基因组分布分析:一种检测复杂生物样品中多种类型生物的存在的快速方法技术

本发明专利技术提供了称为基因组分布分析的一种方法，该方法同时扫描复杂的生物样品中多种不同类型生物特征性的核酸序列（包括基因组差异序列、类群特异性序列和ＤＮＡ多态性）的存在。本发明专利技术还包括用于本发明专利技术的方法中的探针、检测集合和相关分子。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及从复杂生物样品如机体样品(如血液、尿、痰和粪便)中获取遗传信息。在医学上，鉴定所述样品中的传染性生物对于感染的最佳治疗和保持公共卫生是重要的。确定患者是否患有遗传性疾病和法医鉴定也极大依赖于对机体样品的遗传信息的分析。虽然目前用于诊断传染因子的程序包括整套复杂的几百种测试，但很大一部分传染性生物常常没有被检测出来。例如，在鉴定肺炎患者体内的传染因子的尝试中，成功率仅约一半，而肺炎是美国由传染病引起的死亡的最常见的死因。许多疾病如肺炎、脑膜炎和急性胃肠疾病的特征在于可以由多种传染因子引起的一组症状(“表现(presentation)”)。还不存在扫描所有通常引起这样的疾病的病原体的单一测试。(我称这样的测试为“表现特异性测试”。)目前的程序常常仅测试一种类型致病生物的存在。这中间存在问题，因为常常必须对一个样品进行许多不同的测试，这增加了费用、鉴定所需时间以及错误的可能性。另外，许多程序对于日常应用来说太昂贵。例如，可能需要几百美元来对一种特定病毒进行测试。卫生保健提供者必须权衡这种费用，尤其是考虑到鉴定传染因子可能需要多项测试。大多数目前的诊断测试需要培养传染因子以获得大量的生物。不幸的是，许多类型的生物无法在医院实验室内进行常规培养。大多数病毒和寄生虫以及许多细菌属于这种类型。对于可以培养的生物，培养可能需要的几天或甚至几周，这就浪费了宝贵的时间。因此，患有例如细菌性脑膜炎的患者的生命非常依赖于立即治疗，但最佳的治疗可能需要由于培养而引起的耗时和威胁生命的延迟。其它传染因子，如导致肺结核的细菌，一般需要几周以在培养物中生长。在鉴定(以及最佳治疗)上的延迟可能导致患有肺结核的患者将这种高度传染性的疾病传染给许多其他人。目前在医院中实行的诊断测试仅产生在样品中存在的生物种类的粗略鉴定。在许多情况下，很难将一种致病生物与一种密切相关的非病原体区别开来。此外，为鉴定一种病原体，一个样品可能需要在几个不同的实验室由几组人员进行许多测试，而每一组人员都接受不同类型的专业训练。配备必要专业人员所需的费用是诊断学实验室的预算的一项主要支出。同时，在不同实验室之间分配样品引入了另一个误差源，另外，如果测试需要病原体存活，那么运输可能成为问题。因此，需要一种新类型的测试，所述测试是表现特异性的(即全面的)、有效率地检测来自各种不同类群的大量生物的存在、能够在相当短的时间内进行(例如几个小时)、使用单一测试的形式、并导致高分辨率的病原体鉴定。从生物样品中获取精确的遗传信息可以提供关于在所述样品中存在的生物的身份和医学上的相关属性的信息。这是因为由于进化趋异，每一种类型的生物都具有独特的基因组DNA序列。DNA序列随时间的流逝发生变化的原因包括宇宙射线的冲击、化学诱变剂的修饰、正常DNA复制中的错误、遗传重组引起的重排、以及病毒、质粒和转座遗传因子的入侵。结果，单个碱基的改变积累，序列区段缺失，序列区段插入，并且染色体重排。因此，基因组是保守序列(即对于不同分类单位是共同的序列)以及作为上文枚举的改变类型的结果的趋异序列的嵌合体。因此，测试独特基因组笔迹(genomic signature)或基因组指纹的方法对于鉴定生物是有用的。已经发展了多种方法以获得传染性生物的DNA指纹。这些方法包括限制性片段长度多态性(RFLP)分析、扩增片段长度多态性(AFLP)分析、脉冲电场凝胶电泳、任意引物聚合酶链式反应(AR-PCR)、基于重复序列的PCR、ribotyping和比较性核酸测序。这些方法一般太慢、太昂贵、无可重复性、并且对技术过分要求，以致于不能在大多数诊断环境中使用。所有上面提到的方法一般要求使用麻烦的凝胶电泳步骤，需要在培养物中培养病原体，需要纯化病原体的基因组DNA，以及要求所述样品不包含多于一种类型的生物(这排除了直接测试复杂医学样品的可能性)。最近发展的依赖样品与高密度微阵列(microarray)进行杂交的高分辨率株鉴定法(Salazar等，Nucleic Acids Res.245056-5057，1996；Troesch等，J.Clin.Microbiol.3749-55，1999；Lashkari等，Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.9413057-13062，1997)也具有相同的限制(除了对凝胶电泳的需要外)。此外，这些新的杂交方法可能对技术过分要求，因为它们一般要求将与小寡核苷酸的杂交和不同程度的错配区分开来。基于更大DNA序列的存在与否的方法将提供更健全(robust)、并因此在临床上更有用的诊断测定。采用DNA指纹形式的精确的基于遗传学的鉴定对于追踪和控制在地区和在医院中的传染病爆发是至关重要的。在治疗上，指纹分析，尤其是当能够以快速、不依赖于培养的测试提供指纹分析时，就能够通过比目前的实践更快地确定给予何种抗生素而挽救生命。也已经发展了一次测试样品中几种不同类型生物的存在的方法。注意到目前这样的方法一般尚不适用于指纹分析，也就是说，不适用于在一个物种内的密切相关的生物之间进行区分。不需要培养而一次测试几种生物的存在的方法是多重PCR。多重PCR和其它多重扩增方法的一个主要问题在于很难同时扩增许多序列(当包括更多引物序列时，扩增假象(amplification artifact)开始积累)。由于可以使用多重PCR测试的序列数目的限制，很难建立健全的多重测试，检测在多种不同类型生物中出现的多种不同序列。因此，应用多重PCR同时测试在系统发生上全异的生物的最好的例子之一仅检查九个序列，这远不足以提供表现特异性的测试(Grondahl等，J.Clin.Microbiol.371-7，1999)。此外，由于可以使用的诊断探针的数量的限制(仅测试每种类型生物的一种序列)，该测试缺乏冗余性(这对于可重复性是重要的)，仅提供传染因子的粗略鉴定。多重PCR还对于在大多数医学样品中存在的抑制剂敏感，需要对技术过分要求的样品处理以获得健全的结果。在遗传上鉴定生物的一种方法涉及测试对于特定类型生物独特的序列(或序列组)的存在。这样的序列称为标识(ID)序列。例如，为检测人类免疫缺陷病毒的存在，人们测试在该病毒类群的成员中独特存在的DNA序列的存在。在另一个例子中，一个大肠埃希氏菌(Escherichia coli)菌株当存在于人类胃肠道中时可能是无害的，而另一个大肠埃希氏菌菌株的存在可能是威胁生命的。虽然这样的菌株非常密切相关，但可以通过检测在它们的DNA序列中的变异而将它们区分开来。为将一种生物与其密切相关的亲缘生物区分开来，测试在来自每个类群的每个株中以独特组合出现的一组DNA序列的成员的存在是有用的。这样的序列称为基因组差异序列，已经在文献中描述，如在Straus(“基因组扣除”，在PCR Strategies，Innes等编辑，第220-236页(Academic Press Inc.，San Diego，1995))，该文献特此通过引用结合到本文中。基因组差异序列是与一种生物的基因组杂交，但不与另一种不同但密切相关的生物的基因组杂交的DNA序列。如在Straus(1995，见上文)中所述，例如，可以通过用两种不同生物的基因组进行扣除杂交，制备基因组差异序列。得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从可能含有靶核酸分子的生物样品获取遗传信息的方法，所述方法包括下列步骤：ａ）提供下列核酸分子：（ｉ）在所述样品中的靶核酸分子，或（ｉｉ）与所述样品中的靶核酸分子杂交的探针，或（ｉｉｉ）（ｉ）或（ｉｉ）的扩增产物，或（ｉｖ）（ｉ）的基 因组代表；然后ｂ）通过将（ａ）的核酸分子与最小基因组起源大于５的检测集合相接触或比较，检测靶核酸分子，其中所述检测集合包括能够检测靶核酸分子的检测序列。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：D斯特劳斯，
申请(专利权)人：基因描绘系统有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]