“地球人口含基因球，在口腔里打轉(zhuǎn)，保持15分鐘，就可以獲取人類的基因……”

圖片來自于網(wǎng)絡(luò)

春節(jié)期間，賀歲檔電影《瘋狂的外星人》正成為人們熱聊的話題之一，其中，外星人與地球人通過交換“基因球”的方式來建立外交關(guān)系，更是讓人們津津樂道。

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科幻片中的“基因球”是否真的存在？它獲取人類基因的原理是什么？基因測(cè)序技術(shù)到底發(fā)展到什么地步了？

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帶著疑問，基因君有幸采訪了華大智造測(cè)序儀產(chǎn)品經(jīng)理汪婧婧博士。汪婧婧博士畢業(yè)于美國(guó)常春藤大學(xué)布朗大學(xué)，擁有非常深厚的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)背景，以下是對(duì)話實(shí)錄。

01

問：“基因球”真的存在嗎？

答：“基因球”實(shí)質(zhì)是一種采樣的方式。采集人類的樣品后，通過測(cè)序便可以獲取人類的基因。目前“基因球”的采樣方式雖然不存在，但是我們有類似的取樣方式，比如口腔拭子?！盎蚯颉奔夹g(shù)應(yīng)該是基于目前采樣方式的一種想象。

02

問：“基因球”獲取人類基因的原理是什么？

答：唾液中含有口腔上皮細(xì)胞和白細(xì)胞，這些細(xì)胞內(nèi)含有細(xì)胞核，細(xì)胞核內(nèi)含有遺傳物質(zhì)（基因組DNA）。

03

問：口腔里的唾液，就能做一個(gè)人的全部基因測(cè)序？

答：是可以的。只要唾液中細(xì)胞的DNA量能滿足一次建庫(kù)測(cè)序的需要。

04

問：為什么人類與外星人的建交，要以基因交換的方式？它到底有什么價(jià)值？

答：基因是重要的遺傳資源，是生命存在的根本。理論上可以從化學(xué)小分子入手，合成全套基因組，然后輔以一定技術(shù)手段來完成原生命體的復(fù)制。

基因是萬物生存發(fā)展之源，只有將基因資源存儲(chǔ)起來，才能使物種永遠(yuǎn)保持繁衍生息、讓不被滅絕成為可能，永存才能永生。

2016年9月22日，由國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)批復(fù)同意組建的深圳國(guó)家基因庫(kù)，正式投入運(yùn)營(yíng)。國(guó)家基因庫(kù)擁有國(guó)產(chǎn)化的數(shù)字化平臺(tái)、自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的測(cè)序儀，對(duì)我國(guó)生物遺傳資源的安全性具有重要意義。

目前深圳國(guó)家基因庫(kù)血液、組織等生物樣本的保存能力超過2500萬管，已成為全球領(lǐng)先的綜合性基因庫(kù)。

05

問：目前我們?cè)谌祟惢虻目焖贆z測(cè)上，有什么具體方法嗎？

答：最早支持人類基因組計(jì)劃實(shí)現(xiàn)的人類基因的檢測(cè)技術(shù)，是基于半自動(dòng)化的Sanger測(cè)序。

從1990到2003年花費(fèi)了將近30億美金完成第一個(gè)人類全基因組的框架圖；短短20年間基因組研究已經(jīng)進(jìn)入高通量測(cè)序時(shí)代，通過不同的技術(shù)路線制備DNA測(cè)序模版，然后進(jìn)行先進(jìn)的大規(guī)模并行測(cè)序，實(shí)現(xiàn)測(cè)序時(shí)間和成本大大降低。

目前主流代表的測(cè)序技術(shù)有華大智造（簡(jiǎn)稱MGI）的DNBSeq測(cè)序、Illumina橋式擴(kuò)增+可逆終止化學(xué)測(cè)序、ThermoFisher的乳液PCR+半導(dǎo)體測(cè)序以及Pacbio SMART單分子實(shí)時(shí)測(cè)序和Oxford Nanopore納米孔單分子測(cè)序等。

DNBSeq測(cè)序技術(shù)

華大智造的DNBSeq采用了微陣列DNA納米測(cè)序技術(shù)，通過超高密度微陣列芯片和PCR-free DNA納米球技術(shù)（DNB, DNA Nanoballs）的整合可以實(shí)現(xiàn)高精度基因測(cè)序。

基于DNBSeq測(cè)序技術(shù)，華大智造先后推出了BGISEQ-500、BGISEQ-50、MGISEQ-2000、MGISEQ-200 等測(cè)序儀，并于2018年推出全球最高日通量的測(cè)序儀MGISEQ-T7。MGISEQ-T7在一次運(yùn)行中能同時(shí)獨(dú)立操作四張芯片，從而提高了測(cè)序的速度、通量和靈活性。

MGISEQ-T7每天可生成高達(dá)6Tb的數(shù)據(jù)，相當(dāng)于一天內(nèi)最多60個(gè)的人類基因組，且單G費(fèi)用僅$5。

完成一個(gè)人全基因組的測(cè)序時(shí)間從幾天到24小時(shí)內(nèi)不等，測(cè)序成本也降到600美金以下。

06

問：“基因球”應(yīng)該跟基因的測(cè)序和儲(chǔ)存技術(shù)有關(guān)，我們現(xiàn)在的測(cè)序和存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展到什么地步了？

答：“基因球”應(yīng)該兼具了樣本的采集和存儲(chǔ)，但不包括測(cè)序。

目前，針對(duì)不同樣本類型的采集和儲(chǔ)存，采集器也要求多樣化，且大部分都可以便攜使用、常溫儲(chǔ)存和運(yùn)輸，比如前面提到的口腔拭子。

這些原始樣本會(huì)經(jīng)過一系列人工或者自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)操作完成核酸提取和測(cè)序文庫(kù)制備，最終進(jìn)入測(cè)序儀進(jìn)行測(cè)序。

目前大部分的樣本采集-核酸提取-測(cè)序文庫(kù)制備到測(cè)序都是獨(dú)立的流程和設(shè)備，全流程一體化從樣本到報(bào)告是發(fā)展趨勢(shì)。

全流程一體化

07

問：未來會(huì)有像“基因球”這么小體積的兼具提取+測(cè)序+儲(chǔ)存的設(shè)備嗎？

答：測(cè)序技術(shù)的發(fā)展日新月異，未來的發(fā)展也一切皆有可能。非常期待華大的科學(xué)家繼續(xù)努力，早日實(shí)現(xiàn)這種設(shè)想。