百e资讯-百e新闻:基因检测开辟一片新天地?
发布时间:10/29/2018, 12:00:00 AM

提起时下最火热的科技名词,基因检测、大数据、人工智能一定榜上有名。其实大众对“基因”并不陌生,从侦探小说中的头发丝破案、言情剧中的DNA亲子鉴定,再到崔永元猛烈抨击转基因的社会事件,无一例外都在教授我们神奇的生物学知识。

不知不觉,我们发现基因检测这个词已成为高频词汇,越发频繁地出现在生活周围。如果邻居的祖孙三代都像一个模子刻出来的,你一定会举手称赞:你家的遗传基因简直太强大了!

基因趣味简史与传奇鼻祖

基因的发现,堪称人类科学史上最伟大的科学奇迹之一。继米歇尔于偶然中发现人类新物质核酸后,无数科学家又对核酸模样产生浓厚兴趣。最为人熟知地便是沃森和克里克这对黄金搭档。1953年,两人提出DNA结构的双螺旋模型,现代分子生物学随之诞生。

沃森既是现代生物学教父,也是所有“生物狗”一生崇拜的大神,年轻时英俊潇洒、水灵光鲜,17岁已就读芝加哥大学。后来在剑桥大学卡文迪许研究室,与克里克相遇,当时克里克35岁,沃森23岁。但年龄的代沟无法阻挡心灵与精神的交汇,两人很快达成默契,决定通过直接搭建模型的捷径来破解DNA结构。功夫不负有心人,最终他们因破解DNA的谜团而流芳百世。

       

测序技术更新迭代,一代更比一代强

20年后,一项新技术横空出世,桑格于1975年发明了第一代基因测序技术,它至今仍是基因测序界无可撼动的黄金技术。虽然第一代测序技术意义非凡,但它并非完美无缺,成本奇高,测序速度慢就是致命弱点。为此,后辈们不断革新突破,终于发明了第二代测序技术,主要以Roche公司的454技术、Illumina公司的Solexa技术和ABI公司的SOLiD技术为标志。从那时起,三大科技巨头叱咤风云的局面一直持续了很长时间,Illumina时至今日依然保持领先,成为全球测序仪的领航者。

相比第一代测序技术,第二代(NGS)技术以高通量为主要特点,能大幅缩减时间,提升测序效率。比如使用桑格法测序的人类基因组计划,耗时三年花费了30亿美元,但使用第二代SOLiD测序技术只需要一周左右。但同样,第二代仍有改进空间,较短的读长不利于生物信息学分析,并且经过PCR扩增后,DNA分子片段可能有所偏差,也会影响测序结果。

为此,第三代测序技术应运而生。其中以单分子测序技术最为著名。主要包括Heli-cos公司的真正单分子测序技术、Oxford Nanopore 的单分子纳米孔测序技术、PacBio公司的单分子实时测序技术等。简单说,第三代的傲人特色是不需要经过PCR扩增,能直接对每一条DNA分子单独测序,这又一次刷新人类三观,颠覆大众认知。

提起PCR,不得不说地还有如今红遍天的数字PCR。数字PCR是Digital PCR(dPCR),是一种核酸分子绝对定量技术,相较于qPCR,数字PCR能够直接读出DNA分子的个数,对起始样量能了如指掌,实现绝对定量。

百花齐放,各类应用争奇斗艳

虽然基因测序技术发展迅猛,不断推陈出新,但归根结底它还是一种科研或应用工具,还要回到群众中去服务人民。

下面精辟总结基因检测,告诉你五花八门的检测类型:

1、新生儿基因筛查:婴儿出生24-48小时内,从脚跟处采集血样并送到实验室分析,目的为新生儿进行基因筛查,及早确定生命早期治疗的遗传性疾病;

2、无创产前检测(NIPT):国内基因测序临床转化最成熟的项目,采取孕妇静脉血,利用第二代测序技术对血浆中的游离DNA片段(包含胎儿游离DNA)进行测序与生物信息分析,从中判断胎儿是否患三大染色体疾病;

3、肿瘤分子诊断&疾病早筛:通过肿瘤基因检测早期发现和诊断癌症;

4、用药指导&伴随诊断:主要采用分子诊断技术进行患者用药指导,实现科学服药与疗效最大化,而伴随诊断是一种体外诊断技术,针对患者提供特定治疗药物的治疗反应信息,帮助医生作出最佳诊断。

5、心血管&遗传疾病:通过分子生物学相关技术对血液、体液中的分子标志物或生物大分子进行检测来进行心血管与遗传疾病相关的诊断;

6、母婴健康&微生物:新生儿出生前多种因素,如剖腹产、抗生素治疗、益生菌、营养补充剂、宠物等都会影响婴幼儿体内的菌群平衡,所以检测微生物能及时发现菌群是否紊乱,是否引发婴儿免疫系统异常造成疾病风险;

7、病原微生物检测:应用分子生物学技术快速检测病原微生物,对感染性疾病的诊断意义重大。近几年全球出现的几次重大疫情,都采用了NGS鉴定分析;

8、微生物控制慢病健康:微生物生态系统与人体健康状况紧密联系。失衡的微生态系统会导致多种慢性疾病,例如肥胖症、II 型糖尿病、肠炎(IBD)以及抑郁症等;

9、抗生素耐药性与养殖:目前临床用药及畜牧养殖中,明令禁止滥用抗生素,以避免丛生刀枪不入的超级耐药细菌,微生物检测能辅助判断抗生素用量及效果;

10、精准营养食品专业:通过基因测序可提前预知自身是否具有患糖尿病、肥胖的高风险。为此靶向设计、精准制造营养、健康的个性化食品;

11、药物基础研究与药物临床测试:通过药物相关的基因检测结果,能为制定个体化给药方案提供科学依据,目前不少创业公司聚焦研究药物相关基因与药物代谢动力学和产生药物不良反应个体的相关性,建立中国人临床用药数据库;

12、消费级基因检测:能预测未来患病风险,也是目前颇具争议的热点话题。该门类下有祖源分析、疾病易感基因筛查、宠物基因检测、DNA应用商店等细分领域。

祖源分析,通过基因检测,从遗传学角度回答你是谁,你从哪里来等哲学命题。国内知名公司有Wegene,23魔方等,国外有23 and me;以Wegene为例,只用收集一点口水,就能告诉你上至祖上十八代,下至今生今世的所有秘密。用户仅花几百元下单后,即会收到Wegene寄送的一个小盒子,内装唾液收集管、说明书及回收袋,用户间隔绝食半小时后,往唾液管中吐2~4ml口水,回寄给公司,4~6周内就能在Wegene官网上下载一份基因检测报告,包括祖源分析、运动基因、营养代谢水准、药物反应等专业说明。用户轻松便捷就能获悉自身所有潜藏的奥秘,极大满足了解自我的求知欲和好奇心。这也是黑科技Wegene收集口水赚钱的根本原因。

“非科幻,即现实”的Wegene检测盒

而消费级基因检测目前颇受争议,还源于天赋基因检测这种带有商业炒作嫌疑的不端行为。所谓天赋基因检测,是取孩子的口腔黏膜进行基因测序,以找出儿童具备的优势天赋基因。一般天赋基因检测包括乐观、冒险、交际、音乐、表演、文学等40种不同天赋基因。望子成龙的家长们期望通过一次检测,就能针对性地因材施教培养孩子,让孩子成长为天才,但可惜这种检测被认为缺乏足够的科学依据。

疾病易感基因筛查同样神通广大,取被检测者的口腔粘膜组织或其它组织,经过基因检测,分析疾病易感基因的情况,从而预测患病风险,指导用户主动改善生活习惯;宠物基因检测,也被视为新的消费方向,常言人不如狗,如今将逐渐变为现实。宠物基因检测能帮助医生和主子了解三大终极哲学命题,宠物从哪来,现在怎样,未来将怎样,帮助主子们看透狗生与喵生。

2016年MIT评出了“2016年十大突破技术” ,其中DNA应用商店(DNA APP Store)榜上有名,该应用商店乃是由基因测序巨头Illumina孵化、并于2015年以1亿美元首轮融资高调进入市场的Helix。时隔两年,便轰动全球的发布了首个DNA在线产品应用市场,提供超过20种面向消费者的基因检测产品和服务,某种程度上了开创基因产业生态的小时代,实现个人基因组一站式消费体验场景。其设计理念的巧妙之处在于,Helix只需要收集DNA样本一次,测序一次,安全存储好用户的唾液DNA样本后,用户就能从Helix在线应用市场订购各种各样的DNA检测产品。

毫无疑问,随着未来基因检测成本日益降低,每个个体都会拥有自己的DNA身份证,到时各类脑洞大开的基因检测应用都会为大众提供一份科学有趣、独一无二的预测,遇见未来也不再是梦。

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