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《疯狂的外星人》里的“基因球”,真的存在吗?

2019-02-14


“地球人口含基因球,在口腔里打转,保持15分钟,就可以获取人类的基因……”



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春节期间,贺岁档电影《疯狂的外星人》正成为人们热聊的话题之一,其中,外星人与地球人通过交换“基因球”的方式来建立外交关系,更是让人们津津乐道。





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科幻片中的“基因球”是否真的存在?它获取人类基因的原理是什么?基因测序技术到底发展到什么地步了?



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带着疑问,基因君有幸采访了华大智造测序仪产品经理汪婧婧博士。汪婧婧博士毕业于美国常春藤大学布朗大学,拥有非常深厚的生物医学工程专业背景,以下是对话实录。




01


问:“基因球”真的存在吗?


答:“基因球”实质是一种采样的方式。采集人类的样品后,通过测序便可以获取人类的基因。目前“基因球”的采样方式虽然不存在,但是我们有类似的取样方式,比如口腔拭子。“基因球”技术应该是基于目前采样方式的一种想象。



02


问:“基因球”获取人类基因的原理是什么?


答:唾液中含有口腔上皮细胞和白细胞,这些细胞内含有细胞核,细胞核内含有遗传物质(基因组DNA)。



03


问:口腔里的唾液,就能做一个人的全部基因测序?


答:是可以的。只要唾液中细胞的DNA量能满足一次建库测序的需要。




04


问:为什么人类与外星人的建交,要以基因交换的方式?它到底有什么价值?


答:基因是重要的遗传资源,是生命存在的根本。理论上可以从化学小分子入手,合成全套基因组,然后辅以一定技术手段来完成原生命体的复制。



基因是万物生存发展之源,只有将基因资源存储起来,才能使物种永远保持繁衍生息、让不被灭绝成为可能,永存才能永生。



2016年9月22日,由国家发展改革委员会批复同意组建的深圳国家基因库,正式投入运营。国家基因库拥有国产化的数字化平台、自主知识产权的测序仪,对我国生物遗传资源的安全性具有重要意义。


目前深圳国家基因库血液、组织等生物样本的保存能力超过2500万管,已成为全球领先的综合性基因库。



05


问:目前我们在人类基因的快速检测上,有什么具体方法吗?


答:最早支持人类基因组计划实现的人类基因的检测技术,是基于半自动化的Sanger测序。


从1990到2003年花费了将近30亿美金完成第一个人类全基因组的框架图;短短20年间基因组研究已经进入高通量测序时代,通过不同的技术路线制备DNA测序模版,然后进行先进的大规模并行测序,实现测序时间和成本大大降低。


目前主流代表的测序技术有华大智造(简称MGI)的DNBSeq测序、Illumina桥式扩增+可逆终止化学测序、ThermoFisher的乳液PCR+半导体测序以及Pacbio SMART单分子实时测序和Oxford Nanopore纳米孔单分子测序等。



DNBSeq测序技术


华大智造的DNBSeq采用了微阵列DNA纳米测序技术,通过超高密度微阵列芯片和PCR-free DNA纳米球技术(DNB, DNA Nanoballs)的整合可以实现高精度基因测序。


基于DNBSeq测序技术,华大智造先后推出了BGISEQ-500、BGISEQ-50、MGISEQ-2000、MGISEQ-200 等测序仪,并于2018年推出全球最高日通量的测序仪MGISEQ-T7。MGISEQ-T7在一次运行中能同时独立操作四张芯片,从而提高了测序的速度、通量和灵活性。



MGISEQ-T7每天可生成高达6Tb的数据,相当于一天内最多60个的人类基因组,且单G费用仅$5。


完成一个人全基因组的测序时间从几天到24小时内不等,测序成本也降到600美金以下。



06


问:“基因球”应该跟基因的测序和储存技术有关,我们现在的测序和存储技术发展到什么地步了?


答:“基因球”应该兼具了样本的采集和存储,但不包括测序。


目前,针对不同样本类型的采集和储存,采集器也要求多样化,且大部分都可以便携使用、常温储存和运输,比如前面提到的口腔拭子。


这些原始样本会经过一系列人工或者自动化实验操作完成核酸提取和测序文库制备,最终进入测序仪进行测序。


目前大部分的样本采集-核酸提取-测序文库制备到测序都是独立的流程和设备,全流程一体化从样本到报告是发展趋势。


全流程一体化



07


问:未来会有像“基因球”这么小体积的兼具提取+测序+储存的设备吗?


答:测序技术的发展日新月异,未来的发展也一切皆有可能。非常期待华大的科学家继续努力,早日实现这种设想。






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