早在20世纪90年代末，就在孕妇血浆中发现了游离胎儿DNA（cell-free fetal DNA），针对这一发现已经开发出了通过简单抽血来检测胎儿染色体疾病病的非侵入性产前筛查（NIPT），NIPT的问世为广大孕妇免除了有创之苦。
但是，该技术在单基因显性疾病检测方面进展的空白让诸多科学家愁眉不展。据统计，接近60％的出生后的严重单基因疾病是显性基因疾病，其中大部分是由新发突变引起的，也就是并不能通过对父母的基因检测来进行预测。
NIPT技术的出现虽然有效补充了现有的唐氏筛查、羊水穿刺，开辟了产前检测的新篇章，已被证实能降低单基因隐性疾病的筛查成本。但是，其针对单基因显性疾病的筛查却难寻可靠的进展，这些严重的单基因显性疾病发病率相对较高，但目前尚未基于大规模人群的产前筛查。
两座大山
单基因显性疾病检测的难题
难题有二。其一，NIPT是通过NGS技术检测母亲血浆中胎儿的细胞游离DNA（cfDNA）来间接评估胎儿基因状态，相比羊水穿刺等直接的检测手段，这种“间接”的方法利用NGS分析进行建库与测序时极易受到干扰，也就是“噪音”过大。
其二，显性突变基因往往存在着大量的假阳性基因，这二者让NIPT对单基因显性疾病的筛查准确率始终难以提高。因此，最大限度地降噪和降低假阳性率就是NIPS应用于单基因显性疾病必须跨过的“两座大山”。
新型NIPS
降噪降假阳性，检测零差错
2019年1月28日，Nature Medicine杂志在线发表了一篇题为《Non-invasive prenatal sequencing for multiple Mendelian monogenic disorders using circulating cell-free fetal DNA》的研究论文，博昊基因首席科学家张静澜为本论文的通讯作者和第一作者，博昊基因研发总监李剑力博士为共同第一作者。
该研究开发了一种新型非侵入性产前诊断方法，可以一次性检测30种单基因显性疾病。通过提取母亲血浆中的游离DNA（cfDNA）进行二代测序来诊断胎儿的单基因疾病。在早期临床试验中实现了单基因显性疾病的检测零差错。
UMI标记与FF计算
有效降噪，提升精度
文章采用分子条形码（UMI）标记单个模板来解决 NGS 中的 PCR 重复和扩增误差问题。UMI是将原始样本基因组打断后的每一个片段都加上一段特有的标签序列，用于区分同一样本中成千上万的不同的片段，在后续的数据分析中可以通过这些标签序列来排除由于 DNA 聚合与扩增以及测序过程中所引入的错误。研究人员在NGS分析前期引入UMI，成功对NGS进行有效降噪，使其筛查精度得到显著提高。
1、分子条形码（UMI）设计：用含有6核苷酸index的Y型接头标记
2、采用indexing系统建库：可减少错误
3、统计相同UMI的reads数目：三个独立项中显示出相似的结果
4、不同的等位基因变体分数的平均值：UMI可以减少背景噪声
5、变异和噪声的Z值：过滤掉假阳性变异声
在假阳性基因的筛查方面，研究人员使用存在于母体血浆中胎儿的cfDNA来传递亲本等位基因，并依此开发了基于单核苷酸多态性（SNP）的胎儿分数（FF）计算方法，测试了准确性与灵敏性，最终借此筛查出了假阳性基因。
该研究共接收了458个临床样本，这些样本来自美国、欧洲和亚洲的131家医疗机构。其中有422个符合接收标准。收集时的平均孕龄为16.8周（范围为9.0-38.3周）。这422个案例中，390个检测结果为阴性（未检测到单基因显性疾病），32个检测结果为阳性。另外还有76个测试案例，这其中有3个为阳性。
为了验证该技术的准确度，研究人员对458名孕妇进行了30项单基因显性疾病的检测与后续回访。他们利用此项技术一共检测出了35例单基因显性疾病阳性案例，在征得患者同意的20例阳性病例的后续诊断结果中发现所有样本均呈现阳性，这意味着该技术的检测效率为100%，无任何误差。
结语
创新方法，填补技术空白
