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單分子測序:基因測序不再遙不可及

科研動態2016-01-21 10:58

       在年初的J.P.Morgan健康醫療大會上,美國基因測序公司Illumina宣布將創建一個新公司——Grail,致力于開發一種不超過1000美元的血液檢測,用于多類型癌癥的早期篩查。這種腫瘤DNA測序的主要目的是在無癥狀的個體中診斷各種各樣的癌癥,從而實現提前預防或治療。

       隨著技術的不斷進步,基因測序的成本正變得越來越“親民”。不過,人們認為1000美元仍然不能使基因測序成為一個“飛入尋常百姓家”的臨床診斷價格,人們的下一個目標是100美元。

     “如果說二代測序的使命是使成本降低到1000美元/基因組的話,那么三代測序的使命就是使成本降低到100美元/基因組,進一步促進測序發展為臨床的常規檢測技術,在臨床診療上發揮更大的作用。”南方科技大學副教授、深圳市瀚海基因生物科技有限公司(以下簡稱“瀚海基因”)創始人兼CEO賀建奎告訴《中國科學報》記者,隨著第三代測序技術(即“單分子測序技術”)的發展,人們距離這個目標正越來越近。

第三代測序更易臨床推廣

       在世界范圍內,基因測序儀一度被幾家公司所壟斷,著名測序公司有Illumina、Life Tech、Roche、太平洋生物等,我國99%以上的測序儀和試劑都依賴于進口。而在單分子測序方面,此前也僅有美國和英國推出了第三代測序儀。

    “業界對第三代測序儀非常關注。太平洋生物于2014年推出一款小型化的單分子測序儀Sequel,在短短一個月的時間內,他們公司股價就上漲了一倍。”瀚海基因化學部總監高雁介紹說,在臨床應用方面,第三代測序儀有著比二代測序儀更大的優勢。

     “二代測序需要一個比較復雜的樣品制備過程,同時為了建庫,需要匹配十余臺設備,光這些設備就需要一百多萬元。”高雁告訴《中國科學報》記者,二代測序技術很難在醫院推廣。醫生并不愿意進行煩瑣的、需要相對專業水平的樣品制備等操作,他們更期待一鍵式、自動化的操作儀器:待測樣品放進去,自動運行,隔天之后就得到一個非常直接的報告,而不是將測序結果交由第三方的生物信息學的專業人員進行分析,再給醫生反饋。

       賀建奎認為,相比二代測序,第三代測序技術在臨床上的應用有明顯優勢:第三代測序技術不需要PCR擴增,可直接對單個分子進行測序;樣品制備簡單,測序成本進一步降低;可直接讀取RNA的序列和包括甲基化在內的DNA修飾。這些優勢可以大大改善臨床基因測序的成本、速度和質量。

精準醫療的入口

      基因測序作為精準醫療的重要一環,隨著技術進步以及成本下降,近年來發展迅速。

      精準醫療主要包括精準診斷和精準治療兩部分。作為精準診斷的關鍵,基因測序已成為當仁不讓的精準醫療的入口。如今,醫療部門通過基因測序及分析技術對病人分子層面信息進行收集,再利用生物信息學分析工具對所有信息進行整合并分析,醫生可以早期預測疾病的發生、可能的發展方向和疾病可能的結局,以幫助作出診斷。

       賀建奎介紹說,目前,單分子測序平臺可以廣泛應用于無創產前診斷、腫瘤早期無創診斷、胚胎植入前遺傳學篩查、病原體檢測和遺傳病基因變異檢測等。

    “已有文獻報道證明,對唐氏綜合征的篩查,單分子測序技術比Illumina測序技術對檢測21號染色體異常更為靈敏。”高雁告訴記者,他們的實驗設計還顯示,單分子測序能夠檢測到3%的低頻突變。

       對于病患而言,如果切除癌癥的腫瘤組織,其中大概只有40%是真正的癌癥組織,其余60%則是正常的血管等組織。而在40%的癌癥組織中,大約只有50%發生了癌細胞突變,另外一半正常。這樣算下來,需要真正檢測的有突變的癌癥細胞只占所要切除的癌癥組織的20%左右。

      “我們研究團隊將靶向基因捕獲和測序融合在一步完成,實現了單分子靶向測序。經過實驗設計,證實了可以檢測到3%低頻突變。所以我們認為,這個原理將來有可能用到癌癥的早期檢測。”高雁說。

        此外,賀建奎告訴記者,對于諸如埃博拉等重大暴發性傳染病的應用領域,第三代或第四代(納米孔分子測序)測序技術的應用,更是能夠第一時間讓病毒現出原形,從而為重大傳染病防控提供科學依據。

     “測序技術不能僅僅用于科研,更要用于臨床,這樣才擁有更廣闊的市場和更長久的生命力。”高雁說。

并非取代二代測序

       盡管第三代測序技術優勢多多,但并不意味著單分子測序無所不能,也并非毫無瑕疵。賀建奎告訴記者,目前第三代測序并不能取代二代測序,而是作為對其的一種補充共同發展。

     “單分子測序有通量限制,不如二代測序儀高。這限定了其在全基因組測序方面‘拼’不過二代測序儀。”賀建奎說,單分子測序儀并不適合獨立做全基因組測序,更適于針對有限的、個性化的、目標性的應用。

       此外,第三代測序儀盡管節省了人力和物料成本,但它的硬件成本還相對較高。賀建奎舉例說,太平洋生物公司一款單分子測序儀的成本約為150萬美元,其最新版本盡管降低了1/3的成本,其“身價”仍令人咋舌。

     “總體來講,第三代測序儀還處于起步的發展階段,仍有未知的空間等待進一步探索。比如三代測序儀提供了一個強大功能,它或能發現潛在遺傳信息。”賀建奎說,基因測序技術作為生物大產業的金字塔頂尖的技術,需要國家大力支持。

      “三代測序技術的發展需要國家像支持國產CPU、國產大飛機那樣的力度去支持。”賀建奎認為,基因測序技術涉及多學科領域的交叉,這一行業的快速發展,勢必帶來光學、表面化學等工業品質的提升,這些方面的共同進步最終將推動“中國制造”走向“中國創造”。

來源:生物谷

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