4.07.2008

單一 DNA 分子定序

聽說個人化醫藥時代將要來臨,醫學在處理人類的疾病上,在相關科技基礎的扶持之下會被複雜化成處理疾病、基因、藥物與環境四者的關係 - 住在什麼地方的人帶有什麼基因生什麼病吃什麼藥。不過,在這個時代來臨之前,有一件事需要做到,就是,每個人的基因都要透明,如此才能有機會釐清與其他三者之間的關係。

最近的一個例子就是找到肺癌基因。

上個禮拜,同時有三個大型研究發表,掃瞄了所有受試者整個基因體上的基因序列變異跟肺癌的關係1,結果找出會增加罹患肺癌風險的基因變異都落在第 15 對染色體上的某個位置。這三個研究所使用的全基因體關聯方法也暗示著,將來一旦每個人的基因序列都是透明的,什麼人有過什麼病史,拿基因序列來比對統計一下,基因與疾病的關係也就跟著透明了,與藥物跟環境的關係也是。

也因為這樣,全基因體定序就變得很關鍵。基因體定序的公司也緊鑼密鼓力求降低定序成本以符合這個市場的需求,從一套幾十萬美金的價格看能不能降降降到一套一萬美金的平民價格。

上週五 Helicos Biosciences 發表在 Science 期刊的單一 DNA 分子定序技術2看起來就很有這個潛力,雖然目前這個方法適用的每條 DNA 長度不能超過 30 個氮鹼基,必需先把 DNA 切得碎碎的,再把小段的序列拚湊成完整的序列,但卻省去了做 PCR 先複製 DNA 的步驟。同時,因為螢光偵測的靈敏度可以到達單一個 DNA 分子,它其實可以一次測定高達 28000 個 DNA 片段的序列。

聽起來很模糊,不過,我在 Helicos 的網站找到了介紹這個單一 DNA 分子定序技術 tSMSTM 的影片,介紹得很清楚 -

Helicos: tSMS™ How It Works

大致上的做法是這樣的:

  1. 先把很長很長的 DNA 雙股分開,然後切成大概 25-30 個氮鹼基長度大小﹔
  2. 在這些小片段後面用酵素加上 poly A 序列與螢光;
  3. 利用 poly A 序列與晶片上的 poly T 結合而黏在晶片上,同時藉由螢光定位出每個序列在晶片上的位置﹔
  4. 切掉螢光﹔
  5. 然後,依序加上含有螢光標籤的 ATGC 氮鹼基﹔在添加 ATGC 的過程,同時藉由 CCD 偵測這些序列點上的不同步螢光發亮,如此得知每一條 DNA 的序列﹔
  6. 最後把這些小片段 DNA 序列疊合成完整的 DNA 序列。

據估算,如果用這個方法來做一個人的全基因體定序大概需要八個禮拜,花費 72000 美金,應該算是目前正式發表的結果裏很低的價格。

為了讓疾病、基因、藥物與環境四者的關係透明化,全基因體定序是無可避免的趨勢,另一方面,除了這些技術之外,更值得關注的是人的行為如何受到這個趨勢的影響。例如,當人知道自己的基因沒有潛在肺癌的風險時,旁人苦口婆心少抽點煙的叮嚀對這些人的作用就令我很感興趣。

相關資料:
1. Nature News: Genetic link for lung cancer identified [link]
2. Single-Molecule DNA Sequencing of a Viral Genome. doi:10.1126/science.1150427 [link]

5 則意見:

8.4.08, paul 提到...

請教DNA切成許多片段定序,之後各片段的排列順序如何知道?定序過程靠許多酯化反應,如何保證反應100%成功?費用降到一萬美金,恐怕還是難普及吧,就像沒幾個人付擔得起太空旅行。

8.4.08, scipao 提到...

全序列是疊合起來的,這麼解釋好了,假設有個序列是這樣的 AATTAATTCCAATTGGG,切碎之後可能有這些序列:AATTA、TTAATTCC、AATTCCAATT、AATTGGG,這些序列電腦會根據可能性把他們兜起來。

一萬塊美金是以現階段技術的輸出速率推估的瓶頸成本,之後有新技術,這個瓶頸線下移到 1000 美金也說不定。

8.4.08, Skyvee 提到...

75000元美金及2週的速度, 價格果然很優, 希望Roche ﹑Illumina 也能加把勁,打破這行情.目前所知Roche 454 所需時間及價格都還沒這麼好.

8.4.08, paul 提到...

一束相同的DNA切割點不同會有疊合,單股DNA切了應該不會疊合? 對應的氮鹼基一個個砌上去成鏈的時候,萬一沒黏牢整個序列就出錯了?

6.5.09, dsafwefas 提到...

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