基因检测，你准备好了吗

    精准医学,基因检测,个体化医疗,生命科学,基因突变,基因测序,人类基因组序列图谱, 如今，“精准医学”“肿瘤治疗的伴随诊断”“个体化医疗”等成为媒体热词，这预示医学正在进入一个大众基因检测与治疗的新时代。那么，基因检测到底是什么、能解决什么问题、是否可靠？

1.越来越低成本的基因检测技术：从30亿美元到1000美元

    要谈“基因检测”，我们还是先聊聊“基因”。“基因”是生命科学中最核心的概念之一，它是遗传物质的载体，是一段段定位在细胞染色体上的核苷酸序列。现在我们已经知道，基因的序列和表达调控模式，决定了人们的生长发育和与遗传有关的健康状况。

    西北大学国家微检测系统工程技术研究中心的基因实验室，技术人员正在认真核对医院送来的一个个检测样本（血液），提取DNA，进行基因突变检测。这里进行的大量工作就是进行个体化用药基因检测，为精准医疗提供高科技服务。光明图片/视觉中国

    由此看来，掌握体内基因的信息，就如同掌握了人体生老病死的密码，破解这些密码就能够预测、诊断或解释我们所关心的健康问题。

    已故著名华人生物学家吴瑞开创的“引物延伸法”为破解基因密码奠定了第一块基石，在此基础上，英国科学家桑格（F. Sanger）发展出了基因测序的“末端终止法”，并因此获得1980年的诺贝尔化学奖。桑格测序法的原理催生了第一代测序技术，成就了生命科学史上具有划时代意义的“人类基因组计划”，更将“基因”“测序”“遗传病筛查”等生物学术语带入了大众的视野。

    2001年，人类基因组计划发表了包含30亿对核苷酸序列的人类基因组草图。这项必将彪炳史册的伟大科学工程由来自美国、英国、日本、法国、德国、中国的超过3000名科技人员，在16个测序中心、耗时13年完成，花费超过了30亿美元。

    其时，人们还无法预见到基因测序技术发展会如此迅速——到2007年，应用第二代测序技术，第一个完整人类基因组序列图谱的诞生仅仅用了3个月，花费了150万美元。在第二代测序技术市场中，值得一提的是我国科技企业华大基因研制的BGISEQ系列测序仪近年也已陆续投放市场，这家发轫于承担1%人类基因组计划任务的公司目前已成为全球最大的基因组学研发机构。

    今天，新一代基因测序技术正在萌芽。基于“纳米级大小微孔设备”的单分子测序、基于“大规模平行标签”的直接判读测序等方法应运而生，已经能够实现以1000美元成本在一天内测完整个人类基因组的壮举。

    除了基因测序，免疫组织化学（Immunohistochemistry，IHC）、荧光原位杂交（Fluorescencein situhybridisation，FISH）等也是临床常用的基因检测方法。

2.生物信息学：从数据中辨别信息，护卫健康

    测序得到了大量的基因密码，但枯燥浩繁的数据并不能直接告诉人们身体健康的信息。于是，生物信息学应运而生——这是专门进行基因数据比对、拼接、丰度和关联性分析、建立计算模型的交叉学科。

    生物信息学为基因科技的发展插上了翅膀。通过生物信息学分析，科学家鉴定了许多与高血压、哮喘、类风湿性关节炎、肺癌、前列腺癌等相关的基因位点，一定程度上解释了这些疾病的遗传和发病机制。特别是在某些与基因高度相关的遗传性疾病的鉴别上，比如唐氏综合症、地中海贫血等，取得了传统方法无法比拟的效果。

    这些成果也很快进入临床。比如，通过生物信息学分析，分子生物学临床应用专家、香港中文大学卢煜明教授发展了一种无创产前胎儿基因检测方法，可以准确鉴别和度量母亲外周血中的胎儿DNA，既能避免羊膜腔穿刺对妊娠带来的可能损伤，也能及早发现并避免婴儿罹患唐氏综合症等严重遗传性疾病。

    通过生物信息学分析，北京大学谢晓亮教授、汤富酬教授与北京大学第三医院乔杰教授合作，利用极体高通量测序结果，能够较为精确地推演出母源基因组信息，成功帮助有遗传疾病的夫妇获得健康宝宝。

    而基因检测也能让疾病治疗更精准，比如乳腺癌的治疗。基于乳腺癌基因表达谱，科学家分析将乳腺癌分为管腔上皮A型（Luminal A）、管腔上皮B型（Luminal B）、HER2过表达型（ERBB2+）、基底样型（Basal-like）和正常乳腺样型（Normal breast-like）共5种亚型，每种基因亚型对应一定的发病机制、恶性化程度、化疗反应和预后等。患者通过基因检测确定基因亚型后，即可制定治疗方案——或单纯内分泌治疗，或内分泌治疗联合化疗，或内分泌治疗、化疗及抗HER2治疗联用，这种肿瘤伴随诊断的精准医疗思路提高了肿瘤治疗的靶向性，不花冤枉钱，同时也提高了治愈率。类似非小细胞肺癌患者EGFR基因突变的检测对于其靶向用药也具有重要意义。

3.基因检测产业：理性对待，积极发展

    对于基因检测技术，大家也有很多担心。比如，从目前研究结果看，基因与疾病的发生是概率关系，那么，这种预测会不会给检测者带来不必要的心理负担？会不会有基因信息泄露的风险？会不会带来新的社会问题——如果以后入学、就业，甚至婚姻都加上基因“门槛”，必将引发基因歧视。其实，对待任何技术进步，我们都应理性看待，基因检测技术也是如此。

    从目前的科学发展看，我们对基因的认识还只是一小步，并不完全清楚。而且，越来越多的研究发现，基因与生物体性状并非是线性对应关系，而是网状的——一个基因可能引发不同性状，有些是好的，有些可能是不好的，因此很难用“好”与“不好”来判别基因。

    而我们也必须要说明的是，对于生物体而言，先天遗传固然重要，但后天所处环境、生活方式等影响也会导致这人基因的变异或者会影响其基因的表达调控模式，进而影响个体的健康状况——没有什么命中注定的健康，也没有什么天赋不通过努力即可显现，健康需要培养良好的生活习惯，成功需要付出辛苦的汗水。

    对于基因检测这一新技术，我们还要注意别上当受骗——一些不法分子和不良企业以基因检测为噱头，欺骗广大消费者，严重扰乱了基因检测产业的秩序，阻碍了其正常发展。笔者在这里提醒大家，如果有基因检测需要，请一定到有资质的医疗机构进行。

    基因检测确实还存在种种问题，但因噎废食不是长久之计。这些阻碍基因检测产业健康发展的问题，有赖国家出台具体的监管规范细则，也有赖生物医学科技工作者向大众做好科普工作。生命科学的积累已经为基因检测奠定了基石，在这场呼啸而来的生命科技产业革命中，我们不应错失良机。

作者：姜韶东（单位：中国科学院生物物理研究所）

抑制大脑过度兴奋的蛋白又找出百余种

    有助研究脑病新疗法与记忆问题

    科技日报华盛顿9月7日电 （记者刘海英）美国杜克大学研究人员在最新出版的《科学》杂志上发表论文称，大脑抑制性突触比兴奋性突触简单的论断是错误的。他们利用一种新型生物识别技术，在抑制性突触中找到了超过百种过去没有发现的蛋白。这一发现不仅为治疗大脑疾病提供了新线索，同时也表明大脑的复杂程度远超想象，对抑制性突触的研究仍需深入。

    突触是神经元之间联系并进行信息传递的关键部位，根据其对神经元活动的影响，可分为兴奋性突触和抑制性突触两大类。过去科学家们一直认为，抑制性突触要比兴奋性突触简单，因为这些突触结构中的蛋白种类相对较少。此前，科学家在抑制性突触中找到了大约40种蛋白，这些蛋白不仅在防止大脑过度兴奋方面起着关键作用，也塑造着大脑信号的模式。

    此次杜克大学研究人员采用BioID生物识别技术，利用一种细菌酶来识别小鼠大脑抑制性突触中的蛋白，结果找到了140种新蛋白。“在过去50年里，这些蛋白就如同被锁进了保险箱，而今天我们把保险箱打开了。”研究人员这样形容这个令他们大吃一惊的发现。

    全基因组关联研究显示，其中的27种蛋白与自闭症、智力障碍和癫痫有关。对这些蛋白机制的研究或可为理解和治疗这些疾病提供新途径。虽然研究人员知晓大部分蛋白的功能，但有两种蛋白的功能却不清楚，即使基因组测序也没能提供相关线索。研究人员将这两种蛋白命名为抑制性突触1（InSyn1）和抑制性突触2（ InSyn2）。研究发现，神经元中的InSyn1蛋白水平下降，会导致周围脑组织过度兴奋，这表明该种蛋白对抑制性突触正常功能的发挥具有非常重要的作用。

    研究人员指出，新的发现表明，大脑远比我们想象的复杂。此次在抑制性突触中找到这么多种蛋白，给未来癫痫等脑疾病的治疗以及长期记忆形成过程的研究，提供了很好的线索。

基于石墨烯材料研制的可穿戴式传感器

■中外石墨烯动态⑥

    有人说，如果19世纪是铁器的时代，20世纪是硅的时代，那么21世纪将是石墨烯的时代……如今的石墨烯已不再是躲在深闺，或在实验室里论英雄，它不仅能出得厅堂，入得厨房，还能在军工航空大显身手，并且在移动世界独领风骚，高不可攀的石墨烯越发显现出多面能手的特质。

钢铁侠、隐身侠，军工航空大显身手

    6月26日，在北京召开的“2016石墨烯在军工领域应用研讨及项目合作对接会”令人对石墨烯坚韧的一面大开眼界。早在两年前，西班牙《阿贝赛报》曾报道，石墨烯这个神奇的材料可能会成为比钢还坚硬，能够阻挡住子弹的军用材料。美国一个科学家小组日前进行的子弹枪击实验也表明，石墨烯可迅速分散冲击力，并能中断通过材料的外展波，承受冲击的性能远胜于钢铁和芳纶纤维复合材料凯夫拉（强度为同质钢铁5倍）的两倍多。而且，在防弹能力提升的同时，它还大大减轻了防弹装备的重量。

    2016年1月，加拿大SUNVAULT能源公司开发出一种石墨烯增强树脂防护片，用世界上最具杀伤力的AK47突击步枪弹（在百米射程内可击穿6毫米钢板）射击测试，根本打不穿，展现出优良的防护特性。目前基于这种石墨烯增强树脂具有轻质特性，研究人员正在根据英国警察现行防弹衣标准进一步测试，以确定其防弹等级。

    此外，石墨烯还有“遁形隐身”的身手。2013年，美国加州大学制备了石墨烯基红外隐身涂层，通过改变反射光的波长来实现红外隐身。这种材料可大面积涂覆于结构和平台表面，实现军事伪装。

    美国莱斯大学研究团队将环氧树脂涂层与石墨烯纳米带相结合，得到了一种特殊的涂层材料。将其涂在直升机旋翼桨叶的边缘上并施加一个小小的电压，涂层表面产生极高的温度电热，能融化1厘米多厚的覆冰。另外，这种涂层还可为飞机提供电磁屏蔽层，保护飞机免受雷击。

保健师、针灸师，出得厅堂入得厨房

   “新材料之王——石墨烯导热率高达99%，可以做到1秒升温，10秒升至35摄氏度，并且可控恒温几个小时。基于这样的原理，针对很多人肩颈风湿酸痛等顽疾而设计的石墨烯护颈、U型枕和护肩等具有理疗功能产品。”烯旺科技副总经理李月秋日前在深圳举办的“U·秀”2016石墨烯新品发布会上介绍说。

    这类石墨烯产品会有怎样的理疗效果？美国《圣路易时报》曾刊登了东方康复中心姜新生医师对于石墨烯远红外效应医学作用的专文，文中提到太阳光中波长为5.6—15微米的远红外线是生物生存必不可少的因素，可产生生物活化现象，被专家称为“生命之光”，而石墨烯在发热过程中产生的8—14微米远红外线恰是其中最适合人体健康的波段，由此，携带具有这样功能的石墨烯产品，犹如请了针灸按摩师为己调理经络免疫系统。无疑，这对电脑族、手机族、久坐开车的司机患有颈椎病的人是个福音。

    而同样的技术原理对未来北方冬天千家万户的采暖，减少化石能源使用也有深远影响。中国石墨烯产业奠基人之一冯冠平教授介绍说，即将上市的石墨烯家庭智能取暖画，仅需一幅小小的壁画即可给房间带来温暖，除了发射红外线及智能温控特点外，还可直接使用太阳能电池转换电能，数据考证可节约70%的能源。

    令人心头一热的是，基于这种石墨烯发热技术，纳美新材料科技研发的“饭暖暖”智能饭盒，原理是在塑料中加入石墨烯粉末，可在安全低电压和低功耗下，通过远红外光谱均匀文火加热模式，可持续加热三个小时而不破坏食物分子结构，能锁住营养，饭菜口感好，解决了传统饭盒各种技术难题。

充电王、柔性屏，移动世界独领风骚

    仅1厘米厚的石墨烯电池在5分钟内给智能手机充满电，堪称充电王；可折叠LED透明柔性屏可看电影、打电话和网页浏览；线射频识别标签可打印在普通的纸上，反复折叠150000次性能不损失……这些科技产品在30日在上海举办的2016全球移动互联网大会石墨烯峰会上令人炫目。

    全球移动通信协会（GSMA）副总裁史蒂夫·拉斯称，石墨烯在物联网、柔性显示屏和传感器等方面都有非常大的应用，希望峰会能推进移动世界的技术不断向前、有所突破，给移动社会带来新机遇。

    会议期间，中国石墨烯产业技术创新战略联盟（简称联盟）产业研究中心出版的《2016全球石墨烯产业研究报告》格外引人瞩目。报告预测，到2018年，仅中国石墨烯电子信息行业的市场规模将达到160亿元的市场规模，其中柔性显示约60亿元、传感器100亿元；预计到2020年，两者将率先在可穿戴领域实现突破，中国石墨烯基于可穿戴设备的市场规模将超过54亿元。石墨烯在全球电子信息行业的市场规模将达到267亿元。

    此次峰会上，联盟秘书长李义春博士还介绍了将于9月下旬召开的“2016中国国际石墨烯创新大会”。他说，预计将有来自50个国家和地区600多家单位2000多人参与大会；新增中国国际先进碳材料应用博览会，展览面积达1万平方米；将邀请诺奖得主安德烈·海姆做大会主题报告。此外，还将召开“中国石墨烯国际专家委员会成立暨第一次工作会议”，探索在知识产权、标准、投融资、项目合作等领域合作的机制和方式。

细菌是头皮屑“祸首”

    科技日报讯 （记者王怡）我国近一半成年人存在头皮健康问题，其中头皮屑最为常见。上海交通大学生命科学技术学院张梦晖副研究员及其研究团队发现，头皮上不同细菌物种之间的平衡会影响头皮屑的严重程度，相关研究成果于5月12日在线发表在英国自然出版集团的《科学报告》上。

     头皮屑是一种常见的头皮病症，研究人员发现头皮屑的严重程度与和头皮上出现的细菌物种更加密切，而非早前普遍认为的真菌物种。通常，健康的头皮生态环境由三大平衡维持：油脂、菌群、代谢平衡。当头皮油脂分泌失衡，头皮就会出油变得油腻；当头皮菌群环境失衡，有害菌大量滋生，就会出现头痒的现象；而头皮角质层代谢过快，脱落形成头皮屑。

      张梦晖研究团队选取了59位18岁到60岁之间的中国人，根据他们的年龄、皮脂水平、头皮上微生物的组成等对174个样本进行研究。参与研究的志愿者被要求在测试前48小时洗头，研究人员从他们头皮上的8个不同部位收集头皮屑样本。

      研究显示，头皮上最丰富的细菌品种是丙酸杆菌和葡萄球菌，这两个物种表现出彼此相互抑制的状态，同时影响了头皮屑的严重程度。与正常的头皮相比，当有头皮屑存在时，附近头皮的丙酸杆菌数量会下降而葡萄球菌数量会上升。研究人员认为，头皮的皮脂是丙酸杆菌的食物来源之一，而头皮上的高水含量可以给丙酸杆菌提供一个更适合生长的环境，从而减少头皮屑。

      研究人员表示，通过调节头皮上的细菌平衡，特别是加强丙酸杆菌同时抑制葡萄球菌将是减少头皮屑严重程度的潜在解决方案。

　　CSAIL实验室的研究科学家之一John Romanishin负责这一项目，他说道：“我们想要数百个立方体机器人随意的穿过洪水，能够彼此识别并联合起来，并且根据需要自主组装成为一把椅子或者桌子。”M-Blocks机器人目前是由无线电波发送的计算机指令控制的，但是研究人员希望未来这种算法能够直接装载到模块上，使它们实现完全自主并且能够适应于不同的环境。科学家们希望，在战斗或者紧急状态下，装配有传感器和摄像机的模块将能够计算出如何完成特定的任务。

    英国兰卡斯特大学的科学家研发出一种非侵入式激光检测手段，可预测一个人的死亡时间

    发明人表示血管衬里细胞是一种内皮细胞，同时也是一个人健康状况的关键指示器。通过对这些细胞进行监测，便可以确定哪些人的衰老速度超过正常水平。检测之后，用户便可了解自己还有多长寿命。例如，这种检测设备会告诉用户，如果不改变当前的生活方式，他们将在20年内死亡。此外，这种内皮检测还能判断用户是否存在癌症或者痴呆症风险。内皮是毛细血管内的内皮细胞层。

    兰卡斯特大学的物理学家希望这项技术能够帮助人们增进健康。对于这项技术的效用，一些人也提出质疑。一些用户可能因此改变他们的生活方式，进而让自己的身体处于最佳状况，其他一些用户则可能相信宿命，不会做出改变。此外，保险公司与退休基金也可能利用这些信息调整保险金和退休金。

    目前，兰卡斯特大学的物理学家已经研制出一个笨重的实验用原型。他们正利用这个原型进行小型化设计，最终让激光检测设备可以像手表一样戴在手腕上。他们表示如果能够获得充足的资金，他们能够在一年内将迷你版推向市场。

    英国科学家研制的激光检测手段能够对血管内皮细胞的血量进行测量，进而判断一个人健康状况

    这种激光检测装置的造价为几百英镑，用户可以在家中使用，监测他们的健康，此外也可以应用于全科医生诊所和医院。医生可以借助这种装置比较患者的生物学年龄和实际年龄，以了解他们的衰老速度。在对220名身体健康的参与者进行的测试中，一些参与者的衰老速度明显超过或者低于预计。

    项目负责人安奈塔-斯特凡维斯卡教授表示：“在不久的将来，一款售价200英镑到300英镑(约合300美元到460美元)的检测设备便可走进千家万户。我希望我们研发的技术能够鼓励人们更加关注自身的健康。”激光检测装置由斯特凡维斯卡与同事彼得-麦克克林托克教授共同研制，目前已经申请专利。

    斯特凡维斯卡指出：“我们希望这种装置能够应用于所有全科医生诊所。它们能够成为全科医生的一件价值不可估量的医疗设备。借助于这款装置，医生可以了解患者的心血管系统，判断他们是否存在中风或者心脏病风险，同时了解内皮是否出问题。内皮会分泌各种能够影响组织的化学物质。它也是一个重要器官，但并没有得到人们的重视。”

    麦克克林托克教授承认并非所有人都会因为这种检测装置提供的信息改变自己的生活方式。他说：“你可能认为自己的衰老速度太快，应该采取措施加以遏制。你可能因此改变自己的生活方式，少吃油炸火星棒和经常跑步。当然，你也可能对这些信息置之不理。”(孝文)