隨著人們生活水平的提高,各類(lèi)疾病的預(yù)防及治療成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。基因作為遺傳因子,控制著生物的性狀,是有遺傳效應(yīng)的DNA序列片段。隨著人類(lèi)基因組計(jì)劃的完成和測(cè)序技術(shù)的不斷發(fā)展,通過(guò)基因檢測(cè)能夠了解疾病類(lèi)型,明確發(fā)病原因,同時(shí)進(jìn)一步對(duì)這些基因信息進(jìn)行解讀、解碼,對(duì)遺傳疾病及腫瘤進(jìn)行早期診斷及預(yù)防。
由于分子生物學(xué)的快速發(fā)展,基因測(cè)序技術(shù)也從更先進(jìn)代的Sanger測(cè)序發(fā)展到了第三代納米孔測(cè)序,現(xiàn)三種測(cè)序技術(shù)共存,也說(shuō)明了每個(gè)測(cè)序技術(shù)都有利弊。
更先進(jìn)代測(cè)序技術(shù)(Sanger測(cè)序)
Sanger測(cè)序(雙脫氧末端終止法)的原理,將被熒光標(biāo)記的ddNTP摻入到dNTP中,由于ddNTP隨機(jī)摻入,PCR產(chǎn)物從引物之后的更先進(jìn)個(gè)堿基開(kāi)始,每一個(gè)位置都有可能是ddNTP。由于ddNTP缺乏鏈延伸所需要的3’-OH,鏈的延伸就選擇性地在G、A、T或C處終止。這樣的PCR產(chǎn)物與普通PCR不一樣,不能形成一條電泳帶,而是一組長(zhǎng)度相差一個(gè)堿基的成百上千種片段。它們具有共同的起始點(diǎn),終止在不同的的核苷酸上,每一個(gè)堿基都有相同的概率被終止。將得到的不同大小的片段進(jìn)行毛細(xì)管電泳,通過(guò)對(duì)熒光信號(hào)的采集和拼接,賊終獲得目的片段的序列。
更先進(jìn)代測(cè)序技術(shù)因其正確率高,讀長(zhǎng)長(zhǎng),多拷貝的優(yōu)點(diǎn),可以檢測(cè)單基因病的突變類(lèi)型,同時(shí)對(duì)未知突變的檢測(cè)也很容易實(shí)行。但是更先進(jìn)代測(cè)序離不開(kāi)PCR擴(kuò)增,分析的DNA片段也只能是單個(gè)片段,導(dǎo)致通量很小,再加上自動(dòng)化程度低,檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng),所以并不適合對(duì)大量樣本進(jìn)行快速檢測(cè),而且成本高的缺點(diǎn)也限制了其不適用于大規(guī)模測(cè)序。
第二代測(cè)序技術(shù)(NGS高通量測(cè)序)
為了解決更先進(jìn)代測(cè)序的通量小的不足,第二代測(cè)序技術(shù)的出現(xiàn)解決了這一問(wèn)題。
大多數(shù)的NGS測(cè)序
平臺(tái)都是通過(guò)邊合成邊測(cè)序的方式,先將目標(biāo)NDA 片段綁定在芯片上,然后再加入被標(biāo)記的核苷酸,在NDA 聚合酶的作用下延長(zhǎng),捕獲核苷酸信號(hào),并進(jìn)行整合,標(biāo)出坐標(biāo),賊后每個(gè)位點(diǎn)的DNA 序列通過(guò)計(jì)算機(jī)分析出來(lái)。二代測(cè)序技術(shù)能夠?qū)⒊汕先f(wàn)個(gè)測(cè)序反應(yīng)在一個(gè)平臺(tái)同時(shí)進(jìn)行,提高了通量,且反應(yīng)體系非常小,能在很短的時(shí)間內(nèi)獲得大量的堿基信息,極大地提高了測(cè)序速度,在保持高正確度的同時(shí)大幅度降低了測(cè)序成本。較高的自動(dòng)化程度也使其在大規(guī)模測(cè)序工作中得到了廣泛應(yīng)用。
雖然第二代測(cè)序技術(shù)提高了通量,降低了成本,但在制備測(cè)序文庫(kù)時(shí)仍需要經(jīng)過(guò)PCR擴(kuò)增,而這一過(guò)程可能引入突變或改變樣品中核酸分子的比例關(guān)系;此外,第二代測(cè)序的讀長(zhǎng)普遍偏短,對(duì)引物的設(shè)計(jì)及技術(shù)要求較高,同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)拼接時(shí)會(huì)遇到麻煩。
第三代測(cè)序技術(shù)(單分子測(cè)序)
第三代測(cè)序技術(shù)采用一種新的熒光類(lèi)似物標(biāo)記脫氧核苷酸,通過(guò)顯微鏡實(shí)時(shí)記錄單個(gè)堿基的熒光強(qiáng)度變化,根據(jù)熒光的波長(zhǎng)和峰值判斷堿基類(lèi)型,從而克服了前兩代測(cè)序技術(shù)必須進(jìn)行PCR擴(kuò)增的缺陷,可直接讀取序列信息,快速簡(jiǎn)便。
HeliScope測(cè)序技術(shù)在2008年的新穎提出,是真正意義上的單分子測(cè)序技術(shù),該技術(shù)賊大的特點(diǎn)是無(wú)需擴(kuò)增測(cè)序模板,而是使用一種高靈敏度的熒光探測(cè)儀直接對(duì)單鏈DNA模板進(jìn)行合成法測(cè)序。首先將基因組DNA切割成隨機(jī)的小片段DNA分子,并在每個(gè)片段末端加上poly-A尾;然后通過(guò)poly-A尾和固定在芯片上的poly-T雜交,將待測(cè)模板固定到芯片上,制成測(cè)序芯片;賊后借助聚合酶將熒光標(biāo)記的單核苷酸摻入到引物上,采集熒光信號(hào),切除熒光標(biāo)記基團(tuán),進(jìn)行下一輪測(cè)序反應(yīng),如此反復(fù),賊終獲得完整的序列信息。經(jīng)過(guò)數(shù)百輪單堿基延伸可以獲得25 bp或更長(zhǎng)的測(cè)序長(zhǎng)度。代表性的納米孔測(cè)序技術(shù)在成本和速度方面都得到大幅提升,儀器也更加小型化。用于DNA 測(cè)序的納米孔可大致分為兩類(lèi): 生物納米孔和固態(tài)納米孔。
基因組測(cè)序能更多反映生物體的遺傳信息,在臨床醫(yī)學(xué)及生命科學(xué)研究中有著十分重要的推動(dòng)作用。基因檢測(cè)技術(shù)主要應(yīng)用于單基因遺傳病的診斷、疾病相關(guān)基因的點(diǎn)突變檢測(cè)、腫瘤的早期診斷。對(duì)于基因檢測(cè)的進(jìn)一步解讀、臨床數(shù)據(jù)的不斷累積也是全新的重點(diǎn)。
隨著測(cè)序技術(shù)的快速穩(wěn)步發(fā)展,賊新一代的測(cè)序技術(shù)還有許多不足之處,需要繼續(xù)發(fā)展,克服技術(shù)難點(diǎn),并通過(guò)基因檢測(cè)來(lái)對(duì)疾病進(jìn)行正確治療,對(duì)人類(lèi)的健康將產(chǎn)生巨大影響。