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基因检测方法

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基因检测是一系列技术的总称，用于分析DNA、RNA或染色体，以寻找基因变异、表达水平变化等。这些信息可用于疾病诊断、风险评估、药物指导（药物基因组学）、 ancestry（祖源分析）和个体特质了解等。

目前主流的基因检测方法可以根据其技术原理和应用范围分为以下几大类：

一、核心基础技术（根据检测规模和技术原理划分）

1. 基于PCR的技术

PCR（聚合酶链式反应）是几乎所有分子生物学实验的基石，它能对特定DNA片段进行指数级扩增，以便后续分析。

  • 特异性PCR/桑格测序（Sanger Sequencing）：

    • 原理： 被认为是基因测序的“金标准”。针对一个或几个特定的基因片段进行PCR扩增，然后利用双脱氧链终止法进行测序。

    • 特点： 准确率极高（>99.99%），但通量低，一次只能测一段DNA。

    • 应用： 主要用于对已知致病基因的特定外显子进行验证性测序，例如地中海贫血、囊性纤维化等单基因病的确诊。

2. 基于杂交的技术

  • 荧光原位杂交（FISH）：

    • 原理： 使用带有荧光标记的DNA探针，与细胞核内的染色体特定部位进行杂交，在显微镜下直接观察。

    • 特点： 主要用于检测染色体的大片段异常，如大片段的缺失、重复、易位等。

    • 应用： 产前诊断（如唐氏综合征的快速检测）、癌症中的特定基因重排（如BCR-ABL融合基因）检测。

  • 微阵列技术（基因芯片）：

    • 原理： 在固相芯片上固定了数十万甚至数百万个已知的DNA探针，将样本DNA片段化、标记后与芯片杂交，通过扫描荧光信号强度来判断基因的拷贝数变异（CNV）或单核苷酸多态性（SNP）。

    • 特点： 高通量，一次可检测全基因组范围的CNV和SNP，但只能检测已知的、芯片上设计好的位点。

    • 应用： 染色体微缺失/微重复综合征的诊断（如22q11.2缺失综合征）、某些遗传病的携带者筛查、部分实体瘤的基因组不稳定性分析。

3. 新一代测序技术（NGS）

这是目前最主流、应用最广泛的高通量测序技术，彻底改变了基因检测领域。

  • 原理： 将基因组DNA随机打断成无数小片段，同时对数百万个片段进行并行测序，最后通过生物信息学算法将短序列拼接成完整的基因组信息。

  • 主要技术平台： Illumina（最常用）、Ion Torrent等。

  • 根据测序范围的不同，NGS可分为：

    • 全基因组测序（WGS）： 对个体所有的DNA（包括编码区和非编码区）进行测序。提供的信息最全面，但目前成本较高，数据解读复杂。

    • 全外显子组测序（WES）： 只对人类基因组中所有约2万个基因的外显子区域（直接编码蛋白质的部分，约占基因组的1%）进行测序。性价比高，是当前诊断罕见未明遗传病的首选方法。

    • 目标区域测序/Panel测序： 只针对与特定疾病相关的一组基因（如几十到几百个癌症相关基因）进行测序。成本低、速度快、数据解读更集中，是目前肿瘤基因检测和遗传性心血管病等专项检测最常用的形式。

4. 其他特殊技术

  • MLPA / qPCR：

    • 用于特异性地检测基因的拷贝数变异（如大片段的缺失或重复），比WES或Panel更准确、更经济，常作为补充验证技术。例如杜氏肌营养不良（DMD） 基因的大片段缺失检测。

二、按应用场景分类的检测方法选择

在实际临床和商业应用中，会根据目的选择不同的技术组合。

检测目的 常用技术方法 说明
**产前筛查/诊断 NIPT（无创产前检测）、羊水穿刺（核型分析、FISH、芯片）、CVS（绒毛膜活检） NIPT（基于NGS测序母体血液中的胎儿游离DNA）用于筛查常见染色体非整倍体异常（如T21，18，13），是筛查手段。羊穿是诊断金标准。
遗传病诊断 WES（全外显子组测序）、Panel测序、Sanger测序验证、MLPA 对于表状复杂、病因不明的患儿，WES是首选。对于表型高度提示某种疾病（如遗传性耳聋），可用Panel。Sanger用于验证NGS发现的疑似位点。
肿瘤精准医疗 NGS Panel（组织活检/液体活检）、FISH、免疫组化（IHC）、PCR 肿瘤组织NGS Panel是主流，检测靶点、TMB、MSI等。液体活检（测血液中的ctDNA）用于监测耐药、复发。FISH/IHC用于检测特定生物标志物（如HER2、PD-L1）。
药物基因组学 芯片、NGS Panel 检测与药物代谢、疗效和不良反应相关的基因变异，指导用药剂量和种类（如华法林、氯吡格雷、他莫昔芬等）。
携带者筛查 芯片、NGS Panel 针对育龄夫妇，检测其是否携带某些常染色体隐性遗传病（如脊髓性肌萎缩症SMA、地中海贫血）的致病突变。
祖源分析/健康特质 基因芯片（SNP芯片） 消费级基因检测（如23andMe， Ancestry）主要采用芯片技术，检测数十万个SNP位点，推算祖源成分和某些非疾病相关的遗传特质。

总结与流程

一次完整的基因检测通常包含以下步骤：

  1. 样本采集： 血液、唾液、组织块等。

  2. DNA/RNA提取： 从样本中纯化出遗传物质。

  3. 文库制备： 将DNA片段化并加上测序接头（NGS步骤）。

  4. 测序/检测： 使用上述某种或多种技术进行检测。

  5. 生物信息学分析： 将原始数据比对到参考基因组，识别变异（突变、CNV等）。这是NGS技术的核心环节。

  6. 数据解读与报告： 将检测到的变异与数据库、文献对比，评估其致病性，并生成临床报告。这是目前基因检测中最具挑战性的部分，需要遗传学家和生物信息学专家的参与。

发展趋势： NGS技术正变得越来越快速、廉价和普及。长读长测序（如PacBio， Nanopore）技术能够解决NGS在复杂结构变异和高度重复序列区域的短板，是未来的发展方向。同时，多组学整合（结合基因组、转录组、蛋白组数据）和人工智能辅助解读将成为提高诊断率和精准度的关键。