从二代到四代:基因测序颠覆你对世界的“想象力”



导读:从科研领域的全基因组测序(WGS)到临床应用的无创产前基因检测以及高血压个体化治疗检测,基因的作用和重要性日益凸显,正在不经意间以其巨大的力量改变着人们的生活,使人类对自然和自身的认知进入到了一个新的层面。


被改变着的世界


如今,基因测序概念在国内已经并不陌生。


从科研领域的全基因组测序(WGS)到临床应用的无创产前基因检测以及高血压个体化治疗检测,基因的作用和重要性日益凸显,正在不经意间以其巨大的力量改变着人们的生活,使人类对自然和自身的认知进入到了一个新的层面。同时,个体化医疗概念的兴起,激发了人们对基因测序的需求,也使得基因测序商业化、大众化的意愿成为了科研界和临床应用界的共识。


但显然,第二代基因测序技术已经不能满足人们对基因测序的想象。


第二代测序技术


2001年,人类基因组计划(Human Genome Project,HGP)宣告完成。这项由美国、英国、法国、德国、日本和中国六个国家共同参与,历经十年,耗资数十亿美元的人类基因组计划,成为了人类基因研究史上一个重要的里程碑,但也使得出现一种更加先进、更快速的、高通量的测序技术成为了科研人员的统一诉求。


于是,基于大规模平行测序(massively parallel sequencing)思想的第二代基因测序技术(next-generation sequencing,简称NGS)应运而生。


第二代测序技术的出现,使得基因研究领域快速发展,测序成本也大大降低。根据资料显示,全基因组测序在2001年时需要耗费一百万美元,而在第二代测序技术的帮助下,2011年已经下降到1万美元。借此浪潮,著名的测序设备生产商Illumina公司也异军突起,股票价格由2001年的15.94美元,上涨到如今的168美元,最高涨幅23.74倍,市值达217亿美元。


但如今的第二代测序技术也面临着诸多问题,一定程度上阻止了基因测序的大众化趋势。


首先,第二代测序技术测序平台和测序成本仍然十分高昂,仪器普遍高达40-70万美元,而一个全基因组测序至少需要2000-5000美元,同时花费几周的时间;第二代测序技术依赖于基因样品的扩增过程,大量的洗脱过程即增加了成本和样品制备的时间,也容易出现错误累积;第二代测序技术普遍读长为150-400bp,无法满足更高的科研需要;大量的数据拼接工作和光学读取导致的大体量数据,让分析变成了耗时耗力的工作。


现在,第二代测序技术已经处于市场发展的中后期阶段,其不足性将在未来更加明显。罗氏公司也已决定于2016年停止其第二代测序平台454的生产。


那么什么样的技术才能“担当”起人们对基因测序领域的期望?


第四代测序技术成为了众多人心目中答案。


第四代基因测序技术


第四代测序技术,又称纳米孔测序技术,其原理十分容易理解:分子在通过纳米孔道时,会对通过纳米孔的电流,或横穿过纳米孔的电流(隧穿电流)产生影响,而每种不同的分子通过时,对电流产生的影响具有可区别的差异。于是利用这种差异,纳米孔测序技术就可以识别基因中碱基(对)的排列顺序。


相比于前面三代测序技术,第四代测序技术是真正实现单分子检测和电子传导检测相结合的测序方法,完全摆脱了洗脱过程、PCR扩增过程。作为最有希望实现1000美元基因组甚至100美元基因组的技术,纳米孔技术具有超高读长、高通量、更少的测序时间和更为简单的数据分析,实现了从低读长到超高读长、从光学检测到电子传导检测的双重跨越。


一旦第四代测序技术投入市场,将有望在几小时内以几百美元的成本完成全基因组测序。


也正因此,众多基因测序公司和投资人都把目光聚焦在了第四代测序领域。今年6月,罗氏公司以3.5亿美金价格收购了美国纳米孔测序公司Genia Technologies;同在6月,罗氏公司联合风投共同投资美国纳米孔测序公司Stratos Genomics 1500万美金。罗氏公司还与IBM公司共同研发固态纳米孔技术。而Illumina和Lifetech也在着力发展或投资纳米孔测序技术。


如今的基因测序领域,充满着未知和期待。就和六七十年代的电脑和互联网一样,没有人能说清楚它什么时候会爆发。但我们可以想象,未来的某一天,借助第四代测序技术的力量,我们可以在几小时内破解自己的基因密码;医生可以根据患者的基因信息来辅助诊断,制定个体化用药方案;我们的健康和生活也将因此发生巨大变化。


来源:生物探索

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