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云南省分子医学研究中心官方博客

基因时代一个关于爱的冒险故事——Ion torrent PGM背后的故事

 美国康涅狄格州吉尔福德的一幢土褐色办公楼里,一部酷似上世纪90年代老台式电脑的机器正在运转,8英寸的触摸屏上浮动着人体最神秘的“生命密码”。

    机器下方有4条试管,分别标着一个圆圈、一个X、一个方块和一个加号,代表着鸟嘌呤、胞嘧啶、腺嘌呤和胸腺嘧啶——人类基因的基础构造。

    这个被命名为“个人基因组测序仪”(Personal Genome Machine,PGM)的设备,是世界上第一台依靠硅晶体管的DNA解码机,能够在两小时内准确地读取一千万个遗传代码。它的发明者乔纳森·罗斯伯格(Jonathan Rothberg)说,估计很快,这台机器就能在两小时内,解读全部指挥蛋白质制造的人类基因。

    对于罗斯伯格来说,一切都源于对儿女的爱

    美国人罗斯伯格所拥有的公司Ion Torrent,用3年的时间,研制出了市场上最小最廉价的基因解码器。

    只要几个小时,使用者就能知道自己全部的“生命密码”。这也许意味着更多疾病将会更有效率地纳入基因检测的范围,那将是人类健康相关产业整个体系革新的开端。

    这个令人兴奋的开端,对于年近50的罗斯伯格来说,只是简单地源于对儿女的爱。

    他的女儿在1997年被确诊患有轻度结节性硬化症。这是一种罕见遗传性疾病,在美国只有约5万名患者,可能导致心脏、肾脏、皮肤、肺部、眼睛和脑部良性肿瘤。

    1999年,罗斯伯格的第二个儿子诺亚出生之后呼吸困难,尽管后来被证明没有大碍,但他还是为没能说服医生做一个快速基因检测而感到沮丧。

    这位拥有耶鲁大学生物化学博士学位的商人,并不愿意从此拥有一个被疾病折磨的家庭。一直在基因领域有所研究的他决定,要利用自己的知识和资源,解开孩子们基因里的秘密。从那之后,他投入了将DNA测序普及化的探索。

    “所有的动力最终都是个人的。”罗斯伯格说,“因为我们都想影响我们所爱的人。如果纯粹为了学术,我当初更可能会创办一家人工智能公司。”

    这是一位父亲因为爱而激发巨大潜力的故事,也是一个基因时代的冒险故事。

    过去大多数DNA测序光学技术,要求有复杂的摄像机、机器人以及各种庞大的数据文件来处理图像,需要长达8天来返回数据,无法对急需治疗的患者使用。

    罗斯伯格发明的测序机器不同,可以直接读取DNA自我复制产生的电子信号,这样大大简化了程序,使DNA检测能更多地应用于对流行病的分析和预防。

    而且,PGM只有一个台式打印机大小,售价仅为5万美元,是市面上其他使用中的解码器价格的十分之一。

    可以预期,基因检测技术的应用将会极为广泛,可以帮助人们更快找到病的症结,进一步研制出针对性的治疗药物。

    在众多常见病中,医学界认为心脏病、糖尿病、肥胖症、抑郁症、老年痴呆症等都与基因的某些缺陷有关,对DNA测序可以进行针对性的治疗。

    例如,对苯丙酮尿症的预防。这是一种严重的儿童疾病,如果新生儿通过检测能够发现相关的致病基因,更漫长的预防生涯就开始了,在其8岁以前,不能吃任何含有苯丙氨酸和可以转化为苯丙氨酸的食物。

    癌症治疗是最可见的近期应用方向。事实上,已经有一些乳腺癌患者接受基因扫描以获得合适的治疗方案。

    “这绝对是个美妙的机器。”癌症基因测试与基因组健康组织的主席兰迪·斯科特评论说,“这对于癌症治疗具有指导意义。”

    不过,罗斯伯格的基因组测序设备并不太适用检测罕见遗传疾病,距离他个人的愿望——能够检测罕见的遗传性致病基因——还远。

    世界上大约有6000种类似结节性硬化症这样的罕见病,例如腓骨肌萎缩、米勒综合征等。这些遗传病的致病原因正在通过DNA测序确定,虽然并没有完全解决,不过还是有一些初步成果问世,目前,已经有一些孩子因为这些诊断改变了其治疗方式。

    对女儿的结节性硬化症治愈的可能性,罗斯伯格越来越乐观。因为基因技术不断还有新的突破出现,而且一年比一年快。

    属于罗斯伯格家庭的故事,很可能有个有完美的结局。对这个中年人来说,企业家与科学家的头衔,显然没有“父亲”这个称谓更让他在意。2001年,罗斯伯格创办了以自己名字命名的儿童疾病研究所,加速寻找罕见疾病的疗法。

    我们将迈入基因时代,也许我们已经迈入了

    面对一款廉价小巧的基因解码器,有购买能力的科学家、地区医院以及学院或许会毫不犹豫地买单。对任何一种新的科学发明成果来说,廉价和小巧,都是其普及的前奏。

    听上去的确不可思议,不过若是回想一下,1946年重达27吨的第一台电脑,还有那些笨重的“大哥大”,也许几年之后,个人基因检测设备就会像上世纪50年代无法普及的大型电脑和80年代没有完全占领市场的大型移动通信设备一样,“一夜之间”飞速发展,走进千家万户。

    我们将迈入基因时代。也许,已经迈入了。

    “DNA测序将影响一切东西。21世纪是生物学的世纪,正如20世纪是物理学的世纪。”罗斯伯格骄傲地说。

    对于核酸的研究,从上个世纪初就已经开始了。20世纪60年代,科学家们已经掌握了基因的体外分离技术。核酸体外扩增的设想于1971年最早提出。

    最初,基因序列分析方法尚未成熟,对热具有较强稳定性的DNA聚合酶还未发现,寡核苷酸引物的合成仍处在手工、半自动合成阶段,将核酸体外扩增似乎没有任何实际意义。 

    1985年,美国科学家Kary Mullis发明了聚合酶链式反应(PCR)技术,这是将体外酶促合成特异DNA片段的一种方法,使目的DNA得以迅速扩增,可用于基因分离、克隆和核酸序列分析等基础研究,还可用于疾病的诊断。

    PCR技术操作复杂、成本高昂,只能在专业的测序大型实验室中偶尔进行,实验室外的人,只能对着科学杂志上晦涩的实验成果和研究论文表示惊叹。

    幸好,科技是不断进步的,在20世纪最后的20年中,PCR方法被不断改进,从一种定性的分析方法发展到定量测定,从原先只能扩增几个kb的基因,到目前已能扩增长达几十个kb的DNA片段。

    1990年开始启动的“人类基因组计划”,集合了许过国家的人才和资源,于2003年提前完成了这个名为“基因测序”的翻译工程。

    如今,人类已经可以阅读基因组这本无字天书,任何人花1万美元,就能获得个人DNA的精确测序,而且只需要等待几个星期。

    新的任务是,如何“降低阅读成本”。

    这些年来,全世界有几十家公司和学术机构都在致力于降低测序费用。显然,罗斯伯格看来是目前最成功的。也许不远的将来,测序费用将从数万美元,降低到让人听了觉得不可思议的1000美元。

    “你会看到很多人购买它。”哈佛大学基因研究者乔治·丘吉说。他认为,个人基因组机器将成为遗传学中炙手可热的设备,甚至,如果个人基因组机器获得政府许可成功上市,会有个人家庭购买的情况出现。

    届时,我们或许会在互联网上看到网友贴出自己的基因图谱热烈讨论,书店畅销书区会铺满教你怎样识别治病基因的养生宝典,父母会给孩子检测基因,根据基因检测的结果,加强对孩子特长的培养。

    基因诊断的结果只能说明有发病可能,“并不代表一定会发病”

    然而,这一切真的是美好的前景吗?

    对基因的解读,源自人类对探索自身奥秘的渴望,但基因检测真的就像那些基因检测公司声称的那样,能破解生命密码,从而检测人的天赋吗?

    人类身体里的100万亿个细胞中,每个细胞里都有23对染色体,每一对染色体上都密密麻麻分布着60亿对核苷酸分子,每个核苷酸分子中都包含了四种碱基中的一种。

    关于人体最神秘的数据就排列在这些基因组中,一代一代传递下去。

    理论上的基因检测,确实可以获得个人的“生命密码”,但对人体这部无字天书来说,一切并不是如同表面上写的那么确定。

    北京某家体检中心里,长长的价目表上罗列着50多种基因检测项目,包括癌症、高血压的风险预测,烟酒损伤检测等等,价格从200元到2000元不等。工作人员称,只需7万元人民币,就可以进行“从头到脚的全面基因检测”。

    不过,当问起致病基因导致发病的可能性时,工作人员起初不愿回答,最后只是简单表示,诊断结果只能说明有发病可能,“并不代表(被检测者)一定会发病”。

    基因本身具有多样性和复杂性的特点,被解读的密码中,还藏着更耐人寻味的密码。

    研究者指出,人类大部分疾病,都属于多基因疾病,与单基因疾病不同,并非由单一基因的作用决定,经常发生突变。目前,医学界对于多基因疾病的致病机理尚未完全清楚,也没有定论,“很难检测出”。

    基因检测的目的是为预防疾病提供依据,但在实际的临床应用中,就算检测出某种疾病易感基因,意义也没有想象中大。能提前检测出的遗传疾病、肿瘤等,除了遗传因素外,其实际发生还与环境、个人生活习惯等有关。

    另外,即使基因检测的结果让人满意,也不能因此放松警惕。大多数常见疾病都与多个乃至数百个基因有关联,目前的基因检测,还无法触及多基因疾病与基因突变疾病的范畴,更别提什么天赋检测了。

    关于基因技术,科幻小说家早就有过无数畅想。阿道司·赫胥黎在小说《美丽新世界》中,描绘了一个让人爱恨交织的未来世界:人类沦为垄断基因公司手中的玩偶,从出生到死亡都受着控制,经由基因控制孵化,被分为5个等级,分别从事不同性质的社会活动,一生被注定了身份和命运。

    在这个“美丽新世界”里,人类失去了情感、创造力和思考的权利,但是每个人都感到“幸福快乐”。

    当然这只是小说,书中提到的基因技术听上去遥不可及。然而在21世纪初,这项在科幻小说中才会提到的技术已经有了出现的端倪。基因科技的飞速发展将为人类社会带来怎样的影响,这是一个异常复杂的问题。但至少对于罗斯伯格一家人来说,这类技术的首要属性,应该是亲情与爱。

 

 

文章摘自中国青年报 201221

  • 评论列表:
  •  访客
     发布于 2016-03-03 14:37:16  回复该评论
  • 看起来很有趣,PGM背后还有这样的故事,父母的爱太伟大了

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