基因組科學(xué)引領(lǐng)生命科學(xué)大步向前(2)
2011-02-14 09:23
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來(lái)源:科學(xué)時(shí)報
作者:水**南
責任編輯:水北天南
[導讀] 越來(lái)越多的醫生開(kāi)始利用全基因組或外顯子組測序技術(shù)進(jìn)行診斷,隨著(zhù)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(lèi)歷史學(xué)的觀(guān)點(diǎn)將不斷更新。
下一世代測序技術(shù)令人翹首
古DNA的成功測序和組裝依賴(lài)于測序技術(shù)的進(jìn)步。同樣,有別于前兩代的下一世代測序技術(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(guān)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(guò)讀取整合到DNA鏈上的光學(xué)信號而間接確定。
雖然該測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(chēng),他們利用一臺新開(kāi)發(fā)的單分子測序儀,對其本人的基因組進(jìn)行了測序,僅耗時(shí)4個(gè)星期,試劑費約48000美元。
與此同時(shí),離子激流公司的下一代硅芯片測序儀也獲得突破。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(lèi)基因組序列。
就此,英國納米孔公司總裁發(fā)表評論說(shuō),這一技術(shù)預示了基因測序領(lǐng)域的跳躍變化,或許今后不超過(guò)1000美元就可以完成一個(gè)基因組測序。
中科院基因組研究所副所長(cháng)于軍告訴《科學(xué)時(shí)報》記者,基于現在的經(jīng)驗曲線(xiàn),即使目前廣泛運用的第二代測序技術(shù),也可能在一兩年內實(shí)現“千美元基因組”的設想;但是對于“百美元基因組”的設想可能還有一段路要走,急需***性技術(shù)的出現。
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測序技術(shù)的可行性首次通過(guò)驗證。
這篇發(fā)表在《自然—納米技術(shù)》上的文章顯示,研究者通過(guò)電測方法,利用只有1納米的超短距離電極,成功地測量出構成DNA的1個(gè)核酸堿基分子中流動(dòng)的電流,成功識別了核苷酸。
令人欣喜的是,科學(xué)家們并沒(méi)有“喜新厭舊”。“不同代的測序技術(shù)并不互相排斥,尤其是化學(xué)原理不同的基本技術(shù),它們在具體應用方面存在功能上的互補性,將長(cháng)期共存。”于軍強調。
在測序技術(shù)快速發(fā)展的2010年,中國科學(xué)家同樣不甘落后。
據了解,中科院的基因組研究所及半導體所聯(lián)合開(kāi)發(fā)、具有部分自主知識產(chǎn)權的第二代測序儀預計在今年3月下線(xiàn),這不但能打破國外測序儀公司的壟斷,還將大大降低我國基因組測序的成本。
此外,中科院基因組研究所已和浪潮集團成立了聯(lián)合實(shí)驗室,將共同研發(fā)第三代基因測序儀,預計第一臺樣機于2013年問(wèn)世。
毫無(wú)疑問(wèn),新一代的測序技術(shù)必將對人類(lèi)的未來(lái)生活產(chǎn)生深遠影響。
測序分析理念迎來(lái)突破
隨著(zhù)新一代測序技術(shù)的廣泛使用,測序速度將越來(lái)越快,成本則大大降低。但是,測序產(chǎn)生的大量數據卻會(huì )給后期的生物信息分析帶來(lái)巨大壓力。
“我認為生物信息分析是在基因組測定過(guò)程中最關(guān)鍵的一項技術(shù)。”華大基因研究院副院長(cháng)王俊曾這樣表示。
不過(guò),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。研究人員結合第二代測序技術(shù)和自主開(kāi)發(fā)的基因型分析方法,構建了高密度的水稻單體型圖譜,并對秈稻品種的14個(gè)重要農藝性狀進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析, 確定了這些農藝性狀相關(guān)的候選基因位點(diǎn)。
同樣來(lái)自《自然—遺傳學(xué)》等雜志的文章還顯示,倫敦帝國理工學(xué)院的研究人員也通過(guò)多次全基因組關(guān)聯(lián)分析,發(fā)現了多個(gè)包括糖尿病、冠心病在內的與現代熱點(diǎn)疾病相關(guān)的基因。
事實(shí)上,研究人員還表示,對兩個(gè)毫不相干的人進(jìn)行“全基因組關(guān)聯(lián)分析”對比,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,那么測序數據會(huì )更加準確。
《科學(xué)》雜志在2010年3月發(fā)表文章稱(chēng),美國首次為一個(gè)四口之家進(jìn)行了全基因組測序。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。
“家庭測序將成為今后基因研究和疾病治療方面的一個(gè)新工具。”于軍表示。
隨著(zhù)研究的深入,一項世界最大的表觀(guān)遺傳學(xué)研究項目也已啟動(dòng)。據了解,華大基因研究院與倫敦國王學(xué)院TwinsUK團隊將通力合作,對5000對雙胞胎的基因組的化學(xué)修飾進(jìn)行深入研究。
除了對測序結果分析方法及樣本選擇的拓展,2010年,研究人員還對測序理念和方式進(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(chēng),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序成功;而華盛頓大學(xué)醫學(xué)院的研究人員也在《科學(xué)》上表示,他們利用外顯子測序,找到了一種惡性眼疾的關(guān)鍵基因。
毫無(wú)疑問(wèn),這項備受各方關(guān)注、位列世界十大科學(xué)進(jìn)展的技術(shù)將會(huì )越來(lái)越多地應用于更多疾病研究,用來(lái)尋找包括癌癥在內的多重疾病的致病基因和易感基因。
于軍評論說(shuō),與全基因組重測序相比,外顯子組測序相對經(jīng)濟、高效。它只需針對外顯子區域的DNA即可,覆蓋度更深、準確性更高。
而公共數據庫提供的大量外顯子組數據,更是為科學(xué)家更好地解釋研究結果提供了便利。
顯而易見(jiàn),在未來(lái),基因組測序分析理念將隨著(zhù)測序技術(shù)的升級而不斷變革。
各方眼中的基因組科學(xué)
正如上文所述,在已經(jīng)過(guò)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序被用于檢測疾病的基因突變。
由此可以看出,基因組科學(xué)離人們的生活越來(lái)越近。英國醫學(xué)研究臨床科學(xué)中心的分子遺傳學(xué)家Tim Aitman表示,基因組測序在未來(lái)的10年到20年內將更加普及。
在美國,盡管其食品與藥品管理局嚴格控制私人基因組公司的產(chǎn)品,但隨著(zhù)基因組測序費用的不斷降低,越來(lái)越多的醫生開(kāi)始利用全基因組或外顯子組測序技術(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,那么對科學(xué)研究又會(huì )有怎樣深遠的影響?
《自然》雜志對超過(guò)1000名生物學(xué)家的一項調查顯示,幾乎所有生物學(xué)家都在一定程度上受到人類(lèi)基因組計劃的影響。
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