精准医疗系列之三:基因检测行业调研

最近我们深入基因检测行业一线,走访了百傲科技(基因芯片) 、昂朴生物(基因测序创业公司) 、遗传专科医院(产前诊断) 、肿瘤研究所(肿瘤分子诊断) 、华大基因(测序服务)等公司,了解了行业的发展现状。调研的主要内容整理如下,欢迎大家一起交流探讨。

一、 基因检测的几种技术,不仅仅是测序

基因检测是精准医疗的基础,之前市场上的报告都集中关注于基因测序,但是除了测序外,PCR (qPCR、DDPCR)、基因芯片(固相芯片、液相芯片,检测 CNV、SNP)也都是临床中常用的基因检测手段。目前高通量测序主要应用于无创产前诊断(唐氏筛查) 、肿瘤基因检测、易感基因筛查;基因芯片主要分为 CNV(基因片段微缺失微重复)、 SNP(单核苷酸多态性)两种,主要应用于产前诊断、药物代谢基因检测、易感基因检测;PCR 分为qPCR、DDPCR 两种,主要应用于肿瘤、耳聋基因少量突变位点的检测。

1.1 qPCR 和 DDPCR

PCR 在基因检测中的主要应用是多重荧光定量 PCR (即 qPCR) , qPCR 的检测方法有两种,分别是 ARMS-qPCR 和 Tagman-qPCR, 原理都是:单核苷酸发生改变后, 探针与序列的结合减弱,导致 PCR 反应不能正常进行,通过检测荧光产物就能知道位点是否发生了改变,并且通过荧光强度能够实现定量。DDPCR 与普通荧光定量 PCR 原理一样,但是它能将反应混合液分割为微小液滴,每个液滴不包含或者只包含数个反应体系, 这样通过液滴数量和反应量(符合泊松分布)就能更加精确检测突变位点和突变基因含量。

这两种 PCR 方法的特点是:① 能够定量检测,DDPCR 的精确程度很高;② 在扩增完成后就能得到结果,不需要进一步进行杂交或者测序,检测时间短。③ 一般对仪器无限制,差别在于检测试剂盒。目前主要产品有:EGFR 基因检测、KRAS 基因检测、BRAF 基因检测、四项耳聋基因检测等。

1.2 基因芯片,包含固相芯片和液相芯片

基因芯片对检测已知突变位点具有较大优势, 主要分为基因片段微缺失微重复 (CNV)检测、基因分型(SNP 或突变)检测两种,原理是提取患者基因组 DNA,然后在特定引物下扩增,纯化扩增产物与基因芯片上的探针杂交,然后在扫描仪上读取结果。

CNV 主要用于产前诊断以及遗传病检测,CNV 胎儿一般在妊娠期间流产,出生后的胎儿临床表现为智力低下、发育迟缓、癫痫及伴有先天性心脏病, 所以医院中的心内科用得比较多。基因分型检测可以用于大量 SNP 位点以及部分突变位点的检测,可以检测易感基因和基因突变位点。

国外知名的芯片公司有 Illumina、 Affymetrix、 Agilent 公司, 美国基因检测公司 23andMe使用的就是基因芯片检测,具体是在 Illumina HumanOmni Express-24 format chip 基础上改进而来,大约可以检测 100 万个 SNP。国内的博奥生物耳聋基因芯片可以检测 4 个基因中的 9 个基因突变位点、宏灏基因的高血压芯片可以对 5 个高血压药物相关基因位点进行检测、百傲科技有 4 款基因芯片产品,主要涉及药物代谢、乙醛脱氢酶、5、10 亚甲基四氢叶酸还原酶检测。

值得注意的是,我们通常所说的基因芯片是固相基因芯片,也就是把核酸探针片段是结合在玻片或者塑料片上面; 而液相芯片起源于流式细胞仪, 是一种以微球为基础的多指标数据采集和分析平台, 微球上连接有核酸探针,并且含有荧光标记, 通过杂交后的荧光反应来判断检测结果, 因为分子杂交是在悬浮溶液中进行, 所以称为“液相生物芯片 ”。 液相基因芯片减少了空间限制,提供了充分的表面积,反应更为充分,所以精确度和准确度也更高。

基因芯片的特点是: ① 需要先扩增,然后再杂交, 少量位点检测的时间比 PCR 长, 但是多个位点检测时比 PCR 方便;② 基因芯片可以实现高通量检测,特别在 CNV 检测方面具有优势; ③ 由于不同探针杂交条件的差异、 空间限制等因素,高通量芯片检测时会有 10%左右的假阳性假阴性结果。④ 芯片扫描仪是闭源,不同的芯片扫描仪器一般不能混用。

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