首頁發布時間: 2017-03-01
體液內DNA的定序（DNA sequencing）可應用在遺傳缺陷、傳染病原與疾病的診斷，是非常有效的非侵入性診斷方式，不過得仰賴所取得DNA的質與量。常遇到的問題就是質或量無法達到所需的程度。本院基因體研究中心邱國平副研究員團隊所研發的TOP-PCR技術，可以突破這些限制，讓體液中微乎其微的DNA所夾帶的訊息能以更靈敏有效的方式檢測出來，大幅增進DNA醫療檢測的準確度。這項研究成果發表於今 (2017) 年1月17日的《科學報導》（Scientific Reports）期刊上。
邱國平的研究團隊在執行與陳鈴津院士針對早發性乳癌(Early Onset Breast Cancer，簡稱EOBC)的合作計畫時，修改了先前參與登峰計畫時所開發出的生物科技，進而發展出這種新型的聚合酶連鎖反應（Polymerase Chain Reaction，簡稱PCR）方法，稱為「T寡核苷酸引發的聚合酶連鎖反應 」(T Oligo-Primed Polymerase Chain Reaction)，簡稱為TOP-PCR。這個方法使用P oligo 及 T oligo 所組成的半接合體 (Half Adaptor，簡稱HA) 框住游離DNA(circulating cell-free DNA，簡稱cfDNA)的兩端，然後以T oligo 作為PCR 的唯一primer (引子)。
一般而言，複製DNA片段時，必須先使用兩個接合體（adaptors）框住cfDNA的兩邊，再用兩個primers（亦即短的 DNA oligos，用以定義DNA合成的起點），經由PCR的連鎖反應將量倍增。而TOP-PCR只用同一種短短的半結合體框住cfDNA兩邊，再以單一引子進行PCR反應，這個設計大幅提高複製的效率。目前定序界使用的PCR方法無法處理極少量的DNA，因為經過聚合酶的連鎖反應之後，其接合體本身反而自連成雙倍體或多倍體，使得PCR無法正常進行。另外，一般的實驗經常需要在每個步驟之前純化DNA，以去除雜質，增進下一步反應的效率。但是在純化過程中多多少少會造成DNA的流失。再者，接合體如果接合不完全 (例如只接單邊或完全沒有接上) 的話，PCR就無法有效地複製。低倍份(low copy number) 的遺傳物質一旦流失或沒有經過有效複製的話，就會喪失其相關資訊。而邱國平的研究團隊所研發出來的實驗步驟與半接合體設計，就排除了這些問題。
其研究團隊已將實驗步驟簡化到可以在單一試管(single-tube) 內完成，無須純化DNA直到複製完畢。而這個實驗步驟與TOP-PCR的結合，是目前世界上複製體液內極微量cfDNA最有效的方法。以此方法進行實驗，僅需一般方法的5萬分之1的DNA量，也就是只需要從血液或體液中分離出0.01微微克(10-12 g, 或picogram)的cfDNA，TOP-PCR就可以順利的複製出足夠的DNA片段做定序，半接合體的接合效率也由一般接合體的40%以下，提升到將近70%。
TOP-PCR的DNA複製法勝過目前普遍用於次世代定序（Next-Generation Sequencing，簡稱NGS）的Illumina平台所使用的複製法。可用於癌症基因突變的檢測、病毒感染或遺傳缺陷的診斷上。例如，就癌症的診療而言，倘若可以朝向以患者血液內極少腫瘤DNA片段的偵測做為早期診斷或術後追蹤，不但可以簡化目前的手續，也能及時給予患者協助；此外，對產前胎兒健康的檢測也有莫大的潛力。
邱國平表示：「TOP-PCR的主要突破有兩項:一是最低量(0.5 ng)的要求不再存在，亦即再少量亦可定序；再者，即使DNA量超過0.5 ng，TOP-PCR的靈敏度大約是現有方法的兩倍。它在醫療檢測上具有莫大的潛力。下一步我們希望與診斷界與定序業界合作，將這技術實際應用在醫療或診斷上。」
目前TOP-PCR的方法已經獲得臺灣專利，其它國家的專利也正由中研院申請中。
