【原】生物老师告诉你为什么现在要天天做核酸但是非典时期却不做！

今天你做核酸了吗？

这是现在最流行最礼貌的问候了。

新型冠状病毒引起的肺炎，已经三年多了。不少2019年入学的大学生，已经经历了多次封校。全民核酸检测已经是家常便饭。

甚至有的地区已经多次被封城。

很多人在疫情之前的愿望是出国去，疫情来了，最开始是出省，接着是出市，最后成了能出小区吗？能出门吗？

同样是冠状病毒感染的肺炎，为何在2003年非典时期却没有做核酸检测呢？

这其实是受制于技术。

核酸检测所用的是测序技术。​

自1953年沃森和克里克提出DNA的双螺旋结构，到2001年人类基因组测序完成，测序技术开始被人们重视起来。

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关于测序技术，到如今经历了四代的迭代更新。非典时期，第一代测序技术发展期间，测序造价高昂，方式简单，因此，大规模核酸检测并不支持。而如今，测序技术多是二代甚至三代，造价比起一代测序技术低很多，技术也更加便捷和成熟。因此可以大规模地支持核酸检测。

关于测序技术的发展，主要分为以下四个阶段。

第一阶段:第一代基因检测技术(1977年~2005年)

1977 年，Sanger发明DNA双脱氧核苷酸末端终止测序法( chain terminator sequencing) ，A.M.Maxam和W. Gilbert发明DNA化学降解测序法(chemical degradation sequencing)，2项技术的出现，标志第1代测序技术诞生。

第一代基因测序也被称为Sanger法。

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其核心原理是DNA的正常单体是脱氧核苷酸三磷酸 (dNTP)，而双脱氧核苷三磷酸（ddNTP）的缺乏延伸所需要的3-OH基团，其结合在DNA链上之后不能形成磷酸二酯键，因此可以用来中断DNA合成反应，在反应液中分别加入一定比例带有放射性同位素标记的ddNTP（分为：ddATP,ddCTP,ddGTP和ddTTP），形成在4个DNA合成反应体系。反应结束后，通过凝胶电泳和放射自显影后可以根据电泳带的位置，确定待测分子的DNA序列。

该测序技术的具体做法可以描述为将模板、引物、4种dNTP（其中含有一种为放射性同位素标记的核苷酸)与DNA聚合酶共同保温，形成的混合物包含许多长短不一的片段，最后利用聚丙烯酰胺变性凝胶电泳( SDS-PAGE）分离该混合物，得到放射性同位素自显影条带图谱，人们依据凝胶电泳图即可读出DNA双链的碱基序列组成。

在1977年，Sanger测定了第一个基因组序列，是噬菌体X174的，全长5375个碱基。

自此，人类获得了窥探生命遗传差异本质的能力，并以此为开端步入基因组学时代。1980年，Sanger首次测序和拼接出重叠的DNA片段，并相继完成一部分病毒基因组如巨细胞病毒基因组及天花病毒基因组的测序工作。

1986年，第一台商业化DNA测序仪——ABI prism 310型基因分析仪诞生，每日产量为1000个碱基，标志着DNA测序开始商业化。1990年，与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划的人类基因组计划（HGP）启动。美国、英国、法国、德国、日本及中国科学家共同参与，并预计探明人体4万个基因的 30 亿个碱基对。中国承担了3%的测序任务，是唯一的发展中国家。

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1996年，第一个真核生物―—酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)基因组测序完成，大小约12.5Mb，包括6275个基因。

1998年，第一个多细胞真核生物——线虫(Caenorhabditis elegans）基因组测序完成。

2000年，第一个植物—拟南芥(Arabidopsis thaliana)基因组测序完成。

2001年，人类基因组系列草图在《Nature》及《Science》公布。

2004年，人类基因组测序公共组在《Science》发表了人类基因组常染色质全序列测定的论文，宣布人类基因组的常染色质部分中 99%的序列已被测定。

第一代基因测序技术的基因测序程序暂告一段落，并为肿瘤基因检测技术奠定技术基础。

第二阶段:第二代基因检测技术(2005年~2007年)

2005年，美国第二代基因测序企业454 Life Science推出超高通量基因组测序系统，创造“边合成边测序”方法，并且每日产量超过20000000个碱基，是第一代基因检测技术的两万倍，第二代基因检测技术阶段由此开启。

2007年，美国完成了世界首位个人基因组测序计划，为肿瘤基因检测提供充足数据资源。

2008年，中国华大基因成功破译首位亚洲人全基因序列图谱。也是在这一年，首个肿瘤基因组图谱问世，肿瘤基因检测行业迎来了新的篇章。

第三阶段:第三代基因检测技术(2008年)

2008年，首台单分子测序仪问世,可将单分子为目标物边合成边测序,并且不需经PCR扩增，实现对单条DNA检测，标志基因检测进入第三代技术阶段。

第四阶段:第四代基因检测技术(2009年至今)

2009年，纳米级别的单分子测序平台问世，标志基因检测技术进入纳米量级。

2012年，基因测序企业Oxford Nanopore推出首款纳米孔 DNA测序仪，将第四代基因检测技术商业化。

测序技术仍然在不断地发展中。

部分参考文献：

【1】Watson, J.D. and Crick, F.H.C. (1953) Molecular Structure of Nucleic Acids. Nature, 171, 737-738.

【2】Sanger, F. & Nicklen, S. DNA sequencing with chain-terminating. 74, 5463–5467 (1977)