一种基于基因组测序的微卫星不稳定性检测系统及方法技术方案

一种基于基因组测序的微卫星不稳定性检测系统及方法，微卫星检测位点选择：根据对某种肿瘤样本的测序数据，选择有效检测位点，计算有效检测位点对应的单个微卫星位点不稳定性的阈值以及某种肿瘤样本微卫星不稳定性的评价标准；根据有效检测位点对应的单个微卫星位点不稳定性的阈值以及某种肿瘤样本微卫星不稳定性的评价标准，对检测样本进行微卫星不稳定性检测。本发明专利技术不依赖对照样本，可以减少取样是给被检测者带来的痛苦；对照样本中含有被测试者的全部的遗传信息，本发明专利技术不使用对照样本可以减少对被测试者隐私泄露的可能性；不检测对照样本可以减少检测的成本。本发明专利技术操作方便，成本低，可信度高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于基因组测序的微卫星不稳定性检测系统及方法
本专利技术涉及一种微卫星不稳定性检测方法，具体涉及一种基于基因组测序的微卫星不稳定性检测系统及方法。
技术介绍
近年来，人类基因组测序技术在疾病，健康，衰老等方面的应用越来越广泛，随着测序技术的成熟，特别是下一代测序技术(NextGenerationSequencing,NGS,即二代测序)已经逐渐应用于临床诊断。下一代测序技术的专利技术使得测序技术实现自动化高通量两个特点，使得测序价格越来越低，到目前为止约1000美元就可以获得一个人的全基因组数据。除了下一代测序技术，目前以PacBio和OxfordNanopore为代表的实时单分子测序，以及单细胞测序也为人类在微观层面上观测人类基因组序列信息提供了更多的便利。微卫星(Microsatellite，也叫短串联重复，ShortTandemRepeat，STR)一般指在基因组中以1-5个碱基为基本单元的重复。当细胞中与DNA错配修复系统(MismatchRepairSystem，MMR)相关的基因发生突变或者异常表观修饰而失活时，就会产生微卫星不稳定性(MicrosatelliteInstability，MSI)的表型。大量研究表明，微卫星不稳定性与肿瘤的发生有关，并在肿瘤的治疗和预后的过程中具有重要的作用。随着我国人口老龄化问题加剧，癌症的发病率越来越高。免疫治疗作为一种个性化的肿瘤治疗方法具有放疗、化疗等传统治疗方法不具备的优势，目前已在多种肿瘤如黑色素瘤，非小细胞肺癌、肾癌和前列腺癌等实体瘤的治疗中展示出了强大的抗肿瘤活性，多种肿瘤免疫治疗药物已经获得美国食品药品监督管理局批准并且在临床上得到了应用。但是免疫治疗药物并非对所有的癌症都敏感，大量的研究表明，微卫星不稳定性阳性的癌症患者接受免疫治疗后有较好的预后效果和较长的生存时间。同时，大量研究表明在结直肠癌，胃癌，子宫内膜癌中，微卫星不稳定性阳性的患者不适合使用一些化疗药物，如5-氟脲嘧啶，而更适合于免疫治疗。因此微卫星不稳定性这一表型的检测对癌症的早筛，治疗和预后都有很重要的意义。目前临床中微卫星不稳定性检测方法主要依赖于美国肿瘤研究所制定的检测标准，即检测两个单核苷酸重复位点(BAT-25，BAT-26)和三个二核苷酸重复位点(D2S123，D5S346，D17S250)共五个基因组微卫星位点的稳定性。这种方法通过PCR扩增然后通过电泳实验对比肿瘤样本和正常对照样本在目标重复区域的拷贝数情况来决定微卫星位点的稳定性。根据检测样本中不稳定性位点占总检测位点数的比例可以将样本微卫星不稳定性状态确定为高不稳定(MSI-H)，低不稳定(MSI-L)和稳定(MSS)三种状态。这种检测方法检测位点过少，实验方案复杂，耗费时间较长。近期对癌症样本的基因组测序数据的研究表明，具有MSI-L和MSS表型的样本没有显著差异，PCR电泳实验的方法并不能得到这一结论。虽然一些专利或者文献提出，增加MSI检测位点并设计实验来增加检测的准确率，但是这种基于PCR和电泳实验的检测方法不能进行高通量自动化进行，同时检测位点增加将会增加实验的难度和成本，不能从根本上解决问题。与此同时这种基于PCR和电泳实验的检测方法的实验步骤复杂，价格昂贵，并且需要正常组织和肿瘤组织作对照。除了通过对微卫星位点的检测来判断微卫星不稳定性，目前主流的方法还有免疫组化的方法，即通过抗原抗体杂交检测肿瘤中与错配修复系统相关的基因的表达情况来确定微卫星不稳定性的状态。这种方法虽然灵敏度较高，但与上述实验方法一样，同样试验复杂，可重复率低，且需要正常样本作对照。目前一些研究者利用二代测序数据对MSI状态进行判断，且效果良好，但是实验设计和方法中仍然存在很多缺陷，具体叙述如下：MSIseq(NiHuang,M.,etal.MSIseq:SoftwareforAssessingMicrosatelliteInstabilityfromCatalogsofSomaticMutations.ScientificReports2015；5(1).)是利用测序数据对样本进行单核苷酸多态性(SNP)和小的插入缺失(Indel)的变异检测，然后根据变异检测结果利用机器学习方法判断MSI状态。这种方法虽然不需要正常的对照样本，但是需要对样本进行变异检测，这将花费大量的计算资源和时间，并且这种方法的准确性依赖于变异检测结果的准确性，而目前基因组变异检测结果的稳定性较差，特别是在微卫星这类型的重复区域。MSIsensor(Niu,B.,etal.MSIsensor:microsatelliteinstabilitydetectionusingpairedtumor-normalsequencedata.Bioinformatics2014；30(7):1015-1016.)和MOSAIC(Hause,R.J.,etal.Classificationandcharacterizationofmicrosatelliteinstabilityacross18cancertypes.NatMed2016；22(11):1342-1350.)直接提取基因组上微卫星的特征进行后续微卫星稳定性的判断，不存在计算资源和时间的问题，准确率也比较高，但是需要正常样本作对照，这不仅增加了成本而且在无法获得正常样本时不能检测，在应用上具有很大的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于基因组测序的微卫星不稳定性检测系统及方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种基于基因组测序的微卫星不稳定性检测系统，包括微卫星检测位点选择模块和微卫星不稳定性检测模块；其中，所述微卫星检测位点选择模块用于根据对某种肿瘤样本的测序数据，选择有效检测位点，计算有效检测位点对应的单个微卫星位点不稳定性的阈值以及某种肿瘤样本微卫星不稳定性的评价标准；微卫星不稳定性检测模块用于根据微卫星检测位点选择模块得到的有效检测位点对应的单个微卫星位点不稳定性的阈值以及某种肿瘤样本微卫星不稳定性的评价标准，对检测样本进行微卫星不稳定性检测。本专利技术进一步的改进在于，所述微卫星检测位点选择模块包括单个微卫星位点基因型提取模块、去除检测率不满足要求的位点模块、去除人群多样性较高的位点模块以及去除区分度小的位点的模块；其中，所述单个微卫星位点基因型提取模块用于对测序数据进行预处理，得到比对数据，然后对比对数据进行扫描，获取每个微卫星位点的基因型，每个微卫星位点的基因型具体包括微卫星位点所在参考基因组的位置，重复单元，在参考基因组上的重复次数，测序数据中检测到该位置重复单元重复次数，对应的读段数和其他可选信息；去除检测率不满足要求的位点模块用于对所有的训练样本进行微卫星位点基因型提取，得到所有训练样本的基因型；然后过滤不满足检测率要求的微卫星位点；去除人群多样性较高的位点模块用于对于某个样本的某个微卫星位点，用微卫星重复单元平均重复次数代替该样本中该微卫星位点的基因型；然后对于每个微卫星位点，计算样本微卫星基因型的均值μ与标准差σ；由均值与标准差构成的统计量对微卫星位点的多样性进行评估；根据多样性进行评估结果，并利用多样性筛选微卫星位点；去除区分度小的位点模块用于计算在微本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于基因组测序的微卫星不稳定性检测系统，其特征在于，包括微卫星检测位点选择模块和微卫星不稳定性检测模块；其中，所述微卫星检测位点选择模块用于根据对某种肿瘤样本的测序数据，选择有效检测位点，计算有效检测位点对应的单个微卫星位点不稳定性的阈值以及某种肿瘤样本微卫星不稳定性的评价标准；微卫星不稳定性检测模块用于根据微卫星检测位点选择模块得到的有效检测位点对应的单个微卫星位点不稳定性的阈值以及某种肿瘤样本微卫星不稳定性的评价标准，对检测样本进行微卫星不稳定性检测。

【技术特征摘要】
1.一种基于基因组测序的微卫星不稳定性检测系统，其特征在于，包括微卫星检测位点选择模块和微卫星不稳定性检测模块；其中，所述微卫星检测位点选择模块用于根据对某种肿瘤样本的测序数据，选择有效检测位点，计算有效检测位点对应的单个微卫星位点不稳定性的阈值以及某种肿瘤样本微卫星不稳定性的评价标准；微卫星不稳定性检测模块用于根据微卫星检测位点选择模块得到的有效检测位点对应的单个微卫星位点不稳定性的阈值以及某种肿瘤样本微卫星不稳定性的评价标准，对检测样本进行微卫星不稳定性检测。2.根据权利要求1所述的一种基于基因组测序的微卫星不稳定性检测系统，其特征在于，所述微卫星检测位点选择模块包括单个微卫星位点基因型提取模块、去除检测率不满足要求的位点模块、去除人群多样性较高的位点模块以及去除区分度小的位点的模块；其中，所述单个微卫星位点基因型提取模块用于对测序数据进行预处理，得到比对数据，然后对比对数据进行扫描，获取每个微卫星位点的基因型，每个微卫星位点的基因型具体包括微卫星位点所在参考基因组的位置，重复单元，在参考基因组上的重复次数，测序数据中检测到该位置重复单元重复次数，对应的读段数和其他可选信息；去除检测率不满足要求的位点模块用于对所有的训练样本进行微卫星位点基因型提取，得到所有训练样本的基因型；然后过滤不满足检测率要求的微卫星位点；去除人群多样性较高的位点模块用于对于某个样本的某个微卫星位点，用微卫星重复单元平均重复次数代替该样本中该微卫星位点的基因型；然后对于每个微卫星位点，计算样本微卫星基因型的均值μ与标准差σ；由均值与标准差构成的统计量对微卫星位点的多样性进行评估；根据多样性进行评估结果，并利用多样性筛选微卫星位点；去除区分度小的位点模块用于计算在微卫星不稳定性阳性和阴性样本中微卫星位点稳定性差异，然后筛选得到有效检测位点。3.一种基于基因组测序的微卫星不稳定性检测方法，其特征在于，包括微卫星不稳定性检测方法主要分为微卫星检测位点选择和微卫星不稳定性检测两个过程，具体如下：步骤一、微卫星检测位点选择：根据对某种肿瘤样本的测序数据，选择有效检测位点，计算有效检测位点对应的单个微卫星位点不稳定性的阈值以及某种肿瘤样本微卫星不稳定性的评价标准；步骤二、微卫星不稳定性检测：根据步骤一得到的有效检测位点对应的单个微卫星位点不稳定性的阈值以及某种肿瘤样本微卫星不稳定性的评价标准，对检测样本进行微卫星不稳定性检测。4.根据权利要求3所述的一种基于基因组测序的微卫星不稳定性检测方法，其特征在于，选择有效检测位点的具体过程如下：1)单个微卫星位点基因型提取：首先对测序数据进行预处理，得到比对数据，然后对比对数据进行扫描，获取每个微卫星位点的基因型，每个微卫星位点的基因型具体包括微卫星位点所在参考基因组的位置，重复单元，在参考基因组上的重复次数，测序数据中检测到该位置重复单元重复次数，对应的读段数和其他可选信息；2)去除检测率不满足要求的位点：对所有的训练样本进行微卫星位点基因型提取，得到所有训练样本的基因型；然后过滤不满足检测率要求的微卫星位点；3)对于某个样本的某个微卫星位点，用微卫星重复单元平均重复次数代替该样本中该微卫星位点的基因型；然后对于每个微卫星位点，计算样本微卫星基因型的均值μ与标准差σ；由均值与标准差构成的统计量对微卫星位点的多样性进行评估；根据多样性进行评估结果，并利用多样性筛选微卫星位点；4)计算在微卫星不稳定性阳性和阴性样本中微卫星位点稳定性差异，然后筛选得到有效检测位点。5.根据权利要求4所述的一种基于基因组测序的微卫星...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶凯，贾鹏，杨晓飞，刘博文，康永永，梁皓，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61