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聚焦|“100美元人类基因组”计划如何变革现有的医学模式?

▎药明康德内容团队编辑

距离人类基因组计划的启动已过去三十余年,遗传学技术手段的飞速发展使得人们得以窥见生命遗传物质所承载的遗传密码并解其真意。在此过程中,人们发现了一批适用于癌症等重大疾病治疗的药物靶点以及遗传疾病的致病成因,这些发现直接催生了癌症靶向治疗、基因诊断和基于胚胎植入前遗传学诊断/筛查(PGD/PGS)的第三代试管婴儿技术等一系列医学新领域。随着人们对于遗传信息在疾病病理中作用的认识逐渐深入,将基因组测序技术应用于日常医疗活动的需求日益迫切,比如近日发表于Nature Reviews Drug Discovery的综述文章系统回顾了美国FDA在2021年批准的50款创新药物,发现有高达66%(33/50)的新药背后有人类遗传学的证据支持(详见药明康德发布:精准医学时代!《自然》综述发现去年超六成新药有人类遗传学证据支持),这既体现了基因组测序技术在新药研发中的巨大潜力,也凸显了对于医用基因组测序技术的巨大需求缺口。

图片来源:123RF

然而,现阶段基因组测序的成本极大地阻碍了这一技术的可及性。针对这一问题,美国Ultima Genomics公司宣布要将测序费用从1000美元降至100美元。近日,该公司的首席执行官Gilad Almogy博士接受了行业媒体BioSpace的采访,畅谈了公司的“100美元人类基因组”计划的应用推广和愿景。本文根据公开采访资料,整理汇总了“100美元人类基因组”计划的相关信息以飨读者。

Ultima Genomics公司是如何实现大幅降低人类基因组测序成本的目标呢?首先,通过改革测序架构来提高测序反应的规模,该公司的测序体系用硅晶片取代了传统测序系统所用的流通池(flowcell)结构,这使得反应槽的表面积大大增加,可同时容纳数以亿计的测序片段(reads),遗传数据的生产效率显著提高。除了升级测序体系的硬件架构,该公司同时对测序的化学反应进行升级,采用可规模化的化学反应(scalable chemistry)来快速、准确地产生测序数据,并引入机器学习手段对数据进行分析、快速解读出准确的结果,这一系列的技术升级和优化在提高测序效率的同时也降低了经济成本,使得基因组测序的花费降低了一个数量级。

图片来源:Ultima Genomics官网

谈到这一技术突破,Almogy博士在接受BioSpace采访时表示:“基因组测序技术成本的重要性远不仅是让人们能够用得起现有的多种基因组技术,它使得人们可以自由地设想并动手尝试不同性质的实验,科学家们可以提出以往他们无法解答的新问题,并且基因组信息被纳入更广范围的医疗保健系统的方式也将发生改变。”对于基因组数据如何被运用于临床医疗,Almogy博士认为全基因组测序信息应该被列为电子医疗病历的一部分,已经有非常充足的理由来收集与人类健康和疾病相关的基因组数据,除了使用这些数据来了解个体所面临的健康风险之外,基因组数据还可以帮助指导临床治疗。比如,一些癌症疗法专门针对肿瘤微环境中发生的基因突变,如果患者和临床医生能够获得更实惠的基因组检测,他们可以使用这些信息来选择最适合的靶向治疗方案。

“我们设想未来,在患者与医疗保健系统的几乎每一次互动中,他们的基因组信息都将被测序,不仅解读了他们的DNA信息,还可以揭示他们体内的哪些变异被编码产生循环DNA、RNA,以及甲基化和蛋白质组学信息。”Almogy博士在新闻稿中描述了他对于基因组测序在临床医疗应用中的未来畅想。

事实上,尽管“100美元人类基因组”计划在临床场景中的应用仍需加大推广力度,但它在学术研究活动中已经大显身手。这一测序平台已经助力多项研究成果的诞生,其中不乏有发表在《细胞》这种顶级学术期刊上的突破性研究。以《细胞》刊发的这篇研究为例,借助于Ultima Genomics的测序平台,研究人员得以在超过250万个人类细胞中进行基因组规模的基因型-表型功能基因组图谱的绘制,并对复杂细胞现象展开深入剖析,这对于以往的技术条件来说是无法想象的巨大工作量,而现在基因组测序技术的升级使得这些科学探究得以实现。

图片来源:Ultima Genomics官网

Ultima Genomics并没有满足于“100美元人类基因组”计划所取得的成绩,它仍在为进一步降低基因组测序成本努力。公司正计划使用该测序技术开发一种或多种高级别癌症的诊断测试,旨在进一步降低测序的高成本,使得患者获得更实惠的基因组学测试以造福人类健康。

对于未来发展计划,Almogy博士在采访中表示:“我们目前仍然处于早期阶段,所以我们聚焦于和我们的初始客户一起优化测序平台,然后再将其用于明年的商业发布。此外,我们将继续改进平台架构,因为对于我们来说,100美元的基因组只是一个开端,我们致力于不断推进基因组测序成本的降低。”

参考资料:

[1] Ultima Genomics,Retrieved July 12th, 2022, from https://www.ultimagenomics.com/

[2] Here’s how the $100 Human Genome will Change Medicine, Retrieved July 12th, 2022, from https://www.biospace.com/article/here-s-how-the-100-human-genome-will-change-medicine/

[3] Replogle, Joseph M et al. “Mapping information-rich genotype-phenotype landscapes with genome-scale Perturb-seq.” Cell vol. 185,14 (2022): 2559-2575.e28. doi:10.1016/j.cell.2022.05.013

[4] Ultima Genomics and Exact Sciences enter long-term supply agreement aimed at improving patient access to genomic testing by driving down sequencing costs, Retrieved July 12th, 2022, from https://www.ultimagenomics.com/blog/ultima-genomics-exact-sciences-supply-agreement-sequencing-costs

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posted @ 22-07-26 04:04  作者:admin  阅读量:
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