發(fā)布日期：2018-06-07
好萊塢女星安吉麗娜·朱莉為了預(yù)防癌癥，先后切除了乳腺、卵巢和輸卵管。促使她做出這一決定的是基因檢測技術(shù)。檢測發(fā)現(xiàn)，她攜帶BRCA這一家族基因，讓她有很大幾率罹患癌癥……
為了服務(wù)更多的“朱莉”們，生物科學(xué)家不斷研發(fā)新的技術(shù)和工具，以求快捷、準(zhǔn)確地破譯人體DNA（脫氧核糖核酸）密碼。日前，比利時校際微電子中心發(fā)表公報說，該中心成功開發(fā)出一種能直接讀取單分子DNA堿基的新型光學(xué)納米孔器件，有望用于基因快捷測序。
這一新工具如何應(yīng)用？目前基因測序技術(shù)發(fā)展又如何？記者帶著問題采訪了業(yè)內(nèi)專家。
三代設(shè)備更新?lián)Q代速度加快
“表觀遺傳學(xué)是遺傳學(xué)研究中最為前沿的領(lǐng)域之一，研究DNA序列不發(fā)生改變的情況下，基因表達發(fā)生了可遺傳的改變等現(xiàn)象。目前使用的測序方法大都基于表觀遺傳，繁瑣費時且價格昂貴。”近日，南開大學(xué)泰塔生物技術(shù)研究院劉斌研究員評價比利時同行的研究成果時，認為“這一研究是未來大方向，具有廣闊應(yīng)用前景”。
一滴血檢驗有何遺傳病，一口唾沫預(yù)測未來健康情況……走過32個春秋的基因測序技術(shù)，對生物醫(yī)學(xué)和人類健康產(chǎn)生了極大促進作用，這一技術(shù)本身也日新月異。1986年，第一臺商用基因測序設(shè)備出現(xiàn)；隔了19年，第二代測序設(shè)備才投入使用。而從第二代設(shè)備到第三代設(shè)備，人類只花了5年時間。“這說明基因測序設(shè)備更新?lián)Q代速度加快。”劉斌分析道。
第一代測序技術(shù)，主要基于弗雷德·桑格爾提出的雙脫氧終止法測序原理，結(jié)合熒光標(biāo)記和毛細管陣列電泳技術(shù)來實現(xiàn)測序的自動化，基本方法是鏈終止或降解法，人類基因組計劃就是基于這種測序技術(shù)。第二代測序技術(shù)，在通量、準(zhǔn)確度上都有了較大提高，測序成本也大幅下降，是目前商用測序的主流。第三代測序技術(shù)又稱單分子DNA測序，即通過現(xiàn)代光學(xué)、高分子、納米技術(shù)等手段來區(qū)分堿基信號差異，以達到直接讀取序列信息的目的。
將堿基轉(zhuǎn)換為光電信號
“刑偵警察在辦案，會借助儀器和光來捕捉犯罪嫌疑人留下的指紋、腳印等蛛絲馬跡。基因測序技術(shù)和這個類似，也是通過儀器，利用光學(xué)原理來實現(xiàn)。”說起基因測序，劉斌形象地比喻道。目前市面上所有的測序基本都需要光學(xué)或者電學(xué)結(jié)構(gòu)，把不同的堿基轉(zhuǎn)換為光學(xué)或者電信號（原始數(shù)據(jù)），后續(xù)通過一級分析才能將這些原始信息轉(zhuǎn)換為生物信息學(xué)分析可用的堿基（ATCG）。
“當(dāng)DNA分子穿過表面等離子體納米縫時，就會同時激發(fā)表面增強拉曼光譜，提供堿基分子的‘指紋圖’,以達到化學(xué)鍵水平的精準(zhǔn)識別。由于拉曼光譜能識別到化學(xué)鍵的水平，所以這項技術(shù)不僅僅可以用來進行ATCG的堿基測序，也可以對堿基的甲基化、硫基化修飾等化學(xué)修飾進行鑒別。”劉斌介紹說，堿基修飾就是分子結(jié)構(gòu)的修飾，因此無論從準(zhǔn)確性還是檢測范圍，都會比目前的方法更好。
與二代技術(shù)比，第三代基因測序技術(shù)目前成本錯誤率還是比較高。以每100萬個堿基所需花費為例，二代基因測序成本最高合人民幣1元，而三代測序成本最高需要7元左右。不過劉斌樂觀地認為，隨著技術(shù)的進步和穩(wěn)定，未來5年內(nèi)，三代基因測序的價格將大幅度下降，“全基因組測序，未來價格會降到1000元以下”。
來源：科技日報
