基因测序技术是一种用于确定DNA序列的方法，也是国际上公认的一种基因检测标准，以下是对基因测序技术的详细介绍：
打开网易新闻 查看精彩图片
一、技术原理
基因测序技术巧妙的利用DNA复制原理，利用ddNTP来部分代替常规的dNTP作为底物进行DNA合成反应。在DNA合成时，一旦ddNTP参入到合成DNA链中，由于ddNTP脱氧核糖的3’位碳原子上缺少羟基，而不能与下一位核苷酸的5’位磷酸基之间形成3’，5’磷酸二酯键，从而使得正在延伸的DNA链在此ddNTP处终止。
二、技术流程
基因测序技术的基本流程主要包括以下步骤：
- PCR扩增：将待测序的DNA片段进行PCR扩增，得到充足的DNA模板用于测序。得到的DNA模板需要进行纯化，以确保去除所有杂质，包括DNA片段、蛋白质、RNA等。
- 设计引物：根据待测序列的特点与实验要求，设计一些特定的引物。一般来说，通用引物的长度以15~30个碱基对（bp）为宜。
- 合成标记物：标记物是指示测序反应是否成功的物质，通常是一种荧光染料或放射性同位素。
- 测序反应：将DNA模板、引物、DNA聚合酶和标记物等物质混合在一起，进行测序反应。在反应过程中，DNA聚合酶将根据DNA模板中的碱基序列合成新的DNA链，同时将标记物结合到新合成的DNA链中。
- 电泳分离：将反应产物进行电泳分离，根据标记物的不同荧光信号或放射性同位素的存在，确定DNA序列中的碱基排列顺序。
三、发展历程
基因测序技术的发展经历了多个阶段，从最初的Sanger法测序，到后来的高通量测序（NGS），再到现在的单分子测序技术，测序技术的每一次革新都推动了基因组学、生物医学研究和临床诊断的进展。
- Sanger测序法：Sanger测序法是一种直接对DNA分子进行测序的技术，具有读取速度快、高精确度以及成本相对较低的优点。但其缺点在于必须有已经序列设计测序引物，对于未知序列必须构建克隆后才能测序，难以实现基因组水平的大规模测序。
- 高通量测序（NGS）：NGS技术包括大规模平行签名测序、聚合酶克隆测序等方法，具有通量高、成本大幅降低、测序周期大大缩短的优点。NGS技术在很多领域得到了广泛应用，如对新物种基因组的de novo测序、目标区域或全基因组重测序、转录组测序等。
- 单分子测序技术：单分子测序技术包括Heliscope测序技术、SMRT（Single Molecule Real Time，单分子实时测序）等技术。其中，SMRT测序技术较为成熟，其原理是将待测DNA片段化后，双链两端连接发夹接头形成闭合的环状单链模板，然后利用单分子DNA聚合酶进行复制，并通过荧光标记的dNTPs与模板配对产生的光脉冲来识别碱基。
四、技术应用
基因测序技术能够分析测定基因组全序列，锁定个人病变基因，预测患多种疾病的可能性，提前预防和治疗。其应用包括但不限于以下几个方面：
- 遗传性疾病诊断：通过基因测序技术可以检测个体是否携带遗传性疾病相关基因，从而为遗传性疾病的诊断提供有力依据。
- 癌症精准治疗：基因测序技术可以锁定癌症患者的病变基因，为癌症的精准治疗提供指导。例如，通过检测肿瘤细胞的基因突变情况，可以选择合适的靶向药物进行治疗。
- 个性化药物治疗：基因测序技术还可以根据个体的基因型来选择合适的药物和剂量，从而提高药物治疗的效果和安全性。例如，某些药物在不同基因型个体中的代谢和排泄速度可能存在差异，通过基因测序技术可以为个体化的药物治疗方案提供依据。
- 无创产前基因检测：只需要采集孕妇的外周血，通过对血液中游离DNA（包括胎儿游离DNA）进行测序，并将测序结果进行生物学分析，从而得出胎儿是否患有染色体数目异常的疾病，包括常见的21-三体综合征（唐氏综合征）、18-三体综合征（爱德华氏综合征）和13-三体综合征（Patau综合征）。
随着测序技术的不断发展和完善，基因测序技术将在更多领域得到应用。例如，在生态环境研究中，通过基因测序技术可以揭示物种间的遗传关系和进化历程；在农业领域，基因测序技术可以用于作物品种的改良和病虫害的防治等。相信在基因测序技术指导下的遗传病诊治、个性化精准医疗等能够更加高效的进行，未来基因测序技术必将对人类健康产生重大影响。
热门跟贴