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IBM计划将DNA测序成本降至100美元
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据国外媒体报道，IBM周二宣布，将加入到降低个人基因组测序成本的竞争中，不仅有望将价格降低到1000美元以下，最终甚至有可能降至100美元的水平。 IBM表示，将公布自己在这方面所做的努力及技术细节，以实现这一目标，并最终将价格降至100美元，这一价格将比一张百老汇的歌剧门票还要便宜。IBM此举正值全球诸多企业纷纷希望降低基因组测序成本，以推动个性化医疗发展的进程之际。个性化医疗有望通过基因测序大幅提升诊断和治疗水平。 IBM已经在相关领域拥有多项科学和商业成果，例如，专门为生物过程建模设计的超级计算机。IBM的研究人员和高管希望使用其在半导体制造、计算和材料科学领域的专业技术来设计一种整合的测序机器，以便在提升速度和准确性的同时降低成本。 IBM计算生物学中心高级经理阿贾伊·罗伊尤鲁(Ajay Royyuru)说：“生物学正在逐渐成为一门信息科学，而后者正是IBM的专长所在。” DNA测序最早始于上世纪70年代的各大科研中心，“人类基因组计划”则于2001年首次成功绘制了基因组序列，耗资高达10亿美元。自那以后，这一领域开始加速发展。哈佛大学遗传学家乔治·切奇(George M. Church)说，过去4至5年内，DNA测序的成本以每年10倍的速度降低。切奇最近在洛杉矶的一次演讲中表示，在可预见的未来，该行业将保持这一趋势。 目前至少有17家创业企业和成熟企业参与到DNA测序的竞赛中。目前对人类基因组进行测序的成本为5000至5万美元，不过切奇强调说，目前没有任何一个研究取得了完全成功，而且没有任何一家研究机构已经能够测定单个个体的全部基因组。 IBM的方法是基于一种名为“DNA晶体管”(DNA transistor)的技术，利用该技术将能够在DNA链通过原子大小的纳米孔时，使用一个DNA链读取个体的核苷酸。一个完整的系统将包括两个储液罐，中间由一张包含数百万个纳米孔的硅膜隔开，这样一来，每次都可以对大量DNA进行测序。 IBM表示，这一研究的目标是希望创建一款设备，使之能够在数小时内对个体的基因组进行测序，这一过程中最多将测量30亿个核苷酸。IBM的研究人员称，如果想要将其应用于个性化医疗领域，拥有如此能量和速度的系统是至关重要的。 IBM这一系统的核心部位拥有一种新颖的结构，这类似于纳米级的电钳，在电场牵引DNA链通过纳米孔的过程中，这种结构将反复中断DNA链。DNA链的电荷为负，而纳米孔的直径仅为3纳米，1纳米等于1米的十亿分之一，仅相当于普通人头发丝直径的八万分之一。 IBM的研究人员表示，他们已经成功地使用透射式电子显微镜在半导体设备上钻了一个空，让DNA链通过这个小孔，并在约1毫秒的时间内迫使其停止，从而确定DNA四种核苷酸的顺序，这四种核苷酸为腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶，它们共同组成了DNA分子。IBM表示，该项目自2007年启动，目前已经能够稳定地牵引DNA链通过纳米孔，但是控制运行速度的传感技术以及读取特定核苷酸的能力还有待证明。 尽管IBM的研究人员持乐观态度，但一位独立科学家还是指出，这种通过纳米孔来对DNA进行测序的方法已经尝试过多年，但却并未取得太大进展。华盛顿大学圣路易斯分校基因组中心主任伊莱恩·马蒂斯(Elaine R. Mardis)说：“DNA链似乎有自己的思想。”他指出，当DNA通过纳米孔时，并不仅仅是以直线方式通过，还会表现为多种形态。马蒂斯称，此前的一些努力也都是通过统一的硅制纳米管来做传感器，但结果都不尽如人意。 要提高DNA分析的质量，最亟待提升的一个问题就是较长序列的读取能力。切奇表示，目前的技术通常只能读取30至800个核苷酸，而现在的目标则希望能够读取最长100万个核苷酸。 除此之外，还有其他一些速度更快且更为便宜的测序方法，包括由英国创业公司牛津纳米孔技术公司(Oxford Nanopore Technologies)开发的生物纳米孔方法，以及由硅谷创业公司Halcyon Molecular开发的基于电子显微镜的系统。后者已经开发出一种技术，能够将单条DNA链伸展开来，并将其铺在薄薄的碳膜上。切奇本人就在Halcyon Molecular担任顾问，他表示，只要能够匹配100万个核苷酸，该公司就可以绘制DNA链。 IBM生物物理学家古斯塔沃·斯托洛维斯基(Gustavo Stolovitzky)说：“想要开启个性化医疗的时代，光是知道正常人的DNA还不够。作为一个社会，我们必须要致力于以更为廉价快捷的方式对DNA进行测序。”(鼎宏) |
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