[发明专利]核酸重排和整合分析

说明书

本文中提供了用于识别嵌合核酸片段(例如生物体‑病原体嵌合核酸片段和染色体重排嵌合核酸片段)的方法和系统。本文中还提供了涉及确定生物样品中的病原体整合谱或染色体重排以及至少部分地基于生物样品中的病原体整合谱或染色体重排而确定病理学的分类的方法和系统。在本公开的某些方面中，对来自生物样品的无细胞核酸分子进行分析。

交叉引用

本申请要求于2018年6月29日提交的美国临时申请62/691,890号的权益，该申请通过援引而以其整体并入本文中。

背景技术

许多疾病和病症可能与病原体(例如，病毒)核酸进入宿主生物体(例如，人类)基因组的染色体重排或整合相关联。例如，染色体间和染色体内的重排例如易位可能与癌症相关联。此外，病毒可能与约20％的人类癌症病例相关联，并且约70％的子宫颈癌和癌前子宫颈病变可能因感染两种人乳头瘤病毒(HPV)类型(16和18)所致。目前，对于大多数实体瘤而言，染色体重排或病原体整合主要是利用通过组织活检(其可涉及大针、内镜或开放性手术)获得的肿瘤组织样本进行检测，并且可以是有创性、有风险的、昂贵且痛苦的。需要改进的方法、系统和计算机可读介质以利用例如来自生物样品的无细胞核酸分子来识别染色体重排和核酸整合事件。

发明内容

在一个方面，本文中描述了一种分析生物体的生物样品以确定病理学的分类的方法，所述方法包括：(a)分析来自所述生物样品的多种无细胞核酸分子以识别生物体-病原体嵌合核酸片段，其中分析所述多种无细胞核酸分子中的每一种包括：将各个所述无细胞核酸分子的第一末端识别为来自第一基因组，将各个所述无细胞核酸分子的第二末端识别为来自第二基因组，以及当所述第一基因组是病原体的基因组并且所述第二基因组是所述生物体的基因组时识别所述生物体-病原体嵌合核酸片段，其中所述生物体和所述病原体是不同的；和(b)至少部分地基于所述生物体-病原体嵌合核酸片段而确定病理学的分类。

在一些情况中，将所述第一末端识别为来自所述第一基因组包括获得各个所述无细胞核酸分子的读取序列并且将所述读取序列的第一末端的至少一部分与所述病原体的参考基因组比对上。在一些情况中，将所述第二末端识别为来自所述第二基因组包括获得各个所述无细胞核酸分子的读取序列并且将所述读取序列的第二末端的至少一部分与所述生物体的参考基因组比对上。在一些情况中，分析所述多种无细胞核酸分子中的每一种包括获得各个所述无细胞核酸分子的读取序列，以及当所述读取序列的第一末端的至少一部分与病原体的参考基因组比对上并且所述读取序列的第二末端的至少一部分与所述生物体的参考基因组比对上时识别所述生物体-病原体嵌合核酸片段。在一些实施方案中，所述方法进一步包括通过双端测序获得所述多种无细胞核酸分子的读取序列，其中所述双端测序针对所述多种无细胞核酸分子中的每一种产生一对读取序列。在一些情况中，所述一对读取序列包括各个所述无细胞核酸分子的第一末端的第一读取序列，以及各个所述无细胞核酸分子的第二末端的第二读取序列。在一些情况中，识别所述生物体-病原体嵌合核酸片段包括将所述第一读取序列或其部分与病原体的参考基因组比对上，以及将所述第二读取序列或其部分与所述生物体的参考基因组比对上。在一些情况中，识别所述生物体-病原体嵌合核酸片段包括将所述第一读取序列的至少20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95或100个连续核苷酸与所述病原体的所述参考基因组比对上，以及将所述第二读取序列的至少20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95或100个连续核苷酸与所述生物体的所述参考基因组比对上。在一些情况中，识别所述生物体-病原体嵌合核酸片段包括将所述第一读取序列的至少50个连续核苷酸与所述病原体的所述参考基因组比对上，以及将所述第二读取序列的至少50个连续核苷酸与所述生物体的所述参考基因组比对上。在一些情况中，所述方法进一步包括基于来自所述生物样品的生物体-病原体嵌合核酸片段的量而确定病原体整合指数；以及至少部分地基于所述病原体整合指数而确定所述病理学的分类。在一些情况中，确定所述病原体整合指数包括确定包括来自所述病原体的所述基因组的第一末端和来自所述病原体的所述基因组的第二末端的所述多种无细胞核酸分子的量。在一些情况中，确定所述病原体整合指数包括将所述生物体-病原体嵌合核酸片段的量与包括来自所述病原体的所述基因组的第一末端和来自所述病原体的所述基因组的第二末端的所述多种无细胞核酸分子的量比较。在一些情况中，所述比较包括确定所述生物体-病原体嵌合核酸片段的量与包括来自所述病原体的所述基因组的第一末端和来自所述病原体的所述基因组的第二末端的所述多种无细胞核酸分子的量的比率。在一些情况中，识别所述生物体-病原体嵌合核酸片段进一步包括分析来自所述生物样品的所述多种无细胞核酸分子的扩增反应。在一些情况中，所述扩增反应包括与所述病原体的基因组中的第一目标序列互补的第一引物，以及与所述生物体的基因组中的第二目标序列互补的第二引物。在一些情况中，所述扩增反应包括聚合酶链反应(PCR)。在一些情况中，所述方法进一步包括分析由所述扩增反应产生的扩增子的序列。在一些情况中，所述病原体包括病毒。在一些情况中，所述病毒包括Epstein-Barr病毒DNA、人乳头瘤病毒DNA、乙型肝炎病毒DNA、丙型肝炎病毒核酸，或其片段。在一些情况中，所述病毒是人乳头瘤病毒。在一些情况中，所述病理学的分类包括癌症的存在。在一些情况中，所述癌症选自由以下组成的组：膀胱癌、骨癌、脑肿瘤、乳癌、子宫颈癌、结肠直肠癌、食管癌、胃肠癌、造血器官恶性肿瘤(hematopoietic malignancy)、头颈鳞状细胞癌、白血病、肝癌、肺癌、淋巴瘤、骨髓瘤、鼻癌、鼻咽癌、口腔癌、口咽癌、卵巢癌、前列腺癌、肉瘤、胃癌和甲状腺癌。在一些情况中，所述病理学的分类包括癌症的类型。在一些情况中，所述癌症的类型包括子宫颈癌或头颈鳞状细胞癌。在一些情况中，所述多种无细胞核酸分子包括脱氧核糖核酸分子。在一些情况中，所述生物体是动物。在一些情况中，所述动物是哺乳动物。在一些情况中，所述哺乳动物是人类。在一些情况中，所述生物样品是血浆、血清或尿。在一些情况中，所述生物样品是血浆。在一些情况中，分析来自所述生物样品的所述多种无细胞核酸分子由计算机系统执行。