如果說二代測序的使命是使成本降低到1000美元/基因組的話，那么三代測序的使命就是使成本降低到100美元/基因組，進一步促進測序發(fā)展為臨床的常規(guī)檢測技術(shù)，在臨床診療上發(fā)揮更大的作用。在年初的J.P.Morgan健康醫(yī)療大會上，美國基因測序公司Illumina宣布將創(chuàng)建一個新公司——Grail，致力于開發(fā)一種不超過1000美元的血液檢測，用于多類型癌癥的早期篩查。這種腫瘤DNA測序的主要目的是在無癥狀的個體中診斷各種各樣的癌癥，從而實現(xiàn)提前預(yù)防或治療。

　　隨著技術(shù)的不斷進步，基因測序的成本正變得越來越“親民”。不過，人們認為1000美元仍然不能使基因測序成為一個“飛入尋常百姓家”的臨床診斷價格，人們的下一個目標(biāo)是100美元。

　　“如果說二代測序的使命是使成本降低到1000美元/基因組的話，那么三代測序的使命就是使成本降低到100美元/基因組，進一步促進測序發(fā)展為臨床的常規(guī)檢測技術(shù)，在臨床診療上發(fā)揮更大的作用?！蹦戏娇萍即髮W(xué)副教授、深圳市瀚?；蛏锟萍加邢薰?以下簡稱“瀚海基因”)創(chuàng)始人兼CEO賀建奎告訴《中國科學(xué)報》記者，隨著第三代測序技術(shù)(即“單分子測序技術(shù)”)的發(fā)展，人們距離這個目標(biāo)正越來越近。

　　第三代測序更易臨床推廣

　　在世界范圍內(nèi)，基因測序儀一度被幾家主要的公司所壟斷，著名的測序公司有Illumina、Life Tech、羅氏(Roche)、太平洋生物等，我國99%以上的測序儀和試劑都依賴于進口。而在單分子測序方面，此前也僅有美國和英國推出了第三代測序儀。

　　“業(yè)界對第三代測序儀非常關(guān)注。太平洋生物于2014年推出一款小型化的單分子測序儀Sequel，在短短一個月的時間內(nèi)，他們公司股價就上漲了一倍?！卞；蚧瘜W(xué)部總監(jiān)高雁介紹說，在臨床應(yīng)用方面，第三代測序儀有著比二代測序儀更大的優(yōu)勢。

　　“二代測序需要一個比較復(fù)雜的樣品制備過程，同時為了建庫，還需要匹配十余臺設(shè)備，光這些設(shè)備就需要一百多萬元。”高雁告訴《中國科學(xué)報》記者，二代測序技術(shù)很難在醫(yī)院推廣——醫(yī)生并不愿意進行煩瑣的、需要相對專業(yè)水平的樣品制備等操作，他們更期待一鍵式、自動化的操作儀器：待測樣品放進去，自動運行，隔天之后就得到一個非常直接的報告，而不是將測序結(jié)果交由第三方的生物信息學(xué)的專業(yè)人員進行分析，再給醫(yī)生反饋。

　　賀建奎認為，相比二代測序，第三代測序技術(shù)在臨床上的應(yīng)用有明顯優(yōu)勢：第三代測序技術(shù)不需要PCR擴增，可直接對單個分子進行測序;樣品制備簡單，測序成本進一步降低;可直接讀取RNA的序列和包括甲基化在內(nèi)的DNA修飾。這些優(yōu)勢可以大大改善臨床基因測序的成本、速度和質(zhì)量。

　　瀚?；?014年5月份立項，致力于開發(fā)一款面向臨床應(yīng)用、可供醫(yī)生直接使用的第三代基因測序儀。2015年10月底，瀚?；蚵氏仍趪鴥?nèi)研發(fā)出第三代測序儀的原理樣機“GenoCare”，引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。賀建奎預(yù)計，工程樣機將于2016年下半年制成。

　　精準(zhǔn)醫(yī)療的入口

　　基因測序作為精準(zhǔn)醫(yī)療的重要一環(huán)，隨著技術(shù)的進步以及成本的下降，近年來發(fā)展迅速。

　　精準(zhǔn)醫(yī)療主要包括精準(zhǔn)診斷和精準(zhǔn)治療兩部分。作為精準(zhǔn)診斷的關(guān)鍵，基因測序已成為當(dāng)仁不讓的精準(zhǔn)醫(yī)療的入口。如今，醫(yī)療部門通過基因測序及分析技術(shù)對病人分子層面信息進行收集，再利用生物信息學(xué)分析工具對所有信息進行整合并分析，醫(yī)生可以早期預(yù)測疾病的發(fā)生、可能的發(fā)展方向和疾病可能的結(jié)局，以幫助作出診斷。

　　賀建奎介紹說，目前，單分子測序平臺可以廣泛應(yīng)用于無創(chuàng)產(chǎn)前診斷、腫瘤早期無創(chuàng)診斷、胚胎植入前遺傳學(xué)篩查、病原體檢測和遺傳病基因變異檢測等。

　　“已有文獻報道證明，對唐氏綜合征的篩查，單分子測序技術(shù)比Illumina測序技術(shù)對檢測21號染色體異常更為靈敏?！备哐愀嬖V記者，他們的實驗設(shè)計還顯示，單分子測序能夠檢測到3%的低頻突變。

　　對于病患而言，如果切除癌癥的腫瘤組織，其中大概只有40%是真正的癌癥組織，其余60%則是正常的血管等組織。而在40%的癌癥組織中，大約只有50%發(fā)生了癌細胞突變，另外一半正常。這樣算下來，需要真正檢測的有突變的癌癥細胞只占所要切除的癌癥組織的20%左右。

　　“我們研究團隊將靶向基因捕獲和測序融合在一步完成，實現(xiàn)了單分子靶向測序。經(jīng)過實驗設(shè)計，證實了可以檢測到3%低頻突變。所以我們認為，這個原理將來有可能用到癌癥的早期檢測?！备哐阏f。

　　此外，賀建奎告訴記者，對于諸如埃博拉等重大暴發(fā)性傳染病的應(yīng)用領(lǐng)域，第三代或第四代(納米孔分子測序)測序技術(shù)的應(yīng)用，更是能夠第一時間讓病毒現(xiàn)出原形，從而為重大傳染病防控提供科學(xué)依據(jù)。

　　“測序技術(shù)不能僅僅用于科研，更要用于臨床，這樣才擁有更廣闊的市場和更長久的生命力?！备哐阏f。

　　并非取代二代測序

　　盡管第三代測序技術(shù)優(yōu)勢多多，但并不意味著單分子測序無所不能，也并非毫無瑕疵。賀建奎告訴記者，目前第三代測序并不能取代二代測序，而是作為對其的一種補充共同發(fā)展。

　　“單分子測序有通量限制，普遍不如二代測序儀高。這限定了其在全基因組測序方面‘拼’不過二代測序儀。”賀建奎說，單分子測序儀并不適合獨立做全基因組測序，更適于針對有限的、個性化的、目標(biāo)性的應(yīng)用。

　　此外，第三代測序儀盡管節(jié)省了人力和物料成本，但它的硬件成本還相對較高。賀建奎舉例說，太平洋生物公司一款單分子測序儀的成本約為150萬美元，其最新版本盡管降低了1/3的成本，其“身價”仍令人咋舌。

　　“總體來講，第三代測序儀還處于起步的發(fā)展階段，仍有未知的空間等待進一步探索。比如三代測序儀提供了一個強大功能，它或能發(fā)現(xiàn)潛在遺傳信息?！辟R建奎說，基因測序技術(shù)作為生物大產(chǎn)業(yè)的金字塔頂尖的技術(shù)，需要國家大力支持。

　　“三代測序技術(shù)的發(fā)展需要國家像支持國產(chǎn)CPU、國產(chǎn)大飛機那樣的力度去支持?！辟R建奎認為，基因測序技術(shù)涉及多學(xué)科領(lǐng)域的交叉，這一行業(yè)的快速發(fā)展，勢必帶來光學(xué)、表面化學(xué)等工業(yè)品質(zhì)的提升，這些方面的共同進步最終將推動“中國制造”走向“中國創(chuàng)造”。