无创检测母体和胚胎遗传异常的装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了无创检测母体和胚胎遗传异常的装置。本发明专利技术实现了胚胎遗传异常的无创检测,可以同时无创检测胚胎染色体非整倍性；可同时无创检测母体的基因遗传异常。本发明专利技术相对于目前普遍使用的无创产前胚胎染色体非整倍体检测增加了新的检测功能，但是不增加检测费用，大量节约成本。

【技术实现步骤摘要】
无创检测母体和胚胎遗传异常的装置
本专利技术属于生物基因
，具体涉及一种使用全外显子测序技术实现无创胚胎染色体非整倍体及其他胚胎遗传异常的方法。
技术介绍
随着基因检测技术的提高，数据的增多以及统计学的发展，通过对孕妇血浆游离DNA(cfDNA)检测数据的分析，能有效地解决目前无创产前胚胎DNA检测方法无法检测到的异常，为存在风险的孕妇提供准确有效的检测。目前已知，存在因染色体不正常引起的各种表象，这类人群的细胞染色体都具有一定的数目异常或结构异常。随着孕妇外周血中存在游离的胚胎DNA的发现，可以通过孕妇血浆中的DNA分子进行全基因组低深度高通量的测序，通过生物信息比对的方法将测得的DNA序列定位到相应的染色体上。母体外周血浆中存在胚胎游离DNA(来自于胎盘滋养层细胞)。在怀孕后5周就可检测到，怀孕10周后，胚胎游离DNA占外周血游离DNA3％～13％，并随着孕周的增长而增加，直到分娩后2小时消失。现有技术中利用孕妇外周血游离DNA进行的无创产前胚胎染色体非整倍体检测技术(NIPT)：判断胚胎21-三体性、18-三体性、13-三体性已经实现。但现有技术无法通过孕妇外周血游离DNA检测胚胎其他遗传异常，除了胚胎染色体非整倍体。还没有检测技术是结合全基因外显子测序技术与孕妇外周血游离DNA的。单独做无创产前胚胎染色体非整倍体检测与母体遗传异常DNA检测成本都较高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术检测胚胎方法不全面的缺陷，提供一种通过孕妇外周血游离DNA无创检测母体和胚胎的遗传异常的装置和方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种通过孕妇外周血游离DNA无创检测母体和胚胎的遗传异常的装置，所述装置包括：检测模块:对来源母体的血浆游离DNA用全外显子高深度测序，测序深度为平均100X～1000X；优选为500X；计算模块:从母体血浆游离DNA含量计算胚胎DNA含量；具体为,检测母体血浆DNA中的所有DNA变异，计算每个变异的变异丰度,设胚胎的DNA含量为u,母体DNA含量为1-u,用f(x|θ)＝a1N(0,σ12)+a2N(u/2,σ22)+a3N(u,σ32)+a4N(1-u/2,σ42)+a5N((1-u)/2,σ52)+a6N((1+u)/2,σ62)，∑ai＝1,0<＝ai<＝1，拟合常染色体变异丰度的分布，计算出最优拟合的参数，即得到胚胎DNA含量；u:孕妇血浆中胎儿DNA含量；a1:假阳性的基因变异所占比例；a2:胎儿来自父亲的基因变异所占的比例；a3:胎儿与父母不同的纯合基因变异所占的比例；a4:母亲纯合且胎儿杂合的基因变异所占的比例；a5:母亲未遗传给胎儿的杂合基因变异所占的比例；a6:母亲遗传给胎儿的杂合基因变异所占的比例；1～σ6:每个分布模型的标准差；该公式中N是正态分布，也可以将正态分布换为二项分布或泊松分布，因为正态分布与泊松分布可以作为是二项分布的近似，如果是泊松分布，公式中N(U,σi2)对应换为P(U)即可；对比模块一:使用计算模块得到DNA数据对比染色体非整倍体性，由于检测数据中同时含有胚胎DNA与母体DNA，对每条染色体上的DNA片段数量计数，如果胚胎有染色体非整倍体异常，则观察到相应染色体上DNA片段计数多于其他染色体；判断模块一：从母体血浆游离DNA中识别胚胎单基因DNA上的异常；母体血浆游离DNA中混合了母体自己的DNA与胚胎DNA，从检测中我们无法分离他们，但是因母体与胚胎DNA的浓度存在差异，把所有检测的DNA数据比对到人类参考基因组hg19或者hg38，找到检测所得DNA片段在参考基因组上的位置及与参考基因组不匹配的碱基，检测所有DNA变异，记录每个变异的位置、碱基变化与变异丰度，根据计算模块计算所得的参数，记胚胎纯合变异丰度的分布X～N(u,σ32)，母体的杂合变异丰度的分布Y～N((1-u)/2,σ52),如果一个变异的丰度为x，计算p(X>x)与p(Y<x)，如果p(X>x)>p(Y<x)则可判定该变异来源于胚胎；u:孕妇血浆中胎儿DNA含量；X:胎儿纯合变异丰度，σ3:胎儿纯合变异丰度的分布的标准差，Y:母体的杂合变异丰度的分布，σ5:母体未遗传给胎儿的杂合变异丰度的分布的标准差，N：正态分布，p:概率；判断模块二：从母体血浆游离DNA中识别母体单基因DNA上的异常，和判断模块一相似，如果p(X>x)<p(Y<x)，则可判定该变异来源于母体。优选地,因母体血浆游离DNA中含有胚胎DNA，而胚胎的基因与母体的基因是有差异的,计算模块。优选地,对比模块一具体包括如下步骤:a)将检测得到的DNA序列与人的参考基因组hg19或hg38比较，找准每条序列对应基因组上的位置；b)与refSeq基因注释数据库比较，在基因组上划分外显子区域与非外显子区域；c)计数每个外显子区域上检测到的DNA片段的数量A＝(a1,a2,a3,…),计数人基因组上由外显子分割的每个非外显子区域上检测到的DNA片段的数量B＝(b1,b2,b3,…)；d)计算每个外显子区域检测到的DNA数量占全部外显子上DNA片段数量的比例X＝A/(A*1T)，同理非外显子Y＝A/(A*1T)；其中，A：外显子上检测到的DNA片段的数量的向量；B：非外显子区域上检测到的DNA片段的数量的向量；1T：由1组成的列向量；e)对于第n条染色体，选取待测样本该染色体上的检测值(Xn，Yn)与多个对照参考样品的均值(Xnc,Ync)做比较，做成对的假设检验，如果(Xn，Yn)与(Xnc,Ync)有显著差异，显著性的阈值为p<0.05，则该待测样本的染色体n可能异常。优选地,在对比模块一之后还包括对比模块二:使用样本的血浆游离DNA数据检测染色体非整倍体性，由计算模块从母体血浆游离DNA含量计算整体胚胎DNA含量,同理算每条染色体上胚胎DNA的含量，然后比较每条染色体上胚胎DNA含量与总胚胎DNA含量的比例，找出胚胎DNA含量约为整体胚胎DNA含量1.5倍的染色体，如果存在这样的染色体，则该染色体异常且可判断多余的染色体来自于父本。优选地,检测模块中对来源母体的血浆游离DNA提取后，建立DNA文库，并富集DNA文库中的人外显子序列。优选地，对富集后的DNA序列测定20G～30G碱基的数据，优选测定30G碱基的数据，DNA外显子序列长度为单端或双端75bp～150bp长度，优选富集DNA外显子序列长度双端150bp。优选地，所述母体为怀孕母体受试者，更优选地，所述母体为怀孕女性。在对比模块一或对比模块二后有一个判断:如果对比模块一结果为染色体n异常,或对比模块二的结果为染色体n的胚胎DNA含量为总胚胎DNA含量的1.5倍,则多余的染色体来自于父本；如果对比模块一结果为染色体n异常,或对比模块二的结果为染色体n的胚胎DNA含量与总胚胎DNA含量一致,则多余的染色体来自于母本.优选地,通过母体外周血游离DNA无创检测母体和胚胎的遗传异常的装置，所述装置包括：检测模块:对来源母体的血浆游离DNA用全外显子高深度测序，测序深度为平均500X；计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无创检测母体和胚胎遗传异常的装置，所述装置包括：检测模块:对来源母体的血浆游离DNA用全外显子高深度测序，测序深度为平均100X～1000X；计算模块:从母体血浆游离DNA含量计算胚胎DNA含量,检测母体血浆DNA中的所有DNA变异，计算每个变异的变异丰度；具体为,检测母体血浆DNA中的所有DNA变异，计算每个变异的变异丰度，设胚胎的DNA含量为u,母体DNA含量为1‑u,用f(x|θ)＝a1N(0,σ12)+a2N(u/2,σ22)+a3N(u,σ32)+a4N(1‑u/2,σ42)+a5N((1‑u)/2,σ52)+a6N((1+u)/2,σ62)，∑ai＝1,0

【技术特征摘要】
1.一种无创检测母体和胚胎遗传异常的装置，所述装置包括：检测模块:对来源母体的血浆游离DNA用全外显子高深度测序，测序深度为平均100X～1000X；计算模块:从母体血浆游离DNA含量计算胚胎DNA含量,检测母体血浆DNA中的所有DNA变异，计算每个变异的变异丰度；具体为,检测母体血浆DNA中的所有DNA变异，计算每个变异的变异丰度，设胚胎的DNA含量为u,母体DNA含量为1-u,用f(x|θ)＝a1N(0,σ12)+a2N(u/2,σ22)+a3N(u,σ32)+a4N(1-u/2,σ42)+a5N((1-u)/2,σ52)+a6N((1+u)/2,σ62)，∑ai＝1,0<＝ai<＝1，拟合常染色体变异丰度的分布，计算出最优拟合的参数，即得到胚胎DNA含量；其中参数的含义为:u:孕妇血浆中胎儿DNA含量，a1:假阳性的基因变异所占比例，a2:胎儿来自父亲的基因变异所占的比例，a3:胎儿与父母不同的纯合基因变异所占的比例，a4:母亲纯合且胎儿杂合的基因变异所占的比例，a5:母亲未遗传给胎儿的杂合基因变异所占的比例，a6:母亲遗传给胎儿的杂合基因变异所占的比例，1～σ6:每个分布模型的标准差，N是正态分布；对比模块一:使用计算模块得到DNA数据检测染色体非整倍体性，检测数据中同时含有胚胎DNA与母体DNA，对每条染色体上的DNA片段数量计数；判断模块一：从母体血浆游离DNA中识别胚胎单基因DNA上的异常；把所有检测的DNA数据比对到人类参考基因组hg19或者hg38，找到检测所得DNA片段在参考基因组上的位置及与参考基因组不匹配的碱基，检测所有DNA变异，记录每个变异的位置、碱基变化与变异丰度，根据计算模块计算所得的参数，记胚胎纯合变异丰度的分布X～N(u,σ32)，母体的杂合变异丰度的分布Y～N((1-u)/2,σ52),如果一个变异的丰度为x，计算p(X>x)与p(Y<x)，如果p(X>x)>p(Y<x)则可判定该变异来源于胚胎；判断模块二：从母体血浆游离DNA中识别母体单基因DNA上的异常，和判断...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海龙，唐元华，
申请(专利权)人：首度生物科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32