基于纳米孔测序技术分析靶向STR检测方法
1月18日，齐碳生物信息团队独立自主开发的NanoSTR，一种基于纳米孔测序技术的靶向STR检测方法在线发表于Frontiers in Molecular Biosciences (影响因子6.113)；
该方法同时拿到了国家发明专利的授权证书以及软件著作权，再次实现了“产学研”的整体闭环，扩展了纳米孔测序数据的分析手段，为推动纳米孔测序技术在科学研究和临床实践中的应用提供了帮助。
背景
短串联重复序列（STR）广泛存在于人类基因组中。研究已经证实了STR与30多种疾病有关，它们也常被用于法医鉴定和亲子鉴定等领域。
然而，由于纳米孔测序原理和测序数据的特征问题带来的挑战，目前，基于纳米孔测序进行STR检测的方法还比较少。
因此，齐碳科技生信团队开发了靶向STR检测方法——NanoSTR (Github链接: https://github.com/langjidong/NanoSTR)，该方法利用“多采样”等统计学方法以及基于测序数据的Length-Number-Rank (LNR)信息进行检测，相关原理如如图1所示。
图1. NanoSTR分析方法的原理图。
成果概述
NanoSTR可用于基于纳米孔测序的长读长数据的STR检测和基因分型，并且与现有的一些分析方法（例如Tandem-genotypes和TRiCoLOR）相比，其准确性和效率均有所提高，表现出了较高性能及一定的鲁棒性。
NanoSTR使用无错误模拟数据显示出与预期基因型100%的一致性，使用MinION和Qnome-3841测序平台的标准品样本（包含常染色体和Y染色体基因座），一致性可分别达>85%和>71%（如图2、图3所示）。虽然NanoSTR还需要进一步的优化和开发，但验证数据表明：它作为通过纳米孔测序检测STR基因座的分析方法是有用的。
图2. A) 6例标准品数据（MinION测序平台）在各个靶向STR区间的平均深度分布图；B) NanoSTR、TRiCoLOR和Tandem-Genotypes在各个标准品数据（MinION测序平台）上的性能分析；C) 6例标准品数据（Qnome-3841测序平台）在各个靶向STR区间的平均深度分布图；B) NanoSTR、TRiCoLOR和Tandem-Genotypes在各个标准品数据（Qnome-3841测序平台）上的性能分析。其中柱状图代表各个标准品与预期结果的分型一致个数（蓝色）及不一致的个数（橙色），虚线连接的三角形符号代表与预期结果的一致率。
NanoSTR不仅一定程度上规避了纳米孔测序数据特征造成的分型错误或无法分型的问题，而且无需建立基因组背景数据库或将测序数据比对到人类基因组上，降低了计算资源的消耗，也不需要进行二次处理例如作图来进行辅助或主观判断STR型别，节省了大量的分析时间。
结语
齐碳希望NanoSTR在丰富了基于纳米孔测序检测靶向STR分析工具的同时，还能拓宽纳米孔测序技术在科学研究和临床场景中的应用。
未来，齐碳生信团队将联合实验技术团队继续开发STR检测的新方法及优化NanoSTR的性能，进一步提高STR检测的准确性，并且拓展更多其在科研和临床实践中的应用场景。
参考文献：
[1]Lang J, Xu Z, Wang Y, Sun J, Yang Z. NanoSTR: A method for detection of target short tandem repeats based on nanopore sequencing data. Front Mol Biosci. 2023 Jan 18;10:1093519. doi: 10.3389/fmolb.2023.1093519. PMID: 36743210; PMCID: PMC9889824.
背景
短串联重复序列（STR）广泛存在于人类基因组中。研究已经证实了STR与30多种疾病有关，它们也常被用于法医鉴定和亲子鉴定等领域。
然而，由于纳米孔测序原理和测序数据的特征问题带来的挑战，目前，基于纳米孔测序进行STR检测的方法还比较少。
因此，齐碳科技生信团队开发了靶向STR检测方法——NanoSTR (Github链接: https://github.com/langjidong/NanoSTR)，该方法利用“多采样”等统计学方法以及基于测序数据的Length-Number-Rank (LNR)信息进行检测，相关原理如如图1所示。
图1. NanoSTR分析方法的原理图。
成果概述
NanoSTR可用于基于纳米孔测序的长读长数据的STR检测和基因分型，并且与现有的一些分析方法（例如Tandem-genotypes和TRiCoLOR）相比，其准确性和效率均有所提高，表现出了较高性能及一定的鲁棒性。
NanoSTR使用无错误模拟数据显示出与预期基因型100%的一致性，使用MinION和Qnome-3841测序平台的标准品样本（包含常染色体和Y染色体基因座），一致性可分别达>85%和>71%（如图2、图3所示）。虽然NanoSTR还需要进一步的优化和开发，但验证数据表明：它作为通过纳米孔测序检测STR基因座的分析方法是有用的。
NanoSTR不仅一定程度上规避了纳米孔测序数据特征造成的分型错误或无法分型的问题，而且无需建立基因组背景数据库或将测序数据比对到人类基因组上，降低了计算资源的消耗，也不需要进行二次处理例如作图来进行辅助或主观判断STR型别，节省了大量的分析时间。
结语
齐碳希望NanoSTR在丰富了基于纳米孔测序检测靶向STR分析工具的同时，还能拓宽纳米孔测序技术在科学研究和临床场景中的应用。
未来，齐碳生信团队将联合实验技术团队继续开发STR检测的新方法及优化NanoSTR的性能，进一步提高STR检测的准确性，并且拓展更多其在科研和临床实践中的应用场景。
参考文献：
[1]Lang J, Xu Z, Wang Y, Sun J, Yang Z. NanoSTR: A method for detection of target short tandem repeats based on nanopore sequencing data. Front Mol Biosci. 2023 Jan 18;10:1093519. doi: 10.3389/fmolb.2023.1093519. PMID: 36743210; PMCID: PMC9889824.
