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基因組科學(xué)引領(lǐng)生命科學(xué)大步向前(2)

2011-02-14 09:23 閱讀:2565 來源:科學(xué)時(shí)報(bào) 作者:水**南 責(zé)任編輯:水北天南
[導(dǎo)讀] 越來越多的醫(yī)生開始利用全基因組或外顯子組測(cè)序技術(shù)進(jìn)行診斷,隨著科學(xué)的發(fā)展,基因組科學(xué)逐漸步入人們的生活

  或許,在今后的基因組科學(xué)研究中,有關(guān)人類歷史學(xué)的觀點(diǎn)將不斷更新。
  下一世代測(cè)序技術(shù)令人翹首
  古DNA的成功測(cè)序和組裝依賴于測(cè)序技術(shù)的進(jìn)步。同樣,有別于前兩代的下一世代測(cè)序技術(shù)也在2010年的基因組科學(xué)研究中“小荷已露尖尖角”,并入選世界十大科學(xué)進(jìn)展。
  下一世代測(cè)序技術(shù),是基于納米孔的單分子讀取技術(shù),可以直接讀取序列信息,簡(jiǎn)便快捷;反觀之前的兩代技術(shù),則需要熒光或化學(xué)發(fā)光物質(zhì)的協(xié)助, 通過讀取整合到DNA鏈上的光學(xué)信號(hào)而間接確定。
  雖然該測(cè)序方法仍有基因組覆蓋不完整等缺陷,但并不影響其風(fēng)生水起。
  例如,斯坦福大學(xué)的生物工程師Stephen Quake等研究人員在《自然—生物技術(shù)》發(fā)文稱,他們利用一臺(tái)新開發(fā)的單分子測(cè)序儀,對(duì)其本人的基因組進(jìn)行了測(cè)序,僅耗時(shí)4個(gè)星期,試劑費(fèi)約48000美元。
  與此同時(shí),離子激流公司的下一代硅芯片測(cè)序儀也獲得突破。利用該技術(shù),科學(xué)家們于2010年在《科學(xué)》雜志上公布了3個(gè)低成本的完整人類基因組序列。
  就此,英國(guó)納米孔公司總裁發(fā)表評(píng)論說,這一技術(shù)預(yù)示了基因測(cè)序領(lǐng)域的跳躍變化,或許今后不超過1000美元就可以完成一個(gè)基因組測(cè)序。
  中科院基因組研究所副所長(zhǎng)于軍告訴《科學(xué)時(shí)報(bào)》記者,基于現(xiàn)在的經(jīng)驗(yàn)曲線,即使目前廣泛運(yùn)用的第二代測(cè)序技術(shù),也可能在一兩年內(nèi)實(shí)現(xiàn)“千美元基因組”的設(shè)想;但是對(duì)于“百美元基因組”的設(shè)想可能還有一段路要走,急需***性技術(shù)的出現(xiàn)。
  然而,我們已然看到了希望。2010年4月6日,日本大阪大學(xué)產(chǎn)業(yè)科學(xué)研究所的川合知二和谷口正輝宣布,新一代DNA測(cè)序技術(shù)的可行性首次通過驗(yàn)證。
  這篇發(fā)表在《自然—納米技術(shù)》上的文章顯示,研究者通過電測(cè)方法,利用只有1納米的超短距離電極,成功地測(cè)量出構(gòu)成DNA的1個(gè)核酸堿基分子中流動(dòng)的電流,成功識(shí)別了核苷酸。
  令人欣喜的是,科學(xué)家們并沒有“喜新厭舊”。“不同代的測(cè)序技術(shù)并不互相排斥,尤其是化學(xué)原理不同的基本技術(shù),它們?cè)诰唧w應(yīng)用方面存在功能上的互補(bǔ)性,將長(zhǎng)期共存。”于軍強(qiáng)調(diào)。
  在測(cè)序技術(shù)快速發(fā)展的2010年,中國(guó)科學(xué)家同樣不甘落后。
  據(jù)了解,中科院的基因組研究所及半導(dǎo)體所聯(lián)合開發(fā)、具有部分自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第二代測(cè)序儀預(yù)計(jì)在今年3月下線,這不但能打破國(guó)外測(cè)序儀公司的壟斷,還將大大降低我國(guó)基因組測(cè)序的成本。
  此外,中科院基因組研究所已和浪潮集團(tuán)成立了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,將共同研發(fā)第三代基因測(cè)序儀,預(yù)計(jì)第一臺(tái)樣機(jī)于2013年問世。
  毫無疑問,新一代的測(cè)序技術(shù)必將對(duì)人類的未來生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
  測(cè)序分析理念迎來突破
  隨著新一代測(cè)序技術(shù)的廣泛使用,測(cè)序速度將越來越快,成本則大大降低。但是,測(cè)序產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)卻會(huì)給后期的生物信息分析帶來巨大壓力。
  “我認(rèn)為生物信息分析是在基因組測(cè)定過程中最關(guān)鍵的一項(xiàng)技術(shù)。”華大基因研究院副院長(zhǎng)王俊曾這樣表示。
  不過,就在2010年,基于基因組的生物信息學(xué)分析研究也取得了豐碩成果。
  當(dāng)年10月, 中科院基因組研究所、中科院上海生科院植物生理生態(tài)研究所等單位在《自然—遺傳學(xué)》雜志發(fā)表文章。研究人員結(jié)合第二代測(cè)序技術(shù)和自主開發(fā)的基因型分析方法,構(gòu)建了高密度的水稻單體型圖譜,并對(duì)秈稻品種的14個(gè)重要農(nóng)藝性狀進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析, 確定了這些農(nóng)藝性狀相關(guān)的候選基因位點(diǎn)。
  同樣來自《自然—遺傳學(xué)》等雜志的文章還顯示,倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的研究人員也通過多次全基因組關(guān)聯(lián)分析,發(fā)現(xiàn)了多個(gè)包括糖尿病、冠心病在內(nèi)的與現(xiàn)代熱點(diǎn)疾病相關(guān)的基因。
  事實(shí)上,研究人員還表示,對(duì)兩個(gè)毫不相干的人進(jìn)行“全基因組關(guān)聯(lián)分析”對(duì)比,或許能夠得出許多有用的研究信息,但如果輔以家庭遺傳關(guān)系,那么測(cè)序數(shù)據(jù)會(huì)更加準(zhǔn)確。
  《科學(xué)》雜志在2010年3月發(fā)表文章稱,美國(guó)首次為一個(gè)四口之家進(jìn)行了全基因組測(cè)序。由于有家庭遺傳背景關(guān)聯(lián),研究人員更精確地鎖定了與米勒綜合征相關(guān)的4個(gè)基因。
  “家庭測(cè)序?qū)⒊蔀榻窈蠡蜓芯亢图膊≈委煼矫娴囊粋€(gè)新工具。”于軍表示。
  隨著研究的深入,一項(xiàng)世界最大的表觀遺傳學(xué)研究項(xiàng)目也已啟動(dòng)。據(jù)了解,華大基因研究院與倫敦國(guó)王學(xué)院TwinsUK團(tuán)隊(duì)將通力合作,對(duì)5000對(duì)雙胞胎的基因組的化學(xué)修飾進(jìn)行深入研究。
  除了對(duì)測(cè)序結(jié)果分析方法及樣本選擇的拓展,2010年,研究人員還對(duì)測(cè)序理念和方式進(jìn)行了全新嘗試。
  2010年5月,刊于《自然—遺傳學(xué)》的一篇雜志文章稱,科學(xué)家們使用基因組定向捕獲工具——安捷倫的SOLiD,成功捕獲了4個(gè)患病嬰兒的外顯子組并測(cè)序成功;而華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員也在《科學(xué)》上表示,他們利用外顯子測(cè)序,找到了一種惡性眼疾的關(guān)鍵基因。
  毫無疑問,這項(xiàng)備受各方關(guān)注、位列世界十大科學(xué)進(jìn)展的技術(shù)將會(huì)越來越多地應(yīng)用于更多疾病研究,用來尋找包括癌癥在內(nèi)的多重疾病的致病基因和易感基因。
  于軍評(píng)論說,與全基因組重測(cè)序相比,外顯子組測(cè)序相對(duì)經(jīng)濟(jì)、高效。它只需針對(duì)外顯子區(qū)域的DNA即可,覆蓋度更深、準(zhǔn)確性更高。
  而公共數(shù)據(jù)庫提供的大量外顯子組數(shù)據(jù),更是為科學(xué)家更好地解釋研究結(jié)果提供了便利。
  顯而易見,在未來,基因組測(cè)序分析理念將隨著測(cè)序技術(shù)的升級(jí)而不斷變革。
  各方眼中的基因組科學(xué)
  正如上文所述,在已經(jīng)過去的2010年里,全世界每個(gè)月幾乎都有兩到三個(gè)家族全基因組和外顯子組測(cè)序被用于檢測(cè)疾病的基因突變。
  由此可以看出,基因組科學(xué)離人們的生活越來越近。英國(guó)醫(yī)學(xué)研究臨床科學(xué)中心的分子遺傳學(xué)家Tim Aitman表示,基因組測(cè)序在未來的10年到20年內(nèi)將更加普及。
  在美國(guó),盡管其食品與藥品管理局嚴(yán)格控制私人基因組公司的產(chǎn)品,但隨著基因組測(cè)序費(fèi)用的不斷降低,越來越多的醫(yī)生開始利用全基因組或外顯子組測(cè)序技術(shù)進(jìn)行診斷。
  基因組科學(xué)帶給普通患者治愈疾病的希望,那么對(duì)科學(xué)研究又會(huì)有怎樣深遠(yuǎn)的影響?
  《自然》雜志對(duì)超過1000名生物學(xué)家的一項(xiàng)調(diào)查顯示,幾乎所有生物學(xué)家都在一定程度上受到人類基因組計(jì)劃的影響。

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