二代基因检测

p style=" text-align: center " img title=" 1.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/1dcefe7e-5719-404e-9ba2-4e136fe75ea3.jpg" / /p p 　　原因不明的感染一向是医学上的难题。在电视剧《外科风云》中，在病原检测不出的情况下，医生只能凭借经验尝试治疗。 /p p 　　现在，医务人员有了一种新的利器--基于二代基因测序的病原快检技术。这种技术自进入中国以来，已经在众多疑难感染患者的诊断中到关键性作用。其中，就包括一位来自菲律宾的船员。 /p p 　　 strong 生死时速，基因科技“秒揪”病原 /strong /p p 　　今年7月中旬，唐山万航国际船务有限公司的一名菲律宾籍船员从唐山启程。北京协和医院、华大基因和华北理工大学附属医院联手解决了他的疑难感染，使他得以平安地踏上归国之旅。 /p p 　　6月2日，这名船员在船上发生头痛、左半身偏瘫的症状。货轮就近停靠在唐山，患者先在曹妃甸当地医院就诊，后转至华北理工大学附属医院神经内科一病区。 /p p 　　主治医生毛文静回忆，患者来院的时候出现发热，左侧瞳孔散大、反射差，左侧手臂完全无力，意识也在逐步丧失，情况危重。腰穿检测结果显示，患者的脑脊液中白细胞含量高、糖类含量低，液体呈微黄色。“感觉上像是结核性脑膜脑炎。”毛医生说，“当即就把结核药用上了。” /p p 　　但医院使用常规的方法，始终没有找到结核菌，因此一直采取多种抗菌药物并用的保守治疗方案。在6月12日，神经内科主任刘斌教授请来北京协和医院的关鸿志教授，对患者进行会诊。 /p p 　　在此之前，从2014年起，协和医院神经科与华大基因研究院合作，在国内首先开展脑脊液二代测序研究，用于中枢神经系统感染性疾病的病原体筛查。关鸿志教授正担任此项目的负责人。他提出建议：试试使用二代基因测序技术进行的病原快检。 /p p 　　6月22日下午，天津华大基因交付病原组收到了患者脑脊液样本。这项检测一般需要2-3天，此次由于感染危重，华大做了加急处理，30个小时左右就完成了检测流程。23日晚上，检测报告出炉，样本中检出了结核分枝杆菌。 /p p 　　获得了明确的病原信息后，医院立即调整了治疗方案，一改之前多管齐下的保守用药，集中火力向结核发起反攻。7月中旬，该患者病情好转、出院回国，继续进行抗结核治疗。 /p p style=" text-align: center " img title=" 2.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/9916b637-dd25-4a61-9af6-f20282836eba.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 菲律宾船员的治疗团队与技术人员，从左到右依次为：华大基因天津交付李媛，北京协和医院关鸿志，华北理工大学附属医院刘斌、李世英、毛文静 /strong /p p 　　 strong 广谱病原检测，“十年沉疴”一朝解决 /strong /p p 　　现在，利用二代测序技术进行的病原快检，比传统的涂片技术范围更广，比病原培养更加快速。同时，这项技术的检测范围与病原数据库的大小一致，突破了临床上以往“怀疑什么，检测什么”的限制，是对抗不明原因感染的新利器。 /p p 　　在二代测序技术普及之前，一旦出现症状不典型的感染，往往需要依赖医务人员的经验，通过涂片、培养等方式进行针对性检查，常造成病情贻误。关鸿志说：“以前在颅内感染中，可能有50%的病人--甚至更多的病人，是诊断不清的。试验性治疗治好了就治好了，治不好那就??” /p p 　　关鸿志讲到，有位内蒙古的患者从2007年起持续头疼、发热，十年间辗转多家医院，都没有得到确诊，按照各种感染治疗也未痊愈，经常需要靠输液来降低颅压，生活十分痛苦。 /p p 　　十年后，这位患者的治疗终于迎来转机。2016年12月，华大基因和协和医院等多个单位发起了针对不明病因脑炎脑膜炎的多中心研究，该患者最初就诊的医院作为中心之一，重新关注起这个“老”病例。今年5月，该患者的样本送到华大基因进行检测，结果竟然为脑囊虫病。协和医院针对脑囊虫进行血清学筛查，很快证实病因。现在，经过对症治疗，该患者已经基本痊愈。 /p p 　　“二代测序的方法，不会说怀疑你是什么感染就查什么感染。它会把你脑脊液里的核酸都测一遍，再看看这些核酸分别属于哪种细菌、哪种病毒，包括哪种虫子。” 关鸿志说。 /p p 　　 strong 二代测序病原快检将助力民生 /strong /p p 　　更广、更快、更准确，是二代基因测序病原快检技术的优势。例如，华大基因的技术可以同时检测2700多种病原微生物和寄生虫，只要每毫升样本液体中有100到1000个核酸片段的拷贝，就能检测出来，鉴定的种属准确率大于99%。 /p p 　　华大基因是中国最早利用基因测序技术进行病原检测的单位之一。早在2003年，华大基因就和相关单位合作，完成了中国第一例SARS病毒的基因组测序，并向全国防治非典型肺炎指挥部捐赠30万人份自行研制的SARS病毒诊断试剂盒。 /p p 　　利用基因测序技术进行病原快检，不但要求一定的测序能力，还需要完整的病原数据库建设、算法匹配和分析运算能力、精确解读的能力。这项技术在国外已经趋于成熟，相关的科研项目已经在国内开展，“技术科普”和整个行业正当风口。 /p p 　　天津华大基因交付病原组的李媛说：“到今天，临床的检测了1276例，送检单位主要集中在北京和上海。”统计显示，华大收到的样本中八成以上来自北京的医院。这些医院最先从各个方面接触到这项技术，并对合适的患者加以应用。 /p p 　　不过，关鸿志分析，最需要这项技术的可能是三四线城市的非三甲医院，这些医院用传统方法检测病原的能力更低。普及成本较低、广谱高效的二代测序病原检测技术，减少不明感染的无效经验治疗带来的“折腾”，能够有效地为诊断、为患者、为医患关系减负，具有重要的民生和社会意义。 /p

p 　　如果不是那场突发脑炎，22岁的唐山万航国际船务代理公司菲律宾籍船员Vicoy可能永远想不到会和二代基因测序发生关系。 /p p 　　当时Vicoy在船上工作，6月2日发现自己左侧胳膊和腿没了力气，还头疼。 /p p 　　3日，他被送往曹妃甸区医院。治疗数天，Vicoy左侧肢体瘫痪症状加重，又开始发热。8日，他被转到唐山市的三甲医院——华北理工大学附属医院。神经内科的管床医师毛文静是Vicoy的主治医生。她记得，刚来医院时，他左侧肢体几乎完全瘫痪，双侧瞳孔不等大。 /p p 　　腰穿之后，医生看到了呈微黄色的脑脊液。“这绝对有问题。” Vicoy脑脊液白细胞含量高，但糖含量低。“我们初步判断这是脑膜炎引发脑组织坏死，但脑炎性质不是很确定。”9日，凭着临床经验，医生给Vicoy使用了抗结核药物治疗。 /p p 　　但是，还不能确诊。 /p p 　　医生用常规方法检测结核菌，始终没找到。“涂片染色、细菌培养，都没用。”始作俑者一直身份不明。病人病情稳定了下来，可是依然发热。医院神经内科主任刘斌教授知道，重症颅内感染病情凶险，如果迟迟无法对症治疗，病人将有生命危险。 /p p 　　得搬救兵。6月12日，刘斌联系了北京协和医院神经内科教授关鸿志。他还有另一重身份。协和医院神经科从2014年起和华大基因研究院合作，在国内首先开展脑脊液二代测序，用于中枢神经系统感染性疾病的病原体筛查。关鸿志正是这个项目的负责人。 /p p 　　“脑脊液二代测序技术，我们在国际上都领先。”8月27日，关鸿志接受科技日报记者采访时说。 /p p 　　二代测序是一种新型核酸测序手段，它为高通量测序，可以同时测定几百万甚至上亿条DNA或RNA序列，大大加快了全基因组测序的速度，也使无靶向的病原体广泛筛查成为可能。传统检查技术，是怀疑什么查什么，一种一种试 二代测序技术，则是“一锅端”，它既“广”，也“快”。 /p p 　　关鸿志建议，用二代基因测序技术试试。6月22日下午，天津华大基因交付病原组统筹人员李媛收到了Vicoy的脑脊液样本。二代测序技术会检测出这份脑脊液样本中所有核酸序列，之后与病原体基因组数据库进行比对和分析，从而确定感染病原体。一般来说，它需要48小时。这一例，华大基因做了加急处理。23日晚上，检测报告出炉。 /p p 　　脑脊液中检出了结核分支杆菌，病人患的确实是结核性脑膜炎。 /p p 　　至此，让Vicoy发热头疼的“元凶”才终于露面。院方紧急加强抗结核治疗。强化治疗两三天后，Vicoy的发热症状减轻。 /p p 　　其实，超过一半的中枢神经感染病例都无法明确找出病因，通用方法是进行经验性治疗。“作为一种分子诊断手段，基因检测为确定中枢神经感染病原体提供了精准结果，非常有意义。”关鸿志说。 /p p 　　不过，病原体基因组数据库还需不断完善，做到本地化。关鸿志举例道，在我国猪绦虫和曼氏裂头蚴是较常见的神经中枢系统寄生虫感染类型，但是目前尚没有这两种寄生虫的全基因组数据。在获得其全基因组数据前，只能将已知的部分基因序列加入数据库中用于比对，这可能会降低检测的敏感度。 /p p 　　“而且，光测没用，还要会‘分析’。不然数据只是数据，它躺在那，没用。”关鸿志表示，提高检测数据的分析和解读水平，也是助推技术临床转化的关键。 /p p 　　7月中旬，Vicoy出院。这场中国看病旅程，终于有惊无险，平稳结束。 /p

被改变着的世界 　　如今，基因测序概念在国内已经并不陌生。 　　从科研领域的全基因组测序(WGS)到临床应用的无创产前基因检测以及高血压个体化治疗检测，基因的作用和重要性日益凸显，正在不经意间以其巨大的力量改变着人们的生活，使人类对自然和自身的认知进入到了一个新的层面。同时，个体化医疗概念的兴起，激发了人们对基因测序的需求，也使得基因测序商业化、大众化的意愿成为了科研界和临床应用界的共识。 　　但显然，第二代基因测序技术已经不能满足人们对基因测序的想象。 　　第二代测序技术 　　2001年，人类基因组计划(Human Genome Project，HGP)宣告完成。这项由美国、英国、法国、德国、日本和中国六个国家共同参与，历经十年，耗资数十亿美元的人类基因组计划，成为了人类基因研究史上一个重要的里程碑，但也使得出现一种更加先进、更快速的、高通量的测序技术成为了科研人员的统一诉求。 　　于是，基于大规模平行测序(massively parallel sequencing)思想的第二代基因测序技术(next-generation sequencing，简称NGS)应运而生。 　　第二代测序技术的出现，使得基因研究领域快速发展，测序成本也大大降低。根据资料显示，全基因组测序在2001年时需要耗费一百万美元，而在第二代测序技术的帮助下，2011年已经下降到1万美元。借此浪潮，著名的测序设备生产商Illumina公司也异军突起，股票价格由2001年的15.94美元，上涨到如今的168美元，最高涨幅23.74倍，市值达217亿美元。 　　但如今的第二代测序技术也面临着诸多问题，一定程度上阻止了基因测序的大众化趋势。 　　首先，第二代测序技术测序平台和测序成本仍然十分高昂，仪器普遍高达40-70万美元，而一个全基因组测序至少需要2000-5000美元，同时花费几周的时间 第二代测序技术依赖于基因样品的扩增过程，大量的洗脱过程即增加了成本和样品制备的时间，也容易出现错误累积 第二代测序技术普遍读长为150-400bp，无法满足更高的科研需要 大量的数据拼接工作和光学读取导致的大体量数据，让分析变成了耗时耗力的工作。 　　现在，第二代测序技术已经处于市场发展的中后期阶段，其不足性将在未来更加明显。罗氏公司也已决定于2016年停止其第二代测序平台454的生产。 　　那么什么样的技术才能&ldquo 担当&rdquo 起人们对基因测序领域的期望? 　　第四代测序技术成为了众多人心目中答案。 　　第四代基因测序技术 　　第四代测序技术，又称纳米孔测序技术，其原理十分容易理解：分子在通过纳米孔道时，会对通过纳米孔的电流，或横穿过纳米孔的电流(隧穿电流)产生影响，而每种不同的分子通过时，对电流产生的影响具有可区别的差异。于是利用这种差异，纳米孔测序技术就可以识别基因中碱基(对)的排列顺序。 　　相比于前面三代测序技术，第四代测序技术是真正实现单分子检测和电子传导检测相结合的测序方法，完全摆脱了洗脱过程、PCR扩增过程。作为最有希望实现1000美元基因组甚至100美元基因组的技术，纳米孔技术具有超高读长、高通量、更少的测序时间和更为简单的数据分析，实现了从低读长到超高读长、从光学检测到电子传导检测的双重跨越。 　　一旦第四代测序技术投入市场，将有望在几小时内以几百美元的成本完成全基因组测序。 　　也正因此，众多基因测序公司和投资人都把目光聚焦在了第四代测序领域。今年6月，罗氏公司以3.5亿美金价格收购了美国纳米孔测序公司Genia Technologies 同在6月，罗氏公司联合风投共同投资美国纳米孔测序公司Stratos Genomics 1500万美金。罗氏公司还与IBM公司共同研发固态纳米孔技术。而Illumina和Lifetech也在着力发展或投资纳米孔测序技术。 　　如今的基因测序领域，充满着未知和期待。就和六七十年代的电脑和互联网一样，没有人能说清楚它什么时候会爆发。但我们可以想象，未来的某一天，借助第四代测序技术的力量，我们可以在几小时内破解自己的基因密码 医生可以根据患者的基因信息来辅助诊断，制定个体化用药方案 我们的健康和生活也将因此发生巨大变化。