使用自适应抽样实现结构变异的灵活快速验证

这对患者和家庭的重要性

当医生寻找诸如发育迟缓、先天缺陷或癌症等疾病的遗传原因时，经常会发现个体 DNA 中存在较大的改变，但无法看清其确切形态。本研究探讨了一种能够快速且灵活放大这些改变的新方法，帮助在无需数周额外实验的情况下确认患者基因组中真实发生的情况。

一种聚焦棘手 DNA 变化的新方法

我们的 DNA 中可能携带数千个大规模插入、缺失和重排，其中大多数无害。然而，一些罕见且较大的改变可能会破坏基因功能并导致疾病。常规工具（如染色体微阵列或短读长测序）可以标记可疑区域，但往往无法绘制出精确的断点或这些改变的详细结构。缺失的细节会使诊断和遗传咨询对家庭和临床医生变得更加困难。

让测序仪决定读取什么

研究人员测试了一种称为自适应抽样的技术，可在牛津纳米孔的长读测序仪上实现。在这种方法中，仪器在每个 DNA 片段通过微小孔时开始读取，并实时将早期信号与参考基因组比较。如果片段匹配感兴趣区域，设备继续读取；如果不匹配，则主动弹出该片段并转向下一个。这样形成了一种无需定制探针或耗时实验流程的数字化靶向富集，研究人员只需通过更新计算机文件即可更改目标区域。

在真实患者中检验该方法

研究团队将自适应抽样应用于来自已知携带大型结构改变患者的 10 个区域，这些改变包括缺失、平衡易位和涉及多个断点的复杂重排。每位患者的 DNA 都在纳米孔设备上测序，使用了小型的 MinION 或更大的 PromethION 系统。该方法产生了覆盖所选区域约 30 倍深度的长片段靶向读长，同时在基因组其余部分仍收集到许多短的非靶向读长。利用这些数据，研究人员确认了全部 10 例结构改变，并在 9 例中完全解析了重排片段的详细结构。

同时看到断点和拷贝数

由于纳米孔读长较长，许多单分子跨越了 DNA 断裂并重接的精确连接点，使团队能够在大多数区域将断点精确到碱基对分辨率。他们还通过统计各个目标处的读数覆盖情况来推断 DNA 的增失，这有助于区分例如真实缺失与两侧重复的情况。在特别具有挑战性的区域（如富含重复序列的地方），他们有时无法确定单一断点，但仍能确认缺失的存在与大小。在一个人类参考基因组缺失片段的病例中，他们使用了更新且更完整的人类组装体，成功定位了此前仅能粗略定位的易位。

被丢弃数据中隐藏的价值

自适应抽样的一个意外优势在于被主动拒绝的 DNA 片段。这些散布在基因组各处的短读提供了低但均匀的背景覆盖。研究人员证明，这种背景信号足以检测大型拷贝数变化，包括染色体 4 的缺失和染色体 9 的增益，甚至检测到约一百万碱基的未被直接靶向的缺失。这意味着在对选定区域进行深度聚焦的同时，同一次测序运行仍能揭示基因组其他部位的其他大型 DNA 增失。

这对未来遗传检测的意义

对患者而言，核心信息是自适应抽样可以将单次测序运行转变为一种既快速又可调整的多功能确认工具。临床医生无需为每个新病例设计定制探针或引物，而可通过软件调整目标区域，并获得不仅是对疑似变化的确认，还有该变化的结构、拷贝数甚至 DNA 甲基化模式的清晰图景。尽管成本和技术限制仍然存在，本研究表明，自适应纳米孔测序能简化从不确定遗传发现到更有把握解释（从而帮助指导诊断和咨询）的路径。

引用: Paivandy, A., Lenner, F., Eisfeldt, J. et al. Flexible and rapid validation of structural variation using adaptive sampling. Eur J Hum Genet 34, 649–657 (2026). https://doi.org/10.1038/s41431-026-02039-4

关键词: 结构变异, 纳米孔测序, 自适应抽样, 遗传诊断, 拷贝数变异