Science点评新一代测序技术

　　

生物通报道：上周出版的Science杂志以“Semiconductors Inspire New Sequencing Technologies”为题，点评了新一代测序技术，文章指出了半导体技术在新型测序技术中的重要作用。

新一代测序技术，即第三代测序技术，不同于前两代测序，第一代测序技术是双脱氧链末端终止法——根据核苷酸在某一固定的点开始，随机在某一个特定的碱基处终止，产生A，T，C，G四组不同长度的一系列核苷酸，然后在尿素变性的PAGE胶上电泳进行检测，从而获得DNA序列。第二代测序技术是焦磷酸测序法——由4种酶催化的同一反应体系中的酶级联化学发光反应，适于对已知的短序列的测序分析。

而第三代测序技术则是基于纳米孔的单分子读取技术，这种方法读取数据更快、有望大大降低测序成本，改变个人医疗的前景。这一技术的研发是系统工程，涉及生物、半导体、计算机、化学、光学等多个领域，需要不同学科顶尖力量的合作。

Science文章重点提到了其中的半导体技术，离子激流公司（Ion Torrent）的测序仪就是一种硅芯片，是利用与半导体一样的方式构建的，利用这种技术，科学家们在Science杂志上公布了三个低成本的完整人类基因组序列。

这种高质量，低成本（文章还报道了不同样本的测序成本，包括了从$8,005（87x coverage）到$1,726（45x coverage）的范围）的基因组测序方法能帮助研究人员对成千上百个某种疾病患者的完整基因组序列进行分析，从而获得对这种疾病的深入了解，最终找出预防和治疗的方法。

基于半导体技术的纳米孔测序技术，DNA分子依靠被称为核酸外切酶的蛋白质以一次一个碱基的速度通过小孔。这个酶能清楚地区分出4个DNA碱基编码：A、C、G、T，也可以检测出该碱基是否被甲基化，一个单孔能在大约70天左右测定一个完整的基因序列。

纳米孔技术不需要荧光标记物并且很可能不需要进行扩增，能直接并快速“读”出DNA，同时足够廉价，使进行大量重复实验成为可能。目前一些公司已经研发出包含几百个纳米孔的芯片，该芯片可以用在一台机器上，快速且廉价地给大量DNA进行排序。

英国纳米孔公司总裁戈登-桑赫纳说，这一技术预示了基因测序领域的一个跳跃变化，花费不到1000美元就可以完成一个基因测序。借助该技术，在未来5年内，测序费用将有可能降至500美元。到那时，基因测序可以成为英国国民健康保险制度的一部分，民营保险公司也支付得起。该技术也可以让医生使用DNA来预测并且预防诸如心脏病、糖尿病等疾病，更加有效地开药。

目前第三代基因测序技术竞争激烈，美国宣称要在2012年推出成熟的第三代基因测序仪，日本和欧洲也有相关的研发计划。我国也有这方面的计划，中科院北京基因组研究所是国内权威的基因组学研究机构，他们已和浪潮集团成立了“中科院北京基因组研究所—浪潮基因组科学联合实验室”，这一实验室将研发国产第三代基因测序仪，第一台样机预计2013年问世。

我国从事基因研究使用的第二代基因测序仪完全依靠进口。在经费受限的情况下，足够数量的基因测序设备难以获得，科研进度缓慢。更严重的是，由于基因资源具有唯一性，国外公司利用基因测序设备方面的先发优势，抢先申请基因专利，垄断未来全球的基因产业。因此我国科学家希望能开发出第三代基因测序仪，这种测序仪仅需几十分钟即可完成一个人的完整基因组测序，短于第二代产品1个月以上的测序周期。同时，测试成本也将下降到5000元左右，仅为当前的1%。

（生物通：万纹）