【心得】参会感悟:浅谈基因测序的现状与未来

2018年6月30日，备受期待的第四届精准医疗与基因测序大会在北京协和学术会堂隆重召开，小编也有幸参加了此次盛会。本届大会内容丰富，涵盖方向全面，聚焦国家精准医学顶层设计，行业专家们热情分享了癌症早期筛查与精准诊断、消费级基因检测、细胞免疫治疗、单细胞检测技术等前沿动态，也与参会者共同展望了支持精准医学的生物技术发展前景与规范。

在众多报告中，一直关注于基因检测行业发展与技术前沿的小编对来自协和医院基础医学研究所——黄尚志教授的发言感触颇深。今天小编就对黄教授的演讲做一些扩展和回顾，与大家共同分享。

小编爆照

黄尚志教授是北京协和医学院研究员、博士生导师、WHO遗传病社区控制合作中心主任。此次会议上，黄教授分享了《遗传检测进入高速路后的喜与忧》这一话题。首先，黄尚志教授对分子遗传学实验技术的发展进行了简要介绍，并就二代、三代、四代测序技术的发展进行了阐述。对于基因检测行业现状，黄教授认为，认知滞后、技术滥用、无序竞争等都是整个行业发展目前面临的主要问题！最后，黄教授展望到，任何科学技术都是把双刃剑，希望各方能够不忘初心，共同促进基因检测行业和精准医疗健康发展。黄教授的发言虽短，但对小编的触动极深。

黄尚志教授

技术迭代

基因检测无疑是精准医学的基础，只有从基因层面了解根结所在，才能进一步运用其他科学技术开展精准治疗。以二代测序为首的基因检测行业自21世纪初开始迅猛发展，前景一片大好。基因测序的火热与普及，也使得这项技术覆盖面越来越广、需求量不断增大、技术层面的要求趋于严苛。目前，最迫切的需求就在于临床诊断和测序技术的融合，这将是测序技术发展的主风向。所以，测序技术的迭代更新是必然的结果。

第一代Sanger测序在此不提，因为它的原理和通量限制，并不适用于检测级别快速全面的获得海量基因组信息。目前市场上，二代测序由于上、中、下游技术成熟、优化完善、成本不断下滑，无疑是领军者，但它始终无法解决两大约束：一是需要分子扩增，二是使用光学系统检测。

先来说分子扩增：由于单个DNA分子产生的信号太弱，无法被检测系统识别，需要进行生物放大。在放大的过程中，有的片段更容易被放大，有的较困难，这就产生了不均一性，最后导致有些片段所携带的信息缺失。分子扩增流程还限制了读长，Illumina二代测序仪的最大读长在300个碱基以下。这里引用一段对读长的阐述“对比一下测序的对象：人类生殖细胞（单倍体）的DNA总长32亿对碱基。用300个碱基长的片段拼出人类基因组单倍体是个什么概念呢？如果人体DNA是一本书的话，需要把这个书撕碎成小碎片，然后再重新拼起来。那么每个碎片有多小？打个简单的比方：当下火爆的畅销小说《权利的游戏》5部大约200万字， 相当于将每个字撕成5份，再拼成一整部书。”无法实现单分子测序，必须经过分子扩增，这无疑是二代测序技术的一大短板。

关于光学检测系统的局限性：二代测序中的光信号来自荧光标记的ddNTP，其强度较弱，采集光学信号所需曝光时间长，需要通过时间代偿增加信号强度。为了提高检测准确率，这就需要用到灵敏的光学器件。而灵敏光学传感器的成本较高，这也是二代测序仪价格较贵的原因之一。二代测序的测序流程都包含了循环同步洗脱程序，即每测一个碱基，都需要进行清洗以除去背景光学噪音。这也Illumina的标志性技术，但却有着不可忽视的缺点：测序时间长。

这两个缺点是造成二代测序难以进入基层医院和诊所的主要原因。

技术迭代要做的事情就是解决二代测序存在的问题和缺憾。其中Ion Torrent（2.5代）和Pacific Biosciences（三代）的技术是在Illumina上迭代的，但是仍未能撼动其市场地位。2.5代和三代测序也各有局限。

2.5代的代表是Ion Torrent，其技术特点是使用离子感应场效应晶体管取代光学传感器，简单来说就是将复杂昂贵大型的超敏光学信号采集转换成检测化学反应pH信号，这一变革大大降低了仪器成本，一举占领了中国50%的市场。然而，其生物信号的产生依然依赖于边合成边测序，并且没有解决分子扩增步骤带来的读长短等问题。

第三代的突破在于去掉了分子扩增步骤，即所谓的单分子测序。单分子测序在生物学及临床诊断领域具有划时代的意义。单分子测序解决了分子扩增步骤引入的人为误差，样品制备步骤的大大简化则满足了临床诊断的需求。然而，不幸的是其配合三代测序的检测部件是比二代测序仪更为高精尖的光学仪器，因而导致成本直线上升。以三代技术的杰出代表Pacific Biosciences（PacBio）为例，其平均测序成本是Illumina的十倍以上。这在价格敏感度高的市场中竞争力不高。因此PacBio虽然在生物学上做出了重大突破却只占有全球3%的市场份额。

第四代的出现是则是颠覆性的：不仅能做到单分子长读长测序，还实现了检测部件芯片化从而大大降低成本——第四代技术也是单分子测序，核心在于长读长、小型芯片化、适合临床应用市场。这正是测序发展趋势，适用于测序和诊断的融合。

三代测序和四代测序都是基于纳米孔技术的单分子测序，而未来最有可能取代二代测序的技术可能就是操作和成本都更具亲和力的四代测序。技术的更迭是必然趋势，但四代测序尚处于青少年发展时期，想要真正撼动二代测序的地位，仍需时日。

测序市场

基因检测市场前景一片大好，各方企业都想借此机会分一杯羹，激烈的竞争中不乏“半吊”商人“鱼龙混杂”，给整个市场带来了负面影响，造成了基因检测行业的多种乱象。这与基因检测技术在国内尚处于起步阶段,基因检测公司的技术标准、市场准入标准等都是空白有关。

有些企业在营销过程中过度夸张基因检测的作用，利用所谓高科技的“噱头”，误导消费者。虽然“除了外伤一切疾病都与基因有关”，但疾病的发生和进展是基因的“缺陷”与某些不相适应的环境因素长期交互作用的结果，这是哲学上内因与外因辩证关系的一大典型。基因检测是发现 “内因”，其结果并不能与临床症状直接对应。对于未患病的健康人，基因检测是指导性、预防性的，对于患者而言基因检测是接受精准治疗的第一步。专业人员应该指导消费者有针对性地选择相关基因检测项目，有目的地改变某些环境影响因素或者接受针对性的个性化治疗方案。

市场上还有一些基因检测公司，缺乏基因测序专业人员，也不具备足够样本量的数据库检索疾病风险。这样的企业给出的检测报告可靠性差，不能准确或全面解读潜藏在消费者基因组里面的问题所在。靠谱的基因检测公司，在给出检测报告的同时，还会由专业人员对结果进行解读，给予消费者生活指导和疾病预防建议。一份好的基因检测报告不在于有多厚重，它应具备下述要求：

（1）基因位点的选取是否严谨，是否适合中国人群，是否经过本公司在服务实践中较大样本量的验证，使基因位点与疾病的对应关系更精准，而不是照搬“舶来品”，也不是检测的基因位点越多越好；

（2）在报告中，基因符号、检测位点、基因分型结果、基因功能描述、风险基因型分子生物学描述等是否明确和清楚；

（3）基因与疾病、基因型与疾病风险的对应关系是否明确；

（4）对应“缺陷”基因的针对性防治要点是否明确。

由于基因检测市场竞争激烈，一些企业也在进行价格战，但其背后隐藏的是“偷工减料”削减成本的真相。对于大多数消费者，会首先比较同样产品的价格，选择同类型价格“实惠”的产品。殊不知打价格战的“奸商”恰恰利用消费者这种心理，钻消费者“知识盲点”，采取“偷工减料”的手段削减成本。比如，通过检测一个基因位点就能对多种疾病进行评估！这对于消费者是及其不负责任的！此处也提醒消费者，在选择基因检测产品时，不能简单看价格，应该对其产品“含金量”（基因位点涵盖度）进行了解。

最后，基因检测并不能预知未来！例如现在很火热的儿童天赋基因检测，虽然可以从基因层面解释孩子们的潜在能力，但所有人的成长更多的是后天培养的影响！天赋基因检测只是提示了潜能趋势，而不是预告了孩子的未来。还有利用基因检测预测恋爱婚姻的说辞，这都是毫无科学逻辑的无稽之谈！

说到这儿，小编就不得不讲一下基因检测技术的初心。相信每一位基因检测人的初心都不希望这项技术被“滥用”！这是一项非常伟大的科学技术，是精准医学概念提出及未来发展的基础之一。黄尚志教授也在他的发言里强调了认知滞后、技术滥用、无序竞争等是整个行业发展目前面临的主要问题，希望未来在制度和行业标准更加完善的条件下，基因检测可以在各方努力下更健康的发展，辅助推动精准医学。（转化医学网360zhyx.com）