黄家学：如何选择基因检测产品与服务

千姿百态

天津大学药物科学与技术学院教授、中源协和干细胞生物工程股份公司副总经理 黄家学博士

什么是基因检测

       基因是所有生物体内的信息贮存物质，这些信息包括生物体的基本特征、生物体的组成成分和组成方式等。由于生物体的生命活动是组成生物体的各种物质相互作用的结果，因此，基因信息也包含了生物体生命活动形式和方式的信息。基因需要借助特定的仪器和手段才能检测分析。基因检测就是在仪器的帮助下，借助一定的手段显示出基因的信息。

       基因作为生物信息的编码物质，是通过A、G、C、T四个字母代表的四种物质来编码生命活动信息的，基因检测的主要对象就是生物体内这四个信息要素的存在形式和意义。计算机的编码元素是1和0代表的电子通路，只有将其转变成可以看懂的文字、图案、动画、声音等才能被人们所采用。同样，基因检测作为一种解读信息的技术，它需要将A、G、C、T的特定序列转变成为人们的健康信息，包括感染细菌、病毒的种类、皮肤、眼睛的颜色等。因此，可以从两个方面来判断基因检测的质量，一是所能检测到的信息的容量和速度，二是理解这些信息所代表的生命活动的准确度。我们编写计算机程序的能力决定计算机应用水平的高低，但是我们应用基因检测开发基因信息的能力，取决于我们在多大程度上理解通过长期进化所编码在基因中的生命活动信息。基因检测的不断发展就是越来越准确地理解已存在的真实的生命活动信息。

       基因检测技术的本质是对基因序列的编码物质的检测与判定。从信息容量上来讲，有单一位点区分性判断、高容量位点的区分性检测（SNP），小片段序列的测定即一代测序。所谓的二代测序是指平行式高容量测序。基于二代测序的产品和服务，有单基因测序、全部或部分外显子测序、全基因测序等。基于相似性判断的基因检测技术体系有杂交法、兼并式PCR法、FISH标记法、原位杂交技术等。

基因变异可导致严重疾病

       对于引起人体健康状况、机能状态和病理改变的基因序列来说，通常需要通过与标准序列对比才能更好、更准确地把握基因信息，而这些基因信息的变化形式多种多样。最常见的一种形式被称为SNP，它是群体范围内某一特定遗传信息的稳定性变化，且在人群中所占的百分比超过1%。该遗传信息的序列变异大多影响个体与个体间的差异，是增加人群患某种病的可能性的遗传因素，但只引起少数严重疾病的发生。

       在人体内还存在一类遗传信息的变化种类，但这类遗传信息的差异却能造成承担生命活动的主要物质的功能变化，必然造成疾病的发生或生理功能的差异，对这一类基因信息变化的检测可以准确地揭示疾病发生的根本原因，精确地预测人体健康状态的变化和演化趋势。可以说，决定基因检测质量高低的一个重要因素，就是这类基因位点在整个检测中所占的比例。另外，如果一种特定的疾病可以由多个位点中的任何位点引起，所能检测到的位点的全面性以及这些位点与健康状况、生理机能状况的相关性是影响基因检测分析准确性的另一方面因素。

       基因也可能在更大的幅度范围内发生变异，导致更为严重的疾病。如一个较大的片段（含有多个甚至是数百个以至于数万个遗传信息编码单位）丢失、增多、序列颠倒等，不严重的会引起体内重要功能物质的量的增多或减少，可以是一个物质，也可以是多个物质；严重的会造成人体重要功能的丧失。

样品是决定基因检测产品

和服务质量的重要因素

       基于基因序列的产品按服务类型分为：引起疾病的微生物检测产品，包括感染病毒鉴定、感染细菌鉴定等。身份鉴定产品，如性别鉴定、亲子关系鉴定、家族来源分析等。临床病理诊断产品，如特定位点的突变类型分析等。生理病理特征分析产品，如天赋基因分析、罕见疾病发病原因分析等。

       基因检测产品与服务的质量和水平主要由样品处理、信息量及分析处理难度来决定，并要与基因序列的生物学意义结合在一起。一个人的基因序列在受精卵形成时就确定了，基因检测可以在一生中的任何时候进行，检测的样品可以是血液、唾液、口腔黏膜、体液、头发根部、残留组织等，但是由于这些细胞中的DNA含量不一样，完整性也不一样，采用不同的样本来源反映了产品与服务提供单位的技术水平。

       基因测序主要由检测技术和检测仪器来完成。PCR技术、FISH技术、杂交技术等是基于DNA检测区域与设计区域的相似性来确定的，检测结果容易受到污染物的干扰。例如常规PCR技术和FISH技术难以区分哺乳动物基因序列之间的差异，如果在人的基因样品中混有动物汗液或微尘，就会造成结果错误。同时，信息量的大小十分重要，以肿瘤基因检测为例，产品可以只有某一基因的单一位点，也可以是一个基因的多个位点或全部序列，还可以是与某个过程相关的全部基因。但是就肿瘤的预测来说，对与肿瘤发生有关的全部基因序列的检测，是判断肿瘤风险的要素之一。

最准确的基因信息获取技术

       基因检测产品的质量取决于基因信息获取的准确性、信息量的大小及基因信息和生理功能、疾病的相关性，基因测序是目前最为准确的基因信息获取技术。人的基因信息是由30亿个基因信息单位组成的，在不同的基因检测产品中，可以通过测序技术获取其中的数百个到全部基因信息，因此根据获取基因信息量的多少可以将基因检测产品与服务分为量级具有显著差别的不同类型。目前，有明显量级区别的基因测序产品从高到低分别有：全基因测序产品、全外显子测序产品、生理功能区域相关基因测序产品、疾病机理相关测序产品以及单一基因测序产品和单一或多个基因信息编码单位检测产品。中源协和干细胞生物工程股份公司提供涵盖多种技术体系的基因检测产品和服务。

       由于基因检测产品和服务是基于一个和多个技术体系开发出来的产品，技术体系的选择和使用决定了基因检测产品和服务质量的准确性。一般来说基于PCR技术的产品，在检测小片段的缺失方面具有一定的准确性，而基因芯片技术则在单个遗传信息检测的信息量方面具有明显的优势。基因测序技术是对选定的范围进行逐个读取，基因信息的获取兼具全面和准确的特点。

       全基因测序产品是指利用现有已经成熟的测序技术，对人体内所有的基因信息单位按照存在的顺序呈现出来。对全基因测序来说，产品质量取决于测序范围是否能覆盖全部的以DNA形式存在的物质，包括来自于细胞核的遗传物质和来自于线粒体的遗传物质，另外还取决于测序的准确度。其影响因素除了由于采用仪器设备所造成的准确度不同以外，还可能由于测序深度的不同而造成测序产品质量的差异。外显子测序只是根据选定的范围对编码功能物质的基因信息单位进行获取，只能获取影响特定生理功能和病理功能的部分序列，其质量取决于信息量的多少和对生理、病理过程的理解。

       随着基因测序从科学研究转向产业化，生物、医药、农业领域对基因信息的持续需求，极大地推动了基因测序仪器和测序试剂价格的大幅度降低。以人的全基因测序为例，世界测序仪器和试剂提供商ILLUMINA不久前推出了人体全基因测序成本为1000美元的测序设备和试剂（不包括将基因信息转化为健康和疾病信息的服务），而LIFE TECHNOLOGIES据称可开展成本仅为数百美元的人体全基因组测序。相信随着技术的进步和应用领域的不断扩展，基因测序成本将进一步降低。

       在测序技术已经成熟的基础上，高水平的基因信息解读能力同样是基因产品质量的决定性因素。由于生命活动的复杂性及其时空变换的特点，对基因信息编码的生命物质如何相互作用，又是如何控制时空演变过程的分析和解读，将是一个长期的具有挑战性的课题。目前国际科学界已积累了可观的、确定的基因信息与人体表征的相互关系的数据。通过合理使用这些数据，基因检测可提供不同准确度和不同信息量的服务。

       可以说，影响基因检测产品和服务质量的最为关键的因素，是所选用的疾病与基因型关系数据库的质量和应用这些数据库的水平，而具有良好分子病理学知识，对分子结构和功能的相互关系有着深厚理解的专业人员，可提供具有良好质量和品质的基因检测产品。中源协和干细胞生物工程股份公司将人体的基因信息与干细胞贮存、肿瘤患者的免疫治疗、难治疾病的干细胞治疗、基因治疗等有机结合起来，致力于提供深度整合的干细胞基因工程产品与服务。

基因检测结果有什么用

       基因检测只是一种物质存在信息的可读性呈现，检测结果本身并不能表明这种信息与健康和疾病状态之间的关系。检测结果可能具有以下几种作用。一是检测信息在医生的帮助上，给出关于疾病的明确答案，这种信息常用来做临床诊断。二是基因信息只能给出某种疾病发生的可能性。这种可能性在人群中是确定的、准确的，但是针对一个特定的个体，它是不确定的。正如在自然状态下，生一个男孩的几率是50%，但是不可能准确地预测某个胎儿是男孩还是女孩。三是对一些特定的基因信息的解读会不断改变。因此，对于基因检测结果应该有一个客观的认识，对所有基因检测的解读都期待一个完全非此即彼的说法是不客观的。

       知道基因检测结果有什么用呢？首先，对于癌症、肌营养不良等长期病变积累所导致的难治性疾病，传统的诊断方法只能在发病后作出诊断，但也无法明确其发病的根本原因。基因检测则不依赖于疾病演变的程度，可以在早期甚至是尚未发病的时候检测到疾病的种类，预测发病时间，实现早期预防，达到减缓甚至阻止发病的目的。

       例如肌营养不良是一种由于肌肉功能障碍而造成的肌肉器官的退行性疾病，大多数患者只有在发生运动或生活障碍时才会意识到自己患病，病人确诊后再进行治疗效果不是很好。而基因检测在肌营养不良尚未出现时即可发现，因此也会带来更好的治疗效果。由于基因检测可以精确到导致疾病发生的分子根源，还可以对有相同临床表现的病人进行分类，指导医生开展针对性的治疗。现在，基因检测可将不同的肌营养不良患者分为30多种不同的基因引起的疾病。根据不同发病原因，分别可以采用健康基因导入疗法、外显子跳跃疗法、无义突变略读法以及基因替换疗法等治疗，部分患者根据基因检测结果还可以选用特殊药物治疗。

       第二，基因检测分析还可以帮助获得配型一致的异体干细胞，对患者进行异体干细胞移植治疗。通过鉴定引起疾病的突变基因，使用基因矫正的方法在自体干细胞中替换已经损坏的致病基因，将功能恢复成正常的自体干细胞并移植回体内进行治疗。另外通过全基因测序，结合基因信息的编码规则，还可以根据病因为患者设计个性化的治疗药物。虽然以上的技术方法还处于研究和临床试验中，但毫无疑问基因检测将为人类难治性疾病的预测和诊治带来可预期的美好未来。

合理开展基因检测产品和服务的监管

       基因信息可以影响到人体生活的方方面面，基因测序技术也已经相当成熟，基因检测产业化应用正在进入快速发展阶段，因此基因检测产品和服务的监管方法和策略将会对产业发展产生巨大的影响。

       基因检测试剂盒一般只能检测有限的位点数，主要应用于临床中，产品质量严重影响着检测结果和疾病诊断，对试剂盒生产企业和服务提供单位进行资质申报和质量检查是必要的；检测结果必须由临床医生按照规范使用。同时，涉及到多位点的基因检测，应考虑到位点的相互作用关系复杂；对于预测性的基因检测，开展其结果验证的周期较长，有的甚至需要数十年，灵活性的、有利于产业发展、可以帮助和保护消费者的管理方案将造福于全人类；对于罕见性疾病或少发性疾病，遗传原因相同的病例应考虑到病例难以再次找到等因素，根据分子结构与功能的关系进行分析性检测与报告，应当是一个行之有效的服务方式。因此，为保护消费者利益，加强基因检测产品和服务的开发和应用推广，需要设计合理有效的监管措施。此外，由于基因检测所涉及到的信息的敏感性，其伦理问题应该引起各方尤其是检测方和受检方的足够重视。

来源：中国科学报