酸测序； Illumina：桥接PCR+边合成边测序； IonTorrent：H+电位信号检测+半导体芯片
1)开发了蛋白质化学结构的测量方法、并测定了胰岛素的氨基酸序列，从而确定胰岛素的分子结构。
2)发明了测定DNA序列的双脱氧链终止法，该方法对人类基因组计划功不可没，因此被称为基因组学之父。
dNTP vs ddNTP
DNA 聚合酶I 能够催化脱氧核苷三磷酸
(deoxyribonucleoside triphosphate, dNTP)核糖上第3 位的羟基与下 一个dNTP 核糖上第5 位的磷酸羟基之间脱 水缩合形成3′,5′-磷酸二酯键，通过磷酸二酯 键的不断形成DNA按5′→3′方向不断延伸。
Applied Biosystems® 3730系列基因分析仪
Applied Biosystems® 3500xl 系列基因分析 仪
第二代测序
进入21 世纪，以Roche 公司的454 技术、Illumina 公司的Solexa 技术和ABI 公司的 SOLiD 技术为标志，诞生了第二代DNA 测序技术（next generation sequencing， NGS）
第二代测序 Next Generation Sequencing (NGS)
二代半测 序
半导体测序技术
第三代测序 Third Generation
Sequencing
人类获得了窥探生命遗传差异本质的能力，并以此为开端步入了基因组学时代
第一代测序
传统的化学降解法、双脱氧链终止法以及在其基础上发展起来的各种DNA 测序 技术，统称为第一代DNA 测序技术。
第一代测序与第二代测序之间的主要差别是测序通量：
前者每个反应 仅测一个DNA 片段 后者每次反应可检测几百万个DNA 片段
第二代测序
Roche 454 焦磷酸测序 ABI SOLiD 连接法测序
ABI ion torrent 半导体测序
Illumina SBS测序
第三代测序
第三代测序技术是指单分子测序技术，也被称为下下代测序 (Next-Next-generation sequencing)
第二代测序与第三代测序之间最主要的区别是测序模板：
前者使用的模板是PCR 产物， 后者测序时，不需要经过PCR扩增，实现了对每一条DNA分子的单独测序
三代测序主要平台：
美国螺旋生物公司（Helicos BioScience ）开发的tSMS技术(ture Single Molecule Sequencing)、 美国太平洋生物公司（Pacific Biosciences ）开发的SMRT 技术(Single-Molecule Sequencing in Real Time) 英国牛津纳米孔公司（Oxford Nanopore Technologies ）公司开发的纳米孔单分子技术(nanopore sequencing)
第一节 核酸测序技术的发展
基因测序的前世今生
测序作为基因组研究的基石，每一次技术的变革都对该领域产生巨大的推动作用。
一般来说，人们将测序技术发展分为三个阶段（三代）
一代、二代、三代测序技术是人为规定区分的，主要依据是测序过程中对碱基信号识别方法的不同来区分的。
第一代测序 Sanger
Sequencing
➢ 成熟的DNA 测序技术始于20 世纪70 年代中期——
1976-1977年，美国科学家Maxam 和Gilbert 报道了通过化学降解测定DNA 序列的方法。 1977 年，英国科学家Sanger 发明了双脱氧核苷酸链终止法（同位素标记，在第一台全自动测序仪出现之前，使用最为广泛）
➢ 最早版本的第一代测序仪发明于20 世纪80 年代中期
临床基因组学
Sanger测序及高通量测序技术
内容
第一节 核酸测序技术的发展 第二节 Sanger测序技术 第三节 高通量测序技术及其应用
教学目的
1. 了解核酸测序技术的发展 2. 掌握Sanger 测序及高通量测序的原理 3.了解Sanger测序结果的分析 4.了解高通量测序结果的分析 5. 了解核酸测序技术的意义及其在临床上的应用
单分子实时测序
特点
读长较长，检测通量中等，单 孔成本低，适用于少数基因的 少量位点测序
大 高点可规 ，的自模 开测动平 机序完行 运，成测 行由数序 成生据， 本物分检 高信析测 ，息通 适技量 用术高 于处， 多理检 基产测 因生灵 、的敏 多数度 位据，读 检 83长测%）长通；，量开特高机别，运适准行合确成性de本n低o很v（o高测81序%-，
基于Sanger 测序原理，用荧光标记代替同位素标记，并用成像系统自动检测，大大提高了DNA 测序的速度 和准确性
➢ 第一代测序仪的第2个版本出现在20世纪末
以集束化的毛细管电泳代替凝胶电泳，灵敏度更高，测序过程更加快速，并可实现在线检测，自动化程 度更高
第一代测序
近20 多年来，ABI 公司(Thermo Fisher Scientific)提供了各种系统，以应对遗传分析应用扩展并满足如今不断 变化的研究环境的需要，成为遗传分析领域的引领者。