微小基因无限可能—个人感悟

2018年7月19日

  上午产品市场部的赵经理用PPT讲解的方式给我们讲述了基因测序技术的前世今生。孟德尔提出的的遗传定律让人们开始了发现DNA的探索历程，后由O.Avery的肺炎双球菌转化实验证明了DNA是遗传物质，后来沃森和克里克共同提出DNA立体结构模型，认为DNA为两股反向平行的多聚脱氧核糖核苷酸，由互补碱基的氢键连接，并呈右手螺旋方式围绕同一轴心盘绕。

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  基因测序也称DNA测序，是现代生物学研究中重要的手段之一--。基因测序技术经过了三个发展阶段。第一代DNA测序技术是1975年由桑格(Sanger)和考尔森(Coulson)提出的链终止法。第一代技术准确率高，读取长,  是至今唯一-可以进行“从头至尾”测序的方法，但存在成本高、速度慢等方面的不足，并不是最理想的测序方法。使用第一-代Sanger测序技术完成的人类基因组计划，花费了30亿美元巨资，用了十三年的时间。

随后的二、三代测序技术以高通量为共同特征，也被称为“新一代测序技术(NGS)”。Roche公司的454测序平台、Illumina公司的Solexa测序系统以及ABI公司的SOLID测序系统标志着第二代测序技术诞生。尽管各系统在高通量水平、测序准确度、存储格式、技术方法上各有差异，但共同特征是大大降低了测序成本并极大地提高了测序速度，完成一个人的基因组测序只需一周左右时间。然而第二代测序技术在测序前要通过PCR段对待测片段进行扩增，增加了测序的错误率。而且二代测序产生的测序结果长度较短，需要对测序结果进行人工拼接，因此比较适合于对已知序列的基因组进行重新测序，而在对全新的基因组进行测序时还需要结合第一代测序技术。二代基因测序技术大大的推动了遗传学和分子生物学的发展。

  近期出现的Helicos公司的Heliscope单分子测序仪、Pacific Biosciences公司的SMRT技术、Oxford Nanopore Technologies公司正在研究的纳米孔单分子技术，被认为是第三代测序技术。与前两代技术相比，其最大的特点是单分子测序。第三代测序技术解决了错误率的问题，通过增加荧光的信号强度及提高仪器的灵敏度等方法，使测序不再需要PCR扩增这个环节，实现了单分子测序并继承了高通量测序的优点。

  以高通量低成本为特征的二代测序技术为目前应用最广泛的测序技术，测序时间相较于一代技术大大降低，缺点是读长（测序时所有读段的平均DNA分子片段长度）较短。第三代测序技术测序读长有了明显的提升，但准确率较低，而且测序通量也小于二代测序，第三代测序技术目前主要用于科学研究，临床应用还需技术进一步的成熟。由于二代测序仪在正确率、读长方面具有不可颠覆的优势，所以是短期内二代测序仪是主流。

随着基因测序技术的不断发展成熟，测序成本也是在不断的下降，2001年，全基因组测序需要耗资高达一亿美元；2011年，第二代测序技术成功推出后全基因组测序价格已下降至1万美元；2014年，随着Illumina X Ten的成功上市又再次将价格大幅度缩减至1千美元。美国奇点大学生物技术和信息学项目负责人Raymond McCauley公开宣称，2020年，DNA测序的价格比“冲厕所”还便宜。基因测序之所以成本一再降低，所需时间一短再短，我认为除了科技发展的支撑，还需要一代又一代学者不忘初心、砥砺前行，在未知的领域不断创新，不断前进，才会有如今基因测序技术的高速发展。

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  同样在上午，余祥单老师给我们介绍了实验室常规的仪器使用及注意事项，微分基因实验室的实验仪器大致分成:常规仪器、检测仪器和自动化工作站，因为公司的主营业务是基因测序，所以检测仪器包括实时荧光定量PCR仪和二代基因测序仪等。自动化工作站包含的仪器是学校内不常见的，比如AMTK自动化提取可以同时反应多个实验，保证了公司的高效率，再比如Beckman自动化仪具有抽样、建库、纯化等多重功能。

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  下午13个成员在刘老师的带领下跟随实验室的专家近距离的感受了实验室的严肃认真工作氛围，样品组负责样本的保存、建库、核酸提取等，我们参观了样品组的实验室和常用实验仪器。

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  经过这一天对基因测序的深入了解，我们对这个技术、这个行业也是认识许多，基因测序多年的发展降低了成本提高的效率，极大的推动了科学技术的发展，并且基因测序可以用于医学治疗和疾病防御的功能，在很大程度上满足了人民生活的需要。

  今天在几位专家的介绍下我学到了许多关于基因测序的知识，还参观了处于国内先进水平的微分基因实验室，感到十分荣幸，同时我也深切体会到自己的专业水平有限，作为学生和真正实验室工作人员之间水平差距很大，还需要多多提高自己的专业水平和实验技能。

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