基因测序技术怎么做好“问答题”

科技 2024-01-24 07:24:43
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本文转自:中国科学报

■本报记者 陈祎琪

基因测序技术是人类探索生命奥秘的重要手段之一。随着测序技术对遗传信息的解码和基因组数据库的构建,人类不仅得以窥探生命密码,更能从基因层面对人类疾病进行检测甚至干预。

为进一步了解基因测序技术的优势及应用情况,《中国科学报》采访了清华大学药学院研究员白净卫和北京大学化学与分子工程学院教授黄岩谊。

临床领域应用广泛

《中国科学报》:基因测序技术近几年发展情况如何?

白净卫:10年前提到基因测序技术,可能大家想到的就是遗传基因缺陷检测,但现阶段基因测序特别是高通量基因测序技术已经在临床领域得到广泛应用,比如辅助生殖、产前诊断、新生儿基因检测、肿瘤早筛及靶向治疗、感染性疾病诊断等。

纳米孔测序是高通量测序最新一代技术,其优势在于:第一,可单次读取很长的DNA序列,从而更好地检测基因片段中缺失、重复等大规模结构变异,获得更加清晰、完整的基因组信息。第二,速度快,基本可以实现样本进—测序—数据出的快速流程,而且数据产出的同时进行信息分析,明确疾病、突变或感染类型,做到实时测序、快速获得检测结果。第三,设备小型集成化,对环境要求不高,操作便捷,后期设备维护简单,不仅适合大型医院的检验科和中心实验室,小型医院、社区医院等也可以灵活布局和使用。

黄岩谊:快速测序技术近几年发展得很不错,但是对个体而言其实际应用比较有限。测序技术的最大用处并不是在一种疾病大流行期间进行大量病原体检测,而是在大流行刚开始时,首先明确这场流行在时间上与过去有没有区别、在空间上与其他国家或地区有没有区别。其次,明确区别大不大。

PCR是“判断题”,基因测序是“问答题”

《中国科学报》:基因测序技术和其他检测手段有何不同?

白净卫:当前检测技术多样,各有特点。例如抗原检测快速、便捷,居家就能使用,但是病毒载量过低时无法准确检测;聚合酶链式反应(PCR)是应用最广泛的核酸扩增和检测技术,灵敏度高,但可能发生交叉污染、核酸外泄等,会导致长期假阳性现象。

PCR和基因测序都属于分子诊断技术,但应用场景不同。PCR本身靶向目标少,相当于我们考试做判断题,只是判断这个样本里有没有哪一段核酸,至于这段核酸里发生了什么突变、包含什么信息,是无法通过该方法测得的。而基因测序相当于做“问答题”,甚至是“写作文”,可以提供非常多的基因组信息。

如果只是简单判断患者是不是被某种病原体感染,检测特定靶标的PCR就可以实现。目前也有一些产品混合了多个病原体靶点检测,但其数量有限。如果需要发现其中的核酸片段或基因组序列,或者在更大的靶标范围内发现样品中靶标存在的情况,基因测序则更适合。因此,实际需求决定了我们采用哪种检测技术。

黄岩谊:基因测序技术可以和其他检测手段互补。比如现在的PCR检测或多联检方法通常都是对比较常见的疾病进行检测,无法涵盖所有可能致病的微生物,而基因测序技术则能弥补这一不足。此外,基因测序技术更灵敏,不仅可以覆盖所有的病原微生物,还能获得已有病原体的突变和耐药性等关键信息。

除了帮助医学研究人员了解病原体,在临床上,快速基因测序技术主要帮助不明原因感染引起的急危重症和疑难病患者快速确定病原体,进而找到治疗方案。

未来发展关键靠“两招”

《中国科学报》:包括基因测序技术在内的基础研究为疾病诊疗提供了哪些帮助?

黄岩谊:基础研究从各个方面为感染性疾病,尤其是呼吸道感染性疾病的防控提供了支撑,比如认识病原体的致病机理、建立模式生物、确立研究方法,以及从细胞分子层次了解一个感染性病原如何影响人体生理机能等。只有对这些有了充分的认识,我们才能研究出有效的应对方式,从根本上解决问题。

新冠疫情期间,正是由于全球科学家联合攻关,尤其是中国科学家的参与,我们才知道了是由什么病原引起的疾病,以及以后会发生什么样的变化,进而研发出新的抗体药物、疫苗、小分子药物和非药物干预方法。这些经验对于其他传染病同样有用。我们现在有更好的高通量病原微生物筛查方法、抗体药物制备方法和疫苗研发方案,都得益于过去几年基础科学的发现。否则很多时候,我们只能被动地应对现状。

《中国科学报》:基因测序技术未来的迭代方向是什么?

黄岩谊:未来,发展快速基因测序方法的关键点有两个。其一,成本要越来越低,这样人们在选择的时候才不会因为价格而将其排除。其二,速度要更快,如果能做到像别的检测方法一样几个小时内就出结果,其前景必然更加广阔。

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