在去年圣诞节期间的加拿大落基山脉冰攀之旅中，两位来自华盛顿大学的年轻研究人员：Michael Schmitt和Jesse Salk突发奇想，谈到了一个简单但功能强大，可用于检测癌细胞，获得更好结果的新方法——如果他们能降低DNA测序中的错误率，那么就可以更好的检测出这些细胞中的变异，这种改进能用于癌症的早期诊断，以及帮助医师们了解哪些细胞会对化疗产生抗性。
双重测序法准确率提高千万倍
当时他们的想法是对DNA的两条链都进行测序。如果发现了一条链出现了一个突变，而另一条没有出现，那么这就是测序上的失误，而不是一个真实的突变。
这一相关的研究成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上，一经公布后就吸引了多方关注。
“如果这种双重测序（duplex sequencing）方法得到验证，那么就能提高我们对于人类癌症克隆结构的认识，修改罕见基因突变目录，帮助找到突变产生的机制，并有可能确定的增变表型”，Christopher Klein等人在随后的社论中表示，“最终这将会打开临床应用的一道大门，因为临床应用中诊断准确率是非伦理治疗决定中的一项必要条件。”
文章的通讯作者是华盛顿大学Lawrence Loeb博士，其癌症研究实验室的研究人员证明利用这种方法，能将错误率减少到少于每五十万核苷酸测序错误率，而且理论错误率可低至十亿分之一，而标准方法中的错误率是200分之一。
“据我们的估算，这似乎能将准确性提高千万倍，”文中的第一作者Michael Schmitt说，“利用新一代测序检测超罕见基因突变 ”，“这在理论上有可能实现一个细胞的全基因组序列测序，而不出现一个单错误，”一个细胞的基因组为60亿个核苷酸。
华盛顿大学医学院的研究人员希望能利用这种方法来检验Loeb在1974年提出的增突变表型（mutator phenotype）假说，这一假说认为肿瘤是突变表型，即肿瘤细胞中存在成千上万个基因突变。当时Loeb提出这一假说时，被认为过于激进，但这一假说解释了一些癌症如何扩散，以及如何快速产生对化疗的抗性的，如果研究人员能观察到哪些细胞变异快，那么就有可能在更容易治疗的阶段里，更快的发现细胞。
Loeb表示，在1974年，科学界中还只有少部分人接受这一假说，但现在大概一半的人都已接受。
“制药公司都希望能出现一种治疗癌症的灵丹妙药，”他说。
然而现实的方法并不是什么灵丹妙药，一治就好，而是通过大幅减缓控制住癌症的发展步伐，使患者最终死于其它方面的疾病，Loeb说，他认为抗癌药物能杀死一些细胞，但存在突变的细胞还是能增殖和扩散。
Loeb还表示，如果利用这一新技术分析来自同一个体正常组织和癌变组织中的DNA，那么就能为其增突变表型假说平凡，而且如果一切顺利的话，这种双重测序技术能在两到三年内，为患者提供有意义的临床信息，第一个可以应用的方面就是寻找复发性肿瘤。
Detection of ultra-rare mutations by next-generation sequencing
Michael W. Schmitta, Scott R. Kennedya, Jesse J. Salka, Edward J. Foxa, Joseph B. Hiattb, and Lawrence A. Loeba
Next-generation DNA sequencing promises to revolutionize clinical medicine and basic research. However, while this technology has the capacity to generate hundreds of billions of nucleotides of DNA sequence in a single experiment, the error rate of ∼1% results in hundreds of millions of sequencing mistakes. These scattered errors can be tolerated in some applications but become extremely problematic when “deep sequencing” genetically heterogeneous mixtures, such as tumors or mixed microbial populations. To overcome limitations in sequencing accuracy, we have developed a method termed Duplex Sequencing. This approach greatly reduces errors by independently tagging and sequencing each of the two strands of a DNA duplex. As the two strands are complementary, true mutations are found at the same position in both strands. In contrast, PCR or sequencing errors result in mutations in only one strand and can thus be discounted as technical error. We determine that Duplex Sequencing has a theoretical background error rate of less than one artifactual mutation per billion nucleotides sequenced. In addition, we establish that detection of mutations present in only one of the two strands of duplex DNA can be used to identify sites of DNA damage. We apply the method to directly assess the frequency and pattern of random mutations in mitochondrial DNA from human cells.
文献链接：Detection of ultra-rare mutations by next-generation sequencing
