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基因测序的是与非(1)
http://www.100md.com 2014年5月1日 《百科知识》2014年第9期
     国家食品药品监督管理总局、国家卫生计生委日前联合发出通知,任何医疗机构不得开展基因测序临床应用,已经开展的要立即停止,仍继续开展的,卫生行政部门要依法依规予以查处。

    基因决定论与测序乱象

    国家卫生计生委等部门叫停基因测序的理由是,目前国内使用的基因测序仪及相关试剂、软件,均未获得国家的审评审批,属于“违法医用”。

    其实,这只是表面理由。深层的原因在于,基因测序在不同国家和地区都存在认识上的模糊和使用上的乱象。

    基因测序只是基因检测的方法之一,又称基因谱测序,是国际上公认的一种基因检测方式。但是,在实际中基因测序的理念和做法却有些走样和变形。从理念上来看,基因测序有陷入“基因决定论”的危险。在欧美国家的基因测序开始进入临床后,中国的一些医院也相继引入,甚至在一些地方基因测序成为体检的项目。在观念上一些专业人员已经把基因测序万能的理念传递给了公众。

    有专家称,“吸烟致癌说”不科学,如果通过基因测序发现一个人的基因是尼古丁依赖基因,就需要吸烟,吸烟对他的身体有好处,反之就不能吸烟。与这种观念相似的还有饮酒、戒毒需要基因测序等,只有基因测序才能给出科学指导。

    更有甚者,一些人还宣称基因测序可以“包测百病”,甚至“包治百病”;基因测序可以测出“天赋基因”,实现对孩子的“因材施教”等。

    基因固然主导着一个人的生老病死,是内因,即便如此,对人一生的健康而言,基因的作用也只是占30%左右,决定人的生老病死更多的因素在于外部环境和后天因素,要占70%左右。即便只考虑基因的作用,致病基因也需要在其他基因和分子的启动下才能表达和发挥作用。例如,即便一个人的DNA中含有致癌基因,也需要DNA的异常甲基化才能产生致癌作用。早在2009年,美国加利福尼亚大学的克里斯托夫·普拉萨等人就发现,在许多类型的癌症中,癌细胞中的某些基因会被甲基化,从而无法正常表达。这种DNA的异常甲基化才是癌变的基础。

    后来,研究人员进一步发现,基因测序只是检测遗传信息,但是,遗传信息的编码和表达不仅取决于DNA的线性序列即4种碱基的排序,还取决于DNA和染色质结构的表观遗传修饰。表观遗传修饰或表观遗传学现象主要包括DNA甲基化、染色质构象变化、基因组印记、基因沉默和RNA编辑等。其中,DNA甲基化是一种主要的基因表观遗传修饰形式,异常的DNA甲基化才是癌症的特征和诱因。

    基因测序只是检测DNA的线性序列,即便发现基因变异、失序、缺失、增加、减少或重复也无法获得人的生老病死的全面信息。

    基因测序的原理和技术

    理性看待,基因测序当然是有巨大作用的。基因测序可以让人们更前瞻地了解一些遗传病和罕见病,发现致病基因,从而提早采取控制措施和及时治疗。因此,基因测序为解释人类重大疾病发病机理,开展个性化预测、预防和诊断治疗奠定了基础。

    简单地说,基因测序就是检测DNA的4种碱基的线性序列。人和高级生物的细胞核(DNA)中的碱基有4种,分别是A(Adenine腺嘌呤)、T(Thymine胸腺嘧啶)、G(Guanine鸟嘌呤)和C(Cytosine胞嘧啶)。

    目前比较普遍使用的基因测序手段是英国科学家弗雷德里克·桑格等人于1977年发明的双脱氧链末端终止法,其原理是根据核苷酸在某一固定点开始,随机在某一个特定的碱基处终止,产生A、T、C、G4组不同长度的一系列核苷酸,然后在聚丙烯酰胺凝胶上电泳检测,从而获得DNA序列。

    基因测序从20世纪70年代末桑格发明双脱氧终止法后,经历了巨大的发展,主要体现为测序速度越来越快,精确度越来越高,但是测序的基本原理并没有本质变化。20世纪70年代末是双脱氧终止法手动测序,同位素标记;80年代中期,出现自动测序仪(应用双脱氧终止法原理),荧光代替同位素,计算机图像识别;90年代中期,测序仪出现重大改进,集束化的毛细管电泳代替凝胶电泳。21世纪初期,又出现高通量测序技术,能一次并行对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定。目前,以单分子测序为特点的新一代测序技术也已临床使用。

    单分子测序的原理是,用一种聚合酶将DNA的复制限制在一个微小的间隙中,给各种碱基加上荧光示踪标记,当碱基合成DNA链时,这些荧光标记就会发出不同颜色的闪光,根据闪光颜色可以识别不同的碱基。使用结果表明,单分子测序仪读出碱基对的平均长度是1500对,这是代表该领域目前技术发展水平的伊卢米纳公司所生产测序仪的10倍。阅读长度越长,将DNA序列片段拼接成完整基因组序列就越容易。

    另一方面,在测序成本上,现在只花1000美元就可以对一个人的基因组测序的技术已出现。总部位于美国加利福尼亚州卡尔斯巴德的生命技术公司推出的一款新的测序机器Ion Proton能够在一天内完成个人全部基因组测序,所需费用不到1000美元。与此同时,总部位于美国加利福尼亚州圣迭戈市的伊卢米纳公司也不甘示弱,已推出HiSeq X Ten测序系统,可以将个人基因组测序的机器和试剂成本控制在1000美元以内。

    基因测序应用的优势和短处

    基因测序的优势在于它能查出基因序列在线性上的变异,对于诊断和预测一些疾病是比较准确的。例如,唐氏综合征(又称21三体综合征,是人染色体的第21对染色体发生了变异)就是一种染色体变异中的数目变异。因此,基因测序技术已经广泛地应用到唐氏综合征产前诊断,基因测序的准确度比传统的血清测试要高出几十个百分点,可以达到99%以上。所以,对于这种以基因数目变化为特征的疾病,基因测序可以大显身手。

    当然,基因测序的优势还在于,可以进行微卫星序列分析、长片段多聚酶链反应(PCR)、定量多聚酶链反应等分析,临床上在进行常规DNA测序外,还可进行单核苷酸多态性分析、基因突变检测、亲子和个体鉴定、微生物与病毒的分型与鉴定等。 (杨欣)
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