对话Illumina:基因测序是一把双刃剑?

2014年5月13日 09:26:34 来源: 新华网
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Illumina公司从事着比谷歌和微软更“神秘”的行业:制造基因测序仪。记者就"基因测序,会不会是一把双刃剑?"等一连串基因测序的话题,提问这家全球“最聪明”的创新企业

  人类基因组测序的成本真的已经降到了约1000美元了吗?完成一次测序只需要一天时间?这些听起来很神奇的事情,究竟是如何发生的?基因测序,会不会是一把双刃剑?

  近日在上海自贸试验区内,由美国麻省理工学院《麻省理工科技评论》最新评出的“2014年度全球创新企业50强”第一名——Illumina公司的首席执行官Jay T.Flatley(杰·弗拉特利)与中国媒体面对面。

  Illumina,这个名字在科学界比较有名,对大众而言依然很陌生。他们从事着比谷歌和微软更“神秘”的行业——制造基因测序仪。记者就一连串基因测序的话题,提问这家全球“最聪明”的创新企业。

  基因测序之“变”

  在中国人的记忆中,认识基因遗传理论是从中学课本里介绍孟德尔的豌豆杂交试验开始的。遗传定律被发现是在19世纪60年代。到了20世纪初,遗传学家摩尔根通过果蝇遗传实验,认识到基因存在于染色体上,并且在染色体上呈线性排列。

  再过了大约半个世纪,随着分子遗传学的发展,尤其是沃森和克里克发现DNA的双螺旋结构以后,人们进一步认识了基因的本质,即基因是具有遗传效应的DNA片断。研究结果还表明,每条染色体一般含有一个长长的DNA分子,每个DNA分子上有成百上千个基因,每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸。

  不过中学老师都会告诉你,就算知道了这些,人类依然无法了解人类自身的基因图谱。要测出成人染色体中所包含的30亿个碱基对组成的核苷酸序列,依靠的是“人类基因组计划”,它由美国科学家于1985年率先提出,于1990年正式启动,美、英、法、德、日以及中国科学家共同参与了这一预算达数十亿美元的人类基因组计划。

  有人把人类基因组测序计划与阿波罗登月计划相提并论,认为它对人类历史而言十分伟大。这项计划集合了全世界顶尖科学家的力量,最终在2000年完成了人类基因组草图的绘制,并于2001年公之于众。到2005年,人类基因组计划的测序工作宣告基本完成。

  显然,在2005年之前,动辄上亿美元的高额测序成本,使得人类基因组测序还停留在高端研究的领域。不过,这样的情况在2005年-2007年发生了变化,多家公司相继推出了“高通量测序仪器”,使得测序成本下降到了几百万美元的级别,这种通过技术改进实现的测序,也被称为“二代基因测序”。

  Jay T.Flatley告诉记者,时隔不到10年,又经过了数轮技术改进与革新,到了2013年,Illumina公司发布了“Hiseq XTM Ten”成套设备,又将人类基因组测序成本大幅降低,速度再次提升。不过,对普通人而言“1000美元测人类基因”,听上去好像还是一个神话。

  “快捷”与“低成本”是如何实现的?

  来自Illumina公司的消息说,今年年中,上海自贸试验区就将迎来一整套“Hiseq XTM Ten”,它将完全服务于自贸区内的研发平台企业——诞生于中国的药明康德公司的科学研究。

  这将是全球第九套、中国第二套投入科研运用的此类大型设备,在中国境内的另一套设备目前在北京服务于一家名叫“诺禾致源”的公司。此外,此类大型设备的购买和应用者主要分布在美国、澳大利亚、韩国等。

  在基因测序领域,这样的“快捷”与“低成本”是如何实现的?弗拉特利告诉记者,公司的核心竞争力是“多重合一”的,这一强大的设备将激光技术、生物分子技术、表面化学、软件分析、电子学等多学科相关的新兴技术综合在一起,实现了测序数据的高效产出。

  药明康德方面介绍说,这样的成套设备好比是一个“测序工厂”,适合运行于大型基因组测序中心,为各类生命科学和生物医学研究提供海量、高效率的测序服务。据测算,在一天24小时内,此类设备可同时完成一套或多套人类基因组测序任务。

  基因测序是双刃剑吗?

  除了在基础研究、遗传学分析、生物制药等方面的应用,基因测序设备正在发挥更多的作用,人们也听到如今在医疗领域有一些机构和医院提到“测序”。就在今年2月,中国国家食品药品监管总局和国家卫计委叫停未经审批准入的包括产前基因检测在内的二代基因测序(指获得技术改进后的高通量测序)产品和技术等在医疗机构临床诊断中的应用。

  对此,记者采访从事相关领域研究的中国科学家和Illumina公司时,他们也都表示理解中国政府迅速规范基因测序领域的政策意图,并认为政府监管和实施认证具有必要性。

  “对遗传性疾病有诊断与咨询意义的基因测序应当是在政府授权、各部门严格监管下展开,卫计委等叫停的测序,与近年来一些测序服务机构、厂家宣称可以提供基于基因测序的咨询与诊断服务,以及出具那些未获认证的咨询及诊断书有关,没有经过充分基础与临床研究的基因咨询与诊断极易出现假阳性、假阴性,对接受测序者是极不负责的。”

  中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所研究员仇子龙说。据了解,所谓高通量的“二代测序”,曾被一些机构异化为“ 一滴血 包测百病”等噱头,其背后则裹挟着巨大的商业利益。

  仇子龙分析,叫停临床诊断中的基因测序,不意味着在科研领域不能使用测序方法和仪器。在规范的科学研究过程中,若使用基因测序方法应用人类样本对遗传性疾病进行研究,首先必须与医生团队进行合作,得到医院的医学伦理批准,在获得国家相关政府部门的许可、监管后进行。

  仇子龙说,科研人员期望对诸多重大疾病如癌症、自闭症等进行有针对性的基因测序,最终确认基因突变与复杂重大疾病的关系,从而推动科研突破,惠及普通患者。但这是一个漫长的过程,必须循序渐进。

  专家强调,随着基因测序技术的不断进步,蕴藏于人类遗传领域的众多信息和奥秘将逐步被“破译”。在利于前沿高科技解码基因信息的同时,也要尊重人类本身,即必须是依法合规的,秉持伦理性和公益性,并保护隐私和信息安全。