基因組測序新公司工作全靠機器人

CG公司的基因組測序工作完全由機器人完成

工作人員正在藍色幽暗的“車間”內操作檢測設備

　　美國加州的山景城是“硅谷”的重要組成部分。現在，一個與硅芯片相關的潛力大產業正在這里興起，那就是基因組測序技術產業。這個產業的發展是隨著多家大公司的激烈競爭開始的。不過，一家名為“整合基因”(Complete Genomics，CG)的公司不像別的公司一樣研發和銷售測序儀器，而是為科學家提供外包的測序服務，更絕的是，在這家公司里做測序的，并不是研究人員，而是一排排的機器人。近日，《新科學家》雜志探秘了這家充滿科幻意味的公司。

　　前臺都是“機器人”

　　走進CG公司，連前臺都由計算機終端出任。它會主動向來客問好，詢問姓名、身份和來訪意圖。旁邊連接的一臺打印機則自動打出訪客掛牌。與此同時，一份電子郵件已經發送到內部接應人員的電腦上。

　　這家公司的生產線更像科幻電影里的實驗室，昏暗藍色的房間里到處都是高級儀器，室內溫度保持在28℃和相對較高的濕度，幾名穿著實驗服，帶著發罩的工作人員在監視著電腦屏幕，查看著機器人的運作狀態。

　　這兒已經成為了世界上最大的人類基因組測序工廠。只是在這里工作的不是人類，而是機器人。在一個大約只有半個網球場大的房間里，“坐著”16臺機器人，不間斷地進行著人類基因組測序的工作。去年，它們完成800個人的DNA測序工作——其中三分之一是后半年做出來的。到了今年，它們已經可以每個月生產出400個人的基因了。

　　CG公司只是目前迅速形成產業的諸多基因組測序公司中的一家，但是它十分獨特。公司市場總監圖柯特(Jennifer Turcotte)對《新科學家》雜志解釋說，通常而言，DNA測序是在一個密封的機器里進行的，但在這家公司的實驗室里，機器人卻是在一個開放暴露的環境下做基因組測序，這是為了便于維修。實驗室特定的溫度和濕度是為了符合測序中出現的生化反應，微弱的藍光是為了避免熒光探測劑在探測基因代碼符號時受到其他頻率光波的破壞。

　　這兒所進行的基因組測序，已是目前最新的第三代基因組測序技術，稱為“DNA納米球測序技術”。這種新方法是將DNA鏈放置在一小塊硅芯片上進行調節，自我組裝成所謂的“納米球”。這樣的測序所需要的試劑更少，得到的數據則更多。

　　技術人員都穿著無塵室服裝，因為任何一點灰塵都會干擾測序，除非哪兒出問題了，一般而言這些技術人員不會干預機器人的工作。機器人則會自動添加試劑，操作樣本，每個DNA納米球上攜帶著70個核苷酸，其排列順序會通過光信號被拍攝記錄下來。

　　費用正在逐步降低

　　這些機器人正在做的工作，是一個浩大龐雜的工程藍圖中的第一步，所有的人類基因組中有著30億對堿基對，而CG計劃將其全部組裝出來。這需要非常大的計算量，公司為此也建了一個自動數據中心。不過，這個數據中心設在距離公司大約有20分鐘車程的地方——那兒的電費更便宜。

　　目前CG公司只針對研究者和制藥公司開放，個人還沒法購買他們的服務。在這里，每對基因組測序要價9500美元，如果購買1000對以上，則每對價格降為5000美元。這個價格是隨著基因組測序技術突飛猛進而急劇下降的，要知道，十年前，第一對人類基因組序列完成時，其價格是以十幾億美元計量的。而科學家現在已經預計幾年后，基因組測序的價格可能會降到一般人都可能支付得起的程度。

　　基因組測序的流水線完全是由機器人來做的，而職員做什么呢?公司共有185名職員，部分是科研人員，忙于改善公司的測序技術，另一部分則是做市場和聯絡，與各類客戶打交道。

　　基因組測序工程是一項既有非常光明的前途但又異常龐大的科學工程，而自動化則可能成為處理這項工作的最佳工具。基因學家們認為，通過一些基因掃描，是可以找到導致人類易感疾病的一些基因變異，人類基因譜上，有一些常見明顯變異，但是就整個遺傳問題來看，還有大量的混亂的遺傳變異隱藏在DNA雙螺旋體中，這些也導致了世界上千奇百怪的遺傳疾病。

　　如何去捕獵這些神秘莫測的錯誤基因代碼呢?只剩下一個方法，那就是將整個人類基因譜測序，來捕捉一些可能和疾病有關的基因變異。這個方法雖然聽上去如同“大海撈針”一樣不靠譜，但目前一些跡象表明，今后或許基因組序列會成為醫療記錄的一部分，或者科學家可以通過家庭的基因組測序來糾正基因錯誤。比如，去年西雅圖系統生物學研究所的胡德(Leroy Hood)及其小組與CG公司進行了合作，在《科學》雜志上刊登了一篇論文。他們對一家四口的基因組進行了測序。這是個特殊的家庭，兩個孩子都患有兩種隱性遺傳病———米勒綜合征和纖毛運動障礙，而父母則完全正常，在分別測出這家人的基因序列后，研究者將父母和子女基因組序列進行比較，驗證了米勒綜合征這種非常罕見遺傳病的致病突變。

　　提供測序外包的服務

　　目前，站在基因組測序產業化起跑線上的企業包括了同樣位于加州的生物科學公司Pacific Bio。這個公司創立了首次可以對單個DNA進行測序的儀器。和CG公司一樣，目前，這家公司也只向研究者提供服務。

　　還有一些大型的、從事基因組測序產業的公司已經將基因組測序做到醫院和個人普及的地步了，如研發制造大型測序分析儀器的Illumina公司。這個公司在2008年美國成長最快的科技公司評選中，風頭甚至蓋過了Google。它們提供的產品甚至可以直接給病人使用。而另一位基因創業企業家羅斯伯格(Jonathan Rothberg)甚至發明了可以放在桌子上的基因解碼器，可以在2小時之內以很高的精度解讀出1000萬個基因代碼符號。

　　大部分的基因組測序企業都站在一個競爭線上，盡力提高DNA測序的速度，降低費用。而CG公司其實并非和它們是嚴格意義上的競爭對手———他們計劃組裝出所有的人類基因序列，研發也是為此目的而進行。此外，他們并不如其他公司一樣開發更高級更小巧的基因組測序儀，而是為科學家提供基因組測序的外包服務，也就是說，研究人員無需購買、安裝、培訓、運行和維修儀器，而只要將樣品交給這家公司，等待結果到來就可以。雖然很多人不理解他們的做法，但這家公司始終堅持自己的觀點，認為這樣的服務最能讓科學家將時間從搗騰儀器設備的工作中解放出來，專心放在生物學和假說驗證上。

　　從這幾年CG公司取得的成績來看，這種做法確實是有效的。2009年，CG公司宣布其測出了第一個人類基因序列，并移交給美國生物科技信息中心數據庫。同一年，他們在《科學》上刊文，發布了三個完整人類基因組序列分析的結果，當時文章還宣布，測序的成本已經可以降到1726美元。這在生物界引起了轟動。到了那一年結束，他們已經做出了50個人的基因序列。

　　此外，他們的名字也隨著來自各地的科學家一起多次登上了權威學術雜志。除了去年幫助科學家解開了米勒綜合征突變難題給科學界留下難忘的印象之外，美國的羅氏公司還曾經借助CG的基因組測序技術，完成了人類科學史上第一例肺癌患者的全基因組比較。相關研究結果刊登在《自然》雜志上。而美國癌癥學會也開始和CG公司聯手，希望通過其服務比較正常人和癌細胞基因組序列的差異。或許在不久的將來，解開癌癥之謎的第一個貢獻就屬于這些藍光照耀下的機器人。