DNA測序技術的名詞解釋_材料_意義
DNA測序技術的名詞解釋
DNA測序技術，即測定DNA序列的技術。在分子生物學研究中，DNA的序列分析是進一步研究和改造目的基因的基礎。目前用于測序的技術主要有Sanger等(1977)發(fā)明的雙脫氧鏈末端終止法和 Maxam和 Gilbert(1977)發(fā)明的化學降解法。這二種方法在原理上差異很大，但都是根據(jù)核苷酸在某一固定的點開始，隨機在某一個特定的堿基處終止，產(chǎn)生 A，T，C，G四組不同長度的一系列核苷酸，然后在尿素變性的PAGE膠上電泳進行檢測，從而獲得DNA序列。目前 Sanger測序法得到了廣泛的應用。
DNA測序技術的材料
待測已提純的DNA，可為單鏈，也可為雙鏈。
科學家在一個蝕刻有納米結構的微陣列芯片上放置了數(shù)以千計的波導管。這是一種微型、中空的金屬管，直徑大約20納米，體積大約是1毫微微微升，一個DNA分子外加一個DNA多聚酶分子便可將管內(nèi)空間占滿。這樣一來，僅在一塊小小的芯片上，就能同時進行數(shù)千個測序反應。尤其可貴的是，在這種微型波導管中進行測序反應時，干擾會顯著減少，也就是說可以大幅提高精確度。
目前的產(chǎn)品中，每個芯片上的波導管大約有3000個，太平洋生物科學公司打算2010年推出這一級別的產(chǎn)品。據(jù)公司創(chuàng)始人特納預計，到2013年，將實現(xiàn)每張芯片放置一百萬個波導管，屆時將能在半小時內(nèi)測完人類基因組全序列，精確度達到99.999%，花費低于1000美元。
盡管美國得克薩斯州貝勒醫(yī)學院的邁克爾·梅茲克博士表示特納的展望過于樂觀，但這樣驚人的速度讓我們仿佛看到了計算機CPU曾經(jīng)的前進步伐——集成電路上容納的晶體管數(shù)目，每18個月就會增加一倍，性能也將提升一倍。有人評論道，DNA測序技術將跟隨計算機技術和通訊技術成為第三個“摩爾定律化”的學科產(chǎn)業(yè)。
DNA測序技術的意義
快速測序造福人類
DNA測序方法的飛速發(fā)展讓我們不僅知曉了人類的全基因組序列，小麥、水稻、家蠶以及很多細菌的序列也都盡在掌握，這時探明一段序列所代表的生物學意義成了科學家的新目標。
通過對人類基因組序列的分析，科學家發(fā)現(xiàn)30億對核苷酸組成的龐大序列中只有1.5%用于編碼基因，另外還有少許扮演調(diào)控基因表達的角色，剩余的大部分都是功能未知的“垃圾DNA”。從表面上看，人與人之間的不同是如此繽紛復雜，但深入到DNA水平上，基因編碼序列卻只有0.1%的不同。很多時候，在一條序列上，人與人之間只有一個核苷酸的差異，這種現(xiàn)象被科學家命名為單核苷酸多態(tài)性(Single Nucleotide Polymorphisms，簡稱SNPs)。
以往在數(shù)萬個人類基因中篩選致病相關基因就像大海撈針。科學家需要取得同一個家族的多位患者的標本，才能設法定位這個基因究竟在何處。比如在尋找亨廷頓氏病的致病基因時，多位科學家在委內(nèi)瑞拉一個亨廷頓氏病家族中折騰了十幾年才真正把它逮住?，F(xiàn)在有了快速測序技術和SNPs這個強有力的工具，篩查疾病易感人群、鑒定致病或抑病基因、藥物高通量的設計與測試乃至個性化醫(yī)療都將不再是憧憬中的事情。
位于深圳的華大基因研究院是全球最大的基因組測序及研究應用中心之一。人類基因組計劃1%的工作任務由華大基因承擔，之后又參與完成國際HAPmap計劃，并完成了第一個亞洲人也是第一個中國人的基因組測序，稱為“炎黃一號”。
威康信托基金會是英國最大的生物醫(yī)學資助機構之一，擁有50余個研究小組。在過去的幾年他們開展了一項頗具野心的龐大計劃——向雙向障礙病、冠心病、克羅恩氏病、風濕性關節(jié)炎、高血壓以及I型糖尿病和II型糖尿病等多基因疾病發(fā)起挑戰(zhàn)。通過對1.7萬名英國人的SNPs進行篩查分析，在基因組中找到24處與上述7種疾病相關的位點，僅在II型糖尿病的篩查中就找到并證實了10個致病基因。
就像剛發(fā)現(xiàn)電的那個時代
SNPs的大量存在讓人們意識到人類基因組圖譜并非獨一無二，實際上每個人都有自己的獨特圖譜。隨著DNA測序速度指數(shù)般的提升，個人基因組圖譜服務也逐漸浮出水面。
2006年美國X-大獎基金會懸紅1000萬美元，授予能夠在10天之內(nèi)完成100人全基因組測序且每人花費低于1萬美元的研究小組。早些時候美國國立人類基因組研究所也發(fā)起一項計劃，旨在將全基因組測序的人均成本降至1000美元以下。
目前雖然尚無人最終撞線，但已有多家公司嗅出了其中的商機——既然人與人之間大部分的DNA序列都是一致的，那么通過篩查SNPs，找出顧客基因組中的不同之處，尤其是找出一些與疾病相關的位點，也不失為一種“準個人基因組服務”。
在這一領域的競爭中，風頭最勁的無疑是“23 and me”公司，除了“創(chuàng)始人之一的安妮·沃基斯基是橫跨生物、金融兩界的耶魯才女”，“谷歌技術總裁謝爾蓋·布林之妻加入”等讓人津津樂道的花邊新聞之外，他們提供的產(chǎn)品還榮獲了2008年度《時代》雜志評選的年度發(fā)明50佳，并且位列第一。
2007年底，“23 and me”正式推出了個性化的基因測試服務，標價1000美元。當時股神巴菲特及傳媒巨鱷默多克都曾做過測試。2008年9月，測試服務的價格跳水至399美元，這一平民價格終于讓一度高不可攀的個人基因組測試走入了尋常百姓家。
顧客在“23 and me”的網(wǎng)站上訂購這項服務后不久，會收到一個試劑盒。只需在試劑盒提供的一支無菌試管中吐上2.5毫升的唾液，密封好后快遞至該公司就萬事大吉了。2~6周后，你在訂購時指定的郵箱會收到一封郵件，根據(jù)信中的密碼登錄“23 and me”的網(wǎng)站，便可看到所有的結果。比如包含有基因型詳細內(nèi)容的原始數(shù)據(jù)，還有一份分析結果的詳細報告，最后甚至還附有參考文獻。據(jù)“23 and me”聲稱，通過這項服務，顧客可以了解到日后罹患腫瘤、奧茨海默癥、糖尿病以及其他疾患的風險。
除了“23 and me”公司，冰島的deCODE公司和美國加州的Navigenics公司都推出了個人基因測試服務，不過面對這些遍地開花的商業(yè)化嘗試，一些科學家提出了自己的擔憂，疾病與基因有時并非百分之百地一一對應，很多目前已知的疾病標記只是輕微提高疾病風險，但卻會造成不必要的擔心。
個人基因測試大行其道后帶來基因歧視以及遺傳數(shù)據(jù)保護不當導致的隱私泄露問題，也被生物倫理學家所關注。此前在美國，曾有多家保險公司以一些黑人攜帶地中海貧血病基因為由拒絕為其提供醫(yī)療保險。不過好在2008年5月，美國參眾兩院均以壓倒多數(shù)通過了《遺傳信息無歧視法案》，其中明文規(guī)定基因檢測顯示某人易患某種疾病，保險公司不得據(jù)此提高醫(yī)療保險費或者拒絕為其提供保險。同樣，雇主也不能以基因信息作為招聘、解雇或升職等的依據(jù)。
飛速發(fā)展的DNA測序技術還在幫助科學家不斷地從DNA序列中挖出更多的秘密，未來怎樣難以預料。誠如人類基因組研究的知名專家、美國塞萊拉公司首席科學家克雷格·文特爾所言：“破譯基因組密碼的意義就如同在剛發(fā)現(xiàn)電的那個時代，沒有人能想象出個人電腦、互聯(lián)網(wǎng)一樣。
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