DNA测序:命中疾病“靶心”-观察-生物探索
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DNA测序:命中疾病“靶心”

2011/12/28 来源:福布斯中文网
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导读
在911事件过去近十年之后,今年5月1日,美国海军特种作战强化大队在巴基斯坦首都伊斯兰堡附近阿伯塔巴德市一处建筑中击毙了本拉登。除了震惊之外,很多民众好奇美军是如何确定本拉登的身份。5月2日下午,美国总统国土安全与反恐助理布伦南表示,DNA检测结果证明“该尸体和本·拉登本人达到9

美国生命技术公司CEO卢瑞格(Gregory Lucier)

在911事件过去近十年之后,今年5月1日,美国海军特种作战强化大队在巴基斯坦首都伊斯兰堡附近阿伯塔巴德市一处建筑中击毙了本拉登。除了震惊之外,很多民众好奇美军是如何确定本拉登的身份。5月2日下午,美国总统国土安全与反恐助理布伦南表示,DNA检测结果证明“该尸体和本·拉登本人达到99.9%的匹配率”。

这里使用了美国生命技术公司(Life Technologies)提供的基因测序技术,美军和美国中央情报局首先提取拉登的DNA,然后再将DNA与来自拉登家人的DNA参照样本对比,随即就能得出结果。

鉴定死者身份,对于基因测序技术来说,只不过是牛刀小试。这种技术拥有极为广阔的商业前景,在基因组科学的推动下,一场新的商业革命正在发生。

科学家们认识到包括癌症在内的疾病与基因之间存在紧密联系,作为基因研究的分子基础,基因的碱基序列(即DNA序列)的测定开始受到重视。

而这也是如美国生命技术公司这类企业的市场和空间所在。该公司是一家致力于改善人类生存环境的全球性生物技术公司,由两家美国公司Invitrogen和Applied Biosystems于2008年11月合并而成。Invitrogen公司是为多种基因测序应用平台提供试剂和耗材的一流供应商,Applied Biosystems公司更是十年前就开始为人类基因组工程提供设备保障。

随着DNA测序在医学研究乃至医疗诊断中的应用正变得越来越重要,越来越多的大公司开始蜂拥进入DNA测序市场。测序市场的扩张来自于测序技术的突飞猛进所引领的测序设备的革命。5年前,为人类基因组60亿对碱基测序的费用为100万美元。但如今,这个数字大概仅为1万美元,而且精确度更高。

DNA测序费用下降伴以测序精度的提高,可与电脑微处理器的历史发展趋势相媲美。“基因测序领域是世界上推进速度最快的一个领域,大家所熟知的半导体行业的‘摩尔定律’指出每两年达到翻一番的进步,但是在基因测序领域我们的速度是每两年4倍的进步。”美国生命技术公司CEO卢瑞格(Gregory Lucier)说。

在这个发展迅速的新兴市场上,美国生命技术公司并非唯一的玩家,它强大的竞争对手包括Illumina公司、太平洋生物科技公司(Pacific Biosciences)以及完整基因组公司(Complete Genomics)等。美国生命技术公司期望通过收购来赢得竞争优势。2010年,美国生命技术公司以总计7.25亿美元的现金加股票收购近来备受追捧的DNA测序技术创业公司Ion Torrent公司,以期在竞争中掌握杀手锏。

对于此次收购,卢瑞格解释说,“Ion Torrent所拥有的技术和专利在历史上第一次实现了将化学的世界和数字的世界结合起来,也就是在一块半导体芯片当中将化学的信号转化为数字的信号。”Ion Torrent的这一技术不仅极大的降低了测序设备的生产成本,而且缩短了测序时间,有利于新解码设备的大规模量产。

这一技术的革命性意义在于,目前大多数基因测序设备生产厂商的主要客户都是各种研究机构,并不直接针对公众和消费者,而Ion Torrent的技术使得基因测序变得廉价而普及,有望从实验室走向大众。

卢瑞格表示,在不久的将来(1-2年内),Ion Torrent将能够帮助我们在2小时之内,低于1000美元的费用,实现人类基因组的读取。要知道,过去DNA测序需要花费50万美元,甚至更多。

Ion Torrent推出的第一款产品的价格只有大型设备的1/10,主要用于小型的、目的明确的解码实验,例如细菌基因测序。这款产品的名字叫“个人化操作基因组测序仪”(Personal Genome Machine,简称PGM)。PGM拥有良好的可扩展性,并且非常简单和快速,一般两个小时之内就能够得出结果。PGM在推出后的两周内就收到60余个订单。

测序设备的成本不断下降和技术不断提升意味着DNA测序从研究领域进入医学应用的时机已经成熟。

2011年6月15日,美国贝勒人类基因组测序中心发布一份报告称,贝勒大学医学院的研究人员和相关专家通过对一对双胞胎和他们的哥哥、父母的全基因组测序并进行对比分析,找到了引起这对患有多巴反应性肌张力障碍疾病的突变基因,从而使医生能够对他们的病症进行针对性的治疗,并取得了良好的效果。这对双胞胎的父亲正是美国生命技术公司公司首席信息官。

除了罕见病之外,市场更为广阔的是癌症肿瘤的治疗。肿瘤实际上是基因组改变的一种疾病,即使是同样的癌症也可能由不同的基因突变所造成。基因的差别让患者对治疗药物有不同的反应,因此需要个体化的医疗方式来对不同的病人进行区别对待,针对每个个体的不同特性来制定方案。采用分子靶向技术治疗癌症的个体化治疗手段已经被医学界广泛接受。

在今年7月份的一次基因测序临床应用研讨会上,江苏省中医院病理科主任医师赖仁胜教授表示,常见恶性肿瘤使用基因测序和靶向药物治疗效果最明显。目前癌症化疗总体有效率在30-40%左右,而通过基因测序筛选出获益病人,有效率可以提高到80%。一旦找到突变基因,就可以用靶向治疗,甚至患者的愈后评估也可以采用基因表达的手段。

此外,基因测序还将影响药物研发的格局。基因科学在制药科学中的应用首先是寻找药物作用的靶点。通俗的说,药物对人体发生作用,肯定是和人体中的什么东西产生作用,这就是靶点。“靶点”包括各种基因位点,还有各种蛋白质。所有的药物都有“靶点”,几千年前就开始用的药也是如此。

现在,制药业开始从“对症下药”变成了“对靶点下药”。比如有一种叫GPCR的蛋白质,与人体中的很多活动,比如视觉、嗅觉、神经传导、情绪反应都有关。目前世界上20种最畅销药物中,有12种药物以它为作用靶标。

据美国生命技术公司大中华区总裁Kadia博士介绍,美国生命技术公司进入中国市场20年,其产品广泛应用于基础研究、医疗卫生、疾病控制、食品安全以及刑侦及犯罪调查等领域。除了众多研究机构和医院使用之外,公司的各类诊断仪器和试剂还被用来确诊H1N1、乙型肝炎病毒等传染病的DNA,以及用于奥运会和世博会提供食品安全监测、为公安部打拐专项行动提供DNA鉴定设备和试剂盒等等。

基因测序的市场不仅限于医药行业,还包括诸如材料科学、生物燃料(石油的替代品)以及产能更高的种植业和畜牧业等领域。甚至有合成生物学专家在讨论用该项技术制造家具和建造房屋,这比目前的塑料和混凝土更利于环境。

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