基因测序技术原理
基因测序(9张)
基因测序技术能锁定个人病变基因，提前预防和治疗
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自上世纪90年代初，学界开始涉足“人类基因组计划”。而传统的测序方式是利用光学测序技术。用不同颜色的荧光标记四种不同的碱基，然后用激光光源去捕捉荧光信号从而获得待测基因的序列信息。
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虽然这种方法检测可靠，但是价格不菲也是有目共睹的，一台仪器的价格大约在50万到75万美元，而检测一次的费用也高达5千到1万美元。
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“基因测序”体检(2张)
最新的基因测序仪中，芯片代替了传统激光镜头、荧光染色剂等，芯片就是测序仪。
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通过半导体感应器，仪器对DNA复制时产生的离子流实现直接检测。当试剂通过集成的流体通路进入芯片中，密布于芯片上的反应孔立即成为上百万个微反应体系。
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这种技术组合，使研究人员能够在短短2小时内获取基因信息。而使用传统的光学测序技术需等待数周乃至数月后才能得到结果。同时，检测一次的费用也降到了最低1千美元。
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基因测序操作设备
过长的测序周期以及上万美元的仪器成本，成了阻碍基因测序进入寻常百姓家的障碍。而运用新技术的基因测序仪大大降低了基因组测序的门槛，使得更多研究人员能够使用这项技术开发多种应用。
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总部位于美国加州的生命技术公司（Life Technologies），最近正在中国推出台式基因测序仪Ion Proton，并称这款产品可在一天时间内完成个人全基因组测序。这意味着基因测序技术有望走进临床实践，普通老百姓也能得知自己的基因序列。 但是，这款产品还未获得FDA（美国食品及药物管理局）和SFDA（中国国家食品药品监督管理局）的权威认证，其具体作用还有待检验。
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总部位于深圳的基因组学研究中心华大基因2013年完成对人类全基因组精准测序的创新领导者Complete Genomics（简称“CG”）公司的收购，2015年CG推出一款完全集成式的“超级测序仪”Revolocity?，澳大利亚健康服务公司Mater和荷兰奈梅亨大学医学中心成为Revolocity?测序系统的首批用户。
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华大基因拥有Complete Genomics，Illumina HiSeq，ABI SOLiD System，Roche GS FLX Platform，Ion Torrent及Ion Proton等新一代测序平台。其中Complete Genomics测序平台华大基因完全拥有自主知识产权。
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基因测序主要功能
基因测序只是基因检测的方法之一，其又叫基因谱测序，是国际上公认的一种基因检测标准。
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基因测序广为人知的还有针对唐氏综合征筛查的无创产前基因检测。只需要孕妇5毫升血，通过化验血液中甲型胎儿蛋白（AFP）、人类绒毛膜促性腺激素（β-hCG）的浓度，就可以算出胎儿出现唐氏综合征的危险性。
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最近公众关注的H7N9，就是中国科学家通过基因测序等技术手段，发现的一种新型重配禽流感病毒。
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近年间，基因测序从实验室走入临床，甚至逐渐成为全球医学界热门的话题。其中一个很重要的原因，是“名人效应”，苹果公司创始人乔布斯和影星安吉丽娜?朱莉都曾采用基因测序方法希望抵御癌症的侵袭，朱莉还为此预防性地切除自己的乳腺。乔布斯虽然仍因癌症去世，但他生前接受的全基因测序，已成为很多国家富人追捧的高端体检服务。
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基因测序应用领域
英国伦敦大学学院和美国罗格斯大学的联合研究团队，将基因测序技术和超级计算机技术相结合，试图探索解决这一命题。研究人员把艾滋病（HIV）蛋白酶分子作为对象,酶在不同人体中形状略有不同，尤其是在蛋白质活动区，在那里酶完成切片并构成了下一个病毒，进而形成特定的病毒基因序列。如果知道了酶的形状，就可以找到相应的药物来阻止这一过程。研究人员通过模拟人体中不同形状的艾滋病病毒感染的关键蛋白质，演示了由计算机优化给出的多种艾滋病治疗药物疗效的排序清单。英国伦敦大学学院的皮特.柯文尼教授称：“有可能通过病人的基因组序列，推断出酶的形状，构建准确的蛋白质三维结构，筛选匹配药物，并将结果告诉主治医生给出最优处方。”目前，研究团队已采用这一思路，对市场上在用的9种艾滋病治疗药物中的7种进行了排序验证。
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科学家表示实际工作远比看起来复杂。目前他们建立的50多个模拟模型，就要配有5000个处理器的计算机不停的计算12-18个小时，还要对计算结果做大量的数据分析，才能给出药物的排序。今天的通用计算机技术很难胜任这样的工作，乐观的看，依当前计算机技术发展速度看，也许十年后真能实现计算机为病人“抓药”。
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基因测序产生背景
史蒂夫?乔布斯曾接受过全基因测序
基因测序，本是一种实验室研究技术手段，因“名人效应”应用于高端体检、产前诊断等领域，价格不菲。基因测序最广为人知的，是影星安吉丽娜?朱莉通过基因检测，选择手术切除乳腺以降低患乳腺癌风险。2011年去世的苹果公司创始人史蒂夫?乔布斯患癌时，也曾接受过全基因测序。
基因测序挽救两兄妹
1996年，一对双胞胎出生了，男孩叫诺亚，女孩叫艾丽西斯。然而，他们的行为举止与别的孩子有所不同。从回到家的那天起，这对双胞胎就开始腹痛，并且一天要呕吐好几次。
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在孩子们两岁的时候，他们被确诊为脑瘫。在精心的治疗和护理之下，这对双胞胎的病情似乎得到了控制。然而，5岁半的时候，双胞胎的病情又开始恶化。女孩艾丽西斯的眼珠开始上翻，手也无法正常下垂；男孩诺亚则是一天24小时地不断呕吐。他们甚至无法像正常人一样走路、说话。
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此后，双胞胎的病情又几次反复，一直没有找到能治愈他们的方法。
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2003年，机缘巧合，这对双胞胎和他们的哥哥以及父母进行了一次基因测序。经过对比分析，最终发现双胞胎致病的罪魁祸首是体内一种还原酶发生了基因突变。它破坏了产生多巴胺以及其他两种神经递质的细胞途径。
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找到病因后，医生立刻做出了精确的治疗方案。一个月后，这对双胞胎被治愈。让这对双胞胎重获健康的，便是来自于生命技术公司的基因测序技术。
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与个体婴儿原始基因对比，锁定病变基因
基因测序虽然并不是个陌生的名词，但是大家并没有将它与自己的生活联系到一起。实际上，便捷的基因测序对生活品质的提升大有裨益。
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现阶段对于同一种疾病的基因筛查，主要为目前已知的疾病相关的公共突变基因筛查，而对于绝大多数人不是公共位点的突变基因，要通过基因检测查找出个体特异性基因突变的位点就非常困难。
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对于寻找个体特异性的基因突变位点来说，将发病后的基因与个体婴儿原始的正常基因样本对比，是最简便，也是最快捷的找寻方法，对于个体一生来说，只有婴儿基因是未受到外界环境广泛影响的，因此，在婴儿出生时进行婴儿基因保存，在疾病发生时能利用基因测序技术，对比查找基因突变位点，帮助医生锁定病变基因。
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本?拉登身份靠基因技术确认
“除了人类的基因测序，测序仪还有很广泛的应用。”戴尔?帕特森说，比如医疗研究、法医鉴定、农作物研究、动物健康、食品安全等多个领域，都可以是测序仪大展拳脚的舞台。
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在抓捕本?拉登时，测序仪就帮上了大忙。美国海军特种部队在巴基斯坦首都伊斯兰堡击毙了拉登。除了震惊之外，很多民众好奇美军是如何确定拉登的身份的。利用生命技术公司提供的基因测序技术，美军和美国中央情报局首先提取了拉登的DNA，然后再将DNA与来自拉登家人的DNA参照样本对比，最终确定了拉登的身份。
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基因测序主要问题
基因测序是把双刃剑
基因测序虽然是一种很好的治疗手段，但是中国科学院北京基因组研究所教授甄二真表示，目前从应用的角度来说，科学家只确定了部分的基因位点与疾病的确切关系，也就是说真正可以用于临床诊断和指导治疗的基因检测并不多。要想真正用基因来诊病，还需要时间。
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基因测序就像一把双刃剑，如果运用得不得法，它也有消极的一面。若全基因的检测普及，含有基因缺陷的人的信息，一旦落入保险公司或者被测者雇主的手中，将对他的生活产生不良影响。
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而且基因测序而不确定是个性化治疗的唯一基础，其他还包括基因治疗等其他技术基础。更重要的是，对于任何基因测序的设备来说，用于临床前必须对其可靠性和可重复性做好完备的临床试验，并且取得FDA和CFDA的权威认证。
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基因测序法律规定
在网上搜索“基因测序”，能看到多家医疗机构、体检中心，甚至公司提供的体检套餐，内容覆盖肿瘤、高血压、糖尿病等基因检测，价格从数百元到数万元不等。
只需一滴血或一点唾液，就能预测罹患多种疾病，如癌症或白血病，国家食品药品监督管理总局、中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会联合发出通知，要求在相关准入标准、管理规范出台以前，任何医疗机构不得开展基因测序临床应用；已经开展的，要立即停止。
“基因测序相关产品和技术已由实验室研究演变到临床使用，对此，国务院有关部门高度重视。”国家食品药品监督管理总局和中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会经过调查研究，正在组织相关领域专家论证。
基因测序部委表示
2014年2月17晚，国家食药总局相关负责人坦言，基因测序的临床应用多出现于医疗机构和体检中心的高端体检，但其使用的基因测序仪及相关诊断试剂和软件，很多没有经过医疗器械的注册审批。
北京市健康管理协会会长杜兵2014年2月17日晚表示，基因测序不在北京市卫生行政部门审批准入的医疗技术项目之列，物价部门也没有收费标准。
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基因测序安全风险
国家食药总局2014年2月26日回应基因测序技术“叫停”一事，称基因测序是基因检测领域的一项新技术，虽然速度快、成本低，但也因尚未经过监管部门的系统评价、准入，尚存安全性、有效性风险。
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国家食药总局还表示，国内已有多家企业从事基因测序相关产品的研究，并应用于临床，还有扩大趋势，但这些产品无一通过国家对医疗器械的审评审批和注册，依法应叫停其临床使用。两部委联合“叫停”基因测序技术临床应用引发舆论关注。
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各国对基因测序多审慎推进
PCR、生物芯片等基因检测技术早已在临床广泛应用，其临床使用产品作为医疗器械，无论在国内外都有批准。国家食药总局医疗器械注册司相关负责人介绍，从2008年至今，我国已陆续批准多种可用于基因检测的产品及配套仪器，如遗传性耳聋基因检测试剂、人乳头瘤病毒(HPV)DNA检测试剂，及临床使用的与肿瘤个体化用药相关基因突变检测相关的多种试剂。
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然而，作为当代基因检测技术的研究前沿，（第二代）基因测序技术及产品问世以来，各国卫生健康和食品药品监管部门对其在临床医学领域的应用和发展无不关注，但多采取审慎推进态度。以美国为例，直到2013年11月，美国食品药品管理局（FDA）才批准首个应用二代测序技术的用于“囊性纤维化疾病”的诊断产品，包括相关的仪器及试剂。同样，在我国，上述负责人表示，国家尚未批准注册过基于（第二代）基因测序技术的相关医疗器械。
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申请注册需先开展临床试验
基因测序诊断相关产品包括基因测序仪、相关诊断试剂和软件。国家食药总局介绍，用于临床检测的基因测序仪、诊断软件产品，应按照《医疗器械注册管理办法》的相关程序和要求申请注册；相关体外诊断试剂，可按照《体外诊断试剂注册管理办法（试行）》申请注册。上述产品申请审批注册，还需要先在医疗机构开展一定样本数的临床试验，以验证安全性和有效性。
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为鼓励医疗器械的研究和创新，国家食药总局2014年2月还印发了《创新医疗器械特别审批程序（试行）》。昨天，国家食药总局在回应中表示，若申请注册的基因测序临床诊断产品符合创新医疗器械定义，可按照“早期介入、专人负责、科学审批”的原则，在标准不降低、程序不减少的前提下优先审评审批，“支持、鼓励前沿技术和产品在通过安全性、有效性评价的基础上尽早惠及公众”。
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基因测序首次获准
2014年7月3日，中国首次批准第二代基因测序诊断产品作为医疗器械注册，用于为孕产妇检测唐氏综合征等染色体疾病风险，以避免新生儿出生缺陷。
国家食药总局表示，经审查，批准的BGISEQ-1000基因测序仪、BGISEQ-100基因测序仪和胎儿染色体非整倍体（T21、T18、T13）检测试剂盒（联合探针锚定连接测序法）、胎儿染色体非整倍体（T21、T18、T13）检测试剂盒（半导体测序法）医疗器械注册。
据介绍，该批产品可通过对孕周12周以上的“高危孕妇”外周血血浆中的游离基因片段进行基因测序，对部分胎儿染色体异常进行无创产前检查和辅助诊断
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基因测序发展状况
基因测序国外
美国由多个财团共同投资组建的某生物高科技产业公司，一直专注于生物高科技领域的研发与服务。集团拥有非常雄厚的实力，同时在全美涉足多个领域的发展。其中一家财团拥有3家电子芯片高科技公司，拥有60多位全美一流的科研人员，拥有13个博士，并有3个诺贝尔奖获得者；另外的财团一家拥有的能源公司在美国落基山脉地区的7个州涉足石油的开采开发贸易；另一家拥有的农业开发在美国西部属于最大的农场之一。
“21世纪是基因的世纪”。随着基因技术的不断突破，个体通过检测基因来预知自己的未来健康状况，有针对性地进行保健和治疗,颠覆了传统的健康观念，帮助人们从被动预防治疗走向主动预知健康，这是一次医学史上的全新改变。权威调查显示，基因检测市场比保健市场更为庞大，未来将达到几百万亿美元的市场。美国2007年有500万人接受基因检测，达到30亿美元的市场收益。在英国，基因检测已经在健康超市出现，英美等发达国家基因检测就像体检一样普及。随着中国经济的发展和基因检测的教育，估计在中国基因检测的人群在5%左右，每年至少在300万人以上，并在逐年递增，市场空间极其巨大。
计划引进应用性产品进入孵化器，将提供实质性的健康干预产品，让人们获得最个性化的健康生活方式。
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基因测序中国
第三代人类基因测序关键技术取得重要进展
在人体的基因中，有30亿个碱基对，每个人的不同，就是由碱基对排列差异造成的。要想测出它的全部序列，现在的技术最少需要两三个星期、500万美元。由东南大学担纲的第三代人类基因测序关键技术研究取得重要进展。
人类基因组计划在2003年完成人体全序列的基因测定，但第一代测序方法高昂的时间和经济成本均令人望而生畏。一代基因测序方法历时12年、耗资数十亿美元，近两年迅猛发展的第二代测序仪让人类基因组重测序的费用降低到10万美元以下，测序时间也缩短到6个月。但是，这样的价格和时间，对于个人用户来说仍然太高，因而极大地限制了临床应用和基础理论研究。
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基因测序发展前景
2015年3月9日，罗氏、基础医学以及其他很多癌症研究人员都认为从数据角度分析癌症是最终战胜这种可怕疾病的理想方式。根据罗氏和基础医学签署的协议，罗氏可以访问基础医学的数据库。他们的数据库收录了3.5万名癌症患者的肿瘤DNA序列，以及这些患者服用的药物和药物在遏制癌症方面产生的功效等信息。
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DNA测序以及其他生物学信息技术正在改变这一切。肿瘤基因测序技术揭示出所说的“肾癌”或者“肺癌”的真相。从某种程度上说，它们是1000种或者100万种病变的结合，每一种带有一种不同的变异以及其他分子错误。每一个肿瘤拥有属于自己的“微型方舟”，充满怪异的功能紊乱的细胞以及大量出问题的DNA。最近一项针对肾癌的研究发现，没有两名患者存在相同的基因错误，同一名患者体内也没有两个基因变异相同的肿瘤。2014年一项对乳腺癌进行的高分辨率DNA测序研究未能在一个肿瘤内发现两个基因相同的细胞。
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找到变异的基因通常能够告诉科学家如何攻击癌症，或者说暴露出癌症的阿喀琉斯之踵。药物研发人员已经发明了几十种靶向疗法药物，能够专门对存在特定癌症相关基因变异的细胞发动攻击，杀死这些细胞或者让它们陷入瘫痪。在最为理想的想定中，每一种癌症都存在一个弱点，基因组测序（或者其他全面的生物学数据分析法）能够找到癌症的这个弱点。利用数据改变治疗癌症的方式并不像利用数据敲定亚马逊上的消费品价格或者利用Waze等众源应用避免交通拥堵那么简单。生物学要比人造系统复杂得多。2012年对100名乳腺癌患者进行的一项研究发现了40种不同的基因变异，形成73种不同的组合。一些患者存在6种在癌症中扮演角色的不同变异组合。在我们进行治疗的同时，肿瘤也适时进化，因此有必要重复测序肿瘤DNA，也就是要抢在癌症前面。对于很多变异来说，可能不存在任何适当药物。
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- 参考资料
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1.
人体全基因测序1天完成指日可待?
．人民网．2014年05月27日[引用日期2014-05-31]
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2.
个人基因测序：离我们有多远?
．搜狐网[引用日期2014-04-20]
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3.
圳华大基因完成对美国Complete Genomics的收购?
．华大基因[引用日期2013-03-19]
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4.
1亿美元仪器几近瘫痪 华大基因收购CG始末?
．生物谷．2015-6-29[引用日期2015-08-5]
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5.
“基因测序”为何突遭暂停？?
．医学界网．2014-02-22[引用日期2014-02-28]
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6.
官方叫停“基因测序”临床应用 此前传包测百病?
．新华网[引用日期2014-02-28]
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7.
英美科学家合作研究利用超性能计算机为病人“抓药”?
．中国科技部官方网站[引用日期2014-04-20]
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8.
个人基因测序：离我们有多远2?
．搜狐网[引用日期2014-04-20]
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9.
两部委叫停“基因测序”体检 该技术因名人风靡?
．人民网．2014-02-18[引用日期2014-02-18]
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10.
食药总局回应“叫停”基因测序：安全性有风险?
．人民网[引用日期2014-02-28]
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11.
基因测序首次获准用于出生缺陷筛查?
．凤凰网[引用日期2014-07-4]
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12.
美国众财团联袂挺进中国基因测序市场?
．新浪网．2008-07-17[引用日期2014-02-18]
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13.
大数据：有助发现癌症阿喀琉斯之踵?
．新浪网[引用日期2015-03-9]
