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Nature:母体取血,揭示胚胎奥秘

时间:2017-02-14 07:41 作者:生物观察
 

 

 


从母体采集一点点血液,利用最先进的分子技术,就可以揭秘胎儿发育的秘密。生命的开端就是一个谜题。在母亲的子宫里,30亿个碱基组成的DNA代码在40周,也就是10个月的时间里,神奇地产生了3D的身体。胚胎经过时间和空间上的精细协调的过程,慢慢形成眼睛、大脑、心、手指和脚趾。生物学家试图把胚胎发育的拼图拼接完整,但目前只完成了一小部分。目前一些分子技术能大大加速这一拼图的形成过程。由于一系列技术改善了胚胎基因信息的读取和解读,所以科学家们得以发现了一系列与胚胎发育有关的基因,并可在胎儿出生前检测基因活力。利用这些技术,研究者们可以了解关键时刻基因的启动或关闭,并研究环境如何影响这些过程。不仅是胚胎,就连关键的生命支持系统——胎盘的秘密也正在被揭开。纽约爱因斯坦医学院的生殖内分泌学家和不育专家Zev Williams指出,我们对胎盘的了解其实非常少,胎盘显然是人类发展的一个关键部分,但我们对它的研究太少了。到目前为止,大部分的胚胎发育研究采用的样本都是常规侵入性试验,如羊膜穿刺术中获得的羊水或胎盘样品。但是科学家们现在更进一步,通过无创方式取样——从孕妇的手臂上取约一茶匙的血液。这样,研究人员可以监测胎儿的发育过程,并研发针对孕妇和胎儿多种疾病的无创测试。医生们对这样的诊断方式非常感兴趣,因为有了它就可以对还在子宫中的胎儿进行治疗。英国伯明翰大学的胚胎医学专家Mark Kilby表示,这是一个令人兴奋的时刻。但胚胎研究并不会一帆风顺。虽然技术发展迅速,但是科学家们解读所获得的信息的速度却跟不上。此外,伴随而来的伦理问题也不容小视。例如,如果无创产前检查显示,胎儿携带一个可能会致病的基因,那么医生该怎么做?香港中文大学的临床医生和遗传学家Dennis Lo指出,这是整个胚胎领域应该坐下来探讨的问题。他是首位在母亲的血液中找到胎儿DNA的研究者。 发育研究胚胎发育研究的重要工作是DNA检测。发育生物学家已经收集了大量的基因信息,并通过从蠕虫到小鼠的实验动物研究,识别了很多在人类中也存在的基因和过程。同时,研究人员对家族性遗传疾病的研究也取得了很多成果。但是第二代DNA测序的出现正在改变这一领域。现在对基因组进行全部或部分测序,寻找罕见遗传疾病相关突变变得前所未有的简单。新的发现层出不穷,例如关键的信号蛋白如何指导细胞定向分化,以及DNA包装如何影响大脑发育等。英国剑桥附近的桑格研究院的遗传学家Matthew Hurles表示,现在所有研究都在加速。到目前为止,大部分研究都是在婴儿出生后研究基因组。但研究人员正在推动胚胎的基因检测,以改善婴儿疾病的治疗和预后。例如,Hurles等人正在研究1,000个本科经超声检测后显示结构异常的胎儿。使用来自胎儿、母亲和父亲的细胞,该团队对占全基因组1-2%、负责编码蛋白的外显子进行检测,并对特定亚组的整个基因组进行测序,以寻找该疾病背后的基因异常。但研究者们并不止步于此,他们正在尝试使用来自母亲的血液对整个胎儿基因组进行测序。这样,他们就可以获得正常或异常胚胎发育各个时期的DNA。他们表示,这种方法的可行性很高。这个领域正在飞速发展:加利福尼亚州斯坦福大学的Lo和Stephen Quake,以及华盛顿大学的基因组科学家Jay Shendure等人的一系列论文提高了孕妇血液中漂浮的小段胎儿DNA分析的灵敏度。现在科学家们可以计算胎儿中的染色体数量,并且正在开发更准确的方法来测序基因组。原则上,他们现在可以检测DNA序列中可能导致遗传性疾病的单碱基变异,并且在不断寻找一些与发育异常相关的、但父母双方体内都不存在的突变。目前有几家初创公司也开始致力于开发这类技术。最新的技术在实验室或临床中得到广泛应用之前,有几个障碍是必须克服的。一个是成本。虽然全基因组测序越来越便宜,但研究人员经常需要反复测试,以增加结果的可靠性,因此基因测序的成本还是很高。但研究人员相信,这不是问题。Shendure指出,这就是我们接下来要做的。从技术角度来讲,DNA测序的成本问题并非不可克服。解读测序结果将是另一个障碍。不是所有的DNA突变都会导致疾病。即使一个个体携带一个特定的致病突变,科学家也不能确定他/她一定会得病。科学家们表示,随着成本下降,他们将能够对足够多的基因组进行测序,可以更准确地预测各个突变导致疾病发生的概率。他们希望把无创的全基因组测序作为怀孕期间的常规筛查技术。Quake指出,这在诊断代谢和免疫疾病上非常有用,而且婴儿一出生,你就可以对他/她进行治疗。研究人员甚至可以在婴儿出生前就对他/她进行治疗。目前一个科学家团队已经使用下一代测序,寻找胎儿脆骨病的相关突变。该研究是使用干细胞治疗胎儿脆骨病临床试验的一部分。目前研究人员还是通过有创性采样技术获得胎儿细胞,但目的是转向无创采样。