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有关未来40年基因测序的展望(2)

2018-01-11 17:24:05星舰基因


 

DNA测序在医学领域会产生革命性的影响

事实上,除了临床以外,DNA测序还有很多用武之地,例如手持DNA测序仪。流行病学家可以使用手持测序仪对空气、水、食物、动物和昆虫进行检测,更不用说人类咽拭子和体液了。事实上,在低收入和中等收入国家,这种简易DNA测序仪已推动了全球病毒组学项目(Global Virome Project)的开展。这样做的目的是要对许多野生动物DNA样本进行测序,以确定可以传播给人类,并导致疾病的病毒。

同时,公共卫生专家也开始讨论如何通过对城市垃圾中微生物进行测序,以加强对疾病疫情的监控。海洋生物学家正在探索如何通过系统的宏基因组学研究来监测海洋的生态环境。


 


 

碰到天花板,什么是DNA测序发展的绊脚石?


 

在仅仅40年里,细胞分子数据实际应用的核心目标从得到信息本身,变成了元信息化(meta-informational)。

以基因测序的临床应用为例。可能在不久的将来,DNA测序会成为体液分析的常规工具。但是,问题在于,百万人的多年医疗史的数据必须精心组织,才能提供解读元信息的框架,才能明确哪些数据应该保留,哪些应该深挖。

关于医学,我们同意美国国家研究委员会精密医学委员会等咨询小组的建议——全球需要创造一个广泛的“信息共享体”。这将覆盖数百万人生殖细胞基因组测序的分子和临床数据。目前有一些项目正在开展这样的大规模人口工作,这些项目包括英国生物银行和美国全美研究计划。

这里我们给出了最好的猜测。惊喜是确定的。事实上,从现在开始的几十年里,世界上大部分的数据(现在存储在硬盘或云端上)都可以存储在DNA中,而DNA测序的主要驱动力也不是疾病的诊断和治疗,而是我们对数据存储的迫切需求。


 

测序平台的进展——多种DNA测序方法


 

过去40年,DNA测序技术曾多次更新换代。到1985年,几乎所有的DNA测序都用Sanger法或双脱氧链终止法进行:反应产物用放射性核苷酸标  记,在丙烯酰胺板凝胶上分离,并用放射自显影(使用X射线或照相胶片检测样品中的放射性标记)  进行检测。到了2000年,四色荧光法成为主流:使用终止链式反应的核苷酸类似物标记反应产物,  在填充有果冻样培养基的毛细管中电泳分离,并用能量转移荧光染料检测。到了2010年,测序技术  就更加多元化了。主要的手段是基于大规模平行分析DNA克隆(单个DNA分子的克隆扩增)和边合成  边测序的化学方法(这些方法依赖于可逆链终止子)。

从现在开始,每个DNA测序平台的性能将取决于它的用途。在肿瘤学和医学遗传学中,目标通常是正确识别每个基因,并定义存在于多个拷贝中的每个突变。相比之下,在一些只要求知道是否与特定序列匹配的应用——例如物种识别——中,便携快速成为了第一要务,此时准确性就没有那么重要了。

此外, DNA测序集中化和分散化的相对需求也可能发生变化。例如,一名流行病学家试图实时评估病毒对塞拉利昂某个特定村庄的影响,那么他可能需要便宜的便携设备。但是对于那些需要生成大量数据集的人来说,将样品运送到集中商业运作的DNA测序中心可能会更高效、更经济,尤其是那些对质量控制和样品追踪要求严格的应用。


 


 

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