單分子測序：基因測序不再遙不可及

　　如果說二代測序的使命是使成本降低到1000美元/基因組的話，那么三代測序的使命就是使成本降低到100美元/基因組，進一步促進測序發展為臨床的常規檢測技術，在臨床診療上發揮更大的作用。

　　在年初的J.P.Morgan健康醫療大會上，美國基因測序公司Illumina宣布將創建一個新公司——Grail，致力于開發一種不超過1000美元的血液檢測，用于多類型癌癥的早期篩查。這種腫瘤DNA測序的主要目的是在無癥狀的個體中診斷各種各樣的癌癥，從而實現提前預防或治療。

　　隨著技術的不斷進步，基因測序的成本正變得越來越“親民”。不過，人們認為1000美元仍然不能使基因測序成為一個“飛入尋常百姓家”的臨床診斷價格，人們的下一個目標是100美元。

　　“如果說二代測序的使命是使成本降低到1000美元/基因組的話，那么三代測序的使命就是使成本降低到100美元/基因組，進一步促進測序發展為臨床的常規檢測技術，在臨床診療上發揮更大的作用。”南方科技大學副教授、深圳市瀚海基因生物科技有限公司（以下簡稱“瀚海基因”）創始人兼CEO賀建奎告訴《中國科學報》記者，隨著第三代測序技術（即“單分子測序技術”）的發展，人們距離這個目標正越來越近。

　　第三代測序更易臨床推廣

　　在世界范圍內，基因測序儀一度被幾家主要的公司所壟斷，著名的測序公司有Illumina、Life Tech、羅氏（Roche）、太平洋生物等，我國99%以上的測序儀和試劑都依賴于進口。而在單分子測序方面，此前也僅有美國和英國推出了第三代測序儀。

　　“業界對第三代測序儀非常關注。太平洋生物于2014年推出一款小型化的單分子測序儀Sequel，在短短一個月的時間內，他們公司股價就上漲了一倍。”瀚海基因化學部總監高雁介紹說，在臨床應用方面，第三代測序儀有著比二代測序儀更大的優勢。

　　“二代測序需要一個比較復雜的樣品制備過程，同時為了建庫，還需要匹配十余臺設備，光這些設備就需要一百多萬元。”高雁告訴《中國科學報》記者，二代測序技術很難在醫院推廣——醫生并不愿意進行煩瑣的、需要相對專業水平的樣品制備等操作，他們更期待一鍵式、自動化的操作儀器：待測樣品放進去，自動運行，隔天之后就得到一個非常直接的報告，而不是將測序結果交由第三方的生物信息學的專業人員進行分析，再給醫生反饋。

　　賀建奎認為，相比二代測序，第三代測序技術在臨床上的應用有明顯優勢：第三代測序技術不需要PCR擴增，可直接對單個分子進行測序；樣品制備簡單，測序成本進一步降低；可直接讀取RNA的序列和包括甲基化在內的DNA修飾。這些優勢可以大大改善臨床基因測序的成本、速度和質量。

　　瀚海基因2014年5月份立項，致力于開發一款面向臨床應用、可供醫生直接使用的第三代基因測序儀。2015年10月底，瀚海基因率先在國內研發出第三代測序儀的原理樣機“GenoCare”，引起了國內外的廣泛關注。賀建奎預計，工程樣機將于2016年下半年制成。

　　精準醫療的入口

　　基因測序作為精準醫療的重要一環，隨著技術的進步以及成本的下降，近年來發展迅速。

　　精準醫療主要包括精準診斷和精準治療兩部分。作為精準診斷的關鍵，基因測序已成為當仁不讓的精準醫療的入口。如今，醫療部門通過基因測序及分析技術對病人分子層面信息進行收集，再利用生物信息學分析工具對所有信息進行整合并分析，醫生可以早期預測疾病的發生、可能的發展方向和疾病可能的結局，以幫助作出診斷。

　　賀建奎介紹說，目前，單分子測序平臺可以廣泛應用于無創產前診斷、腫瘤早期無創診斷、胚胎植入前遺傳學篩查、病原體檢測和遺傳病基因變異檢測等。

　　“已有文獻報道證明，對唐氏綜合征的篩查，單分子測序技術比Illumina測序技術對檢測21號染色體異常更為靈敏。”高雁告訴記者，他們的實驗設計還顯示，單分子測序能夠檢測到3%的低頻突變。

　　對于病患而言，如果切除癌癥的腫瘤組織，其中大概只有40%是真正的癌癥組織，其余60%則是正常的血管等組織。而在40%的癌癥組織中，大約只有50%發生了癌細胞突變，另外一半正常。這樣算下來，需要真正檢測的有突變的癌癥細胞只占所要切除的癌癥組織的20%左右。

　　“我們研究團隊將靶向基因捕獲和測序融合在一步完成，實現了單分子靶向測序。經過實驗設計，證實了可以檢測到3%低頻突變。所以我們認為，這個原理將來有可能用到癌癥的早期檢測。”高雁說。

　　此外，賀建奎告訴記者，對于諸如埃博拉等重大暴發性傳染病的應用領域，第三代或第四代（納米孔分子測序）測序技術的應用，更是能夠第一時間讓病毒現出原形，從而為重大傳染病防控提供科學依據。

　　“測序技術不能僅僅用于科研，更要用于臨床，這樣才擁有更廣闊的市場和更長久的生命力。”高雁說。

　　并非取代二代測序

　　盡管第三代測序技術優勢多多，但并不意味著單分子測序無所不能，也并非毫無瑕疵。賀建奎告訴記者，目前第三代測序并不能取代二代測序，而是作為對其的一種補充共同發展。

　　“單分子測序有通量限制，普遍不如二代測序儀高。這限定了其在全基因組測序方面‘拼’不過二代測序儀。”賀建奎說，單分子測序儀并不適合獨立做全基因組測序，更適于針對有限的、個性化的、目標性的應用。

　　此外，第三代測序儀盡管節省了人力和物料成本，但它的硬件成本還相對較高。賀建奎舉例說，太平洋生物公司一款單分子測序儀的成本約為150萬美元，其最新版本盡管降低了1/3的成本，其“身價”仍令人咋舌。

　　“總體來講，第三代測序儀還處于起步的發展階段，仍有未知的空間等待進一步探索。比如三代測序儀提供了一個強大功能，它或能發現潛在遺傳信息。”賀建奎說，基因測序技術作為生物大產業的金字塔頂尖的技術，需要國家大力支持。

　　“三代測序技術的發展需要國家像支持國產CPU、國產大飛機那樣的力度去支持。”賀建奎認為，基因測序技術涉及多學科領域的交叉，這一行業的快速發展，勢必帶來光學、表面化學等工業品質的提升，這些方面的共同進步最終將推動“中國制造”走向“中國創造”。