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飛入尋常百姓家 基因測序技術的“下凡之路”
2022年01月19日 13:26:23
來源：化工儀器網 作者：吳吳吳 點擊量：7946
1975年至今，基因測序技術已經發展到第四代，測序時間從13年縮短到5小時，測序金額從38億美金降低到1348元人民幣，時間成本和物質成本跨越式的降低，使得基因測序這只舊時的“王謝堂前燕”，飛入了“尋常百姓家”。
【化工儀器網 項目成果】基因測序，簡單來說就是將DNA表達出的化學信號轉化為可以用計算機處理的數字信號，它能夠測出個體從頭到腳、從內到外的所有信息，可以看成是一種對生命的解碼，而基因測序儀就是解碼生命的鑰匙。
基因測序技術的誕生離不開上世紀六七十年代分子克隆技術、凝膠電泳技術和放射自顯影技術這三大生命科學領域重大技術的發展，它們是人類得以探索自身的重要條件。
從1975年至今，基因測序技術已經發展到第四代，測序時間從13年縮短到5小時，測序金額從38億美金降低到1348元人民幣。時間成本和物質成本跨越式的降低，使得基因測序這只舊時的“王謝堂前燕”，飛入了“尋常百姓家”。
Frederick Sanger是談論基因測序技術時怎么都繞不開的人物，他是歷史上唯一一位兩次獲得諾貝爾化學獎的科學家，1980年的第二次獲獎正是因為他發明的第一代基因測序技術——雙脫氧終止法，又稱Sanger測序法，他也因此被譽為“人類基因組學之父”。
在Sanger測序法的基礎上，1990年，號稱是生命科學領域的“登月計劃”人類基因組計劃正式啟動。人類基因組計劃將人類染色體的30億個堿基對的核苷酸序列測出，這項由2000多名科學家耗時13年、花費38億美金的重大工程，終于在2003年交出了它的答卷——繪制出了第一個人類基因組圖譜。然而這種測序方法雖然準確性可達99.99%，但其高成本和低通量(測序效率)也嚴重阻礙了測序技術的大規模應用。
在踏出破譯遺傳生命信息的第一步后，第二代基因測序技術——“鳥槍法”測序（高通量測序技術）也隨后誕生。它的得名源自一個有趣的原理：在樹林里隨機打鳥群中的鳥，可以在很短的時間里打中林子中大部分種類的鳥。而第二代高通量測序技術是將要測序的基因切碎并隨機測序，再拼湊起來得到最終的測序結果。
“鳥槍法”測序在降低基因測序成本的同時，也大大提高了基因測序的通量，它的出現使得基因測序成本出現斷崖式下降。在這之后，各大企業紛紛入局這片生命科學領域的藍海。
2005年，454 Life Sciences公司開發出第一臺商用高通量測序儀454，2010年Illumina推出HiSeq2000系列測序儀，并在2017年將人類基因組的成本降低到1000美元，測序的時間也縮短至1周。
激烈的市場競爭中，基因測序技術不斷取得突破，成本越來越低，惠及的人群也越來越多。
2007年，美國生物學家詹姆斯·沃森花費百萬美元將自己的全部的基因序列刻錄成光盤；14年后，2021年，華大基因中標“四川大學華西醫院十萬例罕見病患者全基因組測序計劃采購項目”，中標金額1348元/例，服務例數預計不低于十萬例，這也就意味著中國10萬罕見病患者僅花1348元就能夠得到自己的全基因序列報告，基因測序早已不是少數階層才能消費的起的“特權”。
第三代和第四代測序技術都是為了解決上一代缺陷而開發的，第三代利用的是單分子測序，第四代實現了單分子檢測和電子傳導檢測相結合的測序方法。目前第三、第四代技術仍未成熟沒有大規模應用且國內的基因測序布局多集中在第二代測序，在此不過多贅述。
近日，美國斯坦福大學的研究人員開發出一種新的超快速基因組測序方法，全基因組測序時間僅為5小時2分鐘，創造了最快DNA測序技術的首個吉尼斯世界紀錄，可以想見，這又將是基因測序技術賽道的一員猛將。
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