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飞入寻常百姓家 基因测序技术的“下凡之路”
2022/1/24 9:18:17 阅读: 1434次

  基因测序,简单来说就是将DNA表达出的化学信号转化为可以用计算机处理的数字信号,它能够测出个体从头到脚、从内到外的所有信息,可以看成是一种对生命的解码,而基因测序仪就是解码生命的钥匙。
 
  基因测序技术的诞生离不开上世纪六七十年代分子克隆技术、凝胶电泳技术和放射自显影技术这三大生命科学领域重大技术的发展,它们是人类得以探索自身的重要条件。
 
  从1975年至今,基因测序技术已经发展到第四代,测序时间从13年缩短到5小时,测序金额从38亿美金降低到1348元人民币。时间成本和物质成本跨越式的降低,使得基因测序这只旧时的“王谢堂前燕”,飞入了“寻常百姓家”。
 
       Frederick Sanger是谈论基因测序技术时怎么都绕不开的人物,他是历史上唯一一位两次获得诺贝尔化学奖的科学家,1980年的第二次获奖正是因为他发明的第一代基因测序技术——双脱氧终止法,又称Sanger测序法,他也因此被誉为“人类基因组学之父”。
 
  在Sanger测序法的基础上,1990年,号称是生命科学领域的“登月计划”人类基因组计划正式启动。人类基因组计划将人类染色体的30亿个碱基对的核苷酸序列测出,这项由2000多名科学家耗时13年、花费38亿美金的重大工程,终于在2003年交出了它的答卷——绘制出了第一个人类基因组图谱。然而这种测序方法虽然准确性可达99.99%,但其高成本和低通量(测序效率)也严重阻碍了测序技术的大规模应用。
 
  在踏出破译遗传生命信息的第一步后,第二代基因测序技术——“鸟枪法”测序(高通量测序技术)也随后诞生。它的得名源自一个有趣的原理:在树林里随机打鸟群中的鸟,可以在很短的时间里打中林子中大部分种类的鸟。而第二代高通量测序技术是将要测序的基因切碎并随机测序,再拼凑起来得到最终的测序结果。
 
  “鸟枪法”测序在降低基因测序成本的同时,也大大提高了基因测序的通量,它的出现使得基因测序成本出现断崖式下降。在这之后,各大企业纷纷入局这片生命科学领域的蓝海。
 
  2005年,454 Life Sciences公司开发出第一台商用高通量测序仪454,2010年Illumina推出HiSeq2000系列测序仪,并在2017年将人类基因组的成本降低到1000美元,测序的时间也缩短至1周。
 
  激烈的市场竞争中,基因测序技术不断取得突破,成本越来越低,惠及的人群也越来越多。
 
  2007年,美国生物学家詹姆斯·沃森花费百万美元将自己的全部的基因序列刻录成光盘;14年后,2021年,华大基因中标“四川大学华西医院十万例罕见病患者全基因组测序计划采购项目”,中标金额1348元/例,服务例数预计不低于十万例,这也就意味着中国10万罕见病患者仅花1348元就能够得到自己的全基因序列报告,基因测序早已不是少数阶层才能消费的起的“特权”。
 
  第三代和第四代测序技术都是为了解决上一代缺陷而开发的,第三代利用的是单分子测序,第四代实现了单分子检测和电子传导检测相结合的测序方法。目前第三、第四代技术仍未成熟没有大规模应用且国内的基因测序布局多集中在第二代测序,在此不过多赘述。
 
  近日,美国斯坦福大学的研究人员开发出一种新的超快速基因组测序方法,全基因组测序时间仅为5小时2分钟,创造了最快DNA测序技术的首个吉尼斯世界纪录,可以想见,这又将是基因测序技术赛道的一员猛将。

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