生命科学|当“核酸”遇上“质谱”——多重分子诊断技术的下一站
发布时间:2022-07-04
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新冠病毒肺炎疫情的爆发,推动了国内分子诊断技术的高速发展,同时也使得“核酸”成为大家耳熟能详的词汇。当前的核酸分析技术,主要是基于荧光定量PCR(qPCR)的原理,虽然具有灵敏、准确、便捷的优势,但却通常只能对少于5个的靶标进行分析。不过这样相对有限的检测靶标数目,虽然在新冠检测等特定应用场景已经足够有效(即判断是否感染新冠),却难以应对一些复杂疾病的检测,如肿瘤、出生遗传缺陷、精准用药的检测等。因为这些疾病通常都涉及到更多的基因变异情况,需要有具备更广泛的检测能力的技术。而核酸质谱技术,就是一个非常好的进行多重核酸分析的分子诊断平台。
说到质谱的技术,领域内的人应该并不是完全陌生。顾名思义,质谱就是对“质量”进行精确检测的精密设备,也是临床诊断领域快速发展的未来平台之一。质谱可以用来检测蛋白质和代谢物,也可以用来检测核酸。生命的遗传物质DNA分子是由4种碱基——ATCG所构成的,每种碱基的分子质量不同。核酸质谱犹如一把高精度的天平,可区分单个碱基的质量差异(G>A>T>C)(图1)。当核酸发生变异的时候,不论是碱基的替换还是修饰,都会改变DNA的分子质量,核酸质谱通过对这种质量变化的精确分析,就能够对其进行精准的识别。通过这种方式,核酸质谱既可以检测基因的多态性和基因的突变,也可以检测核酸的化学修饰,还能够对拷贝数变异和修饰水平等进行定量的分析。
相比传统的qPCR等分子诊断手段,核酸质谱拥有多重、准确、高通量的优势。这是由核酸质谱的检测原理和技术路线所决定的。首先,核酸质谱直接依据分子量的差异来进行检测,只要待测靶标扩增后的分子量不同,就可以相互区别开来,不会像传统的qPCR一样受到荧光通道数的限制。因此,核酸质谱通常能够实现30-50重乃至更多靶标的分析,而传统的qPCR方法单次检测通常小于5重。其次,由于采用了两步扩增反应,再加上对质量直接进行检测,因此核酸质谱具有极强的准确性和特异性,抗干扰能力强,适合于复杂背景下的低丰度靶标分析。最后,核酸质谱检测速度极快,每个样本在质谱检测环节仅需数秒的时间,适合于大批量的样本的分析(图2)
核酸质谱的优势决定了它特别适合于复杂的、多靶标疾病的分子诊断。主要包括出生遗传缺陷、肿瘤、药物基因组、病原体多联检和耐药检测等。详见如下表:
得益于本身的优良性能和广阔的应用前景,核酸质谱受到了行业内越来越多的关注,可谓是分子诊断的“明日之星”。然而当前,国内的核酸质谱仍主要被进口品牌及其OEM厂商所垄断。由于其技术难度较大、产品功能复杂,国内能够布局该平台并掌握核心技术的厂家仍是寥寥。在这种情势下,聚光科技集团下属的聚致生物,已经完成开发了原生的、具有独立自主知识产权的核酸质谱系统,并同国内一些知名的分子诊断试剂研发企业进行合作,开拓这一极富前景的新领域,为健康事业做出新的贡献。