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業和概念成為了一個非常熱門的話題。

在“創新中國智庫專題講座”上，中國科學院北京基因所技術研發中心常務副主任任魯風作了《基因測序技術在中國應用前景》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題以及測序技術、應用在中國及全球的發展態勢等方面解讀了基因測序的相關內容。

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。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。”任魯風介紹。

據了解，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，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轉化為RNA（核糖核酸）之后，通過RNA在細胞核外面的翻譯，生產出蛋白質。而蛋白質也是通過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都是來源于這個順序，關注這個順序就可以解決生命的發生和發展問題。

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構上具有細微的差異，而這四種不同化學結構的分子在DNA鏈上的排列順序，決定了所有生命活動的本質，“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，這種差別引發了無數的遐想，這些遐想促進了生命科學和醫學等一系列科研和應用的不斷前行。”任魯風說。

測序技術發展了40年，已經走過了四代技術階段。第一代測序技術已經趨于穩定，在特定市場里保持著獨占性應用。第二代測序技術從2006年推向市場后，10年來產生了諸多激烈的競爭，國內廠家也有參與。而第三代和第四代技術，現在還都是處于技術有待成熟和發展階段。所以近年來主要的競爭還將集中于第二代技術上。

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研究，并延伸至極為廣泛的基礎研究和實踐應用中。”任魯風說。

“在涉及生命科學的領域目前都用得到這項技術，目前用基因測序逐漸開始解決實踐應用的問題，成本也已經達到實踐應用的要求。”任魯風表示，這項技術應用領域包括檢驗檢疫，食品安全、種質鑒定、臨床診斷、環境檢測、疾病防控、微生物的進化。在農業、林業、畜牧業、漁業等領域，測序技術也已經開始應用其中。

任魯風介紹，現在突發傳染病每時每刻都在發生，但不會再出現像2003年SARS疫情時長時間不能準確判別病原的情況了。基因測序技術能夠在新突發傳染病發生的72小時內獲得病原的確切信息。

法醫鑒定方面早已將測序技術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展領域。實際上這些都是細分領域，目前已經開始呈現市場容量急劇擴張的趨勢。“基因測序在應用市場里的蓬勃發展和爆發式的增長將從2015年開始。”任魯風說。

基因測序重在醫學

據悉，奧巴馬在國情咨文里邊提到，要啟動精準醫學計劃，要把所有人基因組全都測完，指導后期的健康分析。這被定義成醫學上的一個劃時代的開端。

那么究竟什么是精準醫學呢？任魯風介紹，根據大量數據積累和分析，得到一個數據庫，這樣就會得到不同的基因型和疾病與用藥之間的關系，之后通過每個人不同的基因或基因表達水平的不同，與這個數據庫去對照，會發現每個人每一種疾病的預防、發生、發展、治療、預后均和基因具有顯著的相關性，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。

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性研究，是目前精準醫學首先要做的工作。”任魯風說。

任魯風把健康相關領域分成兩個部分，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。如果醫生可以看到病人的基因組譜，就可以提前獲知和進行干預。

當然，除了預防還要治病。“藥物對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。

基因測序應加快自主研發

“在基因測序方面，中國現在處于機遇與挑戰并存的時期。”任魯風告訴記者。基因組學從概念的出現到現在只不過二三十年的時間。伴隨著信息技術的發展，國內外信息互通，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研究，測序技術領域并不比西方國家落后多少。

2011年的統計顯示，人類基因組計劃完成以后，對美國經濟的影響是巨大的。意味著通過38億美元的投資，獲得了將近8000億美元經濟帶動作用，創造了31萬個工作崗位，到2013年，對美國經濟的帶動作用達到了1萬億美元。

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

“雖然中國的測序技術剛起步，但包括LifeTech和Illumina這兩家測序技術巨頭，在通過貼牌方式進入中國醫療市場，一定程度上阻礙了我國自主研發的進程。”任魯風表示。

在測序技術這一領域，自主研發，自主原理，自主技術平臺的缺失一直造成我國應用領域永遠給國外這種廠商打工的局面，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，缺的是沒有一項是自主創新的技術。”任魯風說。例如，生物技術必要的功能性軟件，所有進行基因數據分析的算法基本上均來源于國外原創性的基礎算法。中國的高性能計算硬件資源已經達到了先進水平，但對于數據解讀、挖掘和數據庫建立等方面還落后很多。另外一個問題在于，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布局規劃。

在技術發展層面，據了解，美國對基因測序技術的研發，從2004年到2014年持續進行資助，從第二代測序技術到目前的第四代測序技術，累積已經投入超過2億美元。而我國的國家級別支持的基因測序技術研發經費一共大概2000萬元人民幣。