精准医学能有多准?
日前,国家重点研发计划重点专项《医学生命组学数据质量控制关键技术研发与应用》(坊间称为“组学国标”)的中期检查会议上,暨南大学教授、承启生物首席科学家展示了基于承启高稳健性流程之下的转录组和蛋白质组定量重现性实测结果,定量重现性可稳定地达到当前世界领先水准,而且不依赖自动化仪器。这一成果得到了国家卫健委、科技部专家的一致好评。“精准医学不精准”的问题将有望得到进一步解决。
“生命组学”,包含基因组、转录组、蛋白质组、代谢组等多个组学层次的技术,分别可一次性测定样品中所有的DNA、RNA、蛋白质和小分子代谢物。
目前,基因组测序是相对接近临床应用的技术,但也普遍存在着基因突变检测不准的问题,容易造成临床上的误诊。承启生物依托自主研发的FANSe算法及其云平台,在准确度和速度方面均一骑绝尘,在“组学国标”项目的评比中取得了优异成绩,并且是唯一一个在灵敏度和准确度两个指标上都合格的商业公司。 (点击跳转:《癌症突变分析谁更准?组学国标项目公布结果 》)
我们每个人都有在医院做检查的经验,报告单上类似基因突变检测这样“有或无”式的检测项目并不多,绝大多数的诊断指标都是对RNA、蛋白质或代谢物的定量检测,0.42和0.45的区别很可能就是患病和健康的分别。因而对这些定量指标的准确、可重复的检测,就成了精准医学推广过程中需要攻克的难题。
相比于一次测定一个或几个指标的传统检验技术,组学技术可以一次性测定样品中几万种RNA、蛋白质和几百种代谢物,提供非常丰富的信息,但长期以来组学技术的定量重复性一直不佳。同样的样品在两家实验室测定,可以有几倍甚至几十倍的误差,整体定量相关性一般也就能达到R=0.65~0.85。因此这些组学技术迄今为止尚未能应用于临床。
张弓教授的报告中,展示了同一个来源于中国人细胞系的标准样品在两家商业化实验室(其中之一是承启医学)的分析结果。在转录组测序中,无论是同一实验室还是不同实验室的重复性对比,甚至测序仪的品牌都不同,相关性都能达到R2=0.95~0.97 (R=0.97~0.99)。蛋白质组数据非依赖性采集技术(DIA)的定量重现性达到了R=0.95~0.98, 即便是在蛋白质组数据依赖性采集技术(DDA)这种传统上定量重复性较差的技术上,也做到了R=0.93~0.97,距离完美重现仅一步之遥,远远优于目前业界的常规水准。蛋白质组的数据在多个实验室,在不同的仪器、不同的操作人员的操作下,哪怕仪器并没有调校到最佳状态,依然能稳定地产出一致的组学数据。
更重要的是,这一成绩并没有使用任何自动化设备,仅是对技术和流程的深度优化,用全手工的方式达成的。并且经过多个实验室的实际验证,均能达到非常高的重复性,有力地证明这种方式是可以作为行业标准的。
以往人们经常以为,组学技术重复性不好的原因是人工操作的误差,因而高大上的自动化移液工作站为不少生物公司所重视。这些自动化的设备动辄几十上百万,耗材也十分昂贵。可是使用了自动化设备之后,在重复性进步上似乎效果一般,还可能出现交叉污染、移液失误等问题。为此,去年国家十三五重点专项中专门立项了自动化移液工作站的项目,但现在还没有实质性的进展,尤其是稳健性和防止交叉污染方面,各团队的技术方案均没有针对性的详细设计。所以在要求高的地方,例如现在的新冠病毒核酸检测上,除了核酸提取这一步可以比较好地实现自动化以外,qRT-PCR的操作,绝大部分实验室还是使用人工操作为主,为的就是可靠。
事实上,使用电动排枪等设备,一个人一天也能做上千例样本的处理,效率并不低,新冠病毒的检测实践已经说明了靠人工为主的处理模式一样可以可靠地处理海量样本。并且,人工操作的灵活性和适应性强,可以应对多种多样的检验项目,而机器转换检验项目则需要大量时间进行编程、转换、调试,稳健性也不能得到很好的保证。
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“组学国标”项目基于承启流程的这一最新成果,为人工为主的样品处理提供了一套可标准化的高稳健、高重复性的处理流程。这将规范市场乱象,为精准医学规范化推广提供重要的支撑。而承启生物自然成为率先落地应用这一精准流程的企业,为精准医学的研究和应用提供坚实的保障。