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飛入尋常百姓家 基因測序技術(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 點擊量：7995
1975年至今，基因測序技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到第四代，測序時間從13年縮短到5小時，測序金額從38億美金降低到1348元人民幣，時間成本和物質(zhì)成本跨越式的降低，使得基因測序這只舊時的“王謝堂前燕”，飛入了“尋常百姓家”。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】基因測序，簡單來說就是將DNA表達(dá)出的化學(xué)信號轉(zhuǎn)化為可以用計算機(jī)處理的數(shù)字信號，它能夠測出個體從頭到腳、從內(nèi)到外的所有信息，可以看成是一種對生命的解碼，而基因測序儀就是解碼生命的鑰匙。
基因測序技術(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，基因測序技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到第四代，測序時間從13年縮短到5小時，測序金額從38億美金降低到1348元人民幣。時間成本和物質(zhì)成本跨越式的降低，使得基因測序這只舊時的“王謝堂前燕”，飛入了“尋常百姓家”。
Frederick Sanger是談?wù)摶驕y序技術(shù)時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)獎的科學(xué)家，1980年的第二次獲獎?wù)且驗樗l(fā)明的第一代基因測序技術(shù)——雙脫氧終止法，又稱Sanger測序法，他也因此被譽(yù)為“人類基因組學(xué)之父”。
在Sanger測序法的基礎(chǔ)上，1990年，號稱是生命科學(xué)領(lǐng)域的“登月計劃”人類基因組計劃正式啟動。人類基因組計劃將人類染色體的30億個堿基對的核苷酸序列測出，這項由2000多名科學(xué)家耗時13年、花費38億美金的重大工程，終于在2003年交出了它的答卷——繪制出了第一個人類基因組圖譜。然而這種測序方法雖然準(zhǔn)確性可達(dá)99.99%，但其高成本和低通量(測序效率)也嚴(yán)重阻礙了測序技術(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，第二代基因測序技術(shù)——“鳥槍法”測序（高通量測序技術(shù)）也隨后誕生。它的得名源自一個有趣的原理：在樹林里隨機(jī)打鳥群中的鳥，可以在很短的時間里打中林子中大部分種類的鳥。而第二代高通量測序技術(shù)是將要測序的基因切碎并隨機(jī)測序，再拼湊起來得到最終的測序結(jié)果。
“鳥槍法”測序在降低基因測序成本的同時，也大大提高了基因測序的通量，它的出現(xiàn)使得基因測序成本出現(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)出第一臺商用高通量測序儀454，2010年Illumina推出HiSeq2000系列測序儀，并在2017年將人類基因組的成本降低到1000美元，測序的時間也縮短至1周。
激烈的市場競爭中，基因測序技術(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序計劃采購項目”，中標(biāo)金額1348元/例，服務(wù)例數(shù)預(yù)計不低于十萬例，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告，基因測序早已不是少數(shù)階層才能消費的起的“特權(quán)”。
第三代和第四代測序技術(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序，第四代實現(xiàn)了單分子檢測和電子傳導(dǎo)檢測相結(jié)合的測序方法。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)的基因測序布局多集中在第二代測序，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序方法，全基因組測序時間僅為5小時2分鐘，創(chuàng)造了最快DNA測序技術(shù)的首個吉尼斯世界紀(jì)錄，可以想見，這又將是基因測序技術(shù)賽道的一員猛將。
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