[发明专利]检测胚胎染色体拷贝数的试剂盒、装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测胚胎染色体拷贝数的试剂盒、装置以及方法。

背景技术

染色体拷贝数异常和人类的疾病有着密切的关系。平均每1000个新生儿中，有9个会携带因染色体拷贝数异常而导致的疾病⁽¹⁾。因此在胎儿尚未出生之前能够检测出染色体拷贝数是很重要的。然而，目前所用的诊断方法，包括羊膜穿刺和羊绒毛膜取样，都属于有创伤的方法，会给孕妇和胎儿带来一定的风险。用血清蛋白标记物和超声波来检测胎儿是否有染色体拷贝数异常的疾病虽无创伤，但不是直接检测致病因素，因而准确性和灵敏度都不太好⁽²⁾，也存在不能尽早地发现染色体拷贝数异常疾病的问题。这样的现状促使研究人员去开发一种精确而且灵敏度高的无创诊断和检测方法。

自从母体血液中的胚胎DNA被发现之后⁽³⁾，无创伤地直接诊断和检测胚胎染色体异常性成了一个重大的研究课题。2007年，卢煜明教授和他的同事们证明可以用母体血浆mRNA中胎盘特异基因4的突变位点比例来断定胚胎是否有21号染色体3倍体⁽⁴⁾。突变位点比例同时也被用来判断18号染色体是否为3倍体⁽⁵⁾。它的局限性在于突变位点在人群中并不普遍，所以这些方法只适用于一部分人群。在同一时期，数码PCR(digital PCR，或dPCR)被用来检测胚胎的染色体3倍体^(6)，(7)。数码PCR的优势是不依赖任何突变位点，但它的精确度不够高，而且需要大量血样，加大了采样的困难。

近年来迅猛发展的高通量测序技术解决了以上的问题。这些技术包括Illumina公司的Genome Analyzer⁽⁸⁾，Life Technologies公司的SOLiD⁽⁹⁾，以及Helicos公司的Heliscope⁽¹⁰⁾，能一次性地检测出几亿乃至几十亿个序列。用这些技术来检测母体血浆DNA时，血浆中微量的胚胎DNA的染色体数目的变化能被检测出来^{(11)，(12)，(13)}。但因为测序的成本太高，目前这些技术尚未被普遍使用。同时，从母体血液中检测胚胎染色体的局部拷贝数的变化还属于未解决的难题。用高通量测序来检测母体血浆中胚胎染色体的拷贝数变化有一些优势，但目前价钱昂贵，不能普及。而且测序的偏差(CV)比较高，检测的精确度和稳定性也都有待改进。测序的偏差也决定了这种方法只适合少数几个染色体，如21号染色体，18号染色体，而且目前还不适合于染色体局部拷贝数变化的检测。

用高通量测序来检测染色体数目的变化的高成本和难度主要因为母体血浆中胚胎DNA的含量比较低，低时只占5％，尤其在胚胎发育的早期。母体血浆中的大部分DNA还是母体DNA。胚胎染色体数目或局部拷贝数的变化很容易被母体DNA的背景所覆盖。因此分离母体和胚胎DNA的方法也就成为多年来研究的课题，但成效不大。比较成功的方法应属Baylor医学院发明的针对组蛋白的分离方法⁽¹⁴⁾。不过分离出来的DNA量太少，只适合于突变位点的检测，不宜用来检测染色体拷贝数的变化。

发明内容

针对上面检测胚胎染色体拷贝数的方法中的种种问题，发明人根据母体血浆中胚胎DNA和母体DNA的长度设计出一种能有效地低成本检测出胚胎染色体全部或局部拷贝数的试剂盒、装置及方法。

本发明是基于以下的事实：如在文献中报道的⁽¹⁵⁾，母体血浆中的胚胎DNA大部分为100bp到250bp的片段，且150bp到170bp的DNA尤其占多数，虽然母体的DNA也有很小部分分布在这个片段区域，但片段大于250bp的DNA基本上属于母体的DNA。本发明的发明人首次发现，虽然理由未知，各个染色体占总DNA的比例在100bp到250bp之间的任意一点或任意一个区间处的DNA是均匀分布的，即各个染色体在100bp到250bp之间的任何一点，比如110bp或167bp(此位点的DNA量最多)，与总DNA的比例代表了其他点的比例，因此，也就代表了各个染色体占100bp到250bp之间的所有DNA的比例。

基于以上的发现，本发明人发明了相对无创且经济方便地检测胚胎染色体拷贝数的试剂盒、装置和方法。