從血型檢測到基因檢測，精準醫療時代到來
文
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觀察未來科技
基因就是生物體的密碼，基因裡藏著生物絕大部分遺傳資訊，人類自發現基因之日起，就希望能夠破解它的秘密。而基因測序就是要測定未知的序列，確定重組基因的方向與結構，對突變進行定位和鑑定比較的研究。
近幾年，基因檢測日益火熱。如果在百度上搜索“基因檢測”，我們會得到近
380
萬個問題，其中很大一部分都是在諮詢“基因檢測的意義有多大？”“基因檢測真的有用嗎？”“基因檢測需要多少錢？”尤其是在精準醫療的風潮下，遺傳基因檢測更是被越來越多的人提及並關注。
從血型檢測到基因檢測
最古老的基因檢測，其實就是
20
世紀初的“血型檢測”。自
1901
年發現血型之後，血型檢測就在醫學和最初的犯罪現場調查中廣泛應用開來。同時，由於父母的血型能夠在一定程度上限制了子女血型的可能性，血型檢驗在一定程度上也能夠用來鑑定血緣關係。
不過，相較於血型檢測，基因檢測則複雜的多
。要知道，基因是控制遺傳性狀的基本單位，而基因檢測其實就是“遺傳檢測”，基因檢測往往包括染色體結構、
DNA
複製數、
DNA
變異位點以及基因表達丰度等內容。
第一代基因測序技術誕生於1977年，是由美國生物化學家A.M.Maxam和W.Gilbert發明的化學降解法
。這種方法僅從化學領域觸發，科學家將一個
DNA
片段的
5
端磷酸基作放射性標記，再分別採用不同的化學方法修飾和裂解特定鹼基，從而產生一系列長度不一而
5
端被標記的
DNA
片段。然後再透過凝膠電泳分離，經放射線自顯影，確定各片段末端鹼基，從而得出目的基因的鹼基序列。
同年，英國生物化學家Frederick Sanger發明了雙脫氧末端終止法，即至今廣泛應用的Sanger測序法。
應用這一技術，科學家完成了首次的人類全基因的測序工作。
Sanger
測序法是用雙脫氧核苷酸作為鏈終止試劑，透過聚合酶的引物延伸產生一系列大小不同的分子後再進行分離的方法。
以該法為基礎，
Sanger
後來對它進行了許多改進，使之更適合實際操作，這為後來的大規模測序提供了技術支援。其中一個重要改進是利用單鏈
DNA
噬菌體載體將隨機打斷的
DNA
片斷分別測序，再拼成完整的基因。
20
世紀
90
年代初出現的熒光自動測序技術逐步代替了雙脫氧末端終止法，這是一種透過使用四種不同的熒光試劑來標記四種雙脫氧核苷酸進行
DNA
測的方法，
它的出現將DNA測序技術帶入了自動化測序時代
。
總的說來，第一代測序技術的主要特點是測序讀長可達
1000bp
，準確性高達
99。999%
，
但其測序成本高、通量低等方面的缺點，嚴重影響了其真正大規模的應用。因而第一代測序技術並不是最理想的測序方法。
經過不斷的技術開發和改進，以
Roche
公司的
454
技術，
Illumina
公司的
Solexa
、
Hiseq
技術，以及
ABI
公司的
Solid
技術為標誌的第二代測序技術誕生了。
這種測序技術是在
Sanger
等測序方法的基礎上，透過用不同顏色的熒游標記四種不同的
dNTPp
，當
DNA
聚合酶合成互補鏈時，每新增一種
dNTPp
就會釋放出不同的熒光，根據捕捉的熒光訊號，經過特定的計算機軟體處理，而獲得待測的
DNA
序列資訊。
第二代測序技術大大降低了測序成本，同時，還大幅提高了測序速度，並且保持了高準確性。
以前完成一個人類基因組的測序需要
3
年，而使用二代測序技術則僅僅需要
1
周，但在序列讀長方面比起第一代測序技術則要短很多。
顯然，人類基因工程是一個非常成功的工程。如今，
我們不僅得到了整個人類的基因序列，而且在經過基因測序長達
10
年發展後的今天，每次基因測序的費用已經從幾百億美元下降到幾千美元。幾年之後，像
Illumina
這樣的公司承諾在一小時內就可以完成基因測序，而且只收費
100
美元。
迎來精準醫療時代
基因檢測最大的影響，就是在精準醫療的應用。
由於基因在人體中的重要作用，使得我們可以透過基因檢測來更加有效的管理健康和更有針對性地進行疾病診療。
基因檢測可以為受檢者、醫療人員和研究人員評估一些與基因相關的疾病、體質或者個人特質提供依據。
畢竟，基因突變，無論是環境誘導還是自然原因產生，如果發生在關鍵序列的區域，就有可能引起疾病。當突變發生在人的某個部位，它有可能對這個人產生不良的影響；但是如果基因突變發生在生殖細胞內時，就有極大的可能遺傳給下一代。而在胚胎髮育的過程中，也容易受外界環境影響而發生突變，這種突變可能會影響甚至破壞胚胎的發育。
2015年年初，時任美國總統奧巴馬在國情諮文講演中宣佈推出新的大規模研發專案“精準醫學計劃”，
同時提議國家投入
2。15
億美元進行“百萬基因組測序計劃”，旨在透過數年完成
100
萬人的基因組測序，並將這些資料進行整合，打通從基因組資料到臨床應用的道路。
在疾病的精準預測方面，現有的基因科學已經可以對很多遺傳病提出精準的預測，從而減少各種各樣的出生缺陷。
目前，醫院應用最多的是致病性基因的篩選。該類基因的致病性突變可以很大程度上造成某種疾病的發生，如地中海貧血、血友病等。
還有一類基因，也就是所謂的易感基因，攜帶這類基因可以增加相關疾病的患病風險，但是不代表一定會患病。在研究層面，如果相關的研究越多，積累的資料越大，我們就能越準確地判斷個體在未來的疾病風險。
在精準診斷上，通常，證據越充分，診斷就會越明確。目前醫生通常會透過影像學、血液生化指標來判斷疾病的狀況，但常常有很多疾病難以確診。而精準醫學可以將一個人的遺傳因素考慮進去，即加入基因診斷，結合臨床影像學和各類臨床生化指標，以及環境飲食等條件進行綜合考慮，可以實現對一個人健康狀況及疾病狀態的更精準的診斷。
在精準治療上，要知道，對於某個藥物來說，用在最適合它的基因型個體上，它的療效可以達到
75%
，毒性只有
1%
；同樣一個藥，如果到了最不適合它的基因個體上，它的療效只有
10%
，毒性大於
80%
。
而如果針對患者的疾病，有幾種治療藥物，為了明確適合患者的藥物，因此做一個基因檢測，就能夠根據每個人基因的不同，選擇合適的藥物和劑量
。
目前，精準治療在癌症的治療中已經獲得廣泛應用。典型的精準醫學治療腫瘤的過程通常是用基因測序的方法找到癌症患者基因突變的靶標，再輔以有針對性的化療藥物進行“精確打擊”，然後透過療效監控標誌物精準跟蹤治療效果，以便隨時調整治療方案。用這樣的精準治療代替目前腫瘤治療中的放療、化療、手術等地毯式轟炸手段，不僅可以提高治療效果，還能降低患者的痛苦程度，減輕經濟負擔。
可以說，基因科學的快速發展，使我們對生命的認知更為精準：透過基因大資料可以對遺傳疾病進行精準預測預防，從大尺度到微尺度、從微尺度到大場景，人類對生命也有了更加全面的認知。
