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現代醫學中,基因檢查已經占據越來越重要的地位。早期臨床基因定序主要把焦點集中在與疾病有單一因果關係的基因檢查。例如如果病人有疑似囊狀纖維化(cystic fibrosis)的病徵,會選擇檢查CFTR 基因來確認疾病病因。而使用的方法主要為sanger 定序法。

 Sanger 定序法在過去30年一直是臨床基因定序的標準檢驗法,此方法基本定序原理並沒有太大改變,但也不斷在自動化與偵測上有長足的進步。然而近年來,次世代定序(NGS)的發展大幅增加了定序的能力,降低單一鹼基定序所需的成本,也讓當前的基因定序檢查不再是受限於基因的大小或多寡。

 多基因檢查:

主要應用多為遺傳疾病的確診。近年來癌症治療也多有藉由多基因檢查來預測效果。由於次世代定序的發展,基因數目已從過去的單一基因到現在大量基因檢查。下表羅列了國際上現有的一些多基因次世代定序組合。

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A型流感病毒是人類最常感染的流行病毒 。以2009年發生大流行的H1N1為例,H1N1屬於A 型流感病毒,其病毒的基因是由人、鳥禽和豬的基因所組成。患有H1N1 的患者可能會有發燒、頭痛、全身性肌肉痠痛、咳嗽、喉嚨痛和鼻塞的症狀。而這種高度傳染的病毒有曾被世界衛生組織發出等級6的流行病警告。

由於病毒的高度抗原漂變(Antigenic drift )的能力,讓流感疫苗的效果有限。除此之外,病患若是同時感染兩種病毒,而使的不同病毒之間發生基因的片段重組(antigenic shift),使的在2009年發現了新型的病毒變種,而造成流感大流行。

Oseltamivir (奧司他偉,俗稱克流感)是其中一種針對H1N1的神經氨酸酶(Neurminidase, 簡稱NA,主要功能是幫助新生成的病毒脫離被感染的宿主細胞)有效抑制活性的藥物。而A 型流感病毒具有Antigenic drift和antigenic shift的特性,在神經氨酸酶基因發生突變,所以在2007-2008年,雖然只發現少數的對克流感有抗藥性的 H1N1 病例,但而後發現之後的H1N1亞型流感有99.4% 幾乎都有抗藥性。

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SSR(simple sequence repeat)是指兩個或多個核甘酸重複排列,重複的核甘酸稱為一個motif,重複的次數在不同的個體或族群中會有所不同,為一種多型性(polymorphism)的類型;以Jun在大豆芽的研究為例,如下圖一,研究團隊收集了不同區域的大豆芽(soybean aphid),分別在美國的俄亥俄州(OH)、伊利諾州(IL)、明尼蘇達州(MN)及加拿大的安大略省(ON),可發現不同區域的大豆芽,motif重複的次數會有所相異。

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在Jun的研究中,為第一個針對大豆芽的genomic DNA使用NGS定序後,經過de novo assembly後的contigs從中找尋SSR marker及比較在不同區域中的genetic diversity。同樣的分析概念也可應用於RNA-Seq,在Parchman的研究中,定序了黑松(P. contorta)的RNA,透過de novo assembly及reference-guided assembly後的contigs,來找尋SSR marker,圖二為Parchman研究中的流程,可供想做相關研究的團隊一個參考。

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在今年五月的部落格” 基因體註解(genome annotation)面面觀 ─ 淺談KEGG資料庫”中,介紹到基因註解的粗略概念和簡介KEGG資料庫。在本篇部落格,我們將繼續介紹如何使用KEGG資料庫以及其他蛋白質交互作用資料庫。

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上圖為該網站的首頁(http://www.kegg.jp/kegg/)

當我們拿到龐大的次世代定序資料,這些資訊經過序列組裝(De novo assembly)和基因預測後,可以得知某特定物種的基因序列,然而,這些序列需要經過註解才能推測其生物功能。在此篇部落格我們將介紹利用KEGG的網站服務BLAST來註解有興趣的基因序列。

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