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新技术用于基因疾病检测,有望解决遗传疾病问题

当单分子遇上基因组学,它们会擦出什么样的火花?著名华人学者谢晓亮(Sunney Xie)博士围绕这个话题,在《美国医学会杂志》(JAMA)上发表了文章。谢博士现任哈佛大学化学及化学生物学系教授,也任北京大学生物动态成像中心主任。

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谢博士写道,单分子成像和操作的进步导致了单分子生物学的出现。由于全世界多个实验室的努力,单分子生物学已经改变了解决问题的方式,并产生了许多新的知识。


他举了早期一个胆固醇氧化酶的例子。这种酶包含黄素基团,在氧化形式下发出荧光,而在还原形式下不发荧光。荧光的每个开/关循环对应于酶促循环,实现了酶促反应的实时观察。在单分子基础上,化学反应以随机方式发生(即发生化学反应的等待时间是随机的),而不是像大量分子那样是确定性的。


谢博士认为,这种实时观察单分子化学反应的能力非常重要,因为许多分子(如DNA)在活细胞中以单分子(染色体)存在,这意味着基因组中的变化是随机的。因此,个体中每个生殖细胞都是不同的,而原发性肿瘤中的癌细胞也是高度异质性的,这使得单细胞测序成为必需。


不过,单细胞基因组的测序需要全基因组扩增。为此,谢博士及其同事开发出单细胞基因组MALBAC扩增技术,与目前广泛使用的多重置换扩增相比,提供了更加准确的拷贝数变异和单核苷酸变异检测。


目前,MALBAC技术已经应用在体外受精和癌症诊断上。为了协助体外受精,MALBAC现已应用于胚胎植入前基因组筛查(PGS)和胚胎植入前遗传学诊断(PGD),以避免染色体异常和单基因疾病的遗传。


与之前应用于PGS和PGD的技术相比,MALBAC带来了更高的精确度,能同时避免染色体异常和点突变。2014年,首例经MALBAC进行单基因遗传病筛查的试管婴儿出生,不患有父亲所携带的单基因遗传病。这为那些患有遗传疾病的夫妇带来了令人激动的消息。


此外,谢博士也表示,MALBAC也已经用于循环肿瘤细胞的测序。在分析肺癌患者的循环肿瘤细胞时,人们发现,与高度异质的点突变不同,同一患者循环肿瘤细胞中的拷贝数变异是相似的,同一癌症类型的不同患者也相似,但不同类型的癌症就明显不同。这为基于拷贝数变化模式的无创癌症诊断带来了可能。


谢博士认为,计算单细胞中的拷贝数和检测点突变的能力不仅是可能的,而且是极为重要的。这种单分子方法能够在单分子水平上探索、了解并改善生命,也为精准医疗提供了一个具体的例子。


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