抽个血,就能知晓前世今生?

最近,我国首款拥有自主知识产权的可实用型二代基因测序仪(以下简称BIGIS)的发布,打破了国内基因测序仪器及试剂耗材一直依赖进口的局面。

       自1975年英国生化学家弗雷德里克·桑格发明末端终止法DNA(脱氧核糖核酸,其中具有遗传效应的片段叫做基因)测序技术之后,基因测序被视为打开生命奥秘之门的金钥匙。如今在一些发达国家,基因测序已从实验室走入临床应用;特别是一些名人利用基因测序提前预防癌症等疾病,更让这一技术炙手可热。


抽个血,就能知晓前世今生?
 
  基因测序到底能否提前检测出癌症?我国的基因测序技术达到了何种水平?最近,我国首款拥有自主知识产权的可实用型二代基因测序仪(以下简称BIGIS)的发布,打破了国内基因测序仪器及试剂耗材一直依赖进口的局面。日前,记者采访了BIGIS的主要研发者——北京中科紫鑫科技有限责任公司首席科学家任鲁风。
 
  未来3—5年内,基因测序的人均费用可能控制在1000元以内 A、T、C、G,看似简单的4个字母,却被科学家称为“生命密码”。在生命体中,它们代表排列在生命遗传物质DNA上的4种碱基,两两成对。人类共拥有30亿个碱基对,组合排列的顺序变化无穷。这种排列顺序主导了生命体的特征,基因测序就是获得这些碱基的排列顺序,是破解生命密码的第一步。
 
  40年间,基因测序技术取得了颠覆性的发展。尤其是近5年,发展速度甚至超越了IT行业的摩尔定律,测序通量从最初的每台测序仪每天几千个碱基到如今的25G—30G(1G=109)个碱基。同时,测序成本也比十几年前降低了6个数量级。
 
  “基因测序的发展,就是‘发现基因序列—产生新技术—获得更多基因序列—更深入地了解—不断产生新的疑问’这样一个周而复始的螺旋式上升过程。”任鲁风介绍说,目前基因测序技术已经发展到第四代纳米孔测序技术,之前分别是第一代末端终止法测序技术、第二代大规模并行化测序技术和第三代单分子测序技术。
 
  这是否意味着中科紫鑫推出的BIGIS二代测序系统在基因测序领域已经落伍了?“不同代次的测序技术会长期共存和继续发展,目前尚不存在一个技术平台可以包打天下。”任鲁风认为,各代次的技术各有所长,并不是替代的关系。
 
  “因为不同代次的技术在读长、通量和准确率这些指标上各有优势。”任鲁风一一说明这些指标的含义:一条染色体上的基因序列非常长,往往需要将其切成小片段分别测序,测完还需要将这些片段拼接还原。读长就是一次测序反应能够有效识别的片段长度,通量是指单位时间和成本上能够获得的数据量。通量高意味着可以用更少的时间和更低的价格获得更多的基因数据,读长长则意味着降低了基因序列拼接的难度,同时提高对序列拼接和解读的准确性。
 
  “第一代测序准确性高、通量低、测序速度慢,但在测定相对少量的特定位点等靶标时仍有优势,有其细分的市场定位;第二代测序技术大大扩展了测序通量,且准确率基本可达99.5%;第三、第四代测序速度进一步加快,但缺点是准确率不高,仍需要第二代测序技术配合修正。”任鲁风认为,在第三代、第四代技术获得质的突破之前,二代技术的应用将最为广泛,今后10—15年内都不会淘汰。
 
  从初学者到做出第二代基因测序仪,任鲁风和他的团队花了8年时间。他们最终做成的仪器体积小,适合在中小型实验室使用,触摸屏设计、上下游配套系统、集成式操作系统使测序操作变得更加简单,实现了测序及数据分析的闭环整合。更重要的是,这样一台我国具有完全知识产权的基因测序仪,打破了测序仪器及耗材严重依赖进口的局面,为国内测序成本的降低提供了可能。“希望未来的3到5年里,能让基因测序的人均费用控制在1000元以内。”任鲁风说。
 
  同一款测序仪在美国售价约5万美元,在中国报价高达约20万美元
 
  制造国产仪器,在任鲁风看来,是我国基因测序研发和临床应用的必经之路。
 
  目前,我国市场上测序设备和试剂的主要来源是Illumina等三大国外厂商,国内开展测序仪研发的机构屈指可数,且很大程度上尚处于引进吸收、缺乏原始创新的状态。一些厂商将进口的整机换个外壳,甚至换个商标就作为国产的医疗器械进行申报,业内专家认为这无异于饮鸩止渴。
 
  “水龙头不掌握在自己手里,一定会受制于人。”任鲁风说,当年一款新型测序仪在美国上市时售价大约为每台5万美元,而在中国的报价大约为20万美元;即使成交价能够打个对折,还是要比美国本土高一倍。
 
  专家指出,除了定价过高,国外设备试剂的更新换代肯定首先满足本国的需求,这样就造成我国仪器获取和科研也总是比国外滞后。
 
  不掌握自主技术未来还有一个更大的潜在威胁——基因库的数据安全。
 
  “用进口的测序仪产生的大量数据如何分析应用?很多国外厂商会诱导客户将测序数据传到自己的服务器上,一方面提供数据分析服务,另一方面用以扩充他们的基因库。”任鲁风说,我国至今仍未建立可供研究共享的规模化基因数据库。
 
  任鲁风希望通过与医院等实践应用机构的合作,建立起中国自己的基因数据库,以真正实现基因测序预测疾病这样具有现实意义的应用。
 
  目前国内市场上大多数基因测序预测疾病的服务不足为信
 
  如果一个人获得了自己的全基因组测序数据,是否就能预测各种疾病的罹患几率?
 
  近10年来,基因组科学的发展逐渐形成了一个新的明确目标:精准医学,其本质是通过基因组等前沿医学技术对大样本人群与特定疾病进行分析鉴定、验证与应用,从而精确寻找疾病的原因,最终实现个性化精准治疗。
 
  “目前来说,实现这个目标还很遥远。不存在扎一针、抽个血和做个基因测序就能知晓人体前世今生的神话。”任鲁风解释说,先天性耳聋、地中海贫血等几百种单基因的遗传病由于致病基因点位单一明确,确实比较容易通过测序进行筛查;但癌症等复杂疾病是多种基因异常导致的,没有两名患者存在相同的基因图谱,需要大规模样本量的重复测分析序比对,才能找到相对准确的疾病与基因的相关性。
 
  “这个过程就像盲人摸象,摸的人越多越有可能接近大象的原貌;测序样本越多、比对越多,才越接近疾病发生的真相。”任鲁风打比方说,“相反,如果测序技术和相关医学技术发展不成熟,很容易误判。”任鲁风认为,目前国内市场上大多数基因测序预测疾病的服务不足为信。
 
  除了精准医学,基因测序在检验检疫、环境监测、突发疾病鉴定等方面都能发挥重要作用,近几年市场需求急速扩张。业内专家认为,在国内基因测序领域原始创新和技术研发还相对落后的情况下,迫在眉睫的是建立一个良性的产业发展环境。
 
  “市场的良性发展,需要政府的有效监管、企业的自律,以及相互之间形成合理的规范原则,缺一不可。”任鲁风尤其强调企业的自律,国内相关企业应该积极参与市场运行和可持续发展的规则制订。他提议建立“中国测序技术和产业发展联盟”:“联合起来大家都能吃饱,而且会越吃越好;恶性竞争和打破底线,可能就会饕餮一顿后饿死街头。”
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