DNA拍立得

　　
　　10年前，美國(guó)發(fā)起的“人類基因組計(jì)劃”，終于繪制出了史上第一份人類基因組序列圖。2011年，如果要繪制全部基因組圖譜需要花費(fèi)幾周的時(shí)間，有時(shí)甚至?xí)^(guò)一個(gè)月，需花費(fèi)5000到10000美元。而如果你要進(jìn)行一次全基因組測(cè)序，至少需要花費(fèi)3000美元，耗時(shí)一周。為了降低個(gè)人繪制基因圖譜的費(fèi)用，2004年，美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院設(shè)立了“1000美元基因組計(jì)劃”，預(yù)計(jì)用14年完成該項(xiàng)目。
　　生物技術(shù)設(shè)備提供商美國(guó)生命技術(shù)公司（Life Technologies）正試圖挑戰(zhàn)這項(xiàng)計(jì)劃。2012年初，該公司宣布，計(jì)劃在年內(nèi)推出一款能在一天之內(nèi)僅需1000美元即可繪制人體藍(lán)圖——解碼人類基因組的下一代測(cè)序儀Ion Proton。該測(cè)序儀的發(fā)明者喬納森·羅森伯格（Jonathan Rothberg）博士預(yù)測(cè)，該儀器將廣泛應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)，包括兒童醫(yī)院——探查新生兒病患是否患有已知的遺傳病癥，或自閉癥背后的基因探秘……“所有癌癥診斷和前沿的醫(yī)療技術(shù)都將因?yàn)榛驕y(cè)序而改變。”喬納森說(shuō)。
　　僅僅是在兩年之前，美國(guó)生命技術(shù)公司還在生產(chǎn)大型的光學(xué)測(cè)序設(shè)備。那些設(shè)備太復(fù)雜了，而且需要眾多操作人員。“操作人員的學(xué)歷證明堆起來(lái)差不多要和設(shè)備一樣高。”美國(guó)生命技術(shù)公司董事長(zhǎng)兼首席執(zhí)行官盧瑞格（Gregory Lucier）說(shuō)。而要讓這些儀器解讀人類基因組，不需要一個(gè)月也得三兩周。因此，盧瑞格問(wèn)了自己一個(gè)問(wèn)題:“怎樣才能讓基因組解讀成為癌癥治療的標(biāo)準(zhǔn)程序呢？”帶著這個(gè)問(wèn)題，盧瑞格走進(jìn)了新英格蘭州的一家咖啡館，和喬納森進(jìn)行探討。那時(shí)的喬納森正經(jīng)營(yíng)著一家名為Ion Torrent的公司。
　　喬納森也許稱得上是這個(gè)星球上基因測(cè)序研發(fā)領(lǐng)域最頂級(jí)的專家。大約10年前，喬納森開(kāi)始接觸基因組學(xué)業(yè)務(wù)。那時(shí)候喬納森有了一個(gè)兒子：諾亞。在諾亞出生的那個(gè)晚上，他被送進(jìn)了新生兒重癥監(jiān)護(hù)病房。“在那一刻，我想要知道，為什么我的兒子諾亞會(huì)呼吸困難？為什么我的兒子諾亞會(huì)住進(jìn)新生兒重癥監(jiān)護(hù)病房？這促使我想要開(kāi)發(fā)一種技術(shù)，讓所有的父母在類似的境況中能夠得到答案。”喬納森說(shuō)。
　　于是喬納森創(chuàng)立了一家名為4-5-4的公司，從樣本中提取DNA，無(wú)論是人體樣本還是細(xì)菌樣本，然后復(fù)制這些DNA。喬納森意識(shí)到，“人類基因組計(jì)劃”之所以需要數(shù)十年的時(shí)間并花費(fèi)30億美元，很大程度上是因?yàn)榇蟛糠止ぷ鞫际窃谥苽錁颖尽Ｋ裕?-5-4首先要解決的就是簡(jiǎn)化這項(xiàng)工作。他們借鑒了計(jì)算機(jī)行業(yè)的“摩爾定律”，采用低成本且兼具良好擴(kuò)展性的半導(dǎo)體技術(shù)，從而創(chuàng)造出了后來(lái)稱之為下一代基因測(cè)序的技術(shù)和設(shè)備。
　　當(dāng)時(shí)的技術(shù)設(shè)備使用一塊3.5×3 cm的芯片，這塊芯片上面有一億多個(gè)只有百萬(wàn)分之一米大的微孔。將復(fù)制有DNA的材料倒進(jìn)每個(gè)微孔，通過(guò)與基材發(fā)生反應(yīng)生成氫離子，而內(nèi)嵌在每個(gè)微孔中的感測(cè)器會(huì)監(jiān)測(cè)到這些離子。今年有望推出的這種芯片有1.65億個(gè)微孔，而另一款有望在明年年初上市的芯片則有6.6億個(gè)這樣的微孔。由于能夠同時(shí)處理大量DNA，這項(xiàng)新技術(shù)可以大幅削減處理時(shí)間和成本。從某種程度上來(lái)講，這一新技術(shù)讓復(fù)雜的DNA檢測(cè)成為一項(xiàng)“傻瓜式”的工作。
　　喬納森之后又創(chuàng)建了Ion Torrent公司，美國(guó)生命技術(shù)公司于2010年以超過(guò)7億美元的價(jià)格收購(gòu)了該公司。加入美國(guó)生命技術(shù)公司后，喬納森和他的團(tuán)隊(duì)在公司內(nèi)享有充分的自主權(quán)，只需要告訴公司他需要什么樣的幫助來(lái)完成他的工作就好了。公司抽調(diào)各方面的高精人才提供技術(shù)支持，并利用公司的全球銷售和營(yíng)銷渠道進(jìn)行推廣。
　　2011年夏天，下一代基因測(cè)序得以牛刀初試。那時(shí)，歐洲爆發(fā)了一場(chǎng)莫名其妙的疫情，有人因吃了一種有毒的黃瓜而致病，病毒感染到其他人，幾十人生命垂危，共有1000多人受到感染。隨著時(shí)間的流逝，被感染的人還在增加。但棘手的是，人們對(duì)這種病毒為何物并不確定。所以，醫(yī)療專家們首先需要速戰(zhàn)速?zèng)Q搞清楚這種病毒到底是什么。
　　當(dāng)時(shí)美國(guó)生命技術(shù)公司的專家成為首批解密這一病毒元兇的人，生命技術(shù)公司的中國(guó)合作伙伴華大基因參與了其中的很多工作。研究人員快速設(shè)計(jì)出試劑從現(xiàn)場(chǎng)提取樣本，對(duì)食品供應(yīng)源進(jìn)行篩查。中國(guó)和德國(guó)的科學(xué)家用了大約兩個(gè)小時(shí)的時(shí)間，在一塊價(jià)值99美元的芯片上進(jìn)行解碼，得到了500萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)序列（即 DNA序列）。通過(guò)基因測(cè)序，專家得出結(jié)論，一種混合型致病大腸桿菌菌株是導(dǎo)致德國(guó)致命疫情的原因。它是一種超級(jí)小蟲(chóng)，對(duì)抗生素具有耐受性。此后，科學(xué)家們研制出針對(duì)性的疫苗 。
　　將于今年推出的Ion Proton測(cè)序儀定價(jià)為9.9萬(wàn) -14.9萬(wàn) 美元，這使得大型醫(yī)療機(jī)構(gòu)或診所足以負(fù)擔(dān)得起該款測(cè)序儀（現(xiàn)有的測(cè)序儀售價(jià)高達(dá)75萬(wàn) 美元）。由計(jì)算機(jī)芯片和生物化學(xué)機(jī)理構(gòu)成的該款測(cè)序儀，進(jìn)行全基因組測(cè)序只需花費(fèi)1000美元。
　　有科學(xué)家表示，突破1000美元（僅僅相當(dāng)于做一次核磁共振的價(jià)格）的門(mén)檻，將使得已經(jīng)在快速發(fā)展的基因圖譜測(cè)繪和藥物研發(fā)行業(yè)的發(fā)展步伐再上一個(gè)臺(tái)階。制藥公司越來(lái)越需要確定變異基因來(lái)開(kāi)發(fā)靶向性藥物。而遺傳學(xué)家們也日漸認(rèn)識(shí)到，越來(lái)越多疾病起因竟然只是一個(gè)基因變異的結(jié)果。全基因組測(cè)序，與識(shí)別一組被疑與某種疾病關(guān)聯(lián)的基因不同，可以讓科學(xué)家全面查看所有基因，以確定與疾病相關(guān)聯(lián)的變異基因。“如果全基因組測(cè)序的費(fèi)用降到足夠低，我們可以對(duì)新生兒做全基因組測(cè)序……”耶魯大學(xué)遺傳系主任Richard Lifton 說(shuō)，“我越來(lái)越相信這些的確可能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。”
　　可以預(yù)見(jiàn)，在未來(lái)幾年，疾病治療方面會(huì)有一個(gè)顛覆性的革命。在疾病的癥狀出現(xiàn)之前，通過(guò)基因測(cè)序的方法，能夠更好地進(jìn)行疾病預(yù)防，將醫(yī)療成本控制在可控的范圍之內(nèi)，同時(shí)也可以保證生活的質(zhì)量，即便疾病出現(xiàn)也不會(huì)受到太大的影響。比如說(shuō)，中國(guó)的南方有一種疾病叫“地中海貧血”，這就是一個(gè)與基因相關(guān)的疾病，中國(guó)南方易感人群的比重會(huì)更高一些。現(xiàn)在，患有地中海貧血癥的家庭成員，可以通過(guò)早期篩查的方式，確定自己是否存在這樣的基因突變，然后再?zèng)Q定是否要生小孩；或者在小孩出生之后進(jìn)行篩查，盡早進(jìn)行醫(yī)學(xué)干預(yù)。
　　美國(guó)生命技術(shù)公司中國(guó)區(qū)總裁Siddhartha Kadia博士認(rèn)為，基因組測(cè)序技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用的主要障礙之一，是分子診斷層面的從業(yè)人員，即臨床醫(yī)生，他們多快能接受和學(xué)習(xí)到這一技術(shù)，并且真正掌握它。而涉及到基因?qū)用妫瑹o(wú)論是它的診斷、篩查，都不可避免地會(huì)牽扯到一些倫理方面的問(wèn)題。“這主要是一個(gè)個(gè)人的選擇問(wèn)題，也就是說(shuō)，人們需要在倫理道德和生活改善之間做一個(gè)權(quán)衡。”Siddhartha Kadia說(shuō)。同時(shí)，基因檢測(cè)帶來(lái)的倫理問(wèn)題也會(huì)涉及到政府的政策導(dǎo)向，它需要個(gè)人和政策協(xié)同進(jìn)行處理。
　　至于成本，正如計(jì)算機(jī)技術(shù)產(chǎn)品一樣，基因組測(cè)序的技術(shù)會(huì)一直處于一個(gè)下行的通道。隨著它的應(yīng)用和使用者越來(lái)越多，預(yù)計(jì)它未來(lái)的成本會(huì)不斷降低。盧瑞格對(duì)此非常樂(lè)觀，他甚至認(rèn)為，幾年內(nèi)有可能實(shí)現(xiàn)“100美元解碼人類基因”——基因解碼走入尋常百姓家只是一個(gè)時(shí)間問(wèn)題。（文/張述冠 插圖/小丹）