DNA测序技术综述

1977年，Sanger团队完成人类历史上第一个基因组序列噬菌体X174测序，并在3年后，成为“两度”获得诺贝尔化学奖的人（前一次是1958年）。

Sanger测序技术诞生，让DNA片段的测序成为现实，此后这一技术独领风骚20多年。再后来的20年里，二代测序走向成熟、三代测序崭露头角，DNA测序技术以惊人的速度发展，越过一座又一座的里程碑。

那么，未来40年，DNA测序又将变成什么样？ 近日，Eric Green、Edward Rubin和Maynard Olson三位科学家发文指出，虽然预测起来很难，但他们认为，DNA测序的发展趋势将由杀手级应用程序（killer applications）驱动，而不是由杀手级技术（killer technologies）驱动。

测序需求将不断上涨

技术的改进可能增加需求，也可能减少需求。比尔盖茨曾以著名的子午线轮胎为例解释了后者，因为轮胎比早期的设计更耐用，其需求下降使得轮胎工业萎缩。对于DNA测序，作者认为，将遵循计算机和摄影的模式，而不是轮胎模式。

DNA测序朝着“better,cheaper,faster”发展

作者预测，随着测序变得更精准、更便宜、更快速，应用必将激增，需求将会上涨。当DNA测序突破科研市场，进入临床、消费者及其他领域，“供应越多意味着需求越多”的规则将愈加明显。

大量的DNA序列数据以及表型信息的结合，将让研究人员能够推断基因组序列所编码的生物学功能。更重要的是，解释数据所需的大部分基础知识已经准备好了（如细菌基因组的高质量参考序列，或某些基因网络在健康人群中运行的规则）。

将彻底改变医学领域

纵观其他技术，比如智能手机、互联网和数码摄影，真正的颠覆者都是应用，而不是新技术。作者确信，DNA测序将彻底改变的一个领域将是医学。

目前，DNA测序的突破性临床应用是产前检测。它通过检测在母体血液中循环的少量胎儿游离DNA，来检测染色体的数量异常。据估计，全世界每年大约有400-600万名孕妇在接受这一检测，十年内该数字将超过1500万。作者推断，未来该应用将呈现“非侵入性、易于开展、对核苷酸水平的准确性要求较低”等特征。

在肿瘤学方面，人们已经投入相当多的资金来开发液体活检。不难想象，基于DNA序列的癌症检测将会成为常规的筛查工具，就像巴氏涂片和结肠镜检查。随着癌症治疗开始针对特定突变，而不是肿瘤类型，液体活检最终将指导治疗干预。

DNA彩色条带

应用场景相当广泛

除此之外，作者还设想了DNA测序的各种场景应用，特别是手持式DNA测序仪。

流行病学家可以利用这种装置来检测空气、水、食品、动物和昆虫载体，甚至是人的咽部标本和体液。DNA测序技术的轻松获取可以促进“全球病毒组计划”（Global Virome Project）这样的项目，以了解传播疾病的各种病毒。

与此同时，公共卫生专家将讨论如何对整个城市污水排放口中所有微生物的DNA进行测序，以加快对疾病暴发的认识；海洋生物学家正在探索通过宏基因组研究系统监测海洋健康的方法。

在街上，便携式仪器可以将DNA分析带出犯罪实验室，使之成为一线警务工具。警方可能会“阅读”人们的DNA，就像他们现在检查汽车号牌或身份证件一样。这使得，廉价便捷的DNA测序为大规模监控提供了可能性。

在家里，DNA测序设备可能会成为继烟雾报警器和恒温器之后的下一个“智能”或“连接”设备。一位评论员甚至认为，未来厕所是通过实时DNA测序来监控家庭健康的理想场所。

绊脚石是什么？

当然，作者在文章的最后也提到了DNA测序技术的绊脚石。在短短的40年里，将细胞分子数据用于实际应用的目标已发生变化，由信息挑战转变为元信息挑战。

DNA测序技术也许很快就能纳入常规的临床应用，以分析各种情况下获得的体液。不过，只有整合数百万人多年医疗史的数据，才能提供所需的元信息，确定何时忽略这些数据，以及何时采取行动。这是一个挑战。

医学方面，作者建议美国国家研究委员会等机构打造一个庞大的“信息共享空间”，把数百万个人的分子和临床数据叠加到生殖系基因组序列上。在他们看来，几十年后，世界上的许多数据（现在居住在硬盘驱动器上或云中）都可能会存储在DNA中，DNA测序的主要驱动力或许并不是我们寻求解决疾病的方法，而是我们对数据存储贪得无厌的胃口。

参考资料：

The future of DNA sequencing