インフォマティクスの進歩により、包括的なゲノム洞察を実現するTruPath™ Genomeが明らかに

はじめに

標準的なショートリードのSequencing by Synthesis（SBS）技術は、長さ最大500塩基対（bp）の数十億のシーケンスリードを生成します。標準的なショートリードシーケンスの利点には、高い精度と大規模なスループットが含まれます。イルミナのショートリードシーケンスは、成熟し確立されたデータ解析ツールおよびパイプラインのエコシステムの恩恵を受けています。しかしながら、これらの利点にもかかわらず、ショートリードテクノロジーでは、ゲノム内の難易度の高い複雑な領域のごく一部しか解析できず、その多くにはヒトの遺伝性疾患に関与する可能性のあるバリアントが含まれています。^{[1, 2]}

ゲノムの中には、医学的に非常に重要でありながら、これまで十分解明されてこなかった領域が存在します。2026年に発売されたIllumina TruPath Genome（研究用のみ）は、包括的なヒトゲノムシーケンスに適した効率的なソリューションを提供します。NovaSeq X™シリーズを用いた標準的なショートリードシーケンスでは、わずか約10分のハンズオンタイムとシンプルな操作で、長距離ゲノムの洞察が得られます。ここでは、DRAGEN™ソフトウェアスイート内で近接情報を活用するさまざまな手法の解説を通じて、バリアント検出の向上効果を示します。TruPath GenomeとDRAGEN Germlineアプリケーションを組み合わせることで、SBSの範囲が大きく拡張され、これまで解析が難しかったゲノム領域においても、長距離フェージングやバリアント/ハプロタイプの発見が可能になります。

主な特徴

• ハンズオンタイム約10分の、サンプルからシーケンサーまでの最もシンプルなワークフロー

• 既存のNovaSeq Xシステムで使用可能（v1.4デジタルパッケージが必要）

• フェージングされた非常に正確な生殖細胞系列の単一ヌクレオチドバリアント（SNV）コーリング

• ゲノムのマッピング困難な領域のカバレッジ向上

• 超長距離フェージング

• パラログ領域における信頼性の高いde novoハプロタイプ解決バリアントコーリング

• 構造バリアントの検出強化

• ショートタンデムリピート（STR）の解像度向上

近接マップリードテクノロジー

フローセルライブラリー調製テクノロジーに基づくTruPath Genomeは、これまでにないシンプルさで長距離ゲノムの洞察を可能にし、標準的なショートリードシーケンスを用いた200 kbテンプレート再構成を実現します。

TruPath Genomeは、近接マップリードテクノロジーを採用しており、シーケンス前の標準的なライブラリー調製が不要な、かつてないほどシンプルなワークフローを実現します（図1A）^[3]。TruPath Genomeワークフローは、高分子量（HMW）および標準分子量（SMW）の両方の抽出法に対応しています。隣接するナノウェルの空間的近接性を活用することで、200 kbを超える長距離ゲノム接続を再構成でき（図1B）、さまざまな用途に利用可能です。

DRAGEN GermlineにおけるTruPath Genomeデータ解析ワークフローの概要

DRAGEN Germlineは、マッピングからSVコーリングに至るすべてのステップで近接情報を統合し、構造を考慮した完全かつフェージングされたゲノム像を提供します。

TruPath Genomeデータセットで利用できる近接性に基づく長距離情報は、解析ワークフローのさまざまなコンポーネントで活用され、個人のゲノムのより正確かつ包括的な把握を実現します。これらの改良の多くは、バージョン4.5（図2）以降のDRAGENに実装されており、ローカル、クラウド、あるいはシーケンスから結果までの完全自動化ワークフローにおいて、単一のコマンドで利用できます。TruPath Genome（通常は60～70×）の完全な解析（すべてのコーラーがアクティブな場合）は、ローカルのDRAGEN v4サーバー上でサンプルあたり3時間以内に実行可能です。これまで「ダーク領域」とされていた領域には、希少疾患に関連するバリアントが潜んでいることが多く、それらを明らかにすることは、技術的な利点にとどまらず、臨床研究者にとっても大きな価値をもたらします。

マッピングとリードフェージング

TruPathは、これまでマッピングが困難であった領域におけるリードの配置を劇的に改善し、20 Mbの新しいゲノム領域を解き放ちます。

TruPath GenomeデータセットのコンテキストにおけるDRAGEN Germlineリードマッピングは、隣接クラスターからの近接情報を活用して、高いシーケンス相同性を持つ領域において、より高い割合のリードを正しいゲノム位置に確実に割り当てます。このアプローチは、マッピング品質が低いゲノムの割合を大幅に削減し、以前は困難だったゲノム領域の20 Mbを超える塩基がバリアント検出できるようにします（図3A）。図3Bは、臨床的に関連のある遺伝子RHCEの例であり、標準的なショートリードWGSと比較してリードマッピングが大幅に改善されているのを示しています。

さらに、すべての下流のバリアントコーリングコンポーネントでフェージング情報を効率的に活用するために、DRAGEN Germlineは、マッピング段階で推測される祖先ハプロタイプにリードをフェージングする新しいフェージングアプローチを活用しています。このアプローチでは、ハプロタイプデータベースから最も密接に関連するハプロタイプセグメントペアを選択し、組み換え率と長距離近接性情報を考慮しながら、リードをハプロタイプに確率的に割り当て、ハプロタイプが一貫して高い信頼度で維持されるフェーズブロックを定義します。このようなフェージングされたリードは、ハプロタイプタグ付きBAMファイルに出力され、バリアント間の正確かつ長距離のフェージング情報を生成するために、下流のバリアントコーリングステップ内で活用されます（図3C）。

フェージングされたスモールバリアントコール

マッピング精度の向上とハプロタイプタグ付きリードの組み合わせにより、TruPathはこれまでで最も正確かつ網羅的なスモールバリアントコールを実現し、長距離にわたる完全なフェージングを可能にしました。

TruPath Genomeのスモールバリアントコールは、マッピング精度の向上とリードフェージング情報の両方の恩恵を受けます。ゲノムの中でもマッピングが困難な領域において、より高いマッピング品質と正確なリード配置により、より広範なゲノム領域で信頼性の高いコールが可能になります。フェージングされたリードとそれに関連するフェージング品質は、バリアントコーリングモデルに直接組み込まれ、フェーズドバリアントコーリング（0|1と1|0を異なる遺伝型仮説として扱う）に用いられます。同一のフェーズブロック内にある場合には、互いにフェージングされたコールとして出力されます。これらのイノベーションにより、これまでで最も高精度かつ完全なスモールバリアントコールセットが実現され（図4A）、バリアント間の長距離フェージングも可能なりました（図4B）。

構造バリアントコーリングの改善

ハプロタイプ固有のアセンブリとコロケーションマップにより、TruPathは大規模で複雑な構造バリアントをより高い信頼性で検出するための強力な新しい手段となります。

TruPath Genomeデータにおける構造バリアント（SV）検出は、リードマッピングの改善とフェージングされたリードの両方の恩恵を受けます。TruPathではリードが事前にフェージングされているため、DRAGENは各ハプロタイプを個別にアセンブルすることができ、よりクリーンなアセンブリとより正確なSVコールが実現されます。このよりクリーンなアセンブリ工程は、TruPath GenomeによるSV検出の性能向上の主な要因となっています（図5）。

構造バリアント解釈のためのコロケーションマップ

コロケーションマップは2次元のゲノム構造を明らかにし、直感的に理解できる対角線外のシグナルによって逆位、転座、その他の大きなSVを示します。

HG002の挿入と欠失のNIST構造バリアント真理値セットにおける性能向上に加えて、TruPath Genomeはコロケーションマップと呼ばれる新しい種類の出力も生成します。コロケーションマップを、ゲノムの3D構造のヒートマップのように考えてみてください。予想外の対角線外のシグナルによって、隠れた構造バリアントが明らかになります。リファレンスゲノムと同じ構造を持つ領域は、主にコロケーションマップの対角線に沿って近接シグナルを表示しますが、個人のゲノム構造がリファレンスと異なる領域は、強い対角線外のシグナルと対角線に沿ったシグナルの減少を示します。異なるタイプの構造バリアントは、コロケーションマップに異なるパターンを示し（図6A）、そのような表現においては臨床的に重要な大きな構造バリアントが明確に観察されます（図6B）。コロケーションマップシグナルは、標準的なショートリードシーケンス（例：スプリットリードや不適切なペアリード）で構造多型検出に現在使用されているシグナルと比較して独立した性質があります。そのため、このシグナルは、標準的なショートリードシーケンスシグナルを利用してDRAGEN Germline SVによって検出された大きなSVをフィルタリングするために使用できます。DRAGEN Germlineは、染色体間または染色体内で、200 kbを超えるブレークエンドコールにこのフィルターを適用します。これにより、サンプルゲノム内のこのようなコールの総数が大幅に減少し、そのほとんどが偽陽性と推定されるため、この種の大きなイベントに対して、はるかに小さなコールセットが可能になります。感度と特異性を向上させるために、コロケーションマップシグナルのSV検出へのさらなる統合が、将来のDRAGEN Germlineバージョンに組み込まれます。

パラロガス領域におけるスモールバリアントコーリング

TruPathは、コピー数を考慮したハプロタイプ解決型のバリアントコーリングを、非常に相同性の高い遺伝子ファミリーで可能にし、ショートリードにはアクセスできないと長い間考えられていたパラログが、ついに解決できるようになりました。

DRAGEN Germline Multi‑Region Joint Detection（MRJD）は、TruPath Genomeと組み合わせることで、ハプロタイプ解決型でコピー数を考慮したde novo生殖細胞系列のスモールバリアントコーリングをセグメント重複で可能にします。これらの領域は、標準的なショートリードシーケンス解析では困難です。なぜなら、高い相同性や構造的複雑性が、不明瞭なリードマッピングや不正確なリードマッピングを引き起こし、信頼性の低いバリアント検出につながる可能性があるためです。TruPath Genomeにより、MRJDはマッピングの品質に関係なく、パラロガス遺伝子座からのリードを保持し、リード深度エビデンスを使用して合計コピー数を推定し、コピー数、リードシーケンス、および長距離近接リンク情報を統合して、各パラログセットの基礎となるコピーを再構築することができます。次にMRJDは再構成されたコピーでスモールバリアントを呼び出し、割り当てられたゲノム位置またはハプロタイプとともにフェーズされたバリアントコールを報告します。このバリアントコールプロセスは、既知の集団ハプロタイプに依存しません。リンチ症候群を研究する臨床研究者にとって、PMS2をPMS2CLと区別することは、長期にわたる診断上の課題でした。TruPath は、ハプロタイプレベルの明確さでこれらの領域を最終的に解決します。図7は、高度に相同なPMS2-PMS2CLペア（それぞれ約21 kb、約99%の同一性）に対するこれを示しています。標準的なショートリードが両方の遺伝子座にわたって不明瞭でフェージングされていないバリアントコールを生成しており、一方、MRJDを使用したTruPath Genomeデータにより、市販のロングリード結果と一致するフェージングされたハプロタイプが可能になっています。

現在、TruPath GenomeによるMRJDは、15の臨床的に意義のある遺伝子をサポートしています。表1に、サポートされている遺伝子座と、直交するロングリードデータとの一致率をまとめています。

表1：リリース時点でMRJDおよびTruPath Genomeが対応している、医学的に関連するパラロガス遺伝子の直交ロングリードデータとの比較に基づく、フェージング済み生殖細胞系列のスモールバリアントコールのSNV一致率の中央値を示しています。一致率は、HMWおよび標準的なDNA抽出の両方について、14種類の多様な細胞株サンプルを用いて測定されました。CFHR1-CFHR2-CFHR3-CFHR4およびUSP18については、直交コンパレータコールセットがなかったため、一致率はN/Aとして報告されています。

短鎖タンデムリピートサイズの推定精度の向上

近接シグナルにより、TruPathはリピート内のリードを回収して割り当てることができるため、標準WGSで見られるプラトー現象を起こすことなく、拡張範囲全体にわたって正確なSTRサイジングが可能になります。

短鎖タンデムリピートの伸長（STR）は、幅広い神経疾患や神経発達疾患と関連しています。健康な集団で観察される小さな範囲を超えるサイズのSTR伸長の存在は、病原性の強力な兆候である可能性がある一方、伸長サイズは多くの関連疾患の症状の現れ方を調節することが知られています。従来の全ゲノムシーケンス（WGS）は、拡張されていないSTRと拡張されたSTRを区別する効果的な方法ですが、大きなSTR拡張のサイズを正確に推定する能力は、完全に反復的なリードペアを特定のSTRに明確に割り当てることができないため制限されており、その結果、STR拡張ステータスのより微妙な分類が妨げられます。

TruPath Genomeで利用できる近接性情報は、特定のSTR遺伝子座の固有のフランクへの近接性を評価することで、拡張STR内に完全に含まれるリードの曖昧なマッピングを解決するのに役立ちます。リピート内リードのより完全な回収と割り当てにより、特定のSTRモチーフのシーケンス効率の低下に関連するバイアスに対処する、リピート内リードカウントに対する座位固有の調整も可能になります。さらに、TruPath Genomeで利用できるフェージング情報により、両方の親ハプロタイプでSTRの拡張が発生した場合でも、ハプロタイプに特異的なSTRサイズの推定が可能になります。この一連の改善により、STRサイズの推定が改善され、より微妙で正確なSTR拡張ステータスの分類が可能になります（図8）。

結論と次のステップ

TruPath Genomeの発売は、ワークフローの複雑性、正確性、包括的なゲノム解析結果という、従来のトレードオフ関係における重要な転換点となります。DRAGEN Germlineデータ解析ワークフローのコアコンポーネントに近接ベースの長距離洞察を統合することで、イルミナは、標準的なショートリードがゲノムの領域や、アクセス不能または互換性がないと長い間考えられていたバリアントの種類を解決することを可能にしました。

ラボや研究者にとって、その影響は重大です^[4]：

• 遺伝性疾患や希少疾患に関連するバリアントの同定：パラロガス遺伝子の解決、STR拡張の正確なサイジング、SV検出能力の向上、フェージングされたバリアントの提供により、TruPath Genomeはこれまで診断が困難であった希少疾患の解決への明確な道筋を提供します。

• 運用効率：解析時間3時間未満でクラス最高のスモールバリアント精度と最大98%の遺伝子のフェーズを達成できるため、ラボは複数のアッセイを1つの合理化されたワークフローに統合できます。

• 利用しやすい長距離洞察：このテクノロジーは、既存のNovaSeq Xシステムに高解像度のハプロタイプ解決WGSをもたらし、包括的なヒトゲノム解析が手軽かつ拡張性の高いものとなり、1回のランで最大16ゲノムの解析が可能になります。

TruPathは、ショートリードの範囲を広げるだけでなく、その能力を再定義します。TruPath Genomeは現在市販されていますが、この初期製品はこの新しいデータモダリティで達成できることのほんの一部に過ぎません。今後のDRAGENリリースは、これらの解析機能の上に構築され続けます。以下よりサインアップして、近接マップリードテクノロジーのDRAGEN Germline解析の今後の開発と、将来のTruPath Genomeソリューションに関する最新情報を入手してください。

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参考文献

1. Ebbert MTW, Jensen TD, Jansen-West K, et al. Systematic analysis of dark and camouflaged genes reveals disease-relevant genes hiding in plain sight. Genome Biol. May 20 2019;20(1):97. doi:10.1186/s13059-019-1707-2

2. Ryan NM, Corvin A. Investigating the dark-side of the genome: a barrier to human disease variant discovery? Biol Res. Jul 20 2023;56(1):42. doi:10.1186/s40659-023-00455-0

3. Illumina. Introducing constellation mapped read technology. Genomics Research Hub blog. 2024. https://www.illumina.com/science/genomics-research/articles/constellation-mapped-read-technology.html

4. Cheng S, Zhang Q, Zheng X, et al. Constellation illuminates rare disease genetics. medRxiv. Nov 10 2025:2025.10.15.25337675. doi:10.1101/2025.10.15.25337675