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12大颠覆性技术-下一代基因组学和3D打印入选


12 大颠覆性技术-下一代基因组学和 3D 打印入选
2013-05-28 来源:bio360 &biodiscover 作者:koo 917 0 收藏(1)

日前,全球著名的管理咨询公司麦肯锡全球研究所(McKinsey Global Institute)发布研究 报告, 公布未来 12 项可能改变生活、 企业与全球经济的破坏性科技 (d

isruptive technologies) , 这些技术有望在 2025 年带来 14 万亿至 33 万亿美元的经济效益。 其中包括与生命科学领域 息息相关的有下一代基因组学(7)和 3D 打印技术(9)。 研究报告从 100 种技术中挑选出 12 项经济效益最高的技术, 然后分析这些技术可能的应用 方式,以及可创造的价值,并以经济效益排名。报告估计 2025 年全球经济产出为 100 万亿 美元。 以下为麦肯锡列举的下一代基因组学技术及其潜在的经济影响程度 (含消费者盈余在内, 即 消费者并未支付的因创新而获得的价值)。 下一代基因组学技术到 2025 年的影响力:

经济:0.7-1.6 万亿美元; 生活:通过快速疾病诊断、新药物等延长及改善 75% 的生命; 主要技术包括:先进 DNA 序列技术;DNA 综合技术;大数据及先进分析。 下一代基因组学中, 尤为重要的是下一代测序技术、 基因诊断以及基于遗传数据的个体化医 疗。其中,下一代测序技术将产生高通量遗传数据,研究人员将这些海量的遗传数据与疾病 进行关联(GWAS 分析),从而提供疾病诊断和个体化医疗的靶向分子。 下一代基因组测序技术的 3 大产品: 下一代基因组测序以单分子实时为特点,在纳米孔介质的基础上通过记录 PH 值、荧光和电 流的改变,进而测出特定片段的碱基序列。目前,上市和待上市的下一代测序仪从技术特点 上分为 3 个, 它们是 Life Technologies 公司的 Ion Torrent、 Pacific Bioscience 公司的 PacBio RS 和 Oxford Nanopore Technologies 公司的纳米孔测序仪。 Life Technologies 公司的 Ion Torrent 其核心技术是使用半导体技术在化学和数字信息之间建立直接的联系。 在半导体芯片的微孔 中固定 DNA 链,随后依次掺入 ACGT。随着每个碱基的掺入,释放出氢离子,在它们穿过 每个孔底部时能被检测到,通过对 H+ 的检测,实时判读碱基。 Ion Torrent 半导体测序芯片的每个微孔里微球表面含有大约 100 万个 DNA 分子拷贝。测 序时一个个核苷酸分子连续流过芯片微孔。如果核苷酸与特定微孔中的 DNA 分子互补,则 该核苷酸被合成到 DNA 分子中,并且释放氢离子,该孔溶液的 PH 发生变化。离子传感器 检测到 PH 变化后, 即刻便从化学信息转变为数字电子信息。 如果 DNA 链含有两个相同的 碱基,则记录电压信号是双倍的。 如果碱基不匹配, 则无氢离子释放, 也就没有电压信号的变化。 这种方法属于直接检测 DNA 的合成,因少了 CCD 扫描,荧光激发等环节,几秒钟就可检测合成插入的碱基,大大缩短 了运行时间。 Pacific Bioscience 公司的 PacBio RS 该测序仪的工作原理是,将基因组的 DNA 断开成许多很小的片段,这些小 DNA 片段制成 溶液后滴入测序仪内的金属薄片上,金属薄片中分布着 3000 个纳米级小孔,这些纳米孔的 直径不到 70 纳米,被滴入薄片上后,小 DNA 片段会分散到不同的纳米孔中。每个纳米孔 中涂有一种特殊的酶——DNA 聚合酶,DNA 聚合酶的特性是,能够沿着 DNA 片段的双链 结构游动,在游动的过程中将 DNA 片段的双链结构打开,分成两个片段,也可为某个 DNA 单链找到对应的片段,重新组合在一起,科学家将 DNA 聚合酶的作用形象地比喻成衣服的 拉链,可开可合。 测序仪就是利用 DNA 聚合酶来“窃取人类的自然本性”的。一旦 DNA 片段在纳米孔中分散 完毕,向聚合酶分子滴入经过特殊处理的核苷酸溶液,谜底就会被揭开。核苷酸溶液中的每 个核苷酸都用磷光染色剂做过标记,金属薄片的底部也有一个缩微版光谱仪,一旦 DNA 片

段中有核苷酸与之配对, 标记物就会发出特定颜色的光, 缩微版光谱仪就能检测并记录下这 些闪光,测序仪从而记录下每个 DNA 片段中的碱基对顺序。当闪光记录完之后,结果会输 入计算机中,计算机破译出所有的 DNA 片段结果,并重新“组装”,让基因组恢复原样。 Oxford Nanopore Technologies 公司的纳米孔测序仪 该测序仪有望在 2013 年上市,其工作原理是,单条 DNA 链将穿过蛋白孔,而第二种蛋白 质将控制穿过的速度。随着碱基穿过纳米孔,它们改变了电流,带来特定的碱基组合。在理 想的情况下, 人们会看到每个碱基的典型模式, 但目前的仪器将产生碱基三联体特有的模式, 还需要通过计算机去卷积。 Oxford Nanopore Technologies 公司在 2012 基因组生物学技术进展年会(AGBT)上宣布 推出第一款商业化的纳米孔测序仪,引起了科学界的极大关注。纳米孔测序的读长很长,大 约在几十 kb,甚至 100 kb;错误率目前介于 1%至 4%,且是随机错误,而不是聚集在读取 的两端;数据可实时读取;通量很高(GridION 有望在一天内以 30 倍覆盖度测序人类基因 组);起始 DNA 在测序过程中不被破坏;以及样品制备简单又便宜。 了解更多: 12 Disruptive Technologies That Are Changing The World

12 Disruptive Technologies That Are Changing The World
Aimee Groth|May 23, 2013, 5:55 PM|28,468|9

? ? ? ? ? ? Email More in Share It's hard to predict exactly what technologies and trends will transform our lives. Few understood just how powerful the Internet would be, dismantling entire industries and creating millions of jobs. So what's the next big thing? Where will the jobs be, and how can companies carve out a competitive advantage in the global economy? McKinsey's Global Institute discusses this in its latest report, Disruptive Technologies: Advances that will transform life, business, and the global economy. It came up with a list of 12 technologies that could have a potential economic impact between $14 trillion and $33 trillion a year in 2025. The authors write that "some of this economic potential will end up as consumer in Share 1,525

surplus; a substantial portion of this economic potential will translate into new revenue that companies will capture and that will contribute to GDP growth. Other effects could include shifts in profit pools between companies and industries." The 12 disruptive technologies include: mobile Internet, automation of knowledge and work, Internet of things, cloud technology, advanced robotics, autonomous and near-autonomous vehicles, next-generation genomics, energy storage, 3D printing, advanced materials, advanced oil and gas exploration and recovery, renewable energy. Here's the breakdown of the 12 technologies and their potential for impact:

McKinsey

And a great chart showing how these technologies will affect the world:

Read more: http://www.businessinsider.com/mckinsey-technologies-that-will-disrupt-our-world-2013-5#ixz z2UjzKXa1p


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