基因测序产业新浪潮

2014年06月25日

基因测序也称DNA测序，是现代生物学研究中重要的手段之一。基因测序技术经过了三个发展阶段。第一代DNA测序技术是1975年由桑格(Sanger)和考尔森(Coulson)提出的链终止法。第一代技术准确率高，读取长，是至今唯一可以进行“从头至尾”测序的方法，但存在成本高、速度慢等方面的不足，并不是最理想的测序方法。使用第一代Sanger测序技术完成的人类基因组计划，花费了30亿美元巨资，用了十三年的时间。

随后的二、三代测序技术以高通量为共同特征，也被称为“新一代测序技术(NGS)”。Roche公司的454测序平台、Illumina公司的Solexa测序系统以及ABI公司的SOLID测序系统标志着第二代测序技术诞生。尽管各系统在高通量水平、测序准确度、存储格式、技术方法上各有差异，但共同特征是大大降低了测序成本并极大地提高了测序速度，完成一个人的基因组测序只需一周左右时间。然而第二代测序技术在测序前要通过PCR段对待测片段进行扩增，增加了测序的错误率。而且二代测序产生的测序结果长度较短，需要对测序结果进行人工拼接，因此比较适合于对已知序列的基因组进行重新测序，而在对全新的基因组进行测序时还需要结合第一代测序技术。

近期出现的Helicos公司的Heliscope单分子测序仪、PacificBiosciences公司的SMRT技术、OxfordNanoporeTechnologies公司正在研究的纳米孔单分子技术，被认为是第三代测序技术。与前两代技术相比，其最大的特点是单分子测序。第三代测序技术解决了错误率的问题，通过增加荧光的信号强度及提高仪器的灵敏度等方法，使测序不再需要PCR扩增这个环节，实现了单分子测序并继承了高通量测序的优点。

新一代测序技术可以一次性检测大量基因，并且速度更快，成本更低。根据NIH的统计，自2001年起尤其是2006年新一代测序技术推出以来，DNA测序成本以超“摩尔定律”的速度不断降低，从每个基因组1亿美元下降到2013年的5000美元。2014年Illumina宣布，其新产品HiSeqXTen可以实现单基因组测序成本降到1000美元以下。

更为快速、低廉的新一代测序技术的出现，极大地拓宽了基因测序的应用范围，尤其促进了分子诊断方法的革新。分子诊断作为体外诊断的手段之一，是将分子生物学原理和技术应用于疾病实验诊断的新兴检验医学技术，其核心是基因诊断技术。常用的基因诊断技术包括聚合酶链式反应(PCR)、转录介导的扩增(TMA)、荧光原位杂交(FISH)、基因测序以及基因芯片技术。

目前使用比较广泛的基因表达检测手段依然是PCR和基因芯片技术。PCR一次只能检测单个或少量基因，而基因芯片虽然可以检测大量基因，但假阳性率高，准确性不足。新一代测序具有高通量、准度高的优点，既可以一次性检测大量基因，准确率又高于基因芯片。长期来看，如果测序的成本可以下降到有足够竞争力，基因芯片的市场将不可避免地被侵占。