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                                          從二代到四代:基因測序顛覆你對世界的“想象
                                          發布時間:2018-03-27        瀏覽次數:9866次

                                          從二代到四代:基因測序顛覆你對世界的“想象”

                                          從科研領域的全基因組測序(WGS)到臨床應用的無創產前基因檢測以及高血壓個體化治療檢測,基因的作用和重要性日益凸顯,正在不經意間以其巨大的力量改變著人們的生活,使人類對自然和自身的認知進入到了一個新的層面。同時,個體化醫療概念的興起,激發了人們對基因測序的需求,也使得基因測序商業化、大眾化的意愿成為了科研界和臨床應用界的共識。

                                          但顯然,第二代基因測序技術已經不能滿足人們對基因測序的想象。

                                          第二代測序技術

                                          2001年,人類基因組計劃(Human Genome Project,HGP)宣告完成。這項由美國、英國、法國、德國、日本和中國六個國家共同參與,歷經十年,耗資數十億美元的人類基因組計劃,成為了人類基因研究史上一個重要的里程碑,但也使得出現一種更加先進、更快速的、高通量的測序技術成為了科研人員的統一訴求。

                                          于是,基于大規模平行測序(massively parallel sequencing)思想的第二代基因測序技術(next-generation sequencing,簡稱NGS)應運而生。

                                          第二代測序技術的出現,使得基因研究領域快速發展,測序成本也大大降低。根據資料顯示,全基因組測序在2001年時需要耗費一百萬美元,而在第二代測序技術的幫助下,2011年已經下降到1萬美元。借此浪潮,著名的測序設備生產商Illumina公司也異軍突起,股票價格由2001年的15.94美元,上漲到如今的168美元,最高漲幅23.74倍,市值達217億美元。

                                          但如今的第二代測序技術也面臨著諸多問題,一定程度上阻止了基因測序的大眾化趨勢。

                                          首先,第二代測序技術測序平臺和測序成本仍然十分高昂,儀器普遍高達40-70萬美元,而一個全基因組測序至少需要2000-5000美元,同時花費幾周的時間;第二代測序技術依賴于基因樣品的擴增過程,大量的洗脫過程即增加了成本和樣品制備的時間,也容易出現錯誤累積;第二代測序技術普遍讀長為150-400bp,無法滿足更高的科研需要;大量的數據拼接工作和光學讀取導致的大體量數據,讓分析變成了耗時耗力的工作。

                                          現在,第二代測序技術已經處于市場發展的中后期階段,其不足性將在未來更加明顯。羅氏公司也已決定于2016年停止其第二代測序平臺454的生產。

                                          那么什么樣的技術才能“擔當”起人們對基因測序領域的期望?

                                          第四代測序技術成為了眾多人心目中答案。

                                          第四代基因測序技術

                                          第四代測序技術,又稱納米孔測序技術,其原理十分容易理解:分子在通過納米孔道時,會對通過納米孔的電流,或橫穿過納米孔的電流(隧穿電流)產生影響,而每種不同的分子通過時,對電流產生的影響具有可區別的差異。于是利用這種差異,納米孔測序技術就可以識別基因中堿基(對)的排列順序。

                                          相比于前面三代測序技術,第四代測序技術是真正實現單分子檢測和電子傳導檢測相結合的測序方法,完全擺脫了洗脫過程、PCR擴增過程。作為最有希望實現1000美元基因組甚至100美元基因組的技術,納米孔技術具有超高讀長、高通量、更少的測序時間和更為簡單的數據分析,實現了從低讀長到超高讀長、從光學檢測到電子傳導檢測的雙重跨越。

                                          一旦第四代測序技術投入市場,將有望在幾小時內以幾百美元的成本完成全基因組測序。

                                          也正因此,眾多基因測序公司和投資人都把目光聚焦在了第四代測序領域。今年6月,羅氏公司以3.5億美金價格收購了美國納米孔測序公司Genia Technologies;同在6月,羅氏公司聯合風投共同投資美國納米孔測序公司Stratos Genomics 1500萬美金。羅氏公司還與IBM公司共同研發固態納米孔技術。而Illumina和Lifetech也在著力發展或投資納米孔測序技術。

                                          如今的基因測序領域,充滿著未知和期待。就和六七十年代的電腦和互聯網一樣,沒有人能說清楚它什么時候會爆發。但我們可以想象,未來的某一天,借助第四代測序技術的力量,我們可以在幾小時內破解自己的基因密碼;醫生可以根據患者的基因信息來輔助診斷,制定個體化用藥方案;我們的健康和生活也將因此發生巨大變化。


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