文|观察未来科技

基因就是生物体的密码，基因里藏着生物绝大部分遗传信息，人类自发现基因之日起，就希望能够破解它的秘密。而基因测序就是要测定未知的序列，确定重组基因的方向与结构，对突变进行定位和鉴定比较的研究。

近几年，基因检测日益火热。如果在百度上搜索“基因检测”，我们会得到近380万个问题，其中很大一部分都是在咨询“基因检测的意义有多大？”“基因检测真的有用吗？”“基因检测需要多少钱？”尤其是在精准医疗的风潮下，遗传基因检测更是被越来越多的人提及并关注。

从血型检测到基因检测

最古老的基因检测，其实就是20世纪初的“血型检测”。自1901年发现血型之后，血型检测就在医学和最初的犯罪现场调查中广泛应用开来。同时，由于父母的血型能够在一定程度上限制了子女血型的可能性，血型检验在一定程度上也能够用来鉴定血缘关系。

不过，相较于血型检测，基因检测则复杂的多。要知道，基因是控制遗传性状的基本单位，而基因检测其实就是“遗传检测”，基因检测往往包括染色体结构、DNA拷贝数、DNA变异位点以及基因表达丰度等内容。

第一代基因测序技术诞生于1977年，是由美国生物化学家A.M.Maxam和W.Gilbert发明的化学降解法。这种方法仅从化学领域触发，科学家将一个DNA片段的5端磷酸基作放射性标记，再分别采用不同的化学方法修饰和裂解特定碱基，从而产生一系列长度不一而5端被标记的DNA片段。然后再通过凝胶电泳分离，经放射线自显影，确定各片段末端碱基，从而得出目的基因的碱基序列。

同年，英国生物化学家Frederick Sanger发明了双脱氧末端终止法，即至今广泛应用的Sanger测序法。应用这一技术，科学家完成了首次的人类全基因的测序工作。Sanger测序法是用双脱氧核苷酸作为链终止试剂，通过聚合酶的引物延伸产生一系列大小不同的分子后再进行分离的方法。

以该法为基础，Sanger后来对它进行了许多改进，使之更适合实际操作，这为后来的大规模测序提供了技术支持。其中一个重要改进是利用单链DNA噬菌体载体将随机打断的DNA片断分别测序，再拼成完整的基因。

20世纪90年代初出现的荧光自动测序技术逐步代替了双脱氧末端终止法，这是一种通过使用四种不同的荧光试剂来标记四种双脱氧核苷酸进行DNA测的方法，它的出现将DNA测序技术带入了自动化测序时代。

总的说来，第一代测序技术的主要特点是测序读长可达1000bp，准确性高达99.999%，但其测序成本高、通量低等方面的缺点，严重影响了其真正大规模的应用。因而第一代测序技术并不是最理想的测序方法。

经过不断的技术开发和改进，以Roche公司的454技术，Illumina公司的Solexa、Hiseq技术，以及ABI公司的Solid技术为标志的第二代测序技术诞生了。

这种测序技术是在Sanger等测序方法的基础上，通过用不同颜色的荧光标记四种不同的dNTPp，当DNA聚合酶合成互补链时，每添加一种dNTPp就会释放出不同的荧光，根据捕捉的荧光信号，经过特定的计算机软件处理，而获得待测的DNA序列信息。

第二代测序技术大大降低了测序成本，同时，还大幅提高了测序速度，并且保持了高准确性。以前完成一个人类基因组的测序需要3年，而使用二代测序技术则仅仅需要1周，但在序列读长方面比起第一代测序技术则要短很多。

显然，人类基因工程是一个非常成功的工程。如今，我们不仅得到了整个人类的基因序列，而且在经过基因测序长达10年发展后的今天，每次基因测序的费用已经从几百亿美元下降到几千美元。几年之后，像Illumina这样的公司承诺在一小时内就可以完成基因测序，而且只收费100美元。

迎来精准医疗时代

基因检测最大的影响，就是在精准医疗的应用。

由于基因在人体中的重要作用，使得我们可以通过基因检测来更加有效的管理健康和更有针对性地进行疾病诊疗。基因检测可以为受检者、医疗人员和研究人员评估一些与基因相关的疾病、体质或者个人特质提供依据。

毕竟，基因突变，无论是环境诱导还是自然原因产生，如果发生在关键序列的区域，就有可能引起疾病。当突变发生在人的某个部位，它有可能对这个人产生不良的影响；但是如果基因突变发生在生殖细胞内时，就有极大的可能遗传给下一代。而在胚胎发育的过程中，也容易受外界环境影响而发生突变，这种突变可能会影响甚至破坏胚胎的发育。

2015年年初，时任美国总统奥巴马在国情咨文讲演中宣布推出新的大规模研发项目“精准医学计划”，同时提议国家投入2.15亿美元进行“百万基因组测序计划”，旨在通过数年完成100万人的基因组测序，并将这些数据进行整合，打通从基因组数据到临床应用的道路。

在疾病的精准预测方面，现有的基因科学已经可以对很多遗传病提出精准的预测，从而减少各种各样的出生缺陷。目前，医院应用最多的是致病性基因的筛选。该类基因的致病性突变可以很大程度上造成某种疾病的发生，如地中海贫血、血友病等。还有一类基因，也就是所谓的易感基因，携带这类基因可以增加相关疾病的患病风险，但是不代表一定会患病。在研究层面，如果相关的研究越多，积累的数据越大，我们就能越准确地判断个体在未来的疾病风险。

在精准诊断上，通常，证据越充分，诊断就会越明确。目前医生通常会通过影像学、血液生化指标来判断疾病的状况，但常常有很多疾病难以确诊。而精准医学可以将一个人的遗传因素考虑进去，即加入基因诊断，结合临床影像学和各类临床生化指标，以及环境饮食等条件进行综合考虑，可以实现对一个人健康状况及疾病状态的更精准的诊断。

在精准治疗上，要知道，对于某个药物来说，用在最适合它的基因型个体上，它的疗效可以达到75%，毒性只有1%；同样一个药，如果到了最不适合它的基因个体上，它的疗效只有10%，毒性大于80%。而如果针对患者的疾病，有几种治疗药物，为了明确适合患者的药物，因此做一个基因检测，就能够根据每个人基因的不同，选择合适的药物和剂量。

目前，精准治疗在癌症的治疗中已经获得广泛应用。典型的精准医学治疗肿瘤的过程通常是用基因测序的方法找到癌症患者基因突变的靶标，再辅以有针对性的化疗药物进行“精确打击”，然后通过疗效监控标志物精准跟踪治疗效果，以便随时调整治疗方案。用这样的精准治疗代替目前肿瘤治疗中的放疗、化疗、手术等地毯式轰炸手段，不仅可以提高治疗效果，还能降低患者的痛苦程度，减轻经济负担。

可以说，基因科学的快速发展，使我们对生命的认知更为精准：通过基因大数据可以对遗传疾病进行精准预测预防，从大尺度到微尺度、从微尺度到大场景，人类对生命也有了更加全面的认知。