科学家花费了30亿美元和13年的时间，才完成了对人类基因组中编码的30亿个碱基对的测序——这是第一次。到2011年，距离第一个项目完成已有八年，人类基因组测序的成本已降至5000美元，过程只需几周。今年1月，生物技术公司Ion Torrent的创始人、化学工程师Jonathan Rothberg公布了一种更快、成本更低的测序方法。他说，他的机器将能够在两小时内以1000美元的价格完成一项人类基因组的测序，数据量约为3.2千兆字节。现在，成千上万，很快将是数百万的患者的基因构成将被揭示，这带来了一个全新的问题：如何分析所有这些信息？
Rothberg在2004年推出了第一台能够在光纤阵列上进行数百万次化学反应的测序仪。但在2010年，他用半导体芯片取代了光纤阵列。摩尔定律（即微芯片上的晶体管数量大约每两年翻一番）得到了强大的应用，Rothberg能够集成到他的芯片上的阵列数量迅速增长。他能在芯片上集成越多的阵列，其性能就越强，测序成本也就越低。为了证明这一点，Rothberg去年在一块拥有120万个微孔的硅半导体芯片上测序了英特尔联合创始人戈登·摩尔的基因组。他的新机器的第一个芯片Ion Proton I拥有1.65亿个微孔。Rothberg表示，他将在今年晚些时候发布Proton II，这款芯片的微孔数量将是Proton I的四倍。Proton II将实现两小时完成全基因组测序。
尽管测序成本不断下降，但个性化基因组医学迄今为止的使用范围非常有限。单个患者的测序结果往往不足以确定导致疾病的基因，因此即使是相对便宜的测序也可能迅速变得昂贵得令人望而却步。耶鲁医学院遗传学系主任Richard Lifton表示：“如果你知道你可以在一个患者身上找到答案，那么1000美元和5000美元的区别可能不是决定因素。”“但如果你认为你可能需要研究20名患有相似疾病的患者，那么你就是在谈论20000美元对100000美元。”Lifton表示，他将使用Rothberg的四台Proton机器来帮助定位导致他患者神秘疾病的基因异常。
贝勒医学院人类基因组测序中心负责人Richard Gibbs表示，他将使用Ion Torrent测序仪来研究单基因遗传病（由单一基因突变引起的疾病，影响2500万美国人）的遗传基础。去年，Gibbs参与了一个团队，测序了Noah和Alexis Beery这对14岁双胞胎的完整基因组。他们在五岁时被诊断出患有一种罕见的运动障碍，原因是他们身体处理多巴胺的方式存在缺陷。Alexis因喉部痉挛而呼吸困难。通过检查双胞胎的基因，并与他们哥哥、父母和祖父母的基因进行比较，该团队发现这对双胞胎也缺乏血清素，从而使医生能够调整他们的药物治疗，使Alexis的呼吸恢复正常。
测序成本只会越来越低。在IBM，研究人员正在开发一种100美元的测序仪，这是一种芯片，可以通过DNA片段流过的纳米宽孔读取碱基。当基因组测序开始惠及数百万患者时，它将有助于解决医学中最常见的问题。田纳西州孟菲斯市的圣犹大儿童研究医院正在为儿科患者的癌细胞进行DNA测序，以识别导致儿童癌症的基因突变。华盛顿大学遗传学教授Jay Shendure表示，10年后，测序将成为常规。一个人的基因组可能会与血压等其他标准医疗信息一起出现。
基因组无缝整合到每个人的医疗信息中的日子不会像1000美元的测序那么快到来。毕竟，医学不受摩尔定律的约束。很快，测序的价格将低于存储其生成数据的价格。GenomeQuest和DNANexus两家公司现在在云端托管基因组，供科学家和医生访问。医生需要接受培训，将基因组信息应用于标准的医疗实践；美国国家人类基因组研究所为此目的已拨款超过8000万美元。“这不是一个进展非常迅速的系统，”Shendure说，“但它会发生的。”
解码双螺旋
为了确定基因组中核苷酸碱基的顺序——我们DNA中的A、G、C和T——科学家将DNA片段的单链附着在微米宽的微珠表面。将微珠离心到Ion Proton芯片表面的微孔中。技术人员将芯片放入机器中，一次向其注入四种核苷酸中的一种。机器会寻找核苷酸匹配，构建患者双螺旋的互补链。
当发生匹配时，会释放一个带正电的氢离子。微孔下方的金属传感器会记录电荷的增加，而微孔下方的晶体管会将电荷转换为电压。软件会确定掺入的是哪个碱基，然后生成的图表（上图）会将碎片重新组合成一个完整的基因组。
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