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未来40年基因测序的发展

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发表于 2017-10-16 18:39:41 | 显示全部楼层 |阅读模式

1977年,Science的两篇论文描述了第一种用于确定DNA片段中化学碱基顺序方法。而在这些文章发表之前,分子生物学家已经能够排列片段。
四十年过去了,如今,DNA测序技术正以惊人的速度向前发展。在过去十年中,高通量测序技术使数据生成呈指数级增长态势。 由此产生的大量数据在基础生物学领域的应用已经产生了变革性的影响,从考古学、刑事调查到产前诊断、癌症预后,DNA测序与数据分析已经渗透到了生物相关的多个行业。
未来40年基因测序会带来什么?你想知道吗?

10月11日,美国国立卫生研究院美国国家人类基因组研究所所长Eric D. Green,美国加州首席科学官Edward M. Rubin以及美国华盛顿华盛顿华盛顿大学华盛顿大学医学与基因组科学荣誉教授Maynard V. Olson在Nature联合发表了一篇预测性文章,题为The future of DNA sequencing,勾勒出40年后的基因测序蓝图。
通常,预言者对于那些创新性技术的预测是错误的。在互联网发展的早期,很少有人预测到电子邮件会风靡全球。同样,华尔街的交易员和硅谷的投资者也都无法预见游戏、在线视频流和社交媒体将主宰当今的网络世界。
我们预计DNA测序技术的发展可能不会更好,我们的主要观点是:未来DNA测序的发展趋势将不会再由技术本身驱动,而是由应用程序与市场需求决定其最终的发展方向。
基因检测市场需求
技术的改进可以增加或减少需求。 微软联合创始人比尔·盖茨举过的一个例子:更耐用的轮胎设计会使轮胎需求下降,终将导致轮胎行业萧条。
我们认为DNA测序的发展将遵循计算和摄影的模式,而不是轮胎。 随着更便宜和便利测序技术的普及,应用程序将会增加,DNA测序技术的应用需求也会随之上升。 随着DNA测序突破研究市场的局限,进入临床研究,消费和其他领域的现状意味着“更多供应意味着更多需求”的规则将更加强烈的显现出来。

基因测序成本变化
研究人员对DNA序列数据有着不可思议的需求。 在20世纪90年代,人们对人类基因组测序还望而生畏。现在,遗传学家们希望为生物的每个发育阶段,为健康和疾病的个体,甚至地球上每个人和每个组织的每一个细胞提供DNA序列。他们还希望获得全面的基因表达模式。 与此同时,考古学家们也开始通过DNA测序技术重建人类祖先的基因流动。 分类学家,生态学家,微生物学家和进化生物学家正在寻求和分析所有生物物种(包括灭绝生物)甚至整个生态系统的基因组。
测序技术的瓶颈是分析和解释所有的DNA序列数据。目前,解释数据所需大部分基础科学已经适用于日益增长的实践应用。正如新的信息学方法和大量数据库显著改善了语言翻译和图像识别一样,我们预测大量DNA序列数据库与表型信息相结合将使研究人员能够推断基因组序列编码的生物学功能,分析方法的飞速发展将帮助学术与产业领域的科学家更好地解读DNA数据。
基因测序的应用转化
多年来,DNA测序的平台发生了巨大变化。 然而,其他技术的发展轨迹表明真正有价值的是最终应用,而不是新技术。
基因测序的价值会呈现在什么地方?
我们确信DNA测序真正具有转化性的一个领域就是医学。DNA测序技术已经在诸多方面达到了临床应用的具体要求。
DNA测序的突破性临床应用是产前检测,例如染色体数量异常21三体导致的唐氏综合症。它被描述为“病史上发展最快的基因测试”,这是人类基因组计划没有想到的。事实上,科学家估计全世界每年大约有四百万到六百万孕妇正在通过外周血游离DNA对胎儿的21三体综合征进行诊断,而十年之内,这个数字将超过1500万。一些测试指标使DNA测序在未来许多初级保健中的应用成为可能,因为它是非侵入性的,易于操作,并且对核苷酸级精确度的要求较低。
在高收入国家,基因组测序已广泛用于多种疾病的产前诊断。 所得序列的分析可以揭示大约30%的致病突变,这一数字只会随着解读数据能力的成熟而上升。 在某些情况下,由此产生的诊断显著改善了临床管理,惠及家庭和医生。
在肿瘤学领域,最近几年,液体活检已经成为了肿瘤相关学术,产业以及投资界的新宠。基于DNA测序的液体活检被认为正逐步发展为癌症诊断与预后评估的标准方法,能够在可知的时间内逐步补充甚至取代传统的创伤性癌症诊断技术。

“彩带”DNA
同样,手持DNA测序仪等设备的开发也使得流行病学家甚至能够在最为偏远的地区高效完成对人类样本,动物以及昆虫病原载体甚至是空气,水,食物的基因检测。
流行病学家和公共卫生专家也开始讨论如何通过对城市垃圾中微生物的DNA测序辅助传染性疾病的预防与控制。海洋生物学家也正在通过宏基因组学技术来对海洋的生态健康进行监测与研究。
在法医领域,便携式DNA测序仪可以将DNA分析带出法医实验室,使其成为一线警务工作人员的随身工具,帮助警方即使通过DNA监测确定嫌疑人,发展成为诸如酒精探测器一类的便捷工具。
愈加便捷和廉价的DNA测序工具所开辟了大规模监视可能性,已经引起了人权团体的广泛关注。在人们的家里,DNA测序设备或许也可以成为下一个“智能”或“连接”设备,一些评论者甚至认定厕所是通过实时DNA测序监测家庭成员健康的理想场所。
基因测序技术的“绊脚石”
什么是DNA测序技术发展最大的绊脚石?
在仅仅40年的时间里,细胞分子数据实际应用的核心目标就转变为对元信息解读的挑战。
DNA测序数据可能很快将在常规临床中应用。但是,这需要提供大量关于百万人的多年医疗史的数据库才能满足临床对元信息解读的巨大需求,以确定何时忽略这些数据何时采取措施。
在这一领域,许多国家和组织都在进行着积极的工作,其中包括美国国家精准医学研究委员会,美国全美研究计划和欧洲生物银行等。
在这里我们给出了最好的猜测。事实上,在未来的几十年里,我们认为世界上大部分数据(存储于硬盘或云端)都可以存储在DNA中,驱动我们追求DNA测序的也不再仅仅是解码疾病,而是读取信息。
基因测序未来有无限的发展可能,是未来最有发展潜力的市场。未来40年基因测序的发展将给我们带来更多的惊喜,也会有更多的人从中受益。
参考资料:The future of DNA sequencing
国外资讯
1. 日前,FDA批准了第三个CDK4/6抑制剂、礼来的abemaciclib(商品名Verzenio)用于荷尔蒙受体阳性,HER2阴性的晚期或复发乳腺癌治疗。Verzenio可作为单方用于化疗/荷尔蒙疗法后转移患者,也可与氟维司群联用用于荷尔蒙疗法后进展患者。
2. 10月13日,美国FDA的一个独立专家小组在经过仔细的审评后,以16:0的投票,对Spark Therapeutics在研基因疗法Luxturna表示一致认可。这也意味着首款能矫正人类基因缺陷的疗法离我们更近一步。美国FDA将在2018年1月12日前就这款新药能否上市做出批复。
3. 10月13日,美国国立卫生研究院(NIH)与11家知名生物制药公司建立了“加速癌症治疗的合作伙伴关系”(Partnership for Accelerating CancerTherapies, PACT),这是一项为期5年、耗资2.15亿美元的公共与私人研究机构的合作,是美国“癌症登月计划”(Cancer Moonshot)的一部分。
4.美国疾病控制和预防中心日前发布报告说,美国目前40%的癌症病例与体重超重和肥胖相关,超重和肥胖问题正在威胁美国过去20年取得的抗癌进展。
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