科普 | 浅谈基因检测

“那开始了吧!”

“首先,直奔主题。
什么是基因检测?
基因检测是一种医学检测,即检测你的基因型或者基因是有没有发生异常。

Over!”

“完了?”

“完了!”

“Niubility!果真是浅谈,谈的够浅的。”

“那就说来话长点吧,这有必要从我当年考研复习的时候说起。”

那时候我还是在上大三,免费蹭了一节考研政治班。整堂课,我只记住了老师说的一句话:“考研政治问答题的做题思路很简单,主要围绕一个话题,分三步回答:1.是什么?2.为什么?3.怎么办?,只要按照这个套路,问答题迎刃而解。”于是乎,我把这当做了圣旨。虽然因轻易透露结题绝招导致那位老师失去了我这个学生,不过我把这几招发扬光大了,后面不管是做PPT,还是写科普文章,甚至是写毕业论文,这三套路数屡试不爽。对于浅谈基因检测也不例外,那我们就先了解下什么是基因检测吧。

要学绝世武功就得先看绝世武功目录,因此要了解基因检测,就得先知道什么是基因。

那么什么是基因呢?我们先看看世间万物。

世间万物都有着自身的层级组成结构。

比如从我们现在的地理位置,就可以看到地理位置的层级结构,中国,福建省,福州市,晋安区,新店镇,金城智谷工业园,九号楼,4楼,大会议室。

再复杂点,我们再来看一本书,书中我们可以任意找到一个字,而这个字在书中是有着严格的定位,即于某本书的某部某卷某篇某章某节某段某句中的某词或词组。

那好,我们再来点更复杂的吧,看看基因到底在哪里?

首先我们找到一个人,人是由九大系统组成的,比如消化系统,系统是由器官组成的,比如口,咽,食道,胃,小肠等器官组成消化系统,器官则是由组织组成的,比如胃上皮组织,组织则是由细胞组成,人体的每个细胞里面包含细胞质细胞膜细胞核等。不要着急,我们就快找到基因了,它就在细胞核内的染色体中,染色体是由DNA和核蛋白构成。人类的染色体有23对,46条。没错,基因就是在DNA上,是一段有功能的DNA序列,DNA就是脱氧核糖核酸,是由脱氧核苷酸构成的,核酸的化学结构由于上面碱基的不同分为四种:A, T,G,C。

因此一串DNA的碱基序列就是这样的:

…CACCATACGAAGAACACAGGAATCCGCTCCTTGAGAGTACTCGTGGCCACCTC…

我们现在对上面所说的做一个小的总结,为便于理解,大家可以一一对应一下:

地理结构层级:国家>省区>市县>乡镇>村庄>街道>门牌号>单元>楼层>房间

文字结构层级:书>部>卷>篇>章>节>段>句>词>字

人体结构层级:人体>系统>器官>组织>细胞>细胞核>染色体>基因>核酸>碱基


地理、书籍、人体的结构层级示意图

知道了基因在哪,且知道了基因是一段DNA序列,那么它有什么用呢?

基因的用处很大,它是人体的设计图纸,基因能告诉细胞产生如何生产和生产什么样的蛋白质,以控制身体如何工作。更专业的说法就是基因就是携带遗传信息,同时控制生物性状。所以说很不幸的一件事就是,基因有时候会变异,设计图纸改变了,生产蛋白质的方式或者生产的蛋白质变了,这就很容易导致疾病的产生。

举个简单的例子先,单眼皮和双眼皮就是基因控制的。再举个稍微复杂点的例子,血红蛋白基因序列的某个特定位置的如果是T碱基型的脱氧核苷酸,那么基因就会告诉细胞生产正常血红蛋白,这个人就是正常人;如果这个位置是A碱基型,那么基因就会告诉细胞生产异常的血红蛋白,这个人就会患一种叫镰刀形贫血症的疾病。我们把这种DNA上单个碱基类型不一致的现象叫做单核苷酸多态性,即SNP,它是基因变异的一种。很多疾病都跟基因的变异有关。

什么是基因的变异?

刚说过了SNP这种类型的基因的变异,大家看SNP图解就好理解了。

SNP图解:

。。。一望二三里,山村四五家。门前六七树,八九十枝花。。。

。。。一望二三里,山村四五家。前六七树,八九十枝花。。。

如果按照这个两张图纸设计山村的话,一个字的差别,画出的图就不一样,门前六七树,变成了床前六七树,床前种花勉强可以,但是种树……,这……这注定是个失败的设计。

除了SNP,基因突变还包括短序列的插入缺失和结构变异。
短序列的插入缺失,叫做InDel,比如说某段DNA上比正常的多了或者少了一个碱基或者一段DNA序列。

InDel图解:

正常:

。。。床前明月光,疑似地上霜。举头望明月,低头思故乡。。。

插入:

。。。床前明月光,疑似地上霜。举头望清风明月,低头思故乡。。。

一个简单常识是:空气是看不见的。所以说“举头望明月”可以,清风你是望不到的,诗法再飘逸,也不能太脱离实际。

缺失:

。。。床前明月光,疑似地上霜。举头望(),低头思故乡。。。

这个只能说是长沙马王堆出土的《静夜思》残篇……

结构变异呢,又叫SV,就是染色体DNA上或者之间,大段DNA序列的缺失,重复,倒位,易位。

染色体DNA的结构变异图解。

正常。

染色体1:。。。锄禾日当午,汗滴禾下土。谁知盘中餐,粒粒皆辛苦。。。

染色体2。。。红豆生南国,春来发几枝。愿君多采撷,此物最相思。。。

缺失:某段DNA序列缺失

染色体1。。。锄禾日当午,汗滴禾下土。谁知盘中餐,粒粒皆辛苦。。。

染色体2。。。红豆生南国,(),此物最相思。。。

少了两句,严重残篇……

重复:DNA序列出现了多次重复。

染色体1。。。锄禾日当午,汗滴禾下土。汗滴禾下土。谁知盘中餐,粒粒皆辛苦。。。

染色体2。。。红豆生南国,春来发几枝。愿君多采撷,此物最相思。。。

重复一次,虽说重要的事情可以多说一遍,但是这样不仅打破了诗的工整性,还降低了诗的美感,另外,一个医学常识是汗流多了会严重脱水。

易位:染色体之间的序列交换了位置。

染色体1。。。锄禾日当午,汗滴禾下土。谁知盘中餐,此物最相思。。。

染色体2。。。红豆生南国,春来发几枝。愿君多采撷,粒粒皆辛苦。。。

一看就是小学生学习古诗的时候弄混了……

倒位:一段序列发生正反颠倒。

染色体1。。。锄禾日当午,汗滴禾下土。餐中盘知谁,此物最相思。。。

染色体2。。。红豆生南国,春来发几枝。愿君多采撷,此物最相思。。。

“餐中盘知谁”,盘在餐中,盘有思想?严重错误,这特别像我小时候我爸教我的那首歌谣:
“东西路,南北走,顶头碰上人咬狗。拾起狗来砸砖头,又被砖头咬了手。……”

结构变异中有一种比较特殊且很重要的变异,往往我们会把它们单拿出来研究,称之为拷贝数变异,又叫CNV。拷贝数变异就是指DNA上某个片段发生了插入、缺失或重复。

染色体DNA的拷贝数变异图解。

正常:

染色体1。。。重要的事情说三遍:2017,大家新年快乐,2017,大家新年快乐,2017,大家新年快乐,哦了!。。。

染色体2。。。

拷贝数增加:

染色体1。。。重要的事情说三遍:2017,大家新年快乐,2017,大家新年快乐,2017,大家新年快乐,2017,大家新年快乐,哦了!。。。

染色体2。。。

拷贝数减少:

染色体1。。。重要的事情说三遍:2017,大家新年快乐,2017,大家新年快乐,(),哦了!。。。

染色体2。。。

以上就是基因变异的各种类型。铺垫了这么多,下面是真正的重头戏,呼应最开始,我们再来说说基因检测。

基因检测,就是采用DNA测序等手段获得被检测人的序列信息,并检测SNP,InDel,SV,CNV等变异类型,依据原有的经验数据,也就是数据库,找出与疾病相关的突变基因。当然,基于目前的技术手段,我们多数只能以检测SNP、InDel和部分类型的结构变异。

总结一下,虽然这里面内容不算多,但我还想精简一下,我们只需要知道几个概念:基因,SNP,InDel,SV、CNV、基因检测……

“完了?”

“别再问了!说浅谈就是浅谈,绝对没开玩笑,这回真的完了!”

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