基因测序：亟待加入中国元素

■郭爽，本报见习记者

近年来，随着股票市场上基因概念股的热，国际癌症基因组计划完成的消息，高通量测序中Down筛选的启动和停止等。新闻的每日更新使得基因测序这个行业和概念成为一个非常热门的话题。

在“创新中国智库专题讲座”上，中国科学院遗传研究所技术研发中心副主任冯路作了题为“基因测序技术在中国的应用前景”的专题讲座。他的主要基因是什么？什么是排序？基因测序能为我们解决什么问题，测序技术的发展趋势及其在中国和世界的应用等。解释了基因测序的相关内容。

什么是基因测序

“先做一个科普的基本概念。如果把地球比作生命之树，那么人类只是大树末端的一根树枝。就动物而言，世界上有1000万种动物，包括5000种哺乳动物。人们只是其中之一。”冯介绍道。

众所周知，几乎每个生命体都由细胞组成。这个细胞有一个被遗传物质包裹的细胞核。从父母那里继承的染色体被松散地拉直，形成通常所说的DNA(脱氧核糖核酸)，即生命密码是由排列核苷酸作为基本单位形成的。

冯说，细胞DNA转化为核糖核酸后，蛋白质是由细胞核外的核糖核酸翻译产生的。蛋白质也通过脱氧核糖核酸和核糖核酸的排列顺序形成不同的生物结构。这里所有的生命活动都来自这个序列，关注这个序列可以解决生命发生和发展的问题。

脱氧核糖核酸和核糖核酸只有四个基本组成单位，即核苷酸。这四个核苷酸在化学分子结构上只有细微的差别。DNA链上这四种不同化学结构的分子序列决定了所有生命活动的本质。顺序决定了这个顺序。

“人与人之间的差别只有千分之一，也就是说，这种排列的顺序只有千分之一。这种差异引发了无数的遐想，推动了生命科学和医学等一系列科学研究和应用不断向前发展。”冯说道。

测序技术已经发展了40年，经历了四代技术阶段。第一代测序技术已经稳定下来，并在特定市场保持独家应用。自从第二代测序技术于2006年引入市场以来，在过去的10年里，在国内制造商的参与下，出现了许多激烈的竞争。然而，第三代和第四代技术仍处于技术需要成熟和发展的阶段。因此，近年来的主要竞争也将集中在第二代技术上。

基因测序能做什么

“成本的进一步降低将使基因组学产生更多与基因组学相关的研究，并将它们扩展到非常广泛的基础研究和实际应用。”冯说道。

“这项技术目前用于涉及生命科学的领域。目前，基因测序正逐步开始解决实际应用问题，成本已达到实际应用的要求。”冯说，这项技术的应用领域包括检验检疫、食品安全、种质鉴定、临床诊断、环境检测、疾病防治和微生物进化。测序技术也已应用于农业、林业、畜牧业、渔业等领域。

冯说，突发传染病时有发生，但不会再有像2003年非典疫情那样，病原体长期得不到准确识别的病例。基因测序技术可以在新的传染病爆发后72小时内获得准确的病原体信息。

在法医鉴定中，测序技术长期以来被用作一种基本的物证鉴定方法。在国家安全层面，基因信息安全和生物反恐都是值得注意的发展领域。事实上，这些都是分行业，市场容量已经开始迅速扩大。"基因测序在应用市场的蓬勃发展和爆炸性增长将从2015年开始."冯说道。

基因测序聚焦于医学

据报道，奥巴马在他的国情咨文中提到，应该启动精确的医疗计划，并且应该对所有人类基因组进行测试，以指导以后的健康分析。这被定义为医学上划时代的开端。

那么什么是精确医学呢？冯介绍，通过大量的数据积累和分析，得到了一个数据库，从而可以得到不同基因型与疾病和用药之间的关系。通过每个人不同的基因或基因表达水平与该数据库进行比较，可以发现每个人的每种疾病的预防、发生、发展、治疗和预后都与基因有着显著的相关性，从而针对目标中心，采取有针对性的不同治疗方法，这就是所谓的精确医学。

在目前的初始阶段，基因测序可能更侧重于遗传病的诊断、传染病的病原体检测、肿瘤的个体化治疗和药物基因组学，即根据基因判断病因、是否可以使用药物等。在这个过程中，对个体基因组与临床实践之间的相关性的研究是精密医学领域的第一项工作冯说道。

任禄丰将健康相关领域分为两个部分，一个是疾病易感性，另一个是药物易感性。疾病易感性意味着每个人都有患某种疾病的风险，这种疾病来自于他们自己的遗传物质。如果医生能看到病人的基因组，他们就能提前知道并进行干预。

当然，除了预防，还需要治疗。“药物对这种疾病有治疗作用，而且没有毒性。这是最好的情况。如果没有治疗效果，药物毒性也可能损害患者，这对患者来说是一场灾难。但是从基因水平来看，我们可以选择既不有毒也不有效的药物。”冯说道。

基因测序应加速自主研发

"在基因测序方面，中国现在面临着机遇和挑战."任禄丰告诉记者。基因组学这个概念出现才20到30年。随着信息技术的发展和国内外信息的交流，中国科学家有更多的机会与外国同行直接交流。此外，大量高层次海外人才回国，使中国在基础基因组研究和测序技术方面与西方国家相差无几。

2011年的统计数据显示，人类基因组计划完成后，对美国经济的影响将是巨大的。这意味着通过38亿美元的投资，它获得了近8000亿美元的经济推动力，创造了31万个就业机会。到2013年，美国经济的驱动力将达到1万亿美元。

据报道，中国第一台测序仪由深圳华安康公司制造，华大基因从美国收购CG公司也看中了其测序技术在未来的应用前景。

“尽管中国的测序技术刚刚起步，但通过授权将两大测序技术巨头——生命科技(LifeTech)和Illumina引入中国医疗市场，在一定程度上阻碍了中国的自主研发进程。”冯说道。

在测序技术领域，缺乏独立的研发、独立的原理和独立的技术平台，一直导致中国的应用领域总是为外国制造商服务，在机器、软件甚至数据分析方面都依赖外国。

“中国拥有广泛的医疗资源和人口。最基本的医疗资源是不可缺少的。缺少的是，它们都不是自主创新技术。”冯说道。例如，所有用于基因数据分析的算法基本上都是从国外生物技术所需的功能软件的原始基本算法中派生出来的。中国的高性能计算硬件资源已经达到了先进水平，但在数据解释、挖掘和数据库建设方面还远远落后。另一个问题是，中国的基础研究和基础数据积累严重分散，无法形成统一高效的研究计划和数据挖掘，需要在国家层面进行科学的布局规划。

在技术发展方面，据了解，从2004年到2014年，美国一直在资助基因测序技术的研发。从第二代测序技术到目前的第四代测序技术，累计投资已超过2亿美元。然而，中国*的基因测序技术研发资金约为2000万元。

“这项技术是决定中国在国际市场竞争力的关键。在这方面，需要考虑中国科技*的改革。”冯说道。目前还有一些饮鸩止渴的现象。除了华大购买的CG，仍然是国产的，其他获得国内医疗器械认证的测序产品来自国外。

“我们坚持基因测序技术已经有六七年了。我们已经完成了原型产品的生产，并将很快对国内客户进行免费试用。”冯介绍道。此外，在其领导下的科研团队正在为该应用规划一个整体解决方案，包括样品处理、测序、数据分析和其他过程的完全自动化。“用户可以实现样品测序和数据分析的无人操作，通过云计算和自主开发的算法解决数据的有序积累和挖掘过程。”

冯表示，在中国缺乏高端生命科学仪器研发和生产的核心精密工业条件和经验的情况下，如何依靠和支持自主创新，抵御外国技术对中国市场的侵蚀，值得思考。