下一代分子診斷技術如何助力全民健康醫藥事業發展?——中國科學院...

2021-01-09 中國科技新聞網

前沿科技·精準醫學

下一代分子診斷技術如何助力全民健康醫藥事業發展？

——中國科學院趙國屏院士、上海師範大學王金博士詳解

下一代分子診斷技術創新與應用

■文/桂楷東

 

一提起「分子診斷技術」可能有人會覺得離我們的生活很遙遠，其實早已不陌生。

相信不少人都有過體檢和獻血的經歷，醫護人員採血之後要檢測血樣中是否感染B肝（HBV）、C肝（HCV）和愛滋病（HIV）等病毒。

不少已婚女性的孕檢，抽點血來產前篩查和新生兒篩查，看看胎兒是否會患有唐氏綜合症或其他染色體異常的風險……這些其實都離不開分子診斷技術。

那麼，什麼是分子診斷技術？新興的基因編輯技術如何帶來新一代分子診斷的機遇？我國分子診斷產業如何抓住這個機遇，實現技術突破和產業創新？

近日，中國科學院院士、著名分子微生物學家趙國屏及上海師範大學的王金博士為大家詳細解答了上述問題。

分子診斷技術：健康生活的重要幫手

「隨著人類基因組計劃的順利完成，越來越多的基因組和蛋白組信息被人們用來服務於與臨床診斷相關的實驗工作中，與之對應的是多種分子診斷技術也不斷湧現」。趙國屏院士介紹，到今天為止，體外診斷技術最有效的兩個手段，一個是免疫手段，另一個是以核酸檢測為基礎的分子診斷技術。分子診斷技術由於其檢測精準，靈敏度高，目前已廣泛應用於傳染病的診斷、流行病的調查、食品衛生檢查、腫瘤和遺傳病的早期診斷及法醫鑑定等各個領域。

「核酸的聚合酶鏈式反應技術（PCR）的發明是分子診斷最重要的突破。它可以非常專一地、較快較簡便地將非常少量的DNA迅速放大到百萬倍至十億倍，用於檢測，從而提升了檢測的靈敏度和專一性。當然，近年來開發的下一代高通量測序技術（NGS）在通量和未知DNA序列的檢測方面也是另一個重大的突破。」

下一代分子診斷：「基因魔剪」引發的技術革命」

目前，儘管PCR和NGS技術都比較成熟、應用也廣，但是，由於該些技術的操作比較複雜、儀器和試劑昂貴，使得該些技術在現場和家庭檢測領域以及傳染病快速檢測等應用中受到了極大限制。

為了克服現有技術的這些缺陷，王金博士團隊利用近年發現的基因編輯系統（CRISPR）中的Cas12酶研發了一套全新的分子診斷系統——「HOLMES（福爾摩斯）。趙國屏院士介紹說，該技術最初的來源，實際上是細菌有一套把入侵者清除掉的CRISPR工具，作為對外來入侵DNA/RNA的識別和清除機制。在過去很多年裡科學家掌握了這個機制，並用它來做基因編輯；從而有了「基因魔剪」的美稱。王金博士團隊在研究工作中首次發現了CRISPR/Cas12a酶具有被靶點專一結合激活後高效反式切割單鏈DNA探針的特徵，並基於這個發現創新性開發了用於DNA分子診斷的「福爾摩斯」系統。

王金博士介紹，相比於現有的分子診斷技術，「福爾摩斯」技術更加靈敏、快速，能夠有效提高傳染病的檢出率，也能極大縮短病原檢測的窗口期。例如，從樣本採集到出檢測結果，「福爾摩斯」技術只需1小時，比現有常用的分子診斷技術都要快；其檢測靈敏度極高（可達10個分子以下的水平）；特異性高，可同時區分普通細菌和超級耐藥菌；檢測的試劑成本也非常低。由於有以上各種優點，該類技術在發明後不久便在2018年被美國科學雜誌（Science）譽為「下一代分子診斷技術」。

王金博士透露，作為平臺型的技術診斷技術，「福爾摩斯」可應用於多種檢測場景，例如醫院、海關、疾控中心、血站以及農業動植物檢疫等等。

據悉，利用該技術進行傳染病檢測時無需特別複雜的儀器設備，且可由非專業人員在任意環境下進行檢測；因此，他們認為未來該技術也可能會走進普通老百姓的家庭。

我國的機遇與挑戰：如何搶佔「下一代分子診斷技術」的發展先機？

未來，這種在家就能做診斷的分子技術，我國的研究水平又處於一個什麼樣的國際地位呢？

王金博士介紹，連他們在內，目前全世界共有三個研究團隊（另兩個團隊在美國）在利用CRISPR-Cas蛋白的新活性發展原創型的下一代分子診斷技術。值得一提的是，王金博士團隊的專利申請日期比美國對應團隊的申請日期早了四個多月，如不出意外的話，這將是國內團隊在整個分子診斷領域僅有的具有底層自主智慧財產權的原研專利技術。

據悉，在國內，王金博士團隊正積極推動產學研結合和技術成果轉化，努力推動該自主研發成果在國內落地，以期儘快搶佔「下一代分子診斷」產業的發展高地。

趙國屏院士最後表示，越來越多的新型分子診斷技術，特別是像我們的下一代CRISPR分子診斷技術，必將逐步進入臨床檢驗應用。經過不斷的臨床實踐以及與臨床共同開展的轉化醫學研究工作，新一代分子診斷技術將能促進一些疑難疾病的早期發現，早期診斷。隨著該技術的不斷成熟，未來最基層的醫療機構和家庭可用它來檢測一些常見的傳染病，並可在最短時間內判斷是否需要隔離和如何治療，目標是要能夠有效保障百姓的身體健康。（完）

 

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