快速基因诊断可以指导临床管理，改善预后，降低危重患者的费用。尽管大多数重症监护决策必须在数小时内做出，但传统检测需要数周，而快速检测需要数天。斯坦福大学的研究人员发现纳米孔基因组测序可以准确快速地提供基因诊断。他们的工作流程结合了商业纳米孔测序的简化准备、分布式基于云的生物信息学和自定义变体优先化方法。
2020 年 12 月至 2021 年 5 月期间，该团队在加利福尼亚州斯坦福的两家医院招募了 12 名患者，这些患者在种族、民族和性别方面普遍代表了居住在美国的人群。研究人员对其中 5 名患者进行了初步基因诊断。从血液样本到达实验室到初步诊断的最短时间为 7 小时 18 分钟。
图示：超快速基因组测序流程。（来源：论文）
在对患者 1 进行诊断后，该团队更新了他们的生物信息学框架，以允许将数 TB 的原始信号数据实时传输到云存储，并将数据分布在多台云计算机上，以实现近乎实时的碱基检出和比对。将后测序运行时间（通过比对的碱基调用）减少 93% 的步骤，从 7 小时 21 分钟减少到 34 分钟（患者 2 至 12 的平均后测序运行时间）。
清洗并重复使用流动池直至用尽，以降低每个样品的测序成本。患者 1 至 7 中的图书馆采用条码编码，以防止从一个样本转移到下一个样本。在处理从患者 7 获得的样本后，他们进行基准测试并采用无条形码方法快速生成基因组序列。去除条形码过程将样品制备时间缩短了 37 分钟，平均为 2.5 小时，并使他们能够将更多的患者 DNA 加载到每个流动槽中（333 ng 与 155 ng）并增加孔隙占有率（从 64% 至 82% ）。该团队的测序工作流程使用 48 个流动槽为每个基因组生成 173 到 236 Gb 的数据，比对同一性为 94%，常染色体覆盖率为 46 到 64 倍（即，每个常染色体的每个碱基在 46 到 64 个序列读数中表示）。一半的测序通量来自 25 kb 或更长的读数。
在将读数与 GRCh37 人类参考基因组比对后，调用了小变体和结构变体，其中产生了 4,490,490 个单核苷酸变体和小插入和缺失（插入缺失）的中位数。使用超快速评分系统对变体进行自定义过滤和优先排序，大大减少了人工审查的候选变体数量，小变体的中位数为 29 个，结构变体的中位数为 22 个。
临床医生立即对每个初步诊断进行了审查，并就提议的变异是否代表患者就诊的主要原因达成了共识。12 名患者中有 5 名发现了诊断变异，他们的年龄从 3 个月到 57 岁不等。这些发现立即得到了临床实验室改进修正案（CLIA）流程认证的实验室的确认，并为 5 名患者或其家庭成员中的每一个提供了知情的临床管理（包括交感神经切除术、心脏移植、筛查和药物变化）。
图示：超快速基因组测序流程的性能。（来源：论文）
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