基因測序

1 技術(shù)原理

　　基因測序技術(shù)能鎖定個(gè)人病變基因，提前預(yù)防和治療。

　　自上世紀(jì)90年代初，學(xué)界開始涉足“人類基因組計(jì)劃”。而傳統(tǒng)的測序方式是利用光學(xué)測序技術(shù)。用不同顏色的熒光標(biāo)記四種不同的基因，然后用激光光源去捕捉熒光信號從而獲得待測基因的序列信息。

　　雖然這種方法檢測可靠，但是價(jià)格不菲也是有目共睹的，一臺儀器的價(jià)格大約在50萬到75萬美元，而檢測一次的費(fèi)用也高達(dá)5千到1萬美元。

　　最新的基因測序儀中，芯片代替了傳統(tǒng)激光鏡頭、熒光染色劑等，芯片就是測序儀。

　　通過半導(dǎo)體感應(yīng)器，儀器對DNA復(fù)制時(shí)產(chǎn)生的離子流實(shí)現(xiàn)直接檢測。當(dāng)試劑通過集成的流體通路進(jìn)入芯片中，密布于芯片上的反應(yīng)孔立即成為上百萬個(gè)微反應(yīng)體系。

　　這種技術(shù)組合，使研究人員能夠在短短2小時(shí)內(nèi)獲取基因信息。而使用傳統(tǒng)的光學(xué)測序技術(shù)需等待數(shù)周乃至數(shù)月后才能得到結(jié)果。同時(shí)，檢測一次的費(fèi)用也降到了最低1千美元。

2 操作設(shè)備

　　過長的測序周期以及上萬美元的儀器成本，成了阻礙基因測序進(jìn)入尋常百姓家的障礙。而運(yùn)用新技術(shù)的基因測序儀大大降低了基因組測序的門檻，使得更多研究人員能夠使用這項(xiàng)技術(shù)開發(fā)多種應(yīng)用。

　　總部位于美國加州的生命技術(shù)公司（Life Technologies），最近正在中國推出臺式基因測序儀Ion Proton，并稱這款產(chǎn)品可在一天時(shí)間內(nèi)完成個(gè)人全基因組測序。這意味著基因測序技術(shù)有望走進(jìn)臨床實(shí)踐，普通老百姓也能得知自己的基因序列。 但是，這款產(chǎn)品還未獲得FDA（美國食品及藥物管理局）和SFDA（中國國家食品藥品監(jiān)督管理局）的權(quán)威認(rèn)證，其具體作用還有待檢驗(yàn)。

3 主要功能

　　基因測序只是基因檢測的方法之一，其又叫基因譜測序，是國際上公認(rèn)的一種基因檢測標(biāo)準(zhǔn)。

　　基因測序廣為人知的還有針對唐氏綜合征篩查的無創(chuàng)產(chǎn)前基因檢測。只需要孕婦5毫升血，通過化驗(yàn)血液中甲型胎兒蛋白（AFP）、人類絨毛膜促性腺激素（β-hCG）的濃度，就可以算出胎兒出現(xiàn)唐氏綜合征的危險(xiǎn)性。

　　最近公眾關(guān)注的H7N9，就是中國科學(xué)家通過基因測序等技術(shù)手段，發(fā)現(xiàn)的一種新型重配禽流感病毒。

　　近年間，基因測序從實(shí)驗(yàn)室走入臨床，甚至逐漸成為全球醫(yī)學(xué)界熱門的話題。其中一個(gè)很重要的原因，是“名人效應(yīng)”，蘋果公司創(chuàng)始人喬布斯和影星安吉麗娜·朱莉都曾采用基因測序方法希望抵御癌癥的侵襲，朱莉還為此預(yù)防性地切除自己的乳房。喬布斯雖然仍因癌癥去世，但他生前接受的全基因測序，已成為很多國家富人追捧的高端體檢服務(wù)。

4 應(yīng)用領(lǐng)域

　　英國倫敦大學(xué)學(xué)院和美國羅格斯大學(xué)的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，將基因測序技術(shù)和超級計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，試圖探索解決這一命題。研究人員把艾滋病（HIV）蛋白酶分子作為對象,酶在不同人體中形狀略有不同，尤其是在蛋白質(zhì)活動(dòng)區(qū)，在那里酶完成切片并構(gòu)成了下一個(gè)病毒，進(jìn)而形成特定的病毒基因序列。如果知道了酶的形狀，就可以找到相應(yīng)的藥物來阻止這一過程。研究人員通過模擬人體中不同形狀的艾滋病病毒感染的關(guān)鍵蛋白質(zhì)，演示了由計(jì)算機(jī)優(yōu)化給出的多種艾滋病治療藥物療效的排序清單。英國倫敦大學(xué)學(xué)院的皮特.柯文尼教授稱：“有可能通過病人的基因組序列，推斷出酶的形狀，構(gòu)建準(zhǔn)確的蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)，篩選匹配藥物，并將結(jié)果告訴主治醫(yī)生給出最優(yōu)處方。”目前，研究團(tuán)隊(duì)已采用這一思路，對市場上在用的9種艾滋病治療藥物中的7種進(jìn)行了排序驗(yàn)證。

　　科學(xué)家表示實(shí)際工作遠(yuǎn)比看起來復(fù)雜。目前他們建立的50多個(gè)模擬模型，就要配有5000個(gè)處理器的計(jì)算機(jī)不停的計(jì)算12-18個(gè)小時(shí)，還要對計(jì)算結(jié)果做大量的數(shù)據(jù)分析，才能給出藥物的排序。今天的通用計(jì)算機(jī)技術(shù)很難勝任這樣的工作，樂觀的看，依當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展速度看，也許十年后真能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)為病人“抓藥”。

5 產(chǎn)生背景

　　史蒂夫·喬布斯曾接受過全基因測序

　　基因測序，本是一種實(shí)驗(yàn)室研究技術(shù)手段，因“名人效應(yīng)”應(yīng)用于高端體檢、產(chǎn)前診斷等領(lǐng)域，價(jià)格不菲?；驕y序最廣為人知的，是影星安吉麗娜·朱莉通過基因檢測，選擇手術(shù)切除乳腺以降低患乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)。2011年去世的蘋果公司創(chuàng)始人史蒂夫·喬布斯患癌時(shí)，也曾接受過全基因測序。

　　基因測序挽救兩兄妹

　　1996年，一對雙胞胎出生了，男孩叫諾亞，女孩叫艾麗西斯。然而，他們的行為舉止與別的孩子有所不同。從回到家的那天起，這對雙胞胎就開始腹痛，并且一天要嘔吐好幾次。

　　在孩子們兩歲的時(shí)候，他們被確診為腦癱。在精心的治療和護(hù)理之下，這對雙胞胎的病情似乎得到了控制。然而，5歲半的時(shí)候，雙胞胎的病情又開始惡化。女孩艾麗西斯的眼珠開始上翻，手也無法正常下垂；男孩諾亞則是一天24小時(shí)地不斷嘔吐。他們甚至無法像正常人一樣走路、說話。

　　此后，雙胞胎的病情又幾次反復(fù)，一直沒有找到能治愈他們的方法。

　　2003年，機(jī)緣巧合，這對雙胞胎和他們的哥哥以及父母進(jìn)行了一次基因測序。經(jīng)過對比分析，最終發(fā)現(xiàn)雙胞胎致病的罪魁禍?zhǔn)资求w內(nèi)一種還原酶發(fā)生了基因突變。它破壞了產(chǎn)生多巴胺以及其他兩種神經(jīng)遞質(zhì)的細(xì)胞途徑。

　　找到病因后，醫(yī)生立刻做出了精確的治療方案。一個(gè)月后，這對雙胞胎被治愈。讓這對雙胞胎重獲健康的，便是來自于生命技術(shù)公司的基因測序技術(shù)。

　　鎖定病變基因

　　基因測序雖然并不是個(gè)陌生的名詞，但是大家并沒有將它與自己的生活聯(lián)系到一起。實(shí)際上，便捷的基因測序?qū)ι钇焚|(zhì)的提升大有裨益。

　　由于成本和技術(shù)的原因，現(xiàn)階段對于同一種疾病的基因篩查，不管篩查者屬于高風(fēng)險(xiǎn)還是低風(fēng)險(xiǎn)的人群，他們都選用同一種模式進(jìn)行篩查。而實(shí)際上，應(yīng)該采用有針對性的篩查方式，高風(fēng)險(xiǎn)的人群多查，低風(fēng)險(xiǎn)的少查。

　　而這種針對性的檢測，還能挽救人的生命。首都師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院許興智告訴記者，如果運(yùn)用得當(dāng)，在臨床治療中，將非常有益。利用基因測序的報(bào)告，醫(yī)生可以有針對性地對患者進(jìn)行靶向治療。

　　我們可以設(shè)想一下，個(gè)性化的基因檢測應(yīng)用后，醫(yī)生可以拿到腫瘤患者的基因。

　　本·拉登身份靠基因技術(shù)確認(rèn)

　　“除了人類的基因測序，測序儀還有很廣泛的應(yīng)用。”戴爾·帕特森說，比如醫(yī)療研究、法醫(yī)鑒定、農(nóng)作物研究、動(dòng)物健康、食品安全等多個(gè)領(lǐng)域，都可以是測序儀大展拳腳的舞臺。

　　在抓捕本·拉登時(shí)，測序儀就幫上了大忙。美國海軍特種部隊(duì)在巴基斯坦首都伊斯蘭堡擊斃了拉登。除了震驚之外，很多民眾好奇美軍是如何確定拉登的身份的。利用生命技術(shù)公司提供的基因測序技術(shù)，美軍和美國中央情報(bào)局首先提取了拉登的DNA，然后再將DNA與來自拉登家人的DNA參照樣本對比，最終確定了拉登的身份。

6 主要問題

　　基因測序是把雙刃劍

　　基因測序雖然是一種很好的治療手段，但是中國科學(xué)院北京基因組研究所教授甄二真表示，目前從應(yīng)用的角度來說，科學(xué)家只確定了極少數(shù)的基因位點(diǎn)與極少疾病的確切關(guān)系，也就是說真正可以用于臨床診斷和指導(dǎo)治療的基因檢測并不多。要想真正用基因來診病，還需要時(shí)間。[5]

　　基因測序就像一把雙刃劍，如果運(yùn)用得不得法，它也有消極的一面。若全基因的檢測普及，含有基因缺陷的人的信息，一旦落入保險(xiǎn)公司或者被測者雇主的手中，將對他的生活產(chǎn)生不良影響。

　　而且基因測序并不是個(gè)性化治療的唯一基礎(chǔ)，其他還包括基因治療等其他技術(shù)基礎(chǔ)。另外，目前確定疾病基因位點(diǎn)的方法很多，相對于測序技術(shù)及也有很多同樣便宜和快捷的。更重要的是，對于任何基因測序的設(shè)備來說，用于臨床前必須對其可靠性和可重復(fù)性做好完備的臨床試驗(yàn)，并且取得FDA和SFDA的權(quán)威認(rèn)證。

7 法律規(guī)定

　　在網(wǎng)上搜索“基因測序”，能看到多家醫(yī)療機(jī)構(gòu)、體檢中心，甚至公司提供的體檢套餐，內(nèi)容覆蓋腫瘤、高血壓、糖尿病等基因檢測，價(jià)格從數(shù)百元到數(shù)萬元不等。

　　只需一滴血或一點(diǎn)唾液，就能預(yù)測罹患多種疾病，如癌癥或白血病，國家食品藥品監(jiān)督管理總局、中華人民共和國國家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)聯(lián)合發(fā)出通知，要求在相關(guān)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)、管理規(guī)范出臺以前，任何醫(yī)療機(jī)構(gòu)不得開展基因測序臨床應(yīng)用；已經(jīng)開展的，要立即停止。

　　“基因測序相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)已由實(shí)驗(yàn)室研究演變到臨床使用，對此，國務(wù)院有關(guān)部門高度重視。”國家食品藥品監(jiān)督管理總局和中華人民共和國國家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)經(jīng)過調(diào)查研究，正在組織相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜艺撟C。

　　部委叫停

　　2014年2月17晚，國家食藥總局相關(guān)負(fù)責(zé)人坦言，基因測序的臨床應(yīng)用多出現(xiàn)于醫(yī)療機(jī)構(gòu)和體檢中心的高端體檢，但其使用的基因測序儀及相關(guān)診斷試劑和軟件，很多沒有經(jīng)過醫(yī)療器械的注冊審批。

　　北京市健康管理協(xié)會(huì)會(huì)長杜兵2014年2月17日晚表示，基因測序不在北京市衛(wèi)生行政部門審批準(zhǔn)入的醫(yī)療技術(shù)項(xiàng)目之列，物價(jià)部門也沒有收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。

　　安全風(fēng)險(xiǎn)

　　國家食藥總局2014年2月26日回應(yīng)基因測序技術(shù)“叫停”一事，稱基因測序是基因檢測領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)，雖然速度快、成本低，但也因尚未經(jīng)過監(jiān)管部門的系統(tǒng)評價(jià)、準(zhǔn)入，尚存安全性、有效性風(fēng)險(xiǎn)。

　　國家食藥總局還表示，國內(nèi)已有多家企業(yè)從事基因測序相關(guān)產(chǎn)品的研究，并應(yīng)用于臨床，還有擴(kuò)大趨勢，但這些產(chǎn)品無一通過國家對醫(yī)療器械的審評審批和注冊，依法應(yīng)叫停其臨床使用。兩部委聯(lián)合“叫停”基因測序技術(shù)臨床應(yīng)用引發(fā)輿論關(guān)注。

　　各國對基因測序多審慎推進(jìn)

　　PCR、生物芯片等基因檢測技術(shù)早已在臨床廣泛應(yīng)用，其臨床使用產(chǎn)品作為醫(yī)療器械，無論在國內(nèi)外都有批準(zhǔn)。國家食藥總局醫(yī)療器械注冊司相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，從2008年至今，我國已陸續(xù)批準(zhǔn)多種可用于基因檢測的產(chǎn)品及配套儀器，如遺傳性耳聾基因檢測試劑、人乳頭瘤病毒(HPV)DNA檢測試劑，及臨床使用的與腫瘤個(gè)體化用藥相關(guān)基因突變檢測相關(guān)的多種試劑。

　　然而，作為當(dāng)代基因檢測技術(shù)的研究前沿，（第二代）基因測序技術(shù)及產(chǎn)品問世以來，各國衛(wèi)生健康和食品藥品監(jiān)管部門對其在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展無不關(guān)注，但多采取審慎推進(jìn)態(tài)度。以美國為例，直到2013年11月，美國食品藥品管理局（FDA）才批準(zhǔn)首個(gè)應(yīng)用二代測序技術(shù)的用于“囊性纖維化疾病”的診斷產(chǎn)品，包括相關(guān)的儀器及試劑。同樣，在我國，上述負(fù)責(zé)人表示，國家尚未批準(zhǔn)注冊過基于（第二代）基因測序技術(shù)的相關(guān)醫(yī)療器械。

　　申請注冊需先開展臨床試驗(yàn)

　　基因測序診斷相關(guān)產(chǎn)品包括基因測序儀、相關(guān)診斷試劑和軟件。國家食藥總局介紹，用于臨床檢測的基因測序儀、診斷軟件產(chǎn)品，應(yīng)按照《醫(yī)療器械注冊管理辦法》的相關(guān)程序和要求申請注冊；相關(guān)體外診斷試劑，可按照《體外診斷試劑注冊管理辦法（試行）》申請注冊。上述產(chǎn)品申請審批注冊，還需要先在醫(yī)療機(jī)構(gòu)開展一定樣本數(shù)的臨床試驗(yàn)，以驗(yàn)證安全性和有效性。

　　為鼓勵(lì)醫(yī)療器械的研究和創(chuàng)新，國家食藥總局2014年2月還印發(fā)了《創(chuàng)新醫(yī)療器械特別審批程序（試行）》。昨天，國家食藥總局在回應(yīng)中表示，若申請注冊的基因測序臨床診斷產(chǎn)品符合創(chuàng)新醫(yī)療器械定義，可按照“早期介入、專人負(fù)責(zé)、科學(xué)審批”的原則，在標(biāo)準(zhǔn)不降低、程序不減少的前提下優(yōu)先審評審批，“支持、鼓勵(lì)前沿技術(shù)和產(chǎn)品在通過安全性、有效性評價(jià)的基礎(chǔ)上盡早惠及公眾”。

8 發(fā)展?fàn)顩r

　　國外

　　美國由多個(gè)財(cái)團(tuán)共同投資組建的某生物高科技產(chǎn)業(yè)公司，一直專注于生物高科技領(lǐng)域的研發(fā)與服務(wù)。集團(tuán)擁有非常雄厚的實(shí)力，同時(shí)在全美涉足多個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展。其中一家財(cái)團(tuán)擁有3家電子芯片高科技公司，擁有60多位全美一流的科研人員，擁有13個(gè)博士，并有3個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)獲得者；另外的財(cái)團(tuán)一家擁有的能源公司在美國落基山脈地區(qū)的7個(gè)州涉足石油的開采開發(fā)貿(mào)易；另一家擁有的農(nóng)業(yè)開發(fā)在美國西部屬于最大的農(nóng)場之一。

　　“21世紀(jì)是基因的世紀(jì)”。隨著基因技術(shù)的不斷突破，個(gè)體通過檢測基因來預(yù)知自己的未來健康狀況，有針對性地進(jìn)行保健和治療,顛覆了傳統(tǒng)的健康觀念，幫助人們從被動(dòng)預(yù)防治療走向主動(dòng)預(yù)知健康，這是一次醫(yī)學(xué)史上的全新改變。權(quán)威調(diào)查顯示，基因檢測市場比保健市場更為龐大，未來將達(dá)到幾百萬億美元的市場。美國2007年有500萬人接受基因檢測，達(dá)到30億美元的市場收益。在英國，基因檢測已經(jīng)在健康超市出現(xiàn)，英美等發(fā)達(dá)國家基因檢測就像體檢一樣普及。隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和基因檢測的教育，估計(jì)在中國基因檢測的人群在5%左右，每年至少在300萬人以上，并在逐年遞增，市場空間極其巨大。

　　計(jì)劃引進(jìn)應(yīng)用性產(chǎn)品進(jìn)入孵化器，將提供實(shí)質(zhì)性的健康干預(yù)產(chǎn)品，讓人們獲得最個(gè)性化的健康生活方式。

　　中國

　　第三代人類基因測序關(guān)鍵技術(shù)取得重要進(jìn)展

　　在人體的基因中，有30億個(gè)堿基對，每個(gè)人的不同，就是由堿基對排列差異造成的。要想測出它的全部序列，現(xiàn)在的技術(shù)最少需要兩三個(gè)星期、500萬美元。由東南大學(xué)擔(dān)綱的第三代人類基因測序關(guān)鍵技術(shù)研究取得重要進(jìn)展。

　　人類基因組計(jì)劃在2003年完成人體全序列的基因測定，但第一代測序方法高昂的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本均令人望而生畏。一代基因測序方法歷時(shí)12年、耗資數(shù)十億美元，近兩年迅猛發(fā)展的第二代測序儀讓人類基因組重測序的費(fèi)用降低到10萬美元以下，測序時(shí)間也縮短到6個(gè)月。但是，這樣的價(jià)格和時(shí)間，對于個(gè)人用戶來說仍然太高，因而極大地限制了臨床應(yīng)用和基礎(chǔ)理論研究。

9 首次獲準(zhǔn)

　　2014年7月3日，中國首次批準(zhǔn)第二代基因測序診斷產(chǎn)品作為醫(yī)療器械注冊，用于為孕產(chǎn)婦檢測唐氏綜合征等染色體疾病風(fēng)險(xiǎn)，以避免新生兒出生缺陷。

　　國家食藥總局昨日表示，經(jīng)審查，批準(zhǔn)BGISEQ-1000基因測序儀、BGISEQ-100基因測序儀和胎兒染色體非整倍體（T21、T18、T13）檢測試劑盒（聯(lián)合探針錨定連接測序法）、胎兒染色體非整倍體（T21、T18、T13）檢測試劑盒（半導(dǎo)體測序法）醫(yī)療器械注冊。

　　據(jù)介紹，該批產(chǎn)品可通過對孕周12周以上的“高危孕婦”外周血血漿中的游離基因片段進(jìn)行基因測序，對部分胎兒染色體異常進(jìn)行無創(chuàng)產(chǎn)前檢查和輔助診斷。

　　不久后，35歲以上，或初次血清學(xué)篩查證實(shí)有“唐氏高危”風(fēng)險(xiǎn)的孕婦，可在醫(yī)院選擇接受無創(chuàng)產(chǎn)前基因檢測，避免“羊水穿刺”、“臍血穿刺”等效率較低、風(fēng)險(xiǎn)較高的產(chǎn)前診斷。