國際基因組學大會 (ICG-13) 前瞻研究成果百花齊放

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基因體學的年度盛會第 13 屆國際基因組學大會 (The 13th International Conference on Genomics;ICG-13), 10 月 24 日至 28 日在中國深圳市盛大舉辦且圓滿落幕,現場匯集上千名基因體學研究領域的專家、學者、臨床醫師、產業代表齊聚一堂,熱絡探討基因體學在精準醫療、生殖醫學、基礎細胞機轉、基因定序技術平台、數據運算等各大領域的最新進展,更清楚地揭示著未來基因體學應用與產業發展的趨勢。

基因編輯風潮席捲全球 現實面仍充滿挑戰

來自麻省理工學院 (Massachusetts Institute of Technology; MIT) 和哈佛大學 (Harvard University) 的 George Church 博士表示,從 1984~2004 年是人類基因體計畫 (Human Genome Project) 的年代,花費 30 億美金才完成第一個人類基因體的解讀工作。2016 年,在哈佛醫學院建立的人類基因組編寫計劃 (HGP-write) ,透過合成生物學的方法改進合成 DNA 長鏈的能力,目標是能夠人工合成出完整的人類基因體 DNA 序列。
在基因編輯 (Gene Editing) 方面 George Church 博士提到,目前以Cas9為基礎所發展的基因編輯技術 CRISPR,雖然在一些動物實驗上看到初步的成果 (例如:運用 CRISPR/Cas9 的基因編輯方法將器官組織的細胞重新編程(Reprograming)來弱化內生性的反轉錄病毒活性,提升了異種移植 (Xenotransplantation) 的可行性),但CRISPR 也面臨了一些尚待解決的問題:

1. 需要特製的 DNA、RNA 和蛋白質方能執行
2. 傳送效率不夠高,用在活體生物的挑戰性高
3. 基因編輯無論是否精準鎖定目標序列,仍有可能發生編寫錯誤
4. 基因編輯的費用仍然昂貴
5. 無論是 Cas 或其他載體,都有可能引發活體的免疫反應
若未來能逐步克服這些困難,基因編輯將有可能實現於臨床醫療或動植物品種改良的多元化應用,但法規和倫理桎梏是否能夠鬆綁,就成為相關產業發展的重要關鍵。

表觀基因體研究 在生殖醫學領域萌芽

全球目前都面臨生育率下降的困境,不孕症的比例也提升到 15%,胎兒流產的比例約 10%,在中國新生兒發生缺陷的比例約 5.6%,介於高所得國家 (4.7%) 和低所得國家 (6.5%) 之間,仍有努力的空間。中國政府的「十三五計畫」就將生殖醫學和新生兒缺陷的防治列入重點研究發展項目,投入大量的資金和人力資源,致力於同步提升新生兒的數量和品質。

在生殖醫學領域,早期的胚胎可以透過轉錄基因體 (Transcriptome)、基因體 (Genome) 和表觀基因體(Epigenome) 等不同面向的檢測,盡可能挑選出健康正常的胚胎。目前最廣泛而普及的方法是透過胚胎著床前染色體基因篩檢 (PGS) 來避免胚胎發生染色體異常造成的不孕和流產,或父母雙方在接受廣泛性帶因篩檢發現帶因後,再透過胚胎著床前基因診斷 (PGD) 來排除胎兒罹患單基因遺傳性疾病的可能性。除此之外,喬杰 (Jie Qiao) 醫師評估,DNA 修飾 (DNA modification)、DNA 的可及性 (DNA Accessibility)、組蛋白的修飾 (Histone modification) 以及染色體的排列秩序 (Chromosome organization) 等表觀基因體 (Epigenome),在未來生殖醫學的發展將會日漸蓬勃。

延伸閱讀:從孕前到產前 基因篩檢完整守護母胎健康

基因體巨量數據 運算軟硬體整合是關鍵

英特爾集團 (Intel cooperation) 健康與生命科學事業部總裁 Chris Gough 提到,精準醫療的出發點必須從解讀基因資訊開始,但目前全球僅有1%人口的基因是被定序解讀過的,目前的醫療還是大多處於嘗試和錯誤中前進。每個人的基因定序資訊量高達 350Gb,未來若全球 76 億人口的基因都被定序,將會產生 2660 Extrabyte 的鉅量數據。英特爾集團將運用其核心運算效能技術就 : 巨量資料分群 (Cluster sizing)、參考資料庫的建構設計 (Reference designs)、運算核心元件 (Components) 和程式碼的產業模組化 (Industry code modernization) 等四大主軸,專注投入基因體資訊領域的發展,提供好的運算工具和解決方案。他以英特爾集團與布洛德研究所(Broad Institute)共同合作的基因雲端運算工具平台 GATK (Genome Analysis Toolkit) 為例,先前的 GATK 3.8 作業平台之下一天僅能分析 1.8 人的全基因體資訊,最近更新的 GATK4.0 作業平台已大幅提升至一天分析 5.0 人的全基因體資訊,整合效能大幅提升之下,將有助於基因資訊在臨床精準醫療的運用。

英特爾集團 (Intel cooperation) 健康與生命科學事業部總裁 Chris Gough

註:布洛德研究所 (Broad Institute) 是由麻省理工學院 (Massachusetts Institute of Technology; MIT) 和哈佛大學 (Harvard University) 合作成立的前瞻科學研究機構。

非編碼基因序列 功能與機轉漸趨明朗

傳統學界普遍認為基因的表達僅限於會轉錄/轉議的編碼區域 (coding region),但是近年來卻發現有許多非編碼區域 (non-coding region) 對於細胞的基因表達存在關鍵性的影響。來自美國耶魯大學醫學院 (Yale University School of Medicine) 的林海帆 (Haifan Lin) 教授表示,早先已經發現一些小片段的 RNA,例如 siRNA、miRNA (約 21 個核甘酸組成) 在所有的細胞當中都存在,2006 年他們研究團隊發現有一種新型態的短片段 RNA,稱之為 Piwi-interacting RNA (piRNA) , 約 24~32 個核甘酸組成,只存在於動物的生殖細胞當中,可能在生殖發育或胚胎發育的過程扮演重要角色,被《科學 (Science)》雜誌選為當年 10 大突破創新之一。林海帆 (Haifan Lin) 教授近年來則致力於探討 piRNA 的功能與角色,發現並證實 piRNA 在生殖細胞當中會調控基因序列中的跳躍子 (Transposon) 和偽基因 (Pseudogene) ,抑制生殖細胞發育的過程當中受到跳躍子 (Transposon) 和偽基因 (Pseudogene) 的干擾而造成的突變。

華大智造 發表高通量 NGS 儀器 MGISEQ-T7

華大基因 (BGI) 自 2015 年發表第一部自行組裝生產的次世代基因定序 (NGS) 儀 BGISEQ-500 以來,都在國際基因組學大會 (ICG-10) 發表新的 NGS 儀器,今年華大基因 (BGI) 旗下的華大智造 (MGI) 也在 ICG-13 公開發表並展示了超高通量 NGS 定序儀 MGISEQ-T7。華大集團董事長汪建在發佈會上表示,人類基因組的研究與應用是服務於全人類的,這是為了人類未來的領域,「華大智造的使命,是為了讓更多的人生活得更好更健康。」華大智造首席執行官牟峰表示,不同於一般 NGS 儀器採取的雙晶片通道,MGISEQ-T7 具有四個晶片通道,每日生產數據量可達 1~6TB,PE150 的定序時間能在 24 小時內完成,是目前少數能在一天內完成全基因體定序 (Whole Genome Sequencing) 的超高通量定序儀。

華大基因 董事長 汪建

華大智造今年發表的 MGISEQ-T7,看似是以基因定序儀器大廠 Illumina 的超高通量定序儀 HiSeq X Ten 或 Navoseq 作為假想目標,企圖在基因定序平台的產品策略布局一較長短,預計將在 2019 年正式推出上市,價格則尚未對外公布,是否有機會在基因定序市場一展崢嶸,值得持續關注。

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