基因測序產業新浪潮

2014年06月25日

基因測序也稱DNA測序，是現代生物學研究中重要的手段之一。基因測序技術經過了三個發展階段。第一代DNA測序技術是1975年由桑格(Sanger)和考爾森(Coulson)提出的鏈終止法。第一代技術準確率高，讀取長，是至今唯一可以進行“從頭至尾”測序的方法，但存在成本高、速度慢等方面的不足，并不是最理想的測序方法。使用第一代Sanger測序技術完成的人類基因組計劃，花費了30億美元巨資，用了十三年的時間。

隨后的二、三代測序技術以高通量為共同特征，也被稱為“新一代測序技術(NGS)”。Roche公司的454測序平臺、Illumina公司的Solexa測序系統以及ABI公司的SOLID測序系統標志著第二代測序技術誕生。盡管各系統在高通量水平、測序準確度、存儲格式、技術方法上各有差異，但共同特征是大大降低了測序成本并極大地提高了測序速度，完成一個人的基因組測序只需一周左右時間。然而第二代測序技術在測序前要通過PCR段對待測片段進行擴增，增加了測序的錯誤率。而且二代測序產生的測序結果長度較短，需要對測序結果進行人工拼接，因此比較適合于對已知序列的基因組進行重新測序，而在對全新的基因組進行測序時還需要結合第一代測序技術。

近期出現的Helicos公司的Heliscope單分子測序儀、PacificBiosciences公司的SMRT技術、OxfordNanoporeTechnologies公司正在研究的納米孔單分子技術，被認為是第三代測序技術。與前兩代技術相比，其最大的特點是單分子測序。第三代測序技術解決了錯誤率的問題，通過增加熒光的信號強度及提高儀器的靈敏度等方法，使測序不再需要PCR擴增這個環節，實現了單分子測序并繼承了高通量測序的優點。

新一代測序技術可以一次性檢測大量基因，并且速度更快，成本更低。根據NIH的統計，自2001年起尤其是2006年新一代測序技術推出以來，DNA測序成本以超“摩爾定律”的速度不斷降低，從每個基因組1億美元下降到2013年的5000美元。2014年Illumina宣布，其新產品HiSeqXTen可以實現單基因組測序成本降到1000美元以下。

更為快速、低廉的新一代測序技術的出現，極大地拓寬了基因測序的應用范圍，尤其促進了分子診斷方法的革新。分子診斷作為體外診斷的手段之一，是將分子生物學原理和技術應用于疾病實驗診斷的新興檢驗醫學技術，其核心是基因診斷技術。常用的基因診斷技術包括聚合酶鏈式反應(PCR)、轉錄介導的擴增(TMA)、熒光原位雜交(FISH)、基因測序以及基因芯片技術。

目前使用比較廣泛的基因表達檢測手段依然是PCR和基因芯片技術。PCR一次只能檢測單個或少量基因，而基因芯片雖然可以檢測大量基因，但假陽性率高，準確性不足。新一代測序具有高通量、準度高的優點，既可以一次性檢測大量基因，準確率又高于基因芯片。長期來看，如果測序的成本可以下降到有足夠競爭力，基因芯片的市場將不可避免地被侵占。