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生命科学｜当“核酸”遇上“质谱”——多重分子诊断技术的下一站

时间：2022-10-21 阅读：743

引言

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。

核酸质谱原理

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。

图1 DNA分子碱基组成

核酸质谱的优势

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）

图2 集合PCR、芯片、质谱三大技术优势

核酸质谱的应用

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：

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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。