一种检测胎儿基因信息的方法、装置和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物检测领域，具体涉及胎儿基因信息的检测。
【背景技术】
[0002] 胎儿的基因信息的提取是产前基因诊断的主要来源信息，该方法可于产前诊断胎 儿所患有的遗传病，例如21三体（唐氏综合症）、18三体、13三体等，或者测定特定基因的 突变，以达到优生优育的目的。基因诊断比蛋白质检测、超声影像学检测等方法具有准确、 早期发现等特点，因而倍受重视。传统的产前基因诊断需进行羊水穿刺取样，是对子宫的侵 入式取样，虽可在超声引导下进行，但仍会增加0. 5%~1. 5%的流产风险。无创产前诊断 (又称非侵入式产前诊断，Non-InvasivePrenatalDiagnosis，缩写为NIPD)是近年来新 兴的产前基因诊断方法，目前多用于胎儿染色体非整倍体检测，由卢煜明教授等人首先提 出（参见Chiu,R.W.，etal. ,Noninvasiveprenataldiagnosisoffetalchromosomal aneuploidybymassivelyparallelgenomicsequencingofDNAinmaternalplasma. ProcNatlAcadSciUSA，2008. 105(51) :p. 20458-63.)，其基础是母体外周血血清中无 细胞DNA(cell-freeDNA，简称cfDNA)中含有胎儿的DNA(参见Lo，Y.M.，etal.，Presence offetalDNAinmaternalplasmaandserum.Lancet，1997. 350(9076):p. 485-7.) 〇 胎 儿DNA在孕12周以后的母体外周血的cfDNA中可达10%，并随孕周增加而增加。假如胎 儿患有21三体，则母体中cfDNA中的21号染色体的DNA的量将增加到正常的1. 05倍以 上，使用二代测序的方法可以检测到所测的短读序列（reads)密度升高（参见Chiu，R. W. ,etal.,Non-invasiveprenatalassessmentoftrisomy21bymultiplexedmaternal plasmaDNAsequencing:largescalevaliditystudy.BMJ，201L342:p.c740L)〇 但 大规模的临床试验结果证明，这种测序检测方法的有效性比传统产检方法提高并不多，例 如对18三体的检测假阳性率只由传统的0. 6%下降到了 0. 2% (参见Bianchi，D.W.，et al.,DNAsequencingversusstandardprenatalaneuploidyscreening.NEnglJ Med, 2014. 370(9) :p. 799-808.) 〇
[0003] 测序法进行无创产前基因检测精准度不如预期有多方面的原因，主要在以下的几 个方面。测序法的结果会受到胎盘嵌合、母体基因型异常等原因干扰而造成假阳性（参 见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等运算结果存在着大量的错漏（参见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.)，往往不可重复（参见Nekrutenko,A. andJ.Taylor,Next-generationsequencingdatainterpretation:enhancing reproducibilityandaccessibility.NatRevGenet，2012. 13(9) :p. 667-72.)D 测序样 品处理流程较为复杂，与测序仪和试剂的关系较大，在大规模临床应用时易被各种因素所 干扰，因而准确度并不稳定，在不同医院所作出的结果不尽相同。需要非常大样本的背景数 据才能提高准确度，但不同的测序平台所得到的结果差异较大，一旦原有使用的测序仪或 试剂停产，以往所得到的数据就失去了作为标准的意义。
[0004] 考虑到测序的费用较高，稳健性不佳制约了其应用的范围，也阻碍了这种技术进 一步发展，难以检测更为精细的胎儿基因组异常。
【发明内容】
[0005] 本发明采用自体对照方法，在测序检测cfDNA中胎儿基因信息时同时用母体细胞 DNA作为对照，从而排除母体基因型（包括人种、民族差异）、胎盘嵌合、测序仪及试剂、算法 错漏等因素对测序结果的影响。具体来说，例如，母体的外周血全血可分为血细胞和血浆， 血细胞DNA代表的是母体DNA(胎儿细胞虽有可能进入母体外周血，但含量极微，在百万分 之一以下，不会影响结果），而cfDNA中则含有部分胎儿DNA的信息。对血细胞DNA和血浆中 的cfDNA严格使用同样的试剂和方法进行处理，并在同一次测序反应中进行平行测序，对 比两者的差异，检测cfDNA中相对于血细胞DNA的差异，即为胎儿独特的基因信息，分析这 一基因信息，即可得知胎儿的基因信息，包括其基因异常和可能患有的遗传病。这种自体对 照方法不但可用于染色体非整倍体的检测，还可以用于嵌合体检测、拷贝数变异检测、单点 突变检测等基因检测用途。其他临床样本中若同时含有母体细胞和包含胎儿DNA的cfDNA 组分，也同样适用于本发明。
[0006] 因此，本发明的一个方面提供了一种检测胎儿基因信息的方法，所述方法包括以 下步骤：
[0007] (1)从离体样本中分离母体细胞DNA和无细胞DNA(cfDNA)，所述样本中同时含有 母体细胞和包含胎儿DNA的cfDNA组分；
[0008] (2)将所述母体细胞DNA和cfDNA在同一测序反应中进行平行测序；
[0009] (3)将母体细胞DNA的测序结果和cfDNA的测序结果进行对比，对比结果可用于确 定胎儿的基因信息。
[0010] 在优选的实施方案中，所述基因信息为染色体非整倍性，步骤（3)中所述"将母体 细胞DNA的测序结果和cfDNA的测序结果进行对比"包括下列步骤：
[0011] 将所述母体细胞DNA和cfDNA的测序结果分别与参考基因组序列比对，分别计算 母体细胞DNA中比对到每个染色体上的短读序列（reads)数量占比对到全部染色体上的短 读序列数量的百分比（称为细胞DNA基因组占比），和cfDNA中比对到每个染色体上的短读 序列数量占比对到全部染色体上的短读序列数量的百分比（称为cfDNA基因组占比）；
[0012] 对于每条染色体，计算cfDNA的基因组占比/细胞DNA基因组占比的比值。
[0013] 在一些实施方案中，本发明的方法为非诊断目的。
[0014] 本发明的另一方面提供用于检测胎儿基因信息的试剂盒，所述试剂盒包括：
[0015] 用于提取母体细胞DNA的试剂；
[0016] 用于提取cfDNA的试剂；
[0017] 用于将母体细胞DNA和cfDNA在同一测序反应中进行平行测序的试剂。
[0018] 本发明的另一方面提供用于检测胎儿基因信息的装置，所述装置包括：
[0019] 测序单元，用于将母体细胞DNA和cfDNA在同一测序反应中进行平行测序；
[0020] 比对单元，用于将测序结果与参考基因组序列进行比对；
[0021] 计算单元，用于将母体细胞DNA的测序结果和cfDNA的测序结果进行对比。
[0022] 在优选的实施方案中，所述基因信息为染色体非整倍性，所述计算单元用于计算 母体细胞DNA中比对到每个染色体上的短读序列（reads)数量占比对到全部染色体上的短 读序列数量的百分比（称为细胞DNA基因组占比），和cfDNA中比对到每个染色体上的短读 序列数量占比对到全部染色体上的短读序列数量的百分比（称为cfDNA基因组占比），并且 对于每条染色体，计算cfDNA的基因组占比/细胞DNA基因组