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二代基因测序技术推动转化医学发展
2018-08-07    来源:整理于网络

从1980年英国生物化学家Frederick Sanger与美国生物化学家Walter Gilbert建立DNA测序技术并获得诺贝尔化学奖至今已有三十余年了。在这三十年,DNA测序技术取得了令人瞩目的进展,为生命科学研究领域开辟了新的视角,使研究水平上升到新的高度。

回顾过去,第一代测序技术帮助人们完成了包括人类基因组计划在内的多种生物基因组序列测定及数据库的建立。第二代测序又以更高的通量,更简易,标准化,自动化的操作以及不断降低的测序费用加速拓展着测序应用的广度和深度,不仅大大促进了基因组学、转录组学、核酸蛋白相互作用等相关生物学研究的发展,还让人们看到了其在转化医学领域广阔的应用前景,让人们对个性化医疗时代充满期待。


Life 2014转化医学高峰论坛5月16日在位于临安市郊区的中都青山湖畔大酒店举行。应本次高峰论坛主办者Thermo Fisher旗下的Life Science Solution(原Life Technologies)的邀请,笔者与同事也来到了这个风景秀丽的度假胜地。当然,吸引我们的并不是青山湖的翠绿和静谧,我们的目的是希望能够借此机会,探究当前二代基因测序技术在转化医学中所扮演的角色,亲身感受转化医学在中国发展的热度,寻找未来基因测序相关市场新一轮增长的驱动力。


转化医学的概念起源于美国,过去10余年,从美国到欧洲,从欧洲到亚洲,各主要经济科技大国,都相继跟进,形成风靡全世界的一场学术甚至社会运动。


美国国立卫生研究院(NIH)提出这个概念的初衷是为了把研究经费投入到既能解决临床实际问题,又与临床比较接近的基础研究领域,就是给基础医学科研这个在天上飞的风筝栓根线,线的一头要攥在临床医生们手里,以利于把NIH有限的科研经费用在解决临床实际问题上,同时能提高临床医生对科学研究的热情,还有一个主要的目的是能培养出大量具备现代科研意识,生理生化遗传等基础领域知识丰富的医生。


而在我神州大地,这一学术运动更逐步演变成在政府主导下的一次医学革命,中国已经成为国际上最活跃的转化医学大国。笔者粗略了解了一下,出席本次论坛的近四百位代表,或者是直接来自于全国各地的三甲医院,或者是和医院有合作关系。而对于当前中国公立医院(特别是那些三甲医院)的临床大夫们,搞科研,发论文已成为职位晋升的必要条件,因此他们很可能成为未来转化医学的主力军。


本次论坛的焦点之一就是“二代基因测序在临床研究和转化医学中的应用”。毫无疑问,这需要临床医师的积极参与,同时也对他们的专业能力提出了更高的要求。因为对基因检测结果的解读不是靠计算机就可以完成的,这需要专业的人士正确的回答。复旦大学附属儿童医院王慧君副研究员在她的演讲中就指出,未来的临床医生应该具有一定的遗传和基因检测的知识,临床医师需要和实验室人员紧密配合,形成一个团队,从而使分子基因诊断能够真正指导临床治疗。这也是分子基因诊断未来的发展方向之一。


随着二代基因测序技术的蓬勃发展,基因序列测序速度极大提升、成本大幅下降,使得基因组测序的临床应用成为可能。以Life Technologies的Ion Proton™ 基因测序仪为例,在使用当前的Ion PⅠ™芯片的情况下,只需几千美元即可在一天时间内完成个人全基因组测序。而这一成本有望在Ion PⅡ™推出后缩减至1000美元以下。


测序技术的飞速发展将推动DNA序列数据的大量积累,同时伴随着相应的个体疾病、体征等数据的积累(例如:目前上海儿童医院转化中心正在建立出生缺陷样本库,以用于儿童遗传病的研究及未来的临床治疗)。当数据足够多以后,如何理解这些数据就成为关键。微观层面上,分子生物学家利用基因敲除等技术逐个研究基因对生物表观性状的影响,在很多重要的点上取得了突破。宏观层面上,统计学等数据分析技术被引入来大规模系统研究基因序列与生物表型的关系。基础科研成果的积累逐渐带来临床应用的突破。


从本次高峰论坛上笔者了解到,目前基因测序在临床上的应用主要有两类,一类是针对普通人的疾病筛查,通过测定已知的与某种疾病相关的基因序列位点,来推断其未来罹患该种疾病的概率。比较典型的例子像大家所熟知的无创产前DNA检测;另一类是针对癌症等致命性疾病的伴随诊断,通过测定某些特定的基因序列位点(例如:肺癌的KRAS突变和EGFR突变),在一系列的药物或治疗方案中找到对特定患者最为有效的药物或方案。


相较于这些常见的,具有特定表型的相关目的基因,更大量存在的是那些功能上难以确定的,但可能与某种疾病相关的罕见个性化突变基因。对于数量庞大的此类未知功能基因,科学家们还有大量的工作要做。首先需要收集到足够的样本,然后再设计模型实验进行确证。而在完成这些工作之前,针对单独个案里的某个测得的单基因突变,即使医师怀疑它可能是驱动突变,但到底该不该向病人报告?就算是对于那些绝症患者,死马权当活马医,将结果报告给了他们,可是如果没有有效的靶点药物,依然是于事无补。所以还得为这个单独个案去开发靶点药物。难怪有参会代表私下开玩笑说,现阶段的个性化医疗恐怕只有那些亿万富翁们能够享受得起。


大量的工作有待科学家和医生们去做,其中自然也就孕育着巨大的商机。今年二月,二代测序被短暂叫停,但不久之后,卫计委开始开放包括二代测序在内的新的技术的临床应用试点,就是要选择一些病种,选择一些有资质的检测单位或医院来开展。虽然是有选择的,有限的。但是待产业慢慢成熟后,可以预期其市场容量将是巨大的。


据悉,全球提供基因检测的机构有近2000家(其中绝大部分在美国)。在中国,有上百个机构已在运营基因检测医疗服务,有的更在资本市场上发酵募资。除了大名鼎鼎的华大基因外,还有贝瑞和康、达安基因、安诺优达等公司。可以应用基因检测技术进行检测的疾病数有1502种,其中1214种已经或正在应用于实际检测,288种在实验室阶段。在美国,每年进行此类检测的就有700多万人次,使得美国女性乳腺癌发病率降低了70%,直肠癌发病率降低了90%。


据初步估计,中国基因检测的市场规模有上万亿元人民币。基因检测正引导着预测医学的发展,并应用于疾病预防、基因诊断、个体化治疗等各个方面,从根本上改变着医疗产业的形态,也将改变整个健康产业的形态。

 

 


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