美國加州的山景城是“硅谷”的重要組成部分,F(xiàn)在,一個(gè)與硅芯片相關(guān)的潛力大產(chǎn)業(yè)正在這里興起,那就是基因組測序技術(shù)產(chǎn)業(yè)。這個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是隨著多家大公司的激烈競爭開始的。不過,一家名為“整合基因”(Complete Genomics,CG)的公司不像別的公司一樣研發(fā)和銷售測序儀器,而是為科學(xué)家提供外包的測序服務(wù),更絕的是,在這家公司里做測序的,并不是研究人員,而是一排排的機(jī)器人。近日,《新科學(xué)家》雜志探秘了這家充滿科幻意味的公司。
前臺都是“機(jī)器人”
走進(jìn)CG公司,連前臺都由計(jì)算機(jī)終端出任。它會(huì)主動(dòng)向來客問好,詢問姓名、身份和來訪意圖。旁邊連接的一臺打印機(jī)則自動(dòng)打出訪客掛牌。與此同時(shí),一份電子郵件已經(jīng)發(fā)送到內(nèi)部接應(yīng)人員的電腦上。
這家公司的生產(chǎn)線更像科幻電影里的實(shí)驗(yàn)室,昏暗藍(lán)色的房間里到處都是高級儀器,室內(nèi)溫度保持在28℃和相對較高的濕度,幾名穿著實(shí)驗(yàn)服,帶著發(fā)罩的工作人員在監(jiān)視著電腦屏幕,查看著機(jī)器人的運(yùn)作狀態(tài)。
這兒已經(jīng)成為了世界上最大的人類基因組測序工廠。只是在這里工作的不是人類,而是機(jī)器人。在一個(gè)大約只有半個(gè)網(wǎng)球場大的房間里,“坐著”16臺機(jī)器人,不間斷地進(jìn)行著人類基因組測序的工作。去年,它們完成800個(gè)人的DNA測序工作其中三分之一是后半年做出來的。到了今年,它們已經(jīng)可以每個(gè)月生產(chǎn)出400個(gè)人的基因了。
CG公司只是目前迅速形成產(chǎn)業(yè)的諸多基因組測序公司中的一家,但是它十分獨(dú)特。公司市場總監(jiān)圖柯特(Jennifer Turcotte)對《新科學(xué)家》雜志解釋說,通常而言,DNA測序是在一個(gè)密封的機(jī)器里進(jìn)行的,但在這家公司的實(shí)驗(yàn)室里,機(jī)器人卻是在一個(gè)開放暴露的環(huán)境下做基因組測序,這是為了便于維修。實(shí)驗(yàn)室特定的溫度和濕度是為了符合測序中出現(xiàn)的生化反應(yīng),微弱的藍(lán)光是為了避免熒光探測劑在探測基因代碼符號時(shí)受到其他頻率光波的破壞。
這兒所進(jìn)行的基因組測序,已是目前最新的第三代基因組測序技術(shù),稱為“DNA納米球測序技術(shù)”。這種新方法是將DNA鏈放置在一小塊硅芯片上進(jìn)行調(diào)節(jié),自我組裝成所謂的“納米球”。這樣的測序所需要的試劑更少,得到的數(shù)據(jù)則更多。
技術(shù)人員都穿著無塵室服裝,因?yàn)槿魏我稽c(diǎn)灰塵都會(huì)干擾測序,除非哪兒出問題了,一般而言這些技術(shù)人員不會(huì)干預(yù)機(jī)器人的工作。機(jī)器人則會(huì)自動(dòng)添加試劑,操作樣本,每個(gè)DNA納米球上攜帶著70個(gè)核苷酸,其排列順序會(huì)通過光信號被拍攝記錄下來。
費(fèi)用正在逐步降低
這些機(jī)器人正在做的工作,是一個(gè)浩大龐雜的工程藍(lán)圖中的第一步,所有的人類基因組中有著30億對堿基對,而CG計(jì)劃將其全部組裝出來。這需要非常大的計(jì)算量,公司為此也建了一個(gè)自動(dòng)數(shù)據(jù)中心。不過,這個(gè)數(shù)據(jù)中心設(shè)在距離公司大約有20分鐘車程的地方那兒的電費(fèi)更便宜。
目前CG公司只針對研究者和制藥公司開放,個(gè)人還沒法購買他們的服務(wù)。在這里,每對基因組測序要價(jià)9500美元,如果購買1000對以上,則每對價(jià)格降為5000美元。這個(gè)價(jià)格是隨著基因組測序技術(shù)突飛猛進(jìn)而急劇下降的,要知道,十年前,第一對人類基因組序列完成時(shí),其價(jià)格是以十幾億美元計(jì)量的。而科學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)預(yù)計(jì)幾年后,基因組測序的價(jià)格可能會(huì)降到一般人都可能支付得起的程度。
基因組測序的流水線完全是由機(jī)器人來做的,而職員做什么呢?公司共有185名職員,部分是科研人員,忙于改善公司的測序技術(shù),另一部分則是做市場和聯(lián)絡(luò),與各類客戶打交道。
基因組測序工程是一項(xiàng)既有非常光明的前途但又異常龐大的科學(xué)工程,而自動(dòng)化則可能成為處理這項(xiàng)工作的最佳工具。基因?qū)W家們認(rèn)為,通過一些基因掃描,是可以找到導(dǎo)致人類易感疾病的一些基因變異,人類基因譜上,有一些常見明顯變異,但是就整個(gè)遺傳問題來看,還有大量的混亂的遺傳變異隱藏在DNA雙螺旋體中,這些也導(dǎo)致了世界上千奇百怪的遺傳疾病。
如何去捕獵這些神秘莫測的錯(cuò)誤基因代碼呢?只剩下一個(gè)方法,那就是將整個(gè)人類基因譜測序,來捕捉一些可能和疾病有關(guān)的基因變異。這個(gè)方法雖然聽上去如同“大海撈針”一樣不靠譜,但目前一些跡象表明,今后或許基因組序列會(huì)成為醫(yī)療記錄的一部分,或者科學(xué)家可以通過家庭的基因組測序來糾正基因錯(cuò)誤。比如,去年西雅圖系統(tǒng)生物學(xué)研究所的胡德(Leroy Hood)及其小組與CG公司進(jìn)行了合作,在《科學(xué)》雜志上刊登了一篇論文。他們對一家四口的基因組進(jìn)行了測序。這是個(gè)特殊的家庭,兩個(gè)孩子都患有兩種隱性遺傳病米勒綜合征和纖毛運(yùn)動(dòng)障礙,而父母則完全正常,在分別測出這家人的基因序列后,研究者將父母和子女基因組序列進(jìn)行比較,驗(yàn)證了米勒綜合征這種非常罕見遺傳病的致病突變。
提供測序外包的服務(wù)
目前,站在基因組測序產(chǎn)業(yè)化起跑線上的企業(yè)包括了同樣位于加州的生物科學(xué)公司Pacific Bio.這個(gè)公司創(chuàng)立了首次可以對單個(gè)DNA進(jìn)行測序的儀器。和CG公司一樣,目前,這家公司也只向研究者提供服務(wù)。
還有一些大型的、從事基因組測序產(chǎn)業(yè)的公司已經(jīng)將基因組測序做到醫(yī)院和個(gè)人普及的地步了,如研發(fā)制造大型測序分析儀器的Illumina公司。這個(gè)公司在2008年美國成長最快的科技公司評選中,風(fēng)頭甚至蓋過了Google.它們提供的產(chǎn)品甚至可以直接給病人使用。而另一位基因創(chuàng)業(yè)企業(yè)家羅斯伯格(Jonathan Rothberg)甚至發(fā)明了可以放在桌子上的基因解碼器,可以在2小時(shí)之內(nèi)以很高的精度解讀出1000萬個(gè)基因代碼符號。
大部分的基因組測序企業(yè)都站在一個(gè)競爭線上,盡力提高DNA測序的速度,降低費(fèi)用。而CG公司其實(shí)并非和它們是嚴(yán)格意義上的競爭對手他們計(jì)劃組裝出所有的人類基因序列,研發(fā)也是為此目的而進(jìn)行。此外,他們并不如其他公司一樣開發(fā)更高級更小巧的基因組測序儀,而是為科學(xué)家提供基因組測序的外包服務(wù),也就是說,研究人員無需購買、安裝、培訓(xùn)、運(yùn)行和維修儀器,而只要將樣品交給這家公司,等待結(jié)果到來就可以。雖然很多人不理解他們的做法,但這家公司始終堅(jiān)持自己的觀點(diǎn),認(rèn)為這樣的服務(wù)最能讓科學(xué)家將時(shí)間從搗騰儀器設(shè)備的工作中解放出來,專心放在生物學(xué)和假說驗(yàn)證上。
從這幾年CG公司取得的成績來看,這種做法確實(shí)是有效的。2009年,CG公司宣布其測出了第一個(gè)人類基因序列,并移交給美國生物科技信息中心數(shù)據(jù)庫。同一年,他們在《科學(xué)》上刊文,發(fā)布了三個(gè)完整人類基因組序列分析的結(jié)果,當(dāng)時(shí)文章還宣布,測序的成本已經(jīng)可以降到1726美元。這在生物界引起了轟動(dòng)。到了那一年結(jié)束,他們已經(jīng)做出了50個(gè)人的基因序列。
此外,他們的名字也隨著來自各地的科學(xué)家一起多次登上了權(quán)威學(xué)術(shù)雜志。除了去年幫助科學(xué)家解開了米勒綜合征突變難題給科學(xué)界留下難忘的印象之外,美國的羅氏公司還曾經(jīng)借助CG的基因組測序技術(shù),完成了人類科學(xué)史上第一例肺癌患者的全基因組比較。相關(guān)研究結(jié)果刊登在《自然》雜志上。而美國癌癥學(xué)會(huì)也開始和CG公司聯(lián)手,希望通過其服務(wù)比較正常人和癌細(xì)胞基因組序列的差異;蛟S在不久的將來,解開癌癥之謎的第一個(gè)貢獻(xiàn)就屬于這些藍(lán)光照耀下的機(jī)器人。
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