Ion Torrent PGM：半導(dǎo)體芯片測序平臺，通過專有的大規(guī)模并行半導(dǎo)體感應(yīng)器，對DNA復(fù)制時產(chǎn)生的離子流實現(xiàn)直接和實時的檢測。當(dāng)試劑通過繼承的流體通路進(jìn)入芯片中，密布于芯片上的反應(yīng)孔立即成為上百萬個微反應(yīng)體系。這種獨特的流體體系、微體系機械設(shè)計和半導(dǎo)體技術(shù)的組合，使得研究人員能夠在兩小時內(nèi)獲取從10Mb到1Gb以上高精確度序列。
進(jìn)入21世紀(jì)，隨著生物技術(shù)的迅速發(fā)展，基因測序得到越來越廣泛的應(yīng)用，有專家預(yù)言基因科學(xué)產(chǎn)業(yè)將成為21世紀(jì)最大的產(chǎn)業(yè)之一。自1980年英國生物化學(xué)家Frederick Sanger與美國生物化學(xué)家Walter Gilbert建立了DNA測序技術(shù)并獲得諾貝爾化學(xué)獎以來，在過去的30年間，作為該產(chǎn)業(yè)核心的測序技術(shù)發(fā)生了多次革命性的變革。而于去年誕生的基于半導(dǎo)體技術(shù)的個人化基因測序儀，首次提出了“芯片就是測序儀”的理念，打破了傳統(tǒng)的基于熒光和照相技術(shù)的基因測序占據(jù)市場的局面，更是將基因測序變得簡單、快速和經(jīng)濟。未來半導(dǎo)體芯片如何進(jìn)一步推進(jìn)基因測序技術(shù)的普及化、經(jīng)濟化和便利化？日前《中國電子報》記者采訪了全球生物技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)廠商Life Technologies公司CEO Gregory Lucier。
基因測序技術(shù)進(jìn)入IC世紀(jì)
除基礎(chǔ)研究外，基因測序還可在生物農(nóng)業(yè)、疾病控制、癌癥診斷、食品安全等中應(yīng)用。
很多人會認(rèn)為基因測序距離我們的生活很遙遠(yuǎn)，是養(yǎng)在深閨的“陽春白雪”，主要服務(wù)高端的基礎(chǔ)研究。而事實上它早就深入到人類生活的方方面面，除了基礎(chǔ)研究外，在生物農(nóng)業(yè)、疾病控制、癌癥診斷、食品安全和水的安全以及刑偵和犯罪調(diào)查中，處處可見基因測序的參與。
“前段時間人們對中國的微博打拐也許會記憶猶新，全國公安機關(guān)打擊拐賣兒童婦女犯罪專項行動，尋找失散兒童，其中的一些DNA鑒定設(shè)備和試劑盒就來自Life Technologies；我公司的PCR儀器及檢測試劑為2008年北京奧運會和2010年世博會上監(jiān)督食品安全提供了保證；今年6月份歐洲爆發(fā)的‘毒黃瓜’事件，德國科學(xué)家就是使用我們的產(chǎn)品在很短的時間內(nèi)檢測出腸出血性大腸桿菌疫情的病原，因而得以有效控制疫情發(fā)展；談到今天頭號疾病癌癥，我們可將DNA測序技術(shù)應(yīng)用到癌癥診斷和治療過程中，醫(yī)生通過對癌癥病人及腫瘤進(jìn)行DNA分析，對癥下藥，能夠找到最有效的治療方法；我們可以建立龐大的信息庫，用于治療方案的選擇，可以大大提高癌癥的治愈率和存活率。半導(dǎo)體芯片能做的還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，所列舉的僅僅是冰山一角，未來它還會呈現(xiàn)出爆炸式的增長態(tài)勢。”Gregory Lucier說。
Gregory Lucier說：“摩爾定律認(rèn)為，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18個月翻兩倍以上，而在基因測序等生物芯片領(lǐng)域，每隔18個月性能將翻4番，它的進(jìn)步超越大家所熟知的半導(dǎo)體領(lǐng)域的‘摩爾定律’。”
從讀取到創(chuàng)造DNA
基因測序產(chǎn)業(yè)的發(fā)展依然面臨著價格、速度、普及率、融合等等相關(guān)問題的挑戰(zhàn)。
人類在加速推進(jìn)生物科技與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的融合，目前基因測序產(chǎn)業(yè)的發(fā)展同樣依然還面臨著價格、速度、普及率、融合等等相關(guān)問題的挑戰(zhàn)。十年前人類對基因組進(jìn)行一次測序需要幾十億美元，去年Ion Torrent公司的半導(dǎo)體芯片問世，測序一次只需幾千美元，并且第一次提出了“芯片就是測序儀”的理念。早期的基因測序技術(shù)對某人進(jìn)行全基因組測序，再加上之后的數(shù)據(jù)分析，需要數(shù)個月時間才能完成。目前其他二代超高通量的基因測序平臺機型進(jìn)行全基因組測序及分析也需要幾個星期或者一個月的時間，而Ion Torrent的芯片能夠大大降低基因測序時間。正因為看好Ion Torrent公司的技術(shù)，Life Technologies去年花費7.25億美元收購了這家公司。
Gregory Lucier說：“我們當(dāng)時在決定收購這家公司之前，心里很糾結(jié)，為何要收購？花費7.25億美元對于我們公司來說不是小數(shù)目，而且這也僅僅是前期投入，要深入推進(jìn)這個領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)未來還需要非常大的投入。”
“但是Ion Torrent確是一個非常有價值的公司，它所擁有的專利在于是人類歷史上第一次將化學(xué)的信號轉(zhuǎn)化成為數(shù)字的信號，通過化學(xué)與數(shù)字世界的融合，推出了第一款個人化操作的基因組測試儀。在未來1～2年內(nèi)，Ion Torrent將可以幫助我們在兩小時之內(nèi)、1000美元的費用之下，實現(xiàn)人類基因組的讀取。”Gregory Lucier說，“我們正在大力發(fā)展將兩個業(yè)界融合起來的技術(shù)，而推動兩個業(yè)界的融合使得我們公司發(fā)生很大變化，我們原來熟悉的領(lǐng)域是生物與化學(xué)，現(xiàn)在我們擁有了很多頂尖的芯片設(shè)計師，而這些設(shè)計師昨天還有可能是為蘋果工作。我們的供應(yīng)商也發(fā)生了變化，包括大型的芯片制造商。”
Life Technologies于2008年11月，由美國英杰公司(Invitrogn和美國應(yīng)用生物系統(tǒng)公司 (Applied Biosystems)合并而成，前英杰公司是為多種應(yīng)用平臺提供試劑和耗材的供應(yīng)商，前應(yīng)用生物系統(tǒng)公司是提供基因測序、基因組和細(xì)胞分析產(chǎn)品的供應(yīng)商，合并之后成為一個專注于生命科技解決方案的公司，方案應(yīng)用于學(xué)術(shù)研究、新藥開發(fā)、毒物學(xué)和法醫(yī)學(xué)、疾病診斷、臨床細(xì)胞療法和再生生物學(xué)以及生物制劑的生產(chǎn)等領(lǐng)域，目前在美國90%的實驗室使用該公司的產(chǎn)品。
Gregory Lucier認(rèn)為，這個領(lǐng)域目前也正在發(fā)生變化，“當(dāng)我們可以快速讀取DNA的時候，我們就在想我們?yōu)槭裁床荒軐懟蛘哒f不能創(chuàng)造DNA呢？如果我們可以創(chuàng)造DNA，就意味著我們可以改變這個世界上所有的東西。”Gregory Lucier提到。
從讀取DNA進(jìn)入到創(chuàng)造DNA，就有可能涉及很多問題，比如轉(zhuǎn)基因、安全、失控等等系列問題就有可能會出現(xiàn)，人類是否要從讀取進(jìn)入改變NDA的時代？對此，Gregory Lucier說：“人類在21世紀(jì)面臨很多非常有挑戰(zhàn)的問題，必須由我們用充滿智慧而且是一種對社會負(fù)責(zé)任的態(tài)度來尋找答案，提供一種和平、有效的解決方案。在可擦寫和創(chuàng)造DNA領(lǐng)域，我們是世界上為數(shù)不多具備這項技術(shù)并且規(guī)模最大的公司，我們有尖端的質(zhì)量控制體系。比如我們從互聯(lián)網(wǎng)上得到一個定制新的DNA的訂單，我們會非常仔細(xì)地進(jìn)行DNA掃面及測序，確保其中不能包含致命的病毒。而且這樣的訂單，我們會向歐洲以及美國的監(jiān)管部門報告，確保不會因為我們的工作而產(chǎn)生致命的DNA。”
中國將成創(chuàng)新重要一環(huán)
未來有很多生命科技成果來自中國，包括很多研發(fā)活動是在中國完成。
21世紀(jì)是生物科技的世紀(jì)，中國在“十二五”規(guī)劃中將生命科技列為重要的戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)。目前全世界正在進(jìn)入一個融合創(chuàng)新的時代，融合創(chuàng)新不僅僅意味著跨領(lǐng)域的科技與產(chǎn)業(yè)的融合，同樣也包含著更多跨區(qū)域的融合。Gregory Lucier在訪華期間，拜訪了中國許多領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)主管和重要客戶，不難看出他正在調(diào)整和加速公司在中國的發(fā)展戰(zhàn)略，希望借助中國“十二五”大力發(fā)展生物科技與新一代信息技術(shù)的契機來加快推進(jìn)公司的跨越式發(fā)展進(jìn)程。
幾年前，Gregory Lucier曾在GE公司醫(yī)療事業(yè)部任職并參與推動了GE公司新興市場的“反向創(chuàng)新”策略的定制與執(zhí)行。如今就任Life Technologies CEO，他透露公司正在以創(chuàng)新的運營模式來組織全球化研發(fā)、生產(chǎn)和服務(wù)，而中國將成為Life Technologies未來創(chuàng)新的非常重要的一環(huán)。Gregory Lucier說：“正是因為看到越來越多的像中國華大基因(BGI)這樣的公司，我們決定調(diào)整我們在基因測序方面的做法和運營方法，未來你會看到我們有很多的成果來自中國，包括很多研發(fā)活動是在中國完成，而且不僅僅是我們自身，我們會和中國正在推動的新生命科技產(chǎn)業(yè)一起聯(lián)合創(chuàng)新、聯(lián)合發(fā)展，會有更多的來自中國的創(chuàng)新去服務(wù)全球市場。”
