创新药物靶点发现之高通量基因测序

 药物大多通过与人体内“靶标”分子的相互作用而产生疗效。新的药物作用靶点是一系列新药发现的突破口，寻找药物作用的新靶点，已成为当今创新药研究激烈竞争的焦点。从药物开发角度来看，药物的效果很大程度上取决于它的靶标。一些难以征服的疾病至今仍然疗效不理想或出现严重副作用，是因为目前还没有找到合适的药物作用靶标。

一个好的靶点应该是有效的，安全的，符合临床和商业要求的，并且是“可成药的”。理想的药物靶点一般具备以下的特征：首先，生物大分子可以单独存在或形成聚合体；其次，具有可以与其他结构物质相结合的部位或位点；再次，该物质的结构可以变化，发挥生理调节作用；还有，该物质结构产生的生理效应需在复杂的调节过程中起主要作用；最后，体内可能存在内源性与之结合的小分子或外源性配基，其配基具有药理作用且被认识。

作为药物开发极为关键的一环，发现潜在治疗靶点的功能及其在疾病中的作用是靶点发现和特征鉴定的开始。靶点发现流程一般是先利用基因水平、蛋白水平、细胞水平的技术获取疾病相关的生物分子信息，并进行生物信息学分析；再对相关的生物分子进行功能研究，从而确定候选药物作为靶标。

从具体方法来说，目前已有各种不同的筛选和研究手段来寻找药物靶点，包括表型筛选、基因关联研究、化学蛋白质组学、转基因生物、成像、生物标志物和许多其他方法。

近年来，迎来了药物开发史上诸多重要里程碑，例如第一个获得 FDA 批准的癌症基因疗法(Kymriah™) 和遗传性疾病基因疗法 (LUXTURNA™)，以及第一个基于肿瘤的遗传特征而非部位的癌症药物 (Keytruda ®)。这都意味着我们已经进入了一个能够通过调控疾病相关基因来开发治疗策略的新时代。

传统的药物发现是药物化学和药理学驱动的，很大程度上依赖于长期经验积累。基于这一方法的筛选是耗时且盲目的，从中发现的药物靶标数目很少。

随着基因组测序取得突破，新技术使药物筛选速度大大加快，为医药领域开拓了更多机会。如今在基因组水平发现药物作用靶基因，已成为一个十分活跃的领域。

下一代测序 (NGS) 能够对人类群体的基因型-表型关系进行高通量分析，以遗传学为依据进行药物开发。NGS技术是继Sanger测序后的一项革命性进步，能够同时对几百万条，甚至更多的DNA进行测序，可实现在相对较低价格的情况下对多基因、全外显子，甚至全基因组进行多种变异类型检测，且所需样本量和检测周期不会增加。

NGS实验步骤

NGS在靶点发现中的应用主要有两种方式：

对目标人群的基因测序可以同时揭示多种疾病或特定表型的特异性药物靶标(如下图a) ；

NGS可以鉴定定量表型极端值与罕见变异的关联，来识别特定表型的基因靶点(如下图b) 。

▲NGS靶点发现Drug Discovery Today

丹纳赫生命科学旗下Integrated DNA Technologies（简称“IDT”，中文名称“埃德特”）拥有文库制备、靶向捕获等NGS试剂，能够帮助简化NGS 工作流程，并提高文库的覆盖度和复杂度，让每次实验都能获得可靠的结果。

cfDNA & FFPE DNA文库构建试剂盒提供快速、简便、灵活的文库构建工作流程，兼容 IDT 的定制接头套件和各类xGen靶向捕获产品。

二代测序文库构建用接头（Adapter），创新设计搭配高灵活性的定制方案，全面适配Illumina及MGI等测序平台。

xGen基因组靶向捕获方案集捕获探针、封阻序列和洗脱试剂为一体，可以在包括高 GC 含量的困难基因组区域实现目标的高均一性覆盖。

xGen全外显子捕获试剂盒，高质量探针合成结合优化后的设计算法，进一步提高对全外显子组区域的覆盖以及测序的均一性和可重复性。

IDT Exome Research Panel试剂盒

此外， NGS实验流程中涉及很多移液步骤，高通量自动化的前处理方式能够加快实验流程，节省实验样本，减少人为误差，提高实验稳定性。贝克曼库尔特Biomek系列实验室自动化工作站能够自动化完成DNA、RNA 等多水平的 NGS 文库构建，帮助研发过程实现高通量、标准化、数据可追踪性和自动化。

 贝克曼库尔特Biomek i7 自动化工作站  

自动化及手工捕获效率比较

同时，Biomek工作站还能结合Echo声波移液处理工作站，进行纳升至微升级的精准移液。Biomek+Echo可实现片段化、产物纯化、反应构建、杂交捕获、Pooling的全流程自动化，它可将NGS文库制备微量化缩小20倍，降低每次反应的试剂成本。单次样品处理通量可高至384个，完成384个样品Nextera XT试剂盒的文库制备工作仅需4小时。

  贝克曼库尔特  ECHO声波移液工作站

NGS不仅能够帮助识别药物新靶标，还能够加深对人类疾病发生发展规律的理解，帮助提高药物疗效，减少不良反应，对于个性化治疗的发展也起到了推动作用。丹纳赫生命科学NGS高通量自动化检测方案已经大量应用于疾病研究及临床检测中，助力药物靶点的发现及筛查。