基因測序：亟待加入中國元素

　　近幾年，隨著(zhù)基因概念股在股市上的熱浪，國際癌癥基因組計劃完成的消息，啟動(dòng)又停止、停止又啟動(dòng)的高通量測序的唐氏篩查工作等等。每天不斷更新的消息使得基因測序這個(gè)產(chǎn)業(yè)和概念成為了一個(gè)非常熱門(mén)的話(huà)題。

　　在“創(chuàng )新中國智庫專(zhuān)題講座”上，中國科學(xué)院北京基因所技術(shù)研發(fā)中心常務(wù)副主任任魯風(fēng)作了《基因測序技術(shù)在中國應用前景》主題講座。他主要從基因到底是什么?測序是干什么?基因測序到底能解決我們什么問(wèn)題以及測序技術(shù)、應用在中國及全球的發(fā)展態(tài)勢等方面解讀了基因測序的相關(guān)內容。

　　什么是基因測序

　　“首先做一個(gè)基本概念的科普。把地球比作生命之樹(shù)的話(huà)，那么人只是大樹(shù)末端的一個(gè)枝節。就動(dòng)物而言，全球有1000萬(wàn)種動(dòng)物，其中哺乳類(lèi)就有5000。人只是其中一種�！比昔旓L(fēng)介紹。

　　據了解，幾乎每個(gè)生命體都由細胞組成，這個(gè)細胞里有一個(gè)細胞核，細胞核包裹著(zhù)遺傳物質(zhì)，從父母那兒遺傳的染色體，把它松散拉直之后，就是平常所說(shuō)的DNA(脫氧核糖核酸)，即通過(guò)核苷酸作為基本單位，排列形成生命密碼。

　　任魯風(fēng)表示，在細胞DNA轉化為RNA(核糖核酸)之后，通過(guò)RNA在細胞核外面的翻譯，生產(chǎn)出蛋白質(zhì)。而蛋白質(zhì)也是通過(guò)DNA和RNA的排列順序，構成生命體的不同結構。在這里所有生命活動(dòng)都是來(lái)源于這個(gè)順序，關(guān)注這個(gè)順序就可以解決生命的發(fā)生和發(fā)展問(wèn)題。

　　DNA與RNA只有四種基本組成單位，也就是核苷酸，這四種核苷酸僅僅在化學(xué)分子結構上具有細微的差異，而這四種不同化學(xué)結構的分子在DNA鏈上的排列順序，決定了所有生命活動(dòng)的本質(zhì)，“測序”就是把這個(gè)順序決定出來(lái)。

　　“人和人之間的差異只有千分之一，就是這個(gè)排列的順序只有千分之一的差別，這種差別引發(fā)了無(wú)數的遐想，這些遐想促進(jìn)了生命科學(xué)和醫學(xué)等一系列科研和應用的不斷前行�！比昔旓L(fēng)說(shuō)。

　　測序技術(shù)發(fā)展了40年，已經(jīng)走過(guò)了四代技術(shù)階段。第一代測序技術(shù)已經(jīng)趨于穩定，在特定市場(chǎng)里保持著(zhù)獨占性應用。第二代測序技術(shù)從2006年推向市場(chǎng)后，10年來(lái)產(chǎn)生了諸多激烈的競爭，國內廠(chǎng)家也有參與。而第三代和第四代技術(shù)，現在還都是處于技術(shù)有待成熟和發(fā)展階段。所以近年來(lái)主要的競爭還將集中于第二代技術(shù)上。

　　基因測序能做什么

　　“成本的進(jìn)一步降低，讓基因組學(xué)衍生出更多的組學(xué)相關(guān)研究，并延伸至極為廣泛的基礎研究和實(shí)踐應用中�！比昔旓L(fēng)說(shuō)。

　　“在涉及生命科學(xué)的領(lǐng)域目前都用得到這項技術(shù)，目前用基因測序逐漸開(kāi)始解決實(shí)踐應用的問(wèn)題，成本也已經(jīng)達到實(shí)踐應用的要求�！比昔旓L(fēng)表示，這項技術(shù)應用領(lǐng)域包括檢驗檢疫，食品安全、種質(zhì)鑒定、臨床診斷、環(huán)境檢測、疾病防控、微生物的進(jìn)化。在農業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)等領(lǐng)域，測序技術(shù)也已經(jīng)開(kāi)始應用其中。

　　任魯風(fēng)介紹，現在突發(fā)傳染病每時(shí)每刻都在發(fā)生，但不會(huì )再出現像2003年SARS疫情時(shí)長(cháng)時(shí)間不能準確判別病原的情況了�；�因測序技術(shù)能夠在新突發(fā)傳染病發(fā)生的72小時(shí)內獲得病原的確切信息。

　　法醫鑒定方面早已將測序技術(shù)作為基本物證鑒別手段。在國家安全層面，基因信息的安全性和生物反恐都是值得注意的發(fā)展領(lǐng)域。實(shí)際上這些都是細分領(lǐng)域，目前已經(jīng)開(kāi)始呈現市場(chǎng)容量急劇擴張的趨勢�！盎�因測序在應用市場(chǎng)里的蓬勃發(fā)展和爆發(fā)式的增長(cháng)將從2015年開(kāi)始�！比昔旓L(fēng)說(shuō)。

　　基因測序重在醫學(xué)

　　據悉，奧巴馬在國情咨文里邊提到，要啟動(dòng)精準醫學(xué)計劃，要把所有人基因組全都測完，指導后期的健康分析。這被定義成醫學(xué)上的一個(gè)劃時(shí)代的開(kāi)端。

　　那么究竟什么是精準醫學(xué)呢?任魯風(fēng)介紹，根據大量數據積累和分析，得到一個(gè)數據庫，這樣就會(huì )得到不同的基因型和疾病與用藥之間的關(guān)系，之后通過(guò)每個(gè)人不同的基因或基因表達水平的不同，與這個(gè)數據庫去對照，會(huì )發(fā)現每個(gè)人每一種疾病的預防、發(fā)生、發(fā)展、治療、預后均和基因具有顯著(zhù)的相關(guān)性，這樣直中靶心，采取有針對性的不同的治療方法，這就是所謂的精準醫學(xué)。

　　在目前這個(gè)初級階段，基因測序可能更多集中在遺傳病的診斷，傳染病的病原檢測，腫瘤的個(gè)體化治療以及藥物基因組學(xué)方面，也就是根據基因來(lái)判斷病因是什么、藥物能不能用和好不好用等問(wèn)題�！霸谶@個(gè)過(guò)程中個(gè)人基因組和臨床相關(guān)性研究，是目前精準醫學(xué)首先要做的工作�！比昔旓L(fēng)說(shuō)。

　　任魯風(fēng)把健康相關(guān)領(lǐng)域分成兩個(gè)部分，一個(gè)是疾病易感性，一個(gè)是藥物敏感性，疾病易感性是指每個(gè)人都有患某種疾病的風(fēng)險，這個(gè)風(fēng)險來(lái)自本身的遺傳物質(zhì)。如果醫生可以看到病人的基因組譜，就可以提前獲知和進(jìn)行干預。

　　當然，除了預防還要治病�！八幬飳�這個(gè)疾病有治療作用，還沒(méi)有毒性，這是最好的情況。如果沒(méi)有治療作用，藥毒還可能對病人有損傷，對于患者而言就是災難。但通過(guò)基因水平來(lái)判斷，就可以選擇既沒(méi)有毒性又起作用的藥物�！比昔旓L(fēng)說(shuō)。

　　基因測序應加快自主研發(fā)

　　“在基因測序方面，中國現在處于機遇與挑戰并存的時(shí)期�！比昔旓L(fēng)告訴記者�；�因組學(xué)從概念的出現到現在只不過(guò)二三十年的時(shí)間。伴隨著(zhù)信息技術(shù)的發(fā)展，國內外信息互通，讓中國的科學(xué)家有更多與國外同行直接交流和溝通的機會(huì )，加之大量的海外高水平人才回國，使中國在基因組學(xué)基礎研究，測序技術(shù)領(lǐng)域并不比西方國家落后多少。

　　2011年的統計顯示，人類(lèi)基因組計劃完成以后，對美國經(jīng)濟的影響是巨大的。意味著(zhù)通過(guò)38億美元的投資，獲得了將近8000億美元經(jīng)濟帶動(dòng)作用，創(chuàng )造了31萬(wàn)個(gè)工作崗位，到2013年，對美國經(jīng)濟的帶動(dòng)作用達到了1萬(wàn)億美元。

　　據悉，中國第一臺測序儀是由深圳華因康公司生產(chǎn)的，而華大基因從美國收購CG公司，也是看中了其測序技術(shù)在未來(lái)的應用前景。

　　“雖然中國的測序技術(shù)剛起步，但包括LifeTech和Illumina這兩家測序技術(shù)巨頭，在通過(guò)貼牌方式進(jìn)入中國醫療市場(chǎng)，一定程度上阻礙了我國自主研發(fā)的進(jìn)程�！比昔旓L(fēng)表示。

　　在測序技術(shù)這一領(lǐng)域，自主研發(fā)，自主原理，自主技術(shù)平臺的缺失一直造成我國應用領(lǐng)域永遠給國外這種廠(chǎng)商打工的局面，從機器、軟件甚至數據分析方面都要依托外國。

　　“中國有廣泛的醫療資源和人群，最基礎的醫療資源是不缺的，缺的是沒(méi)有一項是自主創(chuàng )新的技術(shù)�！比昔旓L(fēng)說(shuō)。例如，生物技術(shù)必要的功能性軟件，所有進(jìn)行基因數據分析的算法基本上均來(lái)源于國外原創(chuàng )性的基礎算法。中國的高性能計算硬件資源已經(jīng)達到了先進(jìn)水平，但對于數據解讀、挖掘和數據庫建立等方面還落后很多。另外一個(gè)問(wèn)題在于，我國的基礎研究和基礎數據積累方面，碎片化嚴重，無(wú)法形成統一有效率的研究計劃和數據挖掘，這些有待于國家層面的科學(xué)布局規劃。

　　在技術(shù)發(fā)展層面，據了解，美國對基因測序技術(shù)的研發(fā)，從2004年到2014年持續進(jìn)行資助，從第二代測序技術(shù)到目前的第四代測序技術(shù)，累積已經(jīng)投入超過(guò)2億美元。而我國的國家級別支持的基因測序技術(shù)研發(fā)經(jīng)費一共大概2000萬(wàn)元人民幣。

　　“這項技術(shù)是決定中國在國際市場(chǎng)上競爭力的關(guān)鍵，我國的科技體制改革，需要在這方面有所考慮�！比昔旓L(fēng)說(shuō)。還有就是目前有一些飲鴆止渴的現象，除了華大收購的CG還算是國產(chǎn)，其他獲得國產(chǎn)醫療器械證書(shū)的測序產(chǎn)品，均來(lái)自于國外。

　　“我們已經(jīng)堅持了六七年的時(shí)間來(lái)做基因測序技術(shù)，目前已經(jīng)完成了產(chǎn)品樣機的生產(chǎn)，即將給國內客戶(hù)進(jìn)行免費試用�！比昔旓L(fēng)介紹。另外，其領(lǐng)導的科研團隊正在策劃針對應用的整體解決方案，包括樣品處理、測序、數據分析等流程的全自動(dòng)化實(shí)現，“用戶(hù)可以在對樣品進(jìn)行測序和數據分析中實(shí)現無(wú)人操作，通過(guò)云計算和自主研發(fā)的算法，可以解決數據的有序積累和挖掘過(guò)程”。

　　任魯風(fēng)表示，在中國缺乏核心精密工業(yè)條件和高端生命科學(xué)儀器開(kāi)發(fā)生產(chǎn)經(jīng)驗的情況下，如何依靠和支持自主創(chuàng )新來(lái)抵抗國外技術(shù)蠶食中國市場(chǎng)，值得我們反思。