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[动植物denovo] 科普 | 怎样对一个人的基因组进行测序?

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  • TA的每日心情

    2019.8.28 18:06
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    迅猛龙

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    发表于 2019.9.9 14:50:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
    你大概已经听说过什么是人类基因组——它是巨量的基因总和,并且在你身体中每一个细胞里都有一份。你很可能也知道我们已经对人类基因组进行了测序,但这到底是什么意思?怎样对一个人的基因组进行测序?

    我们先讲点背景知识。
    首先,什么是基因组?

    简单来说,基因组,就是全部的基因再加上点别的物质共同组成的一个有机体。基因由DNA组成,而DNA是成对的长链,由A(腺嘌呤),T(胸腺嘧啶),C(胞嘧啶)和G(鸟嘌呤)组成。


    你的基因组就像是一组代码,你的细胞需要通过它来知道自己在什么时候该做些什么。细胞交织在一起成为了组织,不同的组织相互协调构成了器官,而器官协同工作形成了生命体,也就是你!因此你之所以是你,很大程度上源自于你的基因组。


    第一个人类基因组测序结果的真正完成时间是2003年。当时非常艰难,它花了15年才完成(视频中是20年,这其实是有争议的),期间有来自全世界几十个国家和地区几百位科学家的辛苦付出,而且费用超过30亿美元。但现在却只需要数天时间,费用不过6000人民币。我们已经可以展望在不久的将来,只要几分钟时间,就能搞清组成你这个人的基因组的字母排列,费用甚至还不及一份较好的生日礼物贵。


    但这要怎么做呢?让我来解释一下,弄清你基因组中这几十亿个字母的排列顺序,是基因测序的基本目标。基因组既很大很大,又很小很小。DNA中的每个字母,就是A、T、C、G,宽度只有8-10个原子。


    而它们在细胞中全部缠绕在一起成为一团,就像一团毛线。


    所以要从这么小的地方获取所有的这些DNA信息,科学家首先要把DNA的长链打断为许多短链。然后把每一段分离出来单独测序。


    那么,到底怎么测?你这样想一下或许会更容易理解:当DNA上彼此之间的序列刚好互补的话,这一条DNA就会和其它DNA交合:A配T,T配A,G配C,C配G。


    那么,如果两片DNA的序列刚好能够互补,它们就会结合在一起。但由于基因片段非常小,我们需要某些办法来放大这些信号,这样才能检测到每个字母是什么。科学家最常用的方法,是用酶来把原来的基因片段多合成出几千份(以此将原来的信号放大几千几万倍)。这样我们就能够采用一些技术手段进行检测了。


    经过复制之后,接下来我们要做的就是把全部的这些序列信息都读取出来。为了做到这一点,我们需要再制作一批特别的字母,每种都有特殊的颜色。


    把这些带颜色标记的字母和酶混合在一起后,再加入到我们试图阅读的这个基因组里。这样,在化学反应的作用下,基因组上的每个位点,都有这样一个特殊字母和对应的字母结合,从而形成一段双链DNA,而且在新合成的DNA上每个字母上都带有颜色标记。

    然后,科学家们对每一小段基因组进行照相,之后,我们就可以看到一些列颜色点的排列顺序,接着,我们就可以通过这些色点读出序列了。最后,这样几百万(甚至几亿)条的DNA片段会由计算机程序拼接在一起,我们就能得到这整个基因组的完整序列。


    虽然这并非是获取DNA字母顺序的唯一方法,但却是目前最常用的方法。


    所以,测序完成之后,下一步重要的工作就是解码出这些序列到底是什么意思。搞明白为什么你的基因组会和我的不一样。阐释这些基因组中各个基因元件的功能,是当下科学家们正在进行的工作,虽然并不是每一处不同之处都意义重大,但这些不同之处组合(叠加)在一起,就决定了人与人之间的不同。


    它决定了我们的外貌看起来怎么样,我们喜欢什么,我们如何反应,甚至包括我们患上某种疾病的可能性,以及对各类药物的不同反应。


    所以,更好地认识我们各自基因组上的差别之处意义重大。同时,在认识到这些差别之后,也必将会改变我们的许多传统观念:不仅包括医生应当如何治疗病人,也包括我们彼此之间该如何更好相待。


    文章转自微信公众号:碱基矿工

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    我的意中人是一个盖世英雄,有一天他会踩着七彩祥云来娶我……
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