隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，基因測(cè)序的成本正變得越來越“親民”。不過，人們認(rèn)為1000美元仍然不能使基因測(cè)序成為一個(gè)“飛入尋常百姓家”的臨床診斷價(jià)格，人們的下一個(gè)目標(biāo)是100美元。
“如果說二代測(cè)序的使命是使成本降低到1000美元/基因組的話，那么三代測(cè)序的使命就是使成本降低到100美元/基因組，進(jìn)一步促進(jìn)測(cè)序發(fā)展為臨床的常規(guī)檢測(cè)技術(shù)，在臨床診療上發(fā)揮更大的作用。”南方科技大學(xué)副教授、深圳市瀚?；蛏锟萍加邢薰?以下簡稱“瀚?；?rdquo;)創(chuàng)始人兼CEO賀建奎告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者，隨著第三代測(cè)序技術(shù)(即“單分子測(cè)序技術(shù)”)的發(fā)展，人們距離這個(gè)目標(biāo)正越來越近。
第三代測(cè)序更易臨床推廣
在世界范圍內(nèi)，基因測(cè)序儀一度被幾家主要的公司所壟斷，著名的測(cè)序公司有Illumina、Life Tech、羅氏(Roche)、太平洋生物等，我國99%以上的測(cè)序儀和試劑都依賴于進(jìn)口。而在單分子測(cè)序方面，此前也僅有美國和英國推出了第三代測(cè)序儀。
“業(yè)界對(duì)第三代測(cè)序儀非常關(guān)注。太平洋生物于2014年推出一款小型化的單分子測(cè)序儀Sequel，在短短一個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，他們公司股價(jià)就上漲了一倍。”瀚?；蚧瘜W(xué)部總監(jiān)高雁介紹說，在臨床應(yīng)用方面，第三代測(cè)序儀有著比二代測(cè)序儀更大的優(yōu)勢(shì)。
“二代測(cè)序需要一個(gè)比較復(fù)雜的樣品制備過程，同時(shí)為了建庫，還需要匹配十余臺(tái)設(shè)備，光這些設(shè)備就需要一百多萬元。”高雁告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者，二代測(cè)序技術(shù)很難在醫(yī)院推廣——醫(yī)生并不愿意進(jìn)行煩瑣的、需要相對(duì)專業(yè)水平的樣品制備等操作，他們更期待一鍵式、自動(dòng)化的操作儀器：待測(cè)樣品放進(jìn)去，自動(dòng)運(yùn)行，隔天之后就得到一個(gè)非常直接的報(bào)告，而不是將測(cè)序結(jié)果交由第三方的生物信息學(xué)的專業(yè)人員進(jìn)行分析，再給醫(yī)生反饋。
賀建奎認(rèn)為，相比二代測(cè)序，第三代測(cè)序技術(shù)在臨床上的應(yīng)用有明顯優(yōu)勢(shì)：第三代測(cè)序技術(shù)不需要PCR擴(kuò)增，可直接對(duì)單個(gè)分子進(jìn)行測(cè)序;樣品制備簡單，測(cè)序成本進(jìn)一步降低;可直接讀取RNA的序列和包括甲基化在內(nèi)的DNA修飾。這些優(yōu)勢(shì)可以大大改善臨床基因測(cè)序的成本、速度和質(zhì)量。
瀚?；?014年5月份立項(xiàng)，致力于開發(fā)一款面向臨床應(yīng)用、可供醫(yī)生直接使用的第三代基因測(cè)序儀。2015年10月底，瀚海基因率先在國內(nèi)研發(fā)出第三代測(cè)序儀的原理樣機(jī)“GenoCare”，引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。賀建奎預(yù)計(jì)，工程樣機(jī)將于2016年下半年制成。
精準(zhǔn)醫(yī)療的入口
基因測(cè)序作為精準(zhǔn)醫(yī)療的重要一環(huán)，隨著技術(shù)的進(jìn)步以及成本的下降，近年來發(fā)展迅速。
精準(zhǔn)醫(yī)療主要包括精準(zhǔn)診斷和精準(zhǔn)治療兩部分。作為精準(zhǔn)診斷的關(guān)鍵，基因測(cè)序已成為當(dāng)仁不讓的精準(zhǔn)醫(yī)療的入口。如今，醫(yī)療部門通過基因測(cè)序及分析技術(shù)對(duì)病人分子層面信息進(jìn)行收集，再利用生物信息學(xué)分析工具對(duì)所有信息進(jìn)行整合并分析，醫(yī)生可以早期預(yù)測(cè)疾病的發(fā)生、可能的發(fā)展方向和疾病可能的結(jié)局，以幫助作出診斷。
賀建奎介紹說，目前，單分子測(cè)序平臺(tái)可以廣泛應(yīng)用于無創(chuàng)產(chǎn)前診斷、腫瘤早期無創(chuàng)診斷、胚胎植入前遺傳學(xué)篩查、病原體檢測(cè)和遺傳病基因變異檢測(cè)等。
“已有文獻(xiàn)報(bào)道證明，對(duì)唐氏綜合征的篩查，單分子測(cè)序技術(shù)比Illumina測(cè)序技術(shù)對(duì)檢測(cè)21號(hào)染色體異常更為靈敏。”高雁告訴記者，他們的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)還顯示，單分子測(cè)序能夠檢測(cè)到3%的低頻突變。
對(duì)于病患而言，如果切除癌癥的腫瘤組織，其中大概只有40%是真正的癌癥組織，其余60%則是正常的血管等組織。而在40%的癌癥組織中，大約只有50%發(fā)生了癌細(xì)胞突變，另外一半正常。這樣算下來，需要真正檢測(cè)的有突變的癌癥細(xì)胞只占所要切除的癌癥組織的20%左右。
“我們研究團(tuán)隊(duì)將靶向基因捕獲和測(cè)序融合在一步完成，實(shí)現(xiàn)了單分子靶向測(cè)序。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，證實(shí)了可以檢測(cè)到3%低頻突變。所以我們認(rèn)為，這個(gè)原理將來有可能用到癌癥的早期檢測(cè)。”高雁說。
此外，賀建奎告訴記者，對(duì)于諸如埃博拉等重大暴發(fā)性傳染病的應(yīng)用領(lǐng)域，第三代或第四代(納米孔分子測(cè)序)測(cè)序技術(shù)的應(yīng)用，更是能夠第一時(shí)間讓病毒現(xiàn)出原形，從而為重大傳染病防控提供科學(xué)依據(jù)。
“測(cè)序技術(shù)不能僅僅用于科研，更要用于臨床，這樣才擁有更廣闊的市場和更長久的生命力。”高雁說。
并非取代二代測(cè)序
盡管第三代測(cè)序技術(shù)優(yōu)勢(shì)多多，但并不意味著單分子測(cè)序無所不能，也并非毫無瑕疵。賀建奎告訴記者，目前第三代測(cè)序并不能取代二代測(cè)序，而是作為對(duì)其的一種補(bǔ)充共同發(fā)展。
“單分子測(cè)序有通量限制，普遍不如二代測(cè)序儀高。這限定了其在全基因組測(cè)序方面‘拼’不過二代測(cè)序儀。”賀建奎說，單分子測(cè)序儀并不適合獨(dú)立做全基因組測(cè)序，更適于針對(duì)有限的、個(gè)性化的、目標(biāo)性的應(yīng)用。
此外，第三代測(cè)序儀盡管節(jié)省了人力和物料成本，但它的硬件成本還相對(duì)較高。賀建奎舉例說，太平洋生物公司一款單分子測(cè)序儀的成本約為150萬美元，其最新版本盡管降低了1/3的成本，其“身價(jià)”仍令人咋舌。
“總體來講，第三代測(cè)序儀還處于起步的發(fā)展階段，仍有未知的空間等待進(jìn)一步探索。比如三代測(cè)序儀提供了一個(gè)強(qiáng)大功能，它或能發(fā)現(xiàn)潛在遺傳信息。”賀建奎說，基因測(cè)序技術(shù)作為生物大產(chǎn)業(yè)的金字塔頂尖的技術(shù)，需要國家大力支持。
“三代測(cè)序技術(shù)的發(fā)展需要國家像支持國產(chǎn)CPU、國產(chǎn)大飛機(jī)那樣的力度去支持。”賀建奎認(rèn)為，基因測(cè)序技術(shù)涉及多學(xué)科領(lǐng)域的交叉，這一行業(yè)的快速發(fā)展，勢(shì)必帶來光學(xué)、表面化學(xué)等工業(yè)品質(zhì)的提升，這些方面的共同進(jìn)步最終將推動(dòng)“中國制造”走向“中國創(chuàng)造”。
