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飛入尋常百姓家 基因測(cè)序技術(shù)的“下凡之路”
2022年01月19日 13:26:23
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：吳吳吳 點(diǎn)擊量：7983
1975年至今，基因測(cè)序技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到第四代，測(cè)序時(shí)間從13年縮短到5小時(shí)，測(cè)序金額從38億美金降低到1348元人民幣，時(shí)間成本和物質(zhì)成本跨越式的降低，使得基因測(cè)序這只舊時(shí)的“王謝堂前燕”，飛入了“尋常百姓家”。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】基因測(cè)序，簡(jiǎn)單來說就是將DNA表達(dá)出的化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為可以用計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)，它能夠測(cè)出個(gè)體從頭到腳、從內(nèi)到外的所有信息，可以看成是一種對(duì)生命的解碼，而基因測(cè)序儀就是解碼生命的鑰匙。
基因測(cè)序技術(shù)的誕生離不開上世紀(jì)六七十年代分子克隆技術(shù)、凝膠電泳技術(shù)和放射自顯影技術(shù)這三大生命科學(xué)領(lǐng)域重大技術(shù)的發(fā)展，它們是人類得以探索自身的重要條件。
從1975年至今，基因測(cè)序技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到第四代，測(cè)序時(shí)間從13年縮短到5小時(shí)，測(cè)序金額從38億美金降低到1348元人民幣。時(shí)間成本和物質(zhì)成本跨越式的降低，使得基因測(cè)序這只舊時(shí)的“王謝堂前燕”，飛入了“尋常百姓家”。
Frederick Sanger是談?wù)摶驕y(cè)序技術(shù)時(shí)怎么都繞不開的人物，他是歷史上唯一一位兩次獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的科學(xué)家，1980年的第二次獲獎(jiǎng)?wù)且驗(yàn)樗l(fā)明的第一代基因測(cè)序技術(shù)——雙脫氧終止法，又稱Sanger測(cè)序法，他也因此被譽(yù)為“人類基因組學(xué)之父”。
在Sanger測(cè)序法的基礎(chǔ)上，1990年，號(hào)稱是生命科學(xué)領(lǐng)域的“登月計(jì)劃”人類基因組計(jì)劃正式啟動(dòng)。人類基因組計(jì)劃將人類染色體的30億個(gè)堿基對(duì)的核苷酸序列測(cè)出，這項(xiàng)由2000多名科學(xué)家耗時(shí)13年、花費(fèi)38億美金的重大工程，終于在2003年交出了它的答卷——繪制出了第一個(gè)人類基因組圖譜。然而這種測(cè)序方法雖然準(zhǔn)確性可達(dá)99.99%，但其高成本和低通量(測(cè)序效率)也嚴(yán)重阻礙了測(cè)序技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。
在踏出破譯遺傳生命信息的第一步后，第二代基因測(cè)序技術(shù)——“鳥槍法”測(cè)序（高通量測(cè)序技術(shù)）也隨后誕生。它的得名源自一個(gè)有趣的原理：在樹林里隨機(jī)打鳥群中的鳥，可以在很短的時(shí)間里打中林子中大部分種類的鳥。而第二代高通量測(cè)序技術(shù)是將要測(cè)序的基因切碎并隨機(jī)測(cè)序，再拼湊起來得到最終的測(cè)序結(jié)果。
“鳥槍法”測(cè)序在降低基因測(cè)序成本的同時(shí)，也大大提高了基因測(cè)序的通量，它的出現(xiàn)使得基因測(cè)序成本出現(xiàn)斷崖式下降。在這之后，各大企業(yè)紛紛入局這片生命科學(xué)領(lǐng)域的藍(lán)海。
2005年，454 Life Sciences公司開發(fā)出第一臺(tái)商用高通量測(cè)序儀454，2010年Illumina推出HiSeq2000系列測(cè)序儀，并在2017年將人類基因組的成本降低到1000美元，測(cè)序的時(shí)間也縮短至1周。
激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，基因測(cè)序技術(shù)不斷取得突破，成本越來越低，惠及的人群也越來越多。
2007年，美國生物學(xué)家詹姆斯·沃森花費(fèi)百萬美元將自己的全部的基因序列刻錄成光盤；14年后，2021年，華大基因中標(biāo)“四川大學(xué)華西醫(yī)院十萬例罕見病患者全基因組測(cè)序計(jì)劃采購項(xiàng)目”，中標(biāo)金額1348元/例，服務(wù)例數(shù)預(yù)計(jì)不低于十萬例，這也就意味著中國10萬罕見病患者僅花1348元就能夠得到自己的全基因序列報(bào)告，基因測(cè)序早已不是少數(shù)階層才能消費(fèi)的起的“特權(quán)”。
第三代和第四代測(cè)序技術(shù)都是為了解決上一代缺陷而開發(fā)的，第三代利用的是單分子測(cè)序，第四代實(shí)現(xiàn)了單分子檢測(cè)和電子傳導(dǎo)檢測(cè)相結(jié)合的測(cè)序方法。目前第三、第四代技術(shù)仍未成熟沒有大規(guī)模應(yīng)用且國內(nèi)的基因測(cè)序布局多集中在第二代測(cè)序，在此不過多贅述。
近日，美國斯坦福大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種新的超快速基因組測(cè)序方法，全基因組測(cè)序時(shí)間僅為5小時(shí)2分鐘，創(chuàng)造了最快DNA測(cè)序技術(shù)的首個(gè)吉尼斯世界紀(jì)錄，可以想見，這又將是基因測(cè)序技術(shù)賽道的一員猛將。
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