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阅读“生命之书”:测序技术和我们的关系

□ 作者 □张鹏

一、为什么需要测序技术

亲爱的朋友,您是否有过这样的疑问:我们的身体是由什么构成的?我们的性格、外貌、健康等特征是如何遗传的?我们与其他生物有什么相同和不同之处?如果您想知道这些问题的答案,那么您就需要了解测序技术。

我们的身体里有一种神奇的分子,叫做DNA,它就像我们的身份证,记录了我们的遗传信息,决定了我们的性格、外貌、健康等特征。DNA是由四种字母组成的,分别是腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)。这四种字母按照一定的顺序排列,就构成了DNA的序列,就像字母组成单词和句子一样。DNA的序列中蕴含着生物的密码,揭示生物的奥秘。那么,我们怎么才能读取DNA的序列呢?这就需要用到一种技术,叫做测序技术。测序技术,顾名思义,就是测定序列的技术。测序技术可以测定DNA的序列,也可以测定RNA的序列。通过测序,我们可以阅读我们的"生命之书",从中找到我们生命的秘密。

二、测序技术有哪些?

第一代测序技术是由英国科学家桑格(Frederick Sanger)发明的,他因此获得了两次诺贝尔奖(1958年、1980年),可见他有多厉害。这种技术的原理是利用一种特殊的分子,叫做ddNTP,来终止DNA的合成反应,从而产生不同长度的DNA片段,然后通过电流来分离和检测这些片段,最后根据片段的长度和末端字母来推断出DNA的序列。这种技术的优点是测序准确度高,是测序技术的金标准。但缺点是测序速度慢,通量低,成本高,只适合测定较短的DNA片段,如单个基因或者PCR产物。第一代测序技术为科学研究和医学发展做出了巨大的贡献,1990年启动的人类基因组计划就是由这个技术完成的,共耗时13年,花费了约30亿美元,该项目为人类认识自身,预防和治疗遗传疾病,以及探索人类的起源和进化,提供了宝贵的资源和信息。

第二代测序技术,也叫高通量测序技术或者下一代测序技术,是在21世纪初兴起的一种新型测序技术,也是当前最常用的一种测序技术。这种技术的核心原理是利用大规模的并行化,同时测定成千上万个DNA片段的序列,从而大大提高了测序的速度和通量,降低了成本。这种技术的优点是测序效率高,可以在短时间内测定整个基因组或者转录组的序列,缺点是测序读长短,一般在几百个碱基以内,需要进行复杂的数据分析和拼接,无法解析复杂的重复区域和结构变异。在临床方面,第二代测序技术有广泛的应用,如无创产前检测、个体化用药、肿瘤靶向检测、感染性疾病诊断等,为提高医疗质量和效率,提供了新的方法和策略。

第三代测序技术,也叫单分子测序技术,是在近几年出现的一种测序技术。这种技术的核心原理是直接测定单个DNA分子的序列,无需进行PCR扩增,从而避免了扩增偏差和错误,同时实现了实时测序,大大提高了测序读长,可以达到几万甚至几十万个碱基,从而可以更好地解析复杂的重复区域和结构变异。这种技术的优点是测序读长长,可以进行高质量的基因组组装,测序时间短,这种技术的缺点是测序准确度低。第三代测序技术在临床方面,也已经开始应用,特别是在罕见病方面,可以解决许多实用二代测序难以解决的问题,为遗传病的诊疗,提供了新的手段和希望。

测序技术从第一代到第三代,经历了从低通量到高通量,从短读长到长读长,从高准确度到低准确度,从高成本到低成本的演变,每一代技术都有其优势和局限,需要根据不同的目的和需求,选择合适的技术和平台。

三、测序技术对我们去医院就诊有什么关系?

1、辅助诊断:①遗传性疾病:通过测序,可以找到导致遗传性疾病的基因突变,从而进行早期的诊断和预防,像我们常见的无创产前检测就是使用测序技术完成的。②癌症:通过测序,可以找到导致癌症的基因突变,从而指导癌症的治疗和预后评估。③感染性疾病:通过测序,可以快速识别病原体,从而制定有效的治疗方案。

2、个体化医疗:测序技术可以帮助医生为患者制定个性化的治疗方案,例如:靶向治疗:根据患者的基因突变类型,选择合适的靶向药物进行治疗。

3、健康管理:测序技术可以用于个人健康管理,评估患病风险,并制定个性化的健康方案。

(作者单位:广西壮族自治区人民医院医学遗传与产前诊断中心 )

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