人类基因组计划完成15周年——从个人基因组到精准医疗

检验之星

本文作者基因组学科技工作者田埂，原文题目“写给人类基因组计划完成十五周年：从一个人的基因组计划到精准医疗”。

　　“美国总统克林顿于当地时间26日上午10时在白宫举行的记者招待会上郑重宣布，由一批国际科学家组成的人类基因组研究计划已经完成人类基因组草图。英国首相布莱尔以卫星电视的形式参与了这个发布会。克林顿在评价这一历经10年时间完成的科学成果的深远意义时说，‘人们将世世代代记住这一天’。他感谢美国、英国、德国、日本、中国和法国的上千名科学家为取得将这一开辟新纪元的成果所作出的贡献。”

　　田埂教授

　　刚刚看到这个2000年6月26日的新闻，突然发现不知不觉时间已经过去了15年。那个时候人们对刚刚完成的人类基因组草图充满了期盼：通过人类基因组信息帮助人们克服疾病，达到人们的终极健康长寿的需求。

　　在人类基因组计划完成的这15年里，那些主要参与国美国、英国、中国都发生了什么?

　　15年后的今天人们所能感受到的人类基因组计划的影响究竟是个什么样子?

　　未来的人类基因组研究和应用在往哪个方向发展?

　　15年后的今天，人们依然充满了期望。

　　美国在人类基因组计划完成后的变化

　　人类基因组计划组织和塞雷拉基因组公司兵分两路

　　在美国，人类基因组计划完成以后，原先竞争的两大阵营：人类基因组计划组织和塞雷拉基因组(Celera Genomics)公司，分别走向了两个方向：人类基因组计划原先的参与Whitehead Institute(后来的著名的Broad Institute)、美国能源部基因组中心、华盛顿大学医学基因组测序中心、贝勒大学医学基因组测序中心等11个基因组中心继续开展各类大型的基因组研究计划;塞雷拉基因组公司，则转向了心血管病和个体化医疗管理等商业方向。

　　可以说美国的人类基因组研究有一个贯穿始终的目的，就是将人类遗传和基因组信息应用到医疗和健康领域。因为科学家们认识到从第一个人类遗传病亨廷顿氏舞蹈症(Huntington’s Disease，又称为慢性遗传舞蹈病)的基因被定位，这种通过家系研究定位遗传病的方式，在没有对人类基因组序列的深刻认识，没有对人类遗传规律深刻的了解情况下，医学遗传学研究的速度将无法从本质上提高。

　　在这个认识的基础上，美国先后启动了“国际人类基因组单体型图计划”(The International HapMap Project，HapMap计划);“癌症基因组图集”(The Cancer Genome Atlas,TCGA)计划;“DNA元件百科全书”计划(Encyclopedia of DNA Elements，简称ENCODE);千人基因组计划(1000 Genome Project)，以及最近炒的火热的“精准医疗计划”(The Precision Medicine Initiative)。这些计划投资规模以百亿美元计，参与科学家以数万人计。可以说美国人在朝着既定的目标一步一步向前发展，脉络清晰，步骤明确，并且从人才培养到技术支撑，从领导科学家选拔到商业运行模式上的探索，都走在世界的前面。

　　在这15年的时间里，参与人类基因组计划的几位领导科学家也有了各自的发展：当时的领导科学家Francis Collins已经是现任NIH的主任;Whitehead Institute研究所的主任Eric Lander完成了将Whitehead Institute从MIT和Harvard的独立出来的工作，已经成为美国最大的基因组研究中心，他本人也是奥巴马总统的科技参赞，可以参与美国的科技政策决策;“科学狂人” 塞雷拉基因组公司创始人Craig Venter则独辟蹊径，虽然塞雷拉基因组公司已经不再复当年风光，但是Craig Venter却先后成为第一个合成原核生物基因组的人，第一个用计算机模拟生物整个代谢途径的人，第一个提出海洋基因组学研究并实施的人。

　　与此同时，美国在基因组研究技术上也领先于世界，从人类基因组计划所使用的ABI和Amersham的第一代测序仪，到HapMap计划使用的Affymetrix和Illumina公司的芯片，再到千人基因组和TCGA以及Encode计划使用的Illimina公司的第二代测序系统，以及Pacbio的第三代测序系统，美国人在测序和基因组技术上的创新和积累，依然领先于世界。

　　英国在人类基因组计划完成后，率先启动十万人基因组项目

　　再看看英国：英国人对基因组研究的热情始终如一，从Frederick Sanger先生发明第一代测序系统，到首先参与美国提出的“人类基因组计划”，贡献仅次于美国，英国有欧洲大陆最大的基因组研究中心“Sanger Institute”，是第二代测序技术的参与发明国，共同提出和启动了“千人基因组计划”，共同提出并启动和领导了“国际肿瘤基因组计划”，率先启动了Genome England的十万人基因组项目，间接影响到美国的“精准医疗计划”的提出。

　　英国人在人类遗传学上的投入也不遗余力，英国有全世界研究人类遗传病最好的研究团队，并且英国有政府引导，科学家和企业共同参与的举国基因组研究体制，可以说虽不及美国人在人类基因组研究上的布局深刻，但是英国总能在某些领域里有独特的见解和布局，通过自己的方式影响着世界，并且不得不说的是，英国在基因组研究领域对中国科学家毫无保留的帮助的无私情怀，从捐赠中国华大基因研究中心测序仪，到在各种国际合作中为中国提供便利和帮助，以及帮助中国培养基因组学研究人才，可以说中国的基因组学发展处处都有英国的帮助。

　　中国在人类基因组计划完成后，积极探讨“中国版的精准医疗计划”

　　再看看中国这15年人类基因组学的研究进展。首先看看当时的报道“1999年的日历翻开了。杨焕明说，要干就要干大，再难也要干大。于是，杨焕明、汪建、于军凑出了自己积蓄的200多万元。他们用这笔钱，购买了一台“377”型测序仪和一台美国产的毛细管测序仪。在不到半年的时间里，他们递交了人类基因组序列70万个碱基的测序结果，并做了热泉菌测序。这些成果，引来了国际同行的瞩目。”

　　6月29日，记者来到了中科院遗传所人类基因组中心。在实验室，记者看到，工作平台是用集装箱搭成的。在平台上，有三根玉米棒，旁边有一行字：穷棒子精神永放光芒!据介绍，深居京郊的这些科研人员，收入不高，也没有娱乐，在‘1%’测序中，他们测序精确，但相应的测序成本却只有美国等国家测序成本的四分之一。” “‘中心’(作者注：北京华大基因研究中心)执行主任汪建对记者说：“中国虽然只做了1%，但意义重大。中国科研人员在测序过程中，不仅增加了设备，而且培养了技术。21世纪生物产业发展的机遇，中国没有失去。”他意味深长地说。”

　　随后，中国科学院成立了“中国科学院北京基因组研究所”，专注基因组研究，中国也参与了HapMap计划，同时发表了一系列植物和动物的基因组学研究成果，但从那以后中国的基因组学研究一度遭到寒冬，在大约三年的时间里，鲜有大型研究项目启动，研究成果也较少。

　　2007年6月华大基因南下深圳，成立了“深圳华大基因研究院”，深圳华大抓住了二代测序发展的关键时期，用独特的运行模式，先后完成了“炎黄一号”第一个黄种人基因组测序研究，发起并实施了“炎黄九九基因组研究项目”，共同参与设计和启动“千人基因组计划“，共同参与和发起“国际肿瘤基因组计划”，共同发起“中国肿瘤基因组协作组”，上个月华大发表了“炎黄一号”单倍型图的研究成果，将黄种人的基因组组装成了最完整的人类基因组单倍型图。

　　这些研究计划开展和研究成果陆续发表的同时，华大还培养了大批基因组科技人才，这些人才活跃在国内外基因组研究和产业化的各个领域。在有感于产业链上游测序仪的限制后，深圳华大于2012年完成了对美国Complete Genomics公司的收购，打通了产业链上下游。当然，这些大型的研究计划，都得到了深圳市政府和国家科技部等的支持。

　　展望：把握住基因组学发展的脉络，真正实现精准医疗的设想

　　在英国和美国相继提出自己的大型基因组研究计划后，中国也在积极讨论“中国版的精准医疗计划”，作为基因组学科技工作者我们也期望中国的“精准医疗计划”把握住基因组学发展的脉络，顺应人类基因组学研究发展的规律，真正实现精准医疗的设想。

　　回顾人类基因组计划完成这15年历史，我们会发现，在当年人类基因组计划的基础上，已经逐步建立起来的人们使用基因组和遗传信息来指导健康生活和医疗的路线图，相信在下一个15年，我们再笑谈15年里人类基因组研究和应用的发展时，我们可以欣慰的告诉自己，我为人类了解自己的基因组并应用做出了贡献。最后，由衷感谢参与人类基因组计划的所有科学家和科技工作和的工作，更加感谢中国参与过人类基因组计划的科学家和科技工作者们，是你们的辛苦工作让国人有机会更早的享受到基因组学进展为我们的健康生活和医疗带来的好处。

　　备注：作者田埂系基因组学科技工作者。

来源：生物探索