NGS是什麼?由來、歷史為何?原理是什麼?基因檢測如何幫助醫師了解癌症?誰發明的?

近年來,醫院在檢查癌症時,越來越常提到一個英文縮寫──NGS。不少人第一次聽到時,可能會覺得這是某種高深的醫學名詞,其實它的全名是「次世代定序」(Next-Generation Sequencing),意思就是一種可以快速讀取人體基因資訊的新技術。過去醫師只能慢慢檢查少數幾個基因,如今透過NGS,就像把一本厚厚的百科全書一次交給數百萬名讀者同時閱讀,大幅縮短檢查時間,也讓醫師更了解癌症的真正原因。

人體裡的每個細胞,都保存著一套完整的DNA,就像一本記錄身體運作方式的說明書。DNA由四種不同的化學物質排列而成,可以用A、T、C、G四個英文字母來表示。如果這本「生命說明書」出現錯字或內容損壞,細胞就可能無法正常工作,甚至開始不停地分裂,最後形成癌症。因此,醫師如果能找出這些「錯字」到底出現在哪裡,就更容易了解癌症是如何發生的。

現代醫療越來越重視「精準醫療」。過去醫師主要依照癌症發生的位置、大小、分期來判斷治療方向;現在有些情況還會看腫瘤細胞裡是否有特定基因變化。NGS提供的資訊,能幫助醫療團隊更完整地討論檢查結果與治療規劃。

其實,人類很早就開始研究如何讀懂DNA。1977年,英國科學家弗雷德里克.桑格(Frederick Sanger)發明了第一種成功的DNA定序方法,讓科學家第一次能夠逐字讀出基因序列。這項發明十分重要,也讓他再次獲得諾貝爾化學獎。不過,當時的定序速度非常慢,成本也非常高。如果要把一個人的全部基因讀完,可能需要好幾年時間,而且花費驚人。

後來,許多國家的科學家和工程師一起努力,發展出更新、更快的方法。到了2005年前後,第一批商業化的NGS設備正式問世,之後技術持續進步,定序速度越來越快,費用也大幅下降。原本需要十多年才能完成的人類基因體分析,如今只需要幾天就能完成,這也讓NGS逐漸走進醫院,成為醫師診斷疾病的重要工具。

NGS之所以厲害,是因為它不是一段一段慢慢閱讀DNA,而是把DNA切成數百萬個小片段,同時進行分析,再利用高速電腦把這些片段重新拼接起來。這就好像一本小說被撕成無數張小紙條,再交給數百萬人同時閱讀,最後由電腦重新排回正確順序。雖然聽起來很不可思議,但正因為能同時分析大量DNA,NGS才能在短時間內完成過去需要很長時間才能做到的工作。

對癌症治療來說,NGS最大的價值,在於它能幫助醫師找到癌細胞真正的「基因錯誤」。不同癌症,即使長在同一個器官,也可能因為不同的基因突變而需要不同的治療方式。例如,有些肺癌患者的癌細胞帶有特定基因突變,就可以使用專門針對這種變化設計的標靶藥物。如果沒有先做基因檢測,醫師可能不知道病人其實有更適合的治療選擇。

除了幫助挑選藥物之外,NGS還能協助醫師判斷癌症是否容易復發,或是在治療一段時間後,癌細胞是否已經產生新的變化。有些病人原本使用標靶藥物效果很好,但過了一兩年,癌細胞可能再次發生新的基因突變,導致藥物失去效果。這時再次利用NGS檢查,就有機會找到新的變化,再更換新的治療方式。

NGS的用途並不只限於癌症。現在,它也被廣泛應用在罕見疾病診斷、產前檢查、病毒與細菌分析,以及新藥研究等領域。例如,在新冠疫情期間,世界各國便利用NGS快速分析病毒基因,追蹤新的病毒變異株,幫助公共衛生單位了解疫情的變化。

不過,NGS並不是萬能的工具。它雖然能找出許多基因變化,但並不是每一種變化都代表一定會生病,也不是每一種癌症都已經有對應的標靶藥物。此外,NGS會產生非常龐大的資料,需要專業的醫師、生物資訊專家和電腦系統一起分析,才能正確解讀結果。因此,基因檢測只是醫療判斷的一部分,醫師仍然需要結合病人的症狀、影像檢查和其他檢驗結果,才能制定最適合的治療計畫。

從只能慢慢閱讀一小段DNA,到今天幾天內就能分析整個基因體,NGS讓醫學進入了一個新的時代。它不只是讓醫師知道病人得了什麼病,更重要的是幫助找出疾病背後真正的原因,讓治療方式更加精準。隨著技術持續進步,未來醫師有望根據每個人的基因特色,量身打造最適合的治療方案,讓更多患者獲得更有效、更安全的醫療照護。


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範例問題:

  1. 文章把DNA比喻成一本「生命說明書」。如果你也要向沒有學過生物的人介紹DNA,你會用什麼東西來比喻?為什麼你覺得這個比喻最容易讓人理解?
  2. NGS可以幫助醫師找到癌細胞的基因變化,讓病人有機會接受更適合的治療。你覺得科技進步對人類健康有哪些幫助?未來你還希望科學家發明哪些新的醫療技術?
  3. 基因檢測可以知道很多關於人體的資訊,但這些資訊也很重要、很私密。如果有一天大家都可以做基因檢測,你認為誰可以看這些資料?為什麼?我們應該如何保護個人的隱私?

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