基因測序：亟待加入中國元素

　　近幾年，隨著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，啟動又停止、停止又啟動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產(chǎn)業(yè)和概念成為了一個非常熱門的話題。

　　在“創(chuàng)新中國智庫專題講座”上，中國科學院北京基因所技術(shù)研發(fā)中心常務(wù)副主任任魯風作了《基因測序技術(shù)在中國應(yīng)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題以及測序技術(shù)、應(yīng)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(nèi)容。

　　什么是基因測序

　　“首先做一個基本概念的科普。把地球比作生命之樹的話，那么人只是大樹末端的一個枝節(jié)。就動物而言，全球有1000萬種動物，其中哺乳類就有5000。人只是其中一種�！比昔旓L介紹。

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

　　任魯風表示，在細胞DNA轉(zhuǎn)化為RNA(核糖核酸)之后，通過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DNA和RNA的排列順序，構(gòu)成生命體的不同結(jié)構(gòu)。在這里所有生命活動都是來源于這個順序，關(guān)注這個順序就可以解決生命的發(fā)生和發(fā)展問題。

　　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分子結(jié)構(gòu)上具有細微的差異，而這四種不同化學結(jié)構(gòu)的分子在DNA鏈上的排列順序，決定了所有生命活動的本質(zhì)，“測序”就是把這個順序決定出來。

　　“人和人之間的差異只有千分之一，就是這個排列的順序只有千分之一的差別，這種差別引發(fā)了無數(shù)的遐想，這些遐想促進了生命科學和醫(yī)學等一系列科研和應(yīng)用的不斷前行。”任魯風說。

　　測序技術(shù)發(fā)展了40年，已經(jīng)走過了四代技術(shù)階段。第一代測序技術(shù)已經(jīng)趨于穩(wěn)定，在特定市場里保持著獨占性應(yīng)用。第二代測序技術(shù)從2006年推向市場后，10年來產(chǎn)生了諸多激烈的競爭，國內(nèi)廠家也有參與。而第三代和第四代技術(shù)，現(xiàn)在還都是處于技術(shù)有待成熟和發(fā)展階段。所以近年來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

　　“成本的進一步降低，讓基因組學衍生出更多的組學相關(guān)研究，并延伸至極為廣泛的基礎(chǔ)研究和實踐應(yīng)用中。”任魯風說。

　　“在涉及生命科學的領(lǐng)域目前都用得到這項技術(shù)，目前用基因測序逐漸開始解決實踐應(yīng)用的問題，成本也已經(jīng)達到實踐應(yīng)用的要求。”任魯風表示，這項技術(shù)應(yīng)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、微生物的進化。在農(nóng)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)開始應(yīng)用其中。

　　任魯風介紹，現(xiàn)在突發(fā)傳染病每時每刻都在發(fā)生，但不會再出現(xiàn)像2003年SARS疫情時長時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小時內(nèi)獲得病原的確切信息。

　　法醫(yī)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。實際上這些都是細分領(lǐng)域，目前已經(jīng)開始呈現(xiàn)市場容量急劇擴張的趨勢�！盎�因測序在應(yīng)用市場里的蓬勃發(fā)展和爆發(fā)式的增長將從2015年開始�！比昔旓L說。

　　基因測序重在醫(yī)學

　　據(jù)悉，奧巴馬在國情咨文里邊提到，要啟動精準醫(yī)學計劃，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(yī)學上的一個劃時代的開端。

　　那么究竟什么是精準醫(yī)學呢?任魯風介紹，根據(jù)大量數(shù)據(jù)積累和分析，得到一個數(shù)據(jù)庫，這樣就會得到不同的基因型和疾病與用藥之間的關(guān)系，之后通過每個人不同的基因或基因表達水平的不同，與這個數(shù)據(jù)庫去對照，會發(fā)現(xiàn)每個人每一種疾病的預(yù)防、發(fā)生、發(fā)展、治療、預(yù)后均和基因具有顯著的相關(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(yī)學。

　　在目前這個初級階段，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，腫瘤的個體化治療以及藥物基因組學方面，也就是根據(jù)基因來判斷病因是什么、藥物能不能用和好不好用等問題。“在這個過程中個人基因組和臨床相關(guān)性研究，是目前精準醫(yī)學首先要做的工作�！比昔旓L說。

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

　　當然，除了預(yù)防還要治病�！八幬飳�這個疾病有治療作用，還沒有毒性，這是最好的情況。如果沒有治療作用，藥毒還可能對病人有損傷，對于患者而言就是災(zāi)難。但通過基因水平來判斷，就可以選擇既沒有毒性又起作用的藥物。”任魯風說。

　　基因測序應(yīng)加快自主研發(fā)

　　“在基因測序方面，中國現(xiàn)在處于機遇與挑戰(zhàn)并存的時期�！比昔旓L告訴記者�；�因組學從概念的出現(xiàn)到現(xiàn)在只不過二三十年的時間。伴隨著信息技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外信息互通，讓中國的科學家有更多與國外同行直接交流和溝通的機會，加之大量的海外高水平人才回國，使中國在基因組學基礎(chǔ)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(tǒng)計顯示，人類基因組計劃完成以后，對美國經(jīng)濟的影響是巨大的。意味著通過38億美元的投資，獲得了將近8000億美元經(jīng)濟帶動作用，創(chuàng)造了31萬個工作崗位，到2013年，對美國經(jīng)濟的帶動作用達到了1萬億美元。

　　據(jù)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)在未來的應(yīng)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，在通過貼牌方式進入中國醫(yī)療市場，一定程度上阻礙了我國自主研發(fā)的進程�！比昔旓L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(yīng)用領(lǐng)域永遠給國外這種廠商打工的局面，從機器、軟件甚至數(shù)據(jù)分析方面都要依托外國。

　　“中國有廣泛的醫(yī)療資源和人群，最基礎(chǔ)的醫(yī)療資源是不缺的，缺的是沒有一項是自主創(chuàng)新的技術(shù)�！比昔旓L說。例如，生物技術(shù)必要的功能性軟件，所有進行基因數(shù)據(jù)分析的算法基本上均來源于國外原創(chuàng)性的基礎(chǔ)算法。中國的高性能計算硬件資源已經(jīng)達到了先進水平，但對于數(shù)據(jù)解讀、挖掘和數(shù)據(jù)庫建立等方面還落后很多。另外一個問題在于，我國的基礎(chǔ)研究和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累方面，碎片化嚴重，無法形成統(tǒng)一有效率的研究計劃和數(shù)據(jù)挖掘，這些有待于國家層面的科學布局規(guī)劃。

　　在技術(shù)發(fā)展層面，據(jù)了解，美國對基因測序技術(shù)的研發(fā)，從2004年到2014年持續(xù)進行資助，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2000萬元人民幣。

　　“這項技術(shù)是決定中國在國際市場上競爭力的關(guān)鍵，我國的科技體制改革，需要在這方面有所考慮。”任魯風說。還有就是目前有一些飲鴆止渴的現(xiàn)象，除了華大收購的CG還算是國產(chǎn)，其他獲得國產(chǎn)醫(yī)療器械證書的測序產(chǎn)品，均來自于國外。

　　“我們已經(jīng)堅持了六七年的時間來做基因測序技術(shù)，目前已經(jīng)完成了產(chǎn)品樣機的生產(chǎn)，即將給國內(nèi)客戶進行免費試用�！比昔旓L介紹。另外，其領(lǐng)導的科研團隊正在策劃針對應(yīng)用的整體解決方案，包括樣品處理、測序、數(shù)據(jù)分析等流程的全自動化實現(xiàn)，“用戶可以在對樣品進行測序和數(shù)據(jù)分析中實現(xiàn)無人操作，通過云計算和自主研發(fā)的算法，可以解決數(shù)據(jù)的有序積累和挖掘過程”。

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