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群体基因组学的益处
群体基因组学将数据转化为健康洞察。来自全球不同人群的基因分型数据，正在补充长期主导生物样本库和遗传数据库的欧洲与白种人数据。世界各地的研究者正在针对特定民族或地理人群推进群体基因组学研究，以揭示基因型与疾病遗传学及生活方式因素之间相互作用的新见解。
从基因型预测疾病风险可以使个体调整饮食与生活方式。改进的诊断、预后和治疗也可能带来更好的结局并有助于降低医疗成本。
近期的遗传学研究表明，在许多常见复杂疾病（例如某些类型的心脏病、癌症、糖尿病和脑功能障碍）中，多个具有小效应的常见变异可能比罕见的单基因突变发挥更大的作用。单一性状可能受遍布全基因组的数千个变异影响。单个变异在数千个变异中可能对复杂性状的预测价值有限，但将大批变异的累积效应量化为单一指标——多基因风险评分（PRS）——可能克服这一难题。
多基因风险评分（PRS）
多基因风险评分（PRS）是基于全基因组关联研究（GWAS）计算得到的，通过统计某个个体具有的与风险相关等位基因总数并以其效应大小加权。领先的遗传学研究与生物样本库正在将群体差异、插补分析（imputation）、流行病学与生物学功能整合到大型、先进的关联研究中，以理解基因、环境与生活方式之间复杂相互作用如何影响健康。
在一次由赛默飞赞助的演讲中，Genomics PLP 的创始人兼 CEO Peter Donnelly 先生表示：“通过研究这些数据以及参与者持续更新的医疗信息，研究人员可以评估相关基因变体带来的风险——并发现新的变体。”但 Donnelly 也强调，要使这些发现有用，计算它们所用数据的准确性和完整性至关重要。
生物样本库提供样本规模优势
预测基因组学具有巨大的前景。要让数据能够为医疗提供者正确指示个体的疾病风险和药物应用可能性，必须包含足够数量的基因组数据以达成统计学显著性。这正是生物样本库的前提所在。
全球领先的遗传学研究与生物样本库正在将对群体变异的认知、插补分析、流行病学与生物学功能整合到大型、先进的关联研究设计中，以理解基因、环境与生活方式之间的复杂相互作用如何影响健康。大型生物样本库中保存的遗传信息为科学家提供了数十亿基因型的丰富数据集，可用于多种研究应用。每个生物样本库在应用重点、分型策略以及来自志愿者的样本与数据来源方面各有侧重。
例如，UK Biobank 汇集了来自 50 万名同意参与者的基因型，这些参与者来自 UK National Health Service（UK NHS），同时为每位参与者保存了血液与尿液样本以及完整的病历。UK Biobank 异常珍贵的原因在于 UK NHS 覆盖的人群规模是世界上最大的单一医疗群体之一，且为每位受试者从出生到死亡保留了详尽记录。受试者的病历可在整个系统内访问，数据对任何对 UK Biobank 所涵盖的各类疾病与性状感兴趣的研究者开放。
其他生物样本库同样是研究特定人群及全球疾病病因的重要资源。正在建立本国或组织级别生物样本库的国家与机构数量正不断增长。例如：
- 该项目于 2018 年 10 月启动，汇集芬兰各地生物样本库的遗传数据与数字健康记录，旨在推动诸如更好的诊断与新疗法等医疗创新。
- 日本东北大学东北医药大样本库（Tohoku Medical Megabank，TMM）也基于一个独特且特定的人群。该项目使用来自日本东北地区个体的遗传和生物样本数据，以理解 2011 年大地震后的健康影响，并为该地区开发新的先进医疗体系。
- China Kadoorie Biobank（CKB）利用中国人数众多的优势，研究中国人群中常见慢性疾病的主要遗传与环境成因。该生物样本库包含来自中国 10 个地理区域超过 510,000 名成人的遗传数据、表型测量和血液样本。
- 美国退伍军人事务办公室专注于美国军人退伍军人。他们发起了 Million Veteran Program（MVP），旨在构建一个包含遗传数据与健康信息的数据库，以研究与军事相关及其他疾病。
群体基因组学基因芯片分析
世界上许多最大的群体遗传流行病学项目的科学家选择赛默飞为其研究定制芯片设计。赛默飞的新型模块化内容方法使得定制芯片设计快速且简便。Axiom 芯片的内容模块存在于 Axiom Genomic Database 中，该数据库覆盖 2,600 万个 SNP 与 indel。（单核苷酸多态性（SNP）是 DNA 序列中单个核苷酸的改变，而 indel 表示插入或缺失一个或多个核苷酸。）这些模块可以组合到一个芯片设计中，并可通过添加、移除或替换标记来轻松修改，以满足研究需要。
可以选择预设计基因芯片、定制已有设计或为 GWAS、重复验证研究或精细定位研究创建全新基因芯片，这使得 Axiom Biobank 基因分型解决方案成为大规模分型研究的优选平台。随着创新的 PRS 计算在疾病治疗与预防中扮演越来越重要的角色，赛默飞将协助确保您的研究获得尽可能完整且准确的数据。
预测基因组学工作流程
群体分型项目正推动精准医疗决策并引领更好健康结局的未来。许多国家政府与大型组织正在投资扩大分型基础设施，以确保个性化解决方案的实施。
Axiom 解决方案由一个技术平台构成，包括检测试剂体系、自动化与手工的靶标制备选项、多种基因芯片板格式，以及在 GeneTitan M多通道仪器上的基因芯片处理。该解决方案可应用于人类遗传学和微生物组研究。
Axiom 检测和工作流程从纯化的基因组 DNA 开始。流程的第一部分是靶标制备，包括第一天的全基因组扩增；第二天进行 DNA 片段化并进行过夜沉淀；第三天将 DNA 重悬并准备进行芯片杂交。最后，在 GeneTitan 仪器上完成洗涤、连接与染色，然后对板进行扫描。靶标制备的目标是制备感兴趣的基因组靶标，使其能够成功附着（或“杂交”）到基因芯片上合成的探针上，从而获得准确结果。杂交后，基因芯片处理包括洗去非特异性结合的 DNA 并扫描基因芯片板，以检测来自感兴趣基因组靶标的荧光信号。最终，基因型数据在 Axiom Analysis Suite 中报告。
可以选择预设计基因芯片、定制已有设计或为 GWAS、重复验证研究或精细定位研究创建全新基因芯片，这使得 Axiom 生物样本库基因分型解决方案成为大规模分型研究的优选平台。随着创新的 PRS 计算在疾病治疗与预防中扮演越来越重要的角色，Thermo Fisher 将确保您的研究获得尽可能完整且准确的数据。
下面逐步深入说明每个步骤：
- 全基因组扩增：由于起始的基因组 DNA 数量有限且/或为有限原始样本，且通常不能再次获得原始提取样本，因此需要扩增有限的起始基因组 DNA，以确保有足够 DNA 可用于与芯片板上合成的互补探针杂交。Axiom 检测要求用于全基因组扩增的总基因组 DNA 为 200 ng。该步骤在 37°C 烘箱中约需 24 小时。
- 片段化：将 DNA 切割成适合基因芯片杂交的片段大小。如果 DNA 片段过长，可能无法结合。Axiom 检测使用的酶会随机将 DNA 切割为 25 至 125 个碱基对（bp）的片段。
- 沉淀与回收：纯化并收集所有 DNA 片段。通常采用过夜沉淀，但也可选择 3 小时沉淀以加快周转时间。
- 杂交：DNA 片段与芯片上互补的探针序列配对杂交。
- 洗涤、连接、染色：在严格条件下洗去非特异性结合以降低由随机连接事件引起的背景噪音。每一位多态核苷酸都通过在基因芯片表面进行的多色连接事件来检测。连接后，对基因芯片进行染色并在 GeneTitan MC 仪器上成像。
- 扫描：检测荧光信号
- 数据分析：一级与二级分析。一级分析是生成基因型。二级分析包括对基因型的任何进一步分析，以理解样本组、基因、变异等。
Propel 工作流程
上述各步骤（不含数据分析）已被优化为一个缩短的两天工作流程——Axiom Propel 工作流程，基因芯片扫描可在第 2 天结束前完成。此外，Axiom Propel 工作流程已优化为包含台式自动化，以提高通量，使在两天内处理的板数多于标准手工 Axiom 2.0 检测。
仅供研究使用。不得用于诊断程序。